沼氣工程技術(shù)原理

1、課程名稱：課程名稱：沼沼 氣氣 工工 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 與與 施施 工工第二章 沼氣工程技術(shù)原理本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：幾種常見厭氧反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)幾種常見厭氧反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)4基本概念與參數(shù)基本概念與參數(shù)1沼氣發(fā)酵原理沼氣發(fā)酵原理2沼氣發(fā)酵的基本條件沼氣發(fā)酵的基本條件3作業(yè)、拓展及預(yù)習(xí)內(nèi)容作業(yè)、拓展及預(yù)習(xí)內(nèi)容5第一節(jié)第一節(jié) 基本概念與參數(shù)基本概念與參數(shù)1、原料有機(jī)物含量和沼氣產(chǎn)量評價(jià)指標(biāo)、原料有機(jī)物含量和沼氣產(chǎn)量評價(jià)指標(biāo) （1）總固體（總固體（TS） 又稱干物質(zhì)濃度，指將一定量的原料放置在又稱干物質(zhì)濃度，指將一定量的原料放置在100105烘箱內(nèi)，烘干至恒烘箱內(nèi)，烘干至恒重，烘干物質(zhì)占總重

2、的百分比。單位：重，烘干物質(zhì)占總重的百分比。單位：% （2） 懸浮固體含量（懸浮固體含量（SS） 是指水中不能通過過濾器的固體物。測定方法：定量濾紙過濾水樣，將濾是指水中不能通過過濾器的固體物。測定方法：定量濾紙過濾水樣，將濾渣于渣于100105烘干稱重得出。單位：烘干稱重得出。單位：g/L或或mg/L （3）揮發(fā)性固體（揮發(fā)性固體（VS）和揮發(fā)性懸浮固體（和揮發(fā)性懸浮固體（VSS） 將測過將測過TS和和SS的殘留物進(jìn)一步放于馬弗爐中，于的殘留物進(jìn)一步放于馬弗爐中，于55050 灼燒至恒重灼燒至恒重，揮發(fā)部分占原烘干物的質(zhì)量百分比。單位：，揮發(fā)部分占原烘干物的質(zhì)量百分比。單位：% （4）總有機(jī)

3、碳（）總有機(jī)碳（TOC） 樣品中有機(jī)碳（物質(zhì)）的含量，樣品中有機(jī)碳（物質(zhì)）的含量，CH4的物質(zhì)來源。單位：的物質(zhì)來源。單位：mg/L或或mg/kg；第一節(jié)第一節(jié) 基本概念與參數(shù)基本概念與參數(shù) （5）化學(xué)需氧量（）化學(xué)需氧量（COD） 指在一定條件下，水中的有機(jī)物被強(qiáng)氧化劑（重鉻酸鉀）完全氧化，消指在一定條件下，水中的有機(jī)物被強(qiáng)氧化劑（重鉻酸鉀）完全氧化，消耗氧化劑的量，以氧氣（耗氧化劑的量，以氧氣（O2）表示。單位：）表示。單位：mg/L （6）生化需氧量（）生化需氧量（COD） 由于微生物活動(dòng)，將水中的有機(jī)物氧化分解所消耗的氧的量。通常用在由于微生物活動(dòng)，將水中的有機(jī)物氧化分解所消耗的氧的量

4、。通常用在20 恒溫培養(yǎng)恒溫培養(yǎng)5d，所消耗的溶解氧的量來衡量，用，所消耗的溶解氧的量來衡量，用BOD5。 （7）BOD5/COD 反應(yīng)水中有機(jī)物被微生物分解程度。反應(yīng)水中有機(jī)物被微生物分解程度。0.30.40.58。 表表2-1 BOD5/COD值與可生物降解性參考數(shù)據(jù)值與可生物降解性參考數(shù)據(jù) （8）原料產(chǎn)氣量（產(chǎn)氣潛力）原料產(chǎn)氣量（產(chǎn)氣潛力） 指單位質(zhì)量或單位體積的原料，在適宜條件下經(jīng)厭氧微生物完全消化所指單位質(zhì)量或單位體積的原料，在適宜條件下經(jīng)厭氧微生物完全消化所產(chǎn)生的沼氣量。產(chǎn)生的沼氣量。 單位：單位：L/（kgTS）或）或L/（kgVS） （9）產(chǎn)氣速率）產(chǎn)氣速率 指單位時(shí)間的產(chǎn)氣量

5、。單位：指單位時(shí)間的產(chǎn)氣量。單位： L/h第一節(jié)第一節(jié) 基本概念與參數(shù)基本概念與參數(shù) （10）池容產(chǎn)氣率池容產(chǎn)氣率 指單位時(shí)間、單位發(fā)酵罐容積的產(chǎn)氣量。單位：指單位時(shí)間、單位發(fā)酵罐容積的產(chǎn)氣量。單位：m3/m3d 2、厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)、厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù) （1）容積負(fù)荷）容積負(fù)荷 消化器單位體積每天所承受（能消化分解）的有機(jī)物的量，通常以消化器單位體積每天所承受（能消化分解）的有機(jī)物的量，通常以kgCOD/m3d表示。沼氣工程上常用表示。沼氣工程上常用kgTS/m3d或或kgVS/m3d表示。表示。 容積負(fù)荷是消化器設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要參數(shù)。容積負(fù)荷是消化器設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要參數(shù)。 （2）厭氧

6、反應(yīng)器污泥負(fù)荷）厭氧反應(yīng)器污泥負(fù)荷 指每千克厭氧活性污泥每天所承受的有機(jī)物的量，單位：指每千克厭氧活性污泥每天所承受的有機(jī)物的量，單位： kgCOD/（VSSd）。是衡量厭氧活性污泥活性（對有機(jī)物分解能力）的重）。是衡量厭氧活性污泥活性（對有機(jī)物分解能力）的重要指標(biāo)。要指標(biāo)。 （3）水力滯留時(shí)間（）水力滯留時(shí)間（HRT） 指進(jìn)入消化器的水在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間，單位指進(jìn)入消化器的水在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間，單位d或或h。 HRT（d）=消化器有效容積（消化器有效容積（m3）/每天進(jìn)料量（每天進(jìn)料量（m3）第一節(jié)第一節(jié) 基本概念與參數(shù)基本概念與參數(shù) （4）污泥停留時(shí)間（）污泥停留時(shí)間（SRT）

7、 單位生物量在處理系統(tǒng)中的平均停留時(shí)間。單位生物量在處理系統(tǒng)中的平均停留時(shí)間。 （5）污泥體積指數(shù)（）污泥體積指數(shù)（SVI） 曝氣池出口處的混合液在靜置曝氣池出口處的混合液在靜置30min后，每克懸浮固體所占的體積（后，每克懸浮固體所占的體積（mL）?；騿挝惑w積水樣在靜置）。或單位體積水樣在靜置30min后，污泥的體積數(shù)（后，污泥的體積數(shù)（mL）。）。 是衡量污泥沉降性能的重要指標(biāo)。是衡量污泥沉降性能的重要指標(biāo)。 （6）污泥的比產(chǎn)甲烷活性）污泥的比產(chǎn)甲烷活性 指單位質(zhì)量的厭氧活性污泥產(chǎn)甲烷的最大速率。單位：指單位質(zhì)量的厭氧活性污泥產(chǎn)甲烷的最大速率。單位：m3CH4/（kgVSSd）。）。 該參

8、數(shù)表示了厭氧活性污泥所具有的潛在產(chǎn)甲烷能力。該參數(shù)表示了厭氧活性污泥所具有的潛在產(chǎn)甲烷能力。第二節(jié)第二節(jié) 沼氣發(fā)酵原理沼氣發(fā)酵原理 沼氣發(fā)酵是一個(gè)由沼氣發(fā)酵是一個(gè)由多種類群細(xì)菌多種類群細(xì)菌參與完成的，通過分解有機(jī)物并產(chǎn)生以參與完成的，通過分解有機(jī)物并產(chǎn)生以CH4和和CO2為主要產(chǎn)物的，復(fù)雜的為主要產(chǎn)物的，復(fù)雜的微生物學(xué)微生物學(xué)過程。過程。 1、沼氣發(fā)酵的特點(diǎn)、沼氣發(fā)酵的特點(diǎn) 沼氣發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過程，具有以下特點(diǎn)：沼氣發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過程，具有以下特點(diǎn)： （1）參與發(fā)酵微生物種類繁多，混菌發(fā)酵。）參與發(fā)酵微生物種類繁多，混菌發(fā)酵。 （2）發(fā)酵原料復(fù)雜，來源廣泛，可處理高濃度有機(jī)

9、廢水（）發(fā)酵原料復(fù)雜，來源廣泛，可處理高濃度有機(jī)廢水（COD大于大于50000mg/L）；）； （3）厭氧發(fā)酵自身能耗低，相同條件下僅為好氧分解的）厭氧發(fā)酵自身能耗低，相同條件下僅為好氧分解的1/301/20； （4）沼氣發(fā)酵裝置（厭氧反應(yīng)器）種類繁多，條件適合，均可產(chǎn)氣；）沼氣發(fā)酵裝置（厭氧反應(yīng)器）種類繁多，條件適合，均可產(chǎn)氣； （5）產(chǎn)甲烷菌要求氧化還原電位）產(chǎn)甲烷菌要求氧化還原電位-330mv以下，即以下，即嚴(yán)格厭氧環(huán)境嚴(yán)格厭氧環(huán)境。 2、參與沼氣發(fā)酵的細(xì)菌（沼氣發(fā)酵的微生物類群）、參與沼氣發(fā)酵的細(xì)菌（沼氣發(fā)酵的微生物類群） （1）發(fā)酵性細(xì)菌）發(fā)酵性細(xì)菌 水解纖維素、蛋白質(zhì)、脂類為可溶性

10、糖類、肽、氨基酸和脂肪酸等。水解纖維素、蛋白質(zhì)、脂類為可溶性糖類、肽、氨基酸和脂肪酸等。第二節(jié)第二節(jié) 沼氣發(fā)酵原理沼氣發(fā)酵原理 水解菌水解菌（大多為厭氧菌，也有兼性菌大多為厭氧菌，也有兼性菌）：）：梭狀芽孢桿菌梭狀芽孢桿菌、擬桿菌、丁酸、擬桿菌、丁酸菌、菌、嗜熱雙歧桿菌嗜熱雙歧桿菌、產(chǎn)氣梭狀芽孢桿菌、產(chǎn)琥珀酸梭狀菌、北京丙酸桿菌、產(chǎn)氣梭狀芽孢桿菌、產(chǎn)琥珀酸梭狀菌、北京丙酸桿菌和產(chǎn)氫螺旋體等。和產(chǎn)氫螺旋體等。（2）產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌）產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌 將上述分解物（主要為有機(jī)酸）進(jìn)一步分解為乙酸、將上述分解物（主要為有機(jī)酸）進(jìn)一步分解為乙酸、H2和和CO2（3）耗氫產(chǎn)乙酸菌）耗氫產(chǎn)乙酸菌 將將H2和和CO

11、2合成為乙酸，以及代謝糖類產(chǎn)生乙酸。合成為乙酸，以及代謝糖類產(chǎn)生乙酸。（4）產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌 甲烷形成是由一群生理上高度?；募?xì)菌甲烷形成是由一群生理上高度專化的細(xì)菌產(chǎn)甲烷菌所引起的。產(chǎn)甲產(chǎn)甲烷菌所引起的。產(chǎn)甲烷菌是厭氧消化過程中所形成的食物鏈中的最后一組成員。烷菌是厭氧消化過程中所形成的食物鏈中的最后一組成員。 將乙酸和將乙酸和H2/CO2轉(zhuǎn)化為沼氣。轉(zhuǎn)化為沼氣。 第二節(jié)第二節(jié) 沼氣發(fā)酵原理沼氣發(fā)酵原理第二節(jié)第二節(jié) 沼氣發(fā)酵原理沼氣發(fā)酵原理（5）不產(chǎn)甲烷菌）不產(chǎn)甲烷菌 在沼氣發(fā)酵系統(tǒng)中，不直接產(chǎn)生甲烷的微生物，主要包括一些好在沼氣發(fā)酵系統(tǒng)中，不直接產(chǎn)生甲烷的微生物，主要包括一些好氧菌、兼性厭

12、氧菌和專性厭氧菌。氧菌、兼性厭氧菌和專性厭氧菌。 主要作用為將復(fù)雜的大分子有機(jī)物降解成簡單小分子有機(jī)物。主要作用為將復(fù)雜的大分子有機(jī)物降解成簡單小分子有機(jī)物。 二者的關(guān)系二者的關(guān)系： 不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供食物；不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供食物； 不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧環(huán)境；不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧環(huán)境； 不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌清除有毒物質(zhì)；不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌清除有毒物質(zhì)； 產(chǎn)甲烷菌為不產(chǎn)甲烷菌清除代謝廢物，解除反饋抑制；產(chǎn)甲烷菌為不產(chǎn)甲烷菌清除代謝廢物，解除反饋抑制； 不產(chǎn)甲烷菌與產(chǎn)甲烷菌共同維持發(fā)酵環(huán)境的不產(chǎn)甲烷菌與產(chǎn)甲烷菌共同維持發(fā)酵環(huán)境的pH值。值。第二節(jié)第二節(jié) 沼

13、氣發(fā)酵原理沼氣發(fā)酵原理3、主要的沼氣發(fā)酵理論：、主要的沼氣發(fā)酵理論：（1）二階段理論）二階段理論 1936年由年由Barker首次提出，簡要描述了沼氣的發(fā)酵過程，該理論認(rèn)為沼首次提出，簡要描述了沼氣的發(fā)酵過程，該理論認(rèn)為沼氣發(fā)酵可分為兩個(gè)階段，即氣發(fā)酵可分為兩個(gè)階段，即產(chǎn)酸階段產(chǎn)酸階段和和產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷階段； 由于兩階段理論解釋了沼氣發(fā)酵的主要過程，而且對實(shí)際工程有很好的由于兩階段理論解釋了沼氣發(fā)酵的主要過程，而且對實(shí)際工程有很好的指導(dǎo)作用，因此，目前應(yīng)用仍較為廣泛；指導(dǎo)作用，因此，目前應(yīng)用仍較為廣泛；第二節(jié)第二節(jié) 沼氣發(fā)酵原理沼氣發(fā)酵原理（二）三階段理論（二）三階段理論 1979年，年，B

14、ryant等人提出，將沼氣發(fā)酵過程分成由三大代謝類群微生物等人提出，將沼氣發(fā)酵過程分成由三大代謝類群微生物引起的三階段理論，即引起的三階段理論，即水解階段水解階段、產(chǎn)酸階段產(chǎn)酸階段和和產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷階段；（三）四階段理論（三）四階段理論 與與Bryant等人提出三階段理論同時(shí)，等人提出三階段理論同時(shí)，Zeikus等人提出了沼氣發(fā)酵四階段等人提出了沼氣發(fā)酵四階段理論，該理論在三階段理論的基礎(chǔ)上增加了耗氫產(chǎn)乙酸過程，即由耗氫產(chǎn)理論，該理論在三階段理論的基礎(chǔ)上增加了耗氫產(chǎn)乙酸過程，即由耗氫產(chǎn)乙酸產(chǎn)乙酸菌把乙酸產(chǎn)乙酸菌把H2CO2轉(zhuǎn)化為乙酸（轉(zhuǎn)化為乙酸（CH3COOH），形成了），形成了水解階段、水

15、解階段、發(fā)酵（或酸化）階段、產(chǎn)乙酸階段、發(fā)酵（或酸化）階段、產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段；產(chǎn)甲烷階段；第二節(jié)第二節(jié) 沼氣發(fā)酵原理沼氣發(fā)酵原理 產(chǎn)甲烷階段的生化過程：產(chǎn)甲烷階段的生化過程： 乙酸乙酸 CH3COOHCH4 CO2 H2CO2 H2 CO2 CH4 H2O 甲酸甲酸 4HCOOH CH4 3CO2 2H2O 甲醇甲醇 3CH3OH 3CH4 CO2 2H2O 在一般的厭氧反應(yīng)器中，約在一般的厭氧反應(yīng)器中，約70%的甲烷由的甲烷由乙酸分解乙酸分解而來，其余而來，其余30%的的甲烷大多來自甲烷大多來自H2對對CO2的還原的還原；第三節(jié)第三節(jié) 沼氣發(fā)酵的基本條件沼氣發(fā)酵的基本條件 1、嚴(yán)格的厭

16、氧環(huán)境、嚴(yán)格的厭氧環(huán)境 沼氣發(fā)酵微生物當(dāng)中產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌都是嚴(yán)格的厭氧性細(xì)菌，尤其是沼氣發(fā)酵微生物當(dāng)中產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌都是嚴(yán)格的厭氧性細(xì)菌，尤其是產(chǎn)甲烷菌，對氧氣特別敏感。它們不能在有氧的環(huán)境下生存，即使微量氧產(chǎn)甲烷菌，對氧氣特別敏感。它們不能在有氧的環(huán)境下生存，即使微量氧存在，其生命活動(dòng)也會(huì)受到抑制，甚至死亡。產(chǎn)甲烷菌要求在氧化還原電存在，其生命活動(dòng)也會(huì)受到抑制，甚至死亡。產(chǎn)甲烷菌要求在氧化還原電位位-330mv以下以下的環(huán)境生活，即：嚴(yán)格的厭氧環(huán)境。的環(huán)境生活，即：嚴(yán)格的厭氧環(huán)境。 2、適宜的發(fā)酵溫度（、適宜的發(fā)酵溫度（8 65） 常溫：常溫：1030 中溫：中溫：35-45 左右左右

17、高溫：高溫：45-60 左右左右 3、充足的發(fā)酵原料、充足的發(fā)酵原料 原料是供給沼氣發(fā)酵微生物進(jìn)行正常生命活動(dòng)所需的營養(yǎng)和能量，是原料是供給沼氣發(fā)酵微生物進(jìn)行正常生命活動(dòng)所需的營養(yǎng)和能量，是不斷產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。不斷產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。 第三節(jié)第三節(jié) 沼氣發(fā)酵的基本條件沼氣發(fā)酵的基本條件 4、適宜的料液濃度（以、適宜的料液濃度（以TS濃度計(jì)算）濃度計(jì)算） 沼氣發(fā)酵可在沼氣發(fā)酵可在230%的范圍內(nèi)運(yùn)行。濃度在的范圍內(nèi)運(yùn)行。濃度在20%以下稱以下稱濕發(fā)酵濕發(fā)酵，以上，以上稱為稱為干發(fā)酵干發(fā)酵； 夏季及南方地區(qū)夏季及南方地區(qū)氣溫較高氣溫較高，料液濃度可以低一些，料液濃度可以低一些，6%8%即可；即

18、可； 冬季及北方地區(qū)冬季及北方地區(qū)氣溫較低氣溫較低，料液濃度要求高一些，一般可達(dá)，料液濃度要求高一些，一般可達(dá)10%12%。 5、中性略偏堿的、中性略偏堿的pH值值 沼氣微生物最適宜的沼氣微生物最適宜的pH值范圍是值范圍是6.87.5。 6、適宜的、適宜的C/N比例比例 沼氣發(fā)酵微生物對碳素需要量最多，其次是氮素。沼氣發(fā)酵微生物對碳素需要量最多，其次是氮素。 一般認(rèn)為最佳的碳氮比為一般認(rèn)為最佳的碳氮比為25：1，但并不十分嚴(yán)格，但并不十分嚴(yán)格，20：1到到40：1的范的范圍內(nèi)都可正常發(fā)酵。圍內(nèi)都可正常發(fā)酵。 糞便糞便屬于富含氮（屬于富含氮（N）的原料，）的原料，秸稈秸稈屬于富含碳（屬于富含碳（

19、C）的原料，因此，）的原料，因此，可將秸稈、糞便按適當(dāng)比例混合做發(fā)酵原料可將秸稈、糞便按適當(dāng)比例混合做發(fā)酵原料。第三節(jié)第三節(jié) 沼氣發(fā)酵的基本條件沼氣發(fā)酵的基本條件7、足量、優(yōu)質(zhì)的接種物足量、優(yōu)質(zhì)的接種物（活性污泥）（活性污泥） 引入產(chǎn)甲烷菌群，實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)及正常產(chǎn)氣的基礎(chǔ)。引入產(chǎn)甲烷菌群，實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)及正常產(chǎn)氣的基礎(chǔ)。 一般要求接種物達(dá)到發(fā)酵料液總量的一般要求接種物達(dá)到發(fā)酵料液總量的1030%，才能保證正常啟動(dòng)和旺，才能保證正常啟動(dòng)和旺盛產(chǎn)氣。盛產(chǎn)氣。 常用的接種物來源包括常用的接種物來源包括：正常使用的沼氣工程內(nèi)的活性污泥及沼液；：正常使用的沼氣工程內(nèi)的活性污泥及沼液；使用多年的廁所底泥；陰

20、溝底泥；漚制半年以上的各種糞便的底泥使用多年的廁所底泥；陰溝底泥；漚制半年以上的各種糞便的底泥；人工厭氧堆漚方法制備的接種物。；人工厭氧堆漚方法制備的接種物。 厭氧消化過程生成的厭氧消化過程生成的H2S使污泥呈黑色，因此使污泥呈黑色，因此發(fā)育良好的污泥發(fā)育良好的污泥一般為一般為油油亮的黑色亮的黑色。一般采用每克。一般采用每克VSS的每天最大甲烷產(chǎn)量的每天最大甲烷產(chǎn)量750mL的污泥作為標(biāo)準(zhǔn)的污泥作為標(biāo)準(zhǔn)厭氧活性污泥。厭氧活性污泥。（實(shí)物展示實(shí)物展示）8、攪拌、攪拌 攪拌的目的是使發(fā)酵原料分布均勻，增加沼氣發(fā)酵微生物與原料的接觸攪拌的目的是使發(fā)酵原料分布均勻，增加沼氣發(fā)酵微生物與原料的接觸，加快

21、發(fā)酵速度，提高產(chǎn)氣量。同時(shí)也可防止大量原料浮渣結(jié)殼，致使原，加快發(fā)酵速度，提高產(chǎn)氣量。同時(shí)也可防止大量原料浮渣結(jié)殼，致使原料利用率降低，阻礙產(chǎn)生沼氣的釋放。料利用率降低，阻礙產(chǎn)生沼氣的釋放。 （視頻：沼氣工程技術(shù)原理視頻：沼氣工程技術(shù)原理）第四節(jié)第四節(jié) 幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn) 概念：概念：大中型沼氣工程所采用的工程主體即厭氧反應(yīng)器。大中型沼氣工程所采用的工程主體即厭氧反應(yīng)器。 經(jīng)過近幾十年國內(nèi)外研究及工程實(shí)踐，經(jīng)過近幾十年國內(nèi)外研究及工程實(shí)踐，常規(guī)厭氧反應(yīng)器常規(guī)厭氧反應(yīng)器、全混式反應(yīng)器全混式反應(yīng)器、塞流式反應(yīng)器塞流式反應(yīng)器、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器升流式厭氧污泥

22、床反應(yīng)器、升流式反應(yīng)器升流式反應(yīng)器等等5種類型比種類型比較適合于大中型沼氣工程實(shí)際。較適合于大中型沼氣工程實(shí)際。 一、常規(guī)厭氧反應(yīng)器一、常規(guī)厭氧反應(yīng)器密閉池體，僅為沼氣發(fā)酵提供厭氧環(huán)境，無密閉池體，僅為沼氣發(fā)酵提供厭氧環(huán)境，無攪拌裝置，結(jié)構(gòu)簡單。攪拌裝置，結(jié)構(gòu)簡單。原料自然沉降，從上到下依次分層為：浮渣原料自然沉降，從上到下依次分層為：浮渣層、上清液層、層、上清液層、活性層活性層、沉渣層。、沉渣層。沼氣發(fā)酵活動(dòng)旺盛場所只限于活性層。沼氣發(fā)酵活動(dòng)旺盛場所只限于活性層。發(fā)酵效率低，造價(jià)低廉，應(yīng)用廣泛；多于常發(fā)酵效率低，造價(jià)低廉，應(yīng)用廣泛；多于常溫下運(yùn)行，采用批量或半批量發(fā)酵工藝。溫下運(yùn)行，采用批量

23、或半批量發(fā)酵工藝。第四節(jié)第四節(jié) 幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)二、全混式反應(yīng)器（二、全混式反應(yīng)器（CSTR） 又名高速消化器，是在常規(guī)厭氧反應(yīng)又名高速消化器，是在常規(guī)厭氧反應(yīng)器內(nèi)安裝了器內(nèi)安裝了攪拌裝置攪拌裝置。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）可進(jìn)入高）可進(jìn)入高SS原料（原料（TS20%）；）； （2）消化器內(nèi)物料混合均勻，活性區(qū)）消化器內(nèi)物料混合均勻，活性區(qū)遍布整個(gè)消化器，增加了底物和微生物遍布整個(gè)消化器，增加了底物和微生物的接觸機(jī)會(huì)，效率高；的接觸機(jī)會(huì)，效率高； （3）消化器內(nèi)溫度分布均勻；）消化器內(nèi)溫度分布均勻； （4）進(jìn)入消化器的物料能夠迅速分散）進(jìn)入消化器的物料能夠迅

24、速分散，保持較低的濃度水平；，保持較低的濃度水平； （5）避免了浮渣、結(jié)殼、堵塞、氣體）避免了浮渣、結(jié)殼、堵塞、氣體逸出不暢和短流現(xiàn)象；逸出不暢和短流現(xiàn)象；第四節(jié)第四節(jié) 幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn) 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： （1）消化器體積較大；）消化器體積較大； （2）要有足夠的攪拌，因此能耗較高；）要有足夠的攪拌，因此能耗較高； （3）生產(chǎn)用大型消化器難以做到完全混合；）生產(chǎn)用大型消化器難以做到完全混合； （4）底物流出該系統(tǒng)時(shí)未完全消化，微生物隨）底物流出該系統(tǒng)時(shí)未完全消化，微生物隨出料而流失；出料而流失；三、塞流式反應(yīng)器（三、塞流式反應(yīng)器（PFR） 亦稱推流式反應(yīng)器，

25、是一種長方形的非完全混亦稱推流式反應(yīng)器，是一種長方形的非完全混合消化器。高濃度懸浮固體原料從一端進(jìn)入，從另合消化器。高濃度懸浮固體原料從一端進(jìn)入，從另一段流出，發(fā)酵原料在消化器內(nèi)的流動(dòng)呈一段流出，發(fā)酵原料在消化器內(nèi)的流動(dòng)呈活塞式推活塞式推移移狀態(tài)，隨著料液的流動(dòng)，原料依次經(jīng)水解酸化階狀態(tài)，隨著料液的流動(dòng)，原料依次經(jīng)水解酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段被逐步降解。實(shí)段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段被逐步降解。實(shí)際應(yīng)用中，為減少反應(yīng)器占地及工程施工方便，常際應(yīng)用中，為減少反應(yīng)器占地及工程施工方便，常采用消化器內(nèi)設(shè)置擋板的方式。采用消化器內(nèi)設(shè)置擋板的方式。第四節(jié)第四節(jié) 幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)

26、幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）不需攪拌，結(jié)構(gòu)簡單，能耗低；）不需攪拌，結(jié)構(gòu)簡單，能耗低； （2）除適用于高懸浮物的廢物處理外，尤其適用于牛糞的消化；）除適用于高懸浮物的廢物處理外，尤其適用于牛糞的消化； （3）運(yùn)轉(zhuǎn)方便，故障少，穩(wěn)定性高；）運(yùn)轉(zhuǎn)方便，故障少，穩(wěn)定性高；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： （1）固體物質(zhì)可能沉于底部，影響消化器的有效體積；）固體物質(zhì)可能沉于底部，影響消化器的有效體積； （2）需要固體和微生物的回流作為接種物；）需要固體和微生物的回流作為接種物； （3）由于反應(yīng)器體積）由于反應(yīng)器體積/面積的比值較小，難以保持溫度恒定；面積的比值較小，難以保持溫度恒定； （4）易產(chǎn)生結(jié)殼

27、；）易產(chǎn)生結(jié)殼；第四節(jié)第四節(jié) 幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)四、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器四、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB） UASB是目前發(fā)展最快是目前發(fā)展最快的消化器，其特征是自下而的消化器，其特征是自下而上流動(dòng)的污水通過膨脹的顆上流動(dòng)的污水通過膨脹的顆粒狀污泥床被消化分解，整粒狀污泥床被消化分解，整個(gè)反應(yīng)器分為三個(gè)區(qū)，即個(gè)反應(yīng)器分為三個(gè)區(qū)，即污污泥床泥床、污泥層污泥層和和三相分離器三相分離器。沼氣工程發(fā)酵原料在污泥。沼氣工程發(fā)酵原料在污泥床和污泥層去被消化分解，床和污泥層去被消化分解，產(chǎn)生的沼氣隨升流的固體、產(chǎn)生的沼氣隨升流的固體、液體在三相分離器區(qū)實(shí)現(xiàn)分液體在

28、三相分離器區(qū)實(shí)現(xiàn)分離并被收集。離并被收集。 第四節(jié)第四節(jié) 幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）除三相分離器外，消化器結(jié)構(gòu)簡單，無攪拌裝置及填料；）除三相分離器外，消化器結(jié)構(gòu)簡單，無攪拌裝置及填料； （2）有機(jī)負(fù)荷大大提高；）有機(jī)負(fù)荷大大提高； （3）顆粒污泥的形成使厭氧微生物天然固定化，增加了工藝的穩(wěn)定性；）顆粒污泥的形成使厭氧微生物天然固定化，增加了工藝的穩(wěn)定性； （4）出水懸浮物含量低；）出水懸浮物含量低；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： （1）需要安裝三相分離器；）需要安裝三相分離器； （2）需要安裝布水裝置；）需要安裝布水裝置； （3）要求進(jìn)水固體懸浮物含量低；）要

29、求進(jìn)水固體懸浮物含量低； （4）在水力負(fù)荷較高或懸浮物較多時(shí)易流失活性污泥和微生物，運(yùn)行技）在水力負(fù)荷較高或懸浮物較多時(shí)易流失活性污泥和微生物，運(yùn)行技術(shù)要求較高。術(shù)要求較高。第四節(jié)第四節(jié) 幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)幾種常見反應(yīng)器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)五、升流式反應(yīng)器（五、升流式反應(yīng)器（ USR ） 是一種結(jié)構(gòu)簡單、適用于高懸浮固是一種結(jié)構(gòu)簡單、適用于高懸浮固體原料厭氧處理的反應(yīng)器。體原料厭氧處理的反應(yīng)器。 發(fā)酵原料從底部進(jìn)入反應(yīng)器，與反發(fā)酵原料從底部進(jìn)入反應(yīng)器，與反應(yīng)器內(nèi)活性污泥接觸，實(shí)現(xiàn)污染物的應(yīng)器內(nèi)活性污泥接觸，實(shí)現(xiàn)污染物的快速降解。未被消化降解的固體顆粒快速降解。未被消化降解的固體顆粒和活性污

30、泥依靠自然沉降滯留在反映和活性污泥依靠自然沉降滯留在反映其內(nèi)，上清液從反應(yīng)器上部溢出。其內(nèi)，上清液從反應(yīng)器上部溢出。 該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，無需攪拌，可該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，無需攪拌，可進(jìn)入高懸浮固體發(fā)酵原料（進(jìn)入高懸浮固體發(fā)酵原料（TS12%以上），而且不需出水回流和三相分以上），而且不需出水回流和三相分離器裝置，特別適用于高濃度、高懸離器裝置，特別適用于高濃度、高懸浮物的有機(jī)廢棄物厭氧處理。浮物的有機(jī)廢棄物厭氧處理。課外參考閱讀文獻(xiàn)：課外參考閱讀文獻(xiàn)：1 劉榮厚，郝元元，葉子良，等劉榮厚，郝元元，葉子良，等. 沼氣發(fā)酵工藝參數(shù)對沼氣及沼液成分影響的實(shí)驗(yàn)研究沼氣發(fā)酵工藝參數(shù)對沼氣及沼液成分影響的實(shí)驗(yàn)

31、研究J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，22（增（增1）：）：85-882 張無敵，宋洪川，李建昌張無敵，宋洪川，李建昌. 水解酶提高豬糞沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣率水解酶提高豬糞沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣率J. 太陽能學(xué)報(bào)，太陽能學(xué)報(bào)，2002，23（5）：）：674-6773 劉榮厚劉榮厚, 郝元元郝元元, 武麗娟武麗娟. 溫度條件對豬糞厭氧發(fā)酵沼氣產(chǎn)氣特性的影響溫度條件對豬糞厭氧發(fā)酵沼氣產(chǎn)氣特性的影響J. 可再生能可再生能源，源，2006，5：32-354 張無敵，宋洪川，李建昌，等張無敵，宋洪川，李建昌，等. 雞糞厭氧消化過程中水解酶與沼氣產(chǎn)量的關(guān)系研究雞糞厭氧消化過程中水解酶與沼氣產(chǎn)量的關(guān)系研究J. 能源工程，能源工程，2001，4：16-185 成喜雨，成喜雨， 莊國強(qiáng)，莊國強(qiáng)， 蘇志國，等蘇志國，等. 沼氣發(fā)酵過程研究進(jìn)展沼氣發(fā)酵過程研究進(jìn)展J. 過程工程學(xué)報(bào)，過程工程學(xué)報(bào)，2008，8（3）：）：607-615課外參考閱讀文獻(xiàn)：課外參考閱讀文獻(xiàn)：6 武少菁，劉圣勇，王曉東，等武少菁，劉圣勇，王曉東，等. 秸稈干發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)的概述和展望秸稈干發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)的概述和展望J. 中國沼氣，中國沼氣，2008，26（4）：）：20-237 李東，李連華，馬隆龍，等李東