“沼氣工程新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化制造與施工”

1、沼氣工程新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化制造與施工目錄編者話第一章 基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié) 沼氣的概念第二節(jié) 沼氣的理化性第三節(jié) 沼氣的生成條件第四節(jié) 沼氣的生成過程第五節(jié) 推廣利用沼氣的意義第六節(jié) 大中型沼氣工程的定義第七節(jié) 大中型沼氣工程的相關(guān)指標(biāo)第二章 沼氣工程新技術(shù)應(yīng)用第一節(jié) 國內(nèi)外沼氣工程發(fā)展情況與工程實(shí)例第二節(jié) 目前國內(nèi)外的前沿技術(shù)與工藝特點(diǎn)第三節(jié) 新技術(shù)新工藝的發(fā)展應(yīng)用第四節(jié) 不同發(fā)酵原料的工藝區(qū)分（工業(yè)有機(jī)污水、生活有機(jī)垃圾、糞便、秸稈和生活污水）的工藝區(qū)分第五節(jié) 太陽能在沼氣工程中的應(yīng)用技術(shù)第六節(jié) 沼氣工程的增溫與恒溫技術(shù)第三章 經(jīng)濟(jì)效益分析與可行性研究報(bào)告的編制第一節(jié) 沼氣工程及沼氣發(fā)電的系統(tǒng)造價(jià)第二

2、節(jié) 沼氣工程及沼氣發(fā)電的運(yùn)行成本第三節(jié) 沼氣、沼氣發(fā)電、沼肥及CDM的收入第四節(jié) 收益與回收期第五節(jié) 沼氣工程的社會(huì)環(huán)境效益第六節(jié) CDM減排指標(biāo)的計(jì)算第七節(jié) 可行性研究報(bào)告的編制第四章 沼氣工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工第一節(jié) 沼氣量及規(guī)模的估算第二節(jié) 工藝在結(jié)構(gòu)中的布置第三節(jié) 工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求第四節(jié) 配套設(shè)備的選擇及性能要求第五節(jié) 控制系統(tǒng)的功能范圍第六節(jié) 現(xiàn)場(chǎng)施工的方法、步驟與管理第七節(jié) 沼氣的凈化與利用第八節(jié) 地下水較高地區(qū)的施工方法第五章 商品化沼氣工程成套設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造與安裝第一節(jié) 主反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第二節(jié) 酸化池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三節(jié) 制造方法與工藝第四節(jié) 主要配套設(shè)備的選擇第五節(jié) 成套

3、設(shè)備的安裝第六節(jié) 安全施工第六章 沼氣工程運(yùn)行管理第一節(jié) 新建沼氣工程的啟動(dòng)第二節(jié) 安全管理規(guī)范與維護(hù)保養(yǎng)第三節(jié) 北方沼氣工程的冬季管理技術(shù)第四節(jié) 沼肥的施肥方法及注意事項(xiàng)第七章 沼肥深加工技術(shù)及設(shè)備第一節(jié) 制造高效有機(jī)肥的工藝第二節(jié) 制造高效有機(jī)肥的主要設(shè)備第三節(jié) 高效有機(jī)肥的性能與用途第四節(jié) 高效有機(jī)肥的市場(chǎng)前景第八章 小型高效沼氣發(fā)生器的設(shè)計(jì)、制造與安裝第一節(jié) 小型高效沼氣發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)第二節(jié) 小型高效沼氣發(fā)生器的選形第三節(jié) 小型高效沼氣發(fā)生器的質(zhì)量要求第四節(jié) 型高效沼氣發(fā)生器的制造方法與工藝第五節(jié) 小型高效沼氣發(fā)生器的安裝與啟動(dòng)第六節(jié) 小型高效沼氣發(fā)生器的使用與管理第七節(jié) 玻璃鋼反應(yīng)器的

4、成型技術(shù)第九章 沼液的后處理及中水利用技術(shù)第一節(jié) 生化處理的方法第二節(jié) 生化處理的工藝及設(shè)備第三節(jié) 中水的循環(huán)利用第四節(jié) 后處理設(shè)備的運(yùn)行管理第十章 沼氣綜合利用技術(shù)第一節(jié) 沼氣發(fā)電與燒鍋爐第二節(jié) 沼氣利用第三節(jié) 沼渣的利用第四節(jié) 沼液的利用附錄1、沼氣常用參數(shù)一覽表2、北方地區(qū)戶用沼氣池的冬季管理3、全國首屆沼氣新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化培訓(xùn)班集景4、參考文獻(xiàn)第一節(jié) 大、中型沼氣工程工藝流程 大中型沼氣工程其發(fā)酵工藝流程都包括原料的收集、原料的預(yù)處理、在消化器(沼氣池)中進(jìn)行厭氧發(fā)酵、發(fā)發(fā)酵后料液的后處理和沼氣的凈化與儲(chǔ)存等(圖4-1)。 一、原料的收集、貯存和預(yù)處理 原料的收集方式又直接影響原料的質(zhì)量。

5、如一個(gè)豬場(chǎng)采用自動(dòng)化沖洗其TS濃度一般只有1.5%3.5%，若采用刮糞板刮出，則原料濃度可達(dá)5%6%，如手工清運(yùn)則濃度可達(dá)20%左右。因此，在禽畜場(chǎng)或工廠設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件合理安排廢物的收集方式及集中地點(diǎn)，以便就近進(jìn)行沼氣發(fā)酵處理。 收集到的原料在進(jìn)入?yún)捬跸鳎ㄕ託獬兀┣耙话阋M(jìn)入調(diào)節(jié)池儲(chǔ)存和進(jìn)行預(yù)處理。前者主要是解決原料收集量與消化器進(jìn)入料量不相等的問題。如：消化器的進(jìn)料常需在一天內(nèi)均勻分配。所以調(diào)節(jié)池的大小一般要能儲(chǔ)存24h廢物量。此外，在溫暖季節(jié)，調(diào)節(jié)池?？杉嬗兴峄饔茫@對(duì)原料性能和加速厭氧消化有好處。后者主要是清除原料中的各種雜物、對(duì)原料進(jìn)行升溫降溫，以及調(diào)節(jié)原料的酸堿度等，

6、以滿足發(fā)酵條件的需要。 在預(yù)處理時(shí)，牛和豬糞中的長(zhǎng)草、雞糞中的雞毛都應(yīng)去除，否則極易引起管道堵塞。雞糞中還含有較多貝殼粉和砂礫等，必須沉淀清除，否則會(huì)很快大量沉積于消化器底部并且難以排除。 酒精和丙酮丁醇廢醪其溫度高達(dá)100，因此需要降溫后才能進(jìn)入消化器，有條件時(shí)還可采用各種固液分離機(jī)械將固體殘?jiān)殖鲇免麸暳希休^好經(jīng)濟(jì)效益。有些高強(qiáng)度的無機(jī)酸堿廢水在進(jìn)料前還應(yīng)進(jìn)行中和，最好采用酸性和堿性廢水混合處理，如將酸性的味精廢水和堿性的造紙廢水加以混合即可收到良好效果二、厭氧消化器微生物的繁殖，有機(jī)物的分解轉(zhuǎn)化，沼氣的生成都是在消化器中進(jìn)行的，因此，消化器（沼氣池）是沼氣發(fā)酵的核心沒備。消化器的沒計(jì)的

7、必須根據(jù)發(fā)酵原料或處理污水的性質(zhì)以及發(fā)酵條件和工藝類型選擇適宜的消化器結(jié)構(gòu)。 目前應(yīng)用較多的工藝類型及消化器結(jié)構(gòu)為常規(guī)消化器。如在農(nóng)村大量使用的家用水壓式沼氣池和酒廠使用的隧道式沼氣池。第二類為污泥滯留式消化器，如適用于處理可溶性廢水的UASB及適用于處理高懸浮固體的USR，這兩種消化器結(jié)構(gòu)是目前最有發(fā)展前途的結(jié)構(gòu)類型。第三類為附著膜式消化器，目前使用的主要是軟填料過濾器，適用于可溶性有機(jī)廢水處理，其據(jù)有啟動(dòng)快、運(yùn)行容易的優(yōu)點(diǎn)；但投資多、易發(fā)生堵塞。 此外，消化器的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮合理的布水管、溢流口、水封設(shè)置及科學(xué)的進(jìn)料方式等。布料均勻可起到攪拌作用，有利于增加產(chǎn)氣量；進(jìn)料點(diǎn)設(shè)置多少及管徑粗細(xì)與

8、池容大小及消化器高度有關(guān)，也可提高攪拌力并防止管路堵塞；合理設(shè)置溢流口可防止堵塞出料口和消化器的爆裂；在消化器的適當(dāng)部位要設(shè)置水封，既可保證氣體壓力，又起到安全閥的作用。三、出料的后處理出料的后處理為大型沼氣工程所不可缺少的構(gòu)成部分。最簡(jiǎn)便方式的是直接用作肥料施入土壤或魚塘。將出料進(jìn)行沉淀后再將沉渣進(jìn)行固液分離，固體殘?jiān)米鞣柿匣蚺浜线m量化肥做成適用于各種花果的復(fù)合肥料，有較好經(jīng)濟(jì)效益。清液部分可經(jīng)曝氣池、氧化塘等好氧處理設(shè)備而排放，可用于灌溉或再回用為生產(chǎn)用水，目前采用的固液分離方式有沙濾式干化槽、臥螺式離心機(jī)、水力篩、帶式壓濾機(jī)和螺旋擠壓式固液分離機(jī)等。四、沼氣的凈化、儲(chǔ)存和輸配沼氣發(fā)酵時(shí)

9、會(huì)有水分和生成的一定量硫化氫(H2S)氣體進(jìn)入沼氣。水的冷凝會(huì)造成管路堵塞， H2S是一種腐蝕性很強(qiáng)的氣體，它可引起管道及儀表的快速腐蝕。H2S本身及燃燒時(shí)生成的SO2對(duì)人也有毒害作用。大型沼氣工程，特別是用來進(jìn)行集中供氣的工程必須設(shè)法脫除沼氣中的水和H2S。脫水通常采用脫水裝置進(jìn)行。硫化氫的脫除通常采用脫硫塔，內(nèi)裝脫硫劑進(jìn)行脫硫。 沼氣的儲(chǔ)存通常用浮罩式儲(chǔ)氣柜，以調(diào)節(jié)產(chǎn)氣和用氣的時(shí)間差別，儲(chǔ)氣柜的大小一般為日產(chǎn)氣量的13l2，以便穩(wěn)定供應(yīng)用氣。 沼氣的輸配是指將沼氣輸送分配主各用氣戶(點(diǎn))，輸送距離可達(dá)數(shù)千米。輸送管道通常采用金屬管，近年來采用高壓聚乙烯塑料管作為輸氣干管已試驗(yàn)成功。用塑料管

10、輸氣不僅避免了金屬管銹蝕，并且造價(jià)較低。氣體輸送所需的壓力通常依靠沼氣產(chǎn)生所提供的壓力即可滿足，遠(yuǎn)距離輸送可采用增壓措施。 第二節(jié) 厭氧消化器的分類及工藝類型 厭氧消化器的分類如按溫度可分為中溫、高溫及常溫消化器；按投料方式可分為分批或間歇投料、半連續(xù)投料和連續(xù)投料；按階段劃分可分為兩階段發(fā)酵，一級(jí)發(fā)酵和兩級(jí)或多級(jí)發(fā)酵等。這些劃分方式缺乏本質(zhì)的區(qū)分。一個(gè)厭氧消化器，無論是哪一種類型工藝，在具備適宜的運(yùn)行條件的基礎(chǔ)上，決定其功能特性的構(gòu)成因素主要是水力滯留期(HRT)、固體滯留期(SRT)和微生物滯留期(MRT)，故應(yīng)據(jù)此對(duì)消化器進(jìn)行分類。 沼氣發(fā)酵工藝與所采用的消化器類型有著密切的關(guān)系。目前大

11、多以消化器名稱命名工藝類型，如采用常規(guī)消化器的工藝稱之為常規(guī)消化工藝、采用完全混合式消化器的稱之為全混合工藝等。由于消化器分類方式的不同，也可按溫度分類將工藝稱為中溫、高溫及常溫發(fā)酵工藝；按投料方式可將其分為分批或間歇投料、半連續(xù)投料和連續(xù)投料工藝；或按階段劃分將其可分為一級(jí)發(fā)酵和兩級(jí)或多級(jí)發(fā)酵工藝等。 水力滯留期(HRT) 厭氧消化器的HRT是指一個(gè)消化器內(nèi)的發(fā)酵液按體積汁算被全部置換所需要的時(shí)間，通常以天或小時(shí)(h)為單位，可按下式計(jì)算出； 固體滯留期(SRT) SRT是指懸浮固體物質(zhì)在消化器里被置換的時(shí)間。在-個(gè)混合均勻的完全混合式消化器里，SRT與HRT相等。而在一個(gè)非完全混合式消化器

12、里，例如升流式固體反應(yīng)器(USR)，如果能測(cè)定出消化器內(nèi)和出水里的懸浮固體的濃度和密度，則其SRT可通過下列公式算出，式中 TSSr一一消化器內(nèi)總懸浮固體的平均百分濃度； TSSe-一消化器出水的TSS%濃度； RV一-反應(yīng)器體積； EV-每天出水的體積； Dr-消化器內(nèi)固體物的密度； Dc-出水里的固體物的密度。 微生物滯留期(MRT) 微生物滯留期是指從微生物細(xì)胞的生成到被置換出消化器的時(shí)間。在一定條件下，微生物繁殖一代的時(shí)間是基本穩(wěn)定的，如果MRT小于微生物增代時(shí)間，微生物將會(huì)被從消化器里沖洗干凈，厭氧消化將被終止。如果微生物的增代時(shí)間與MRT相等，微生物的繁殖與被沖出處于平衡狀態(tài)，則消

13、化器的消化能力難以增長(zhǎng)，消化器則難以啟動(dòng)。如果MRT大于微生物增代時(shí)間，則消化器內(nèi)微生物的數(shù)量會(huì)不斷增長(zhǎng)。根據(jù)Monod方程，消化器的反應(yīng)速度與微生物的量呈正比。可見在一定條件下，消化器的效率與MRT呈正相關(guān)。如果MRT無限延長(zhǎng)，則老細(xì)胞會(huì)不斷死亡而被分解掉。這樣也可使微生物的繁殖和死亡處于平衡狀態(tài)，就不會(huì)有多余的微生物排出。因此，延長(zhǎng)MRT不僅可以提高消化器的處理有機(jī)物的效率，并且可以降低微生物對(duì)外加營(yíng)養(yǎng)物的需求，還可減少污泥的排放，減輕二次污染物的產(chǎn)生。當(dāng)處理低濃度有機(jī)污水時(shí)，在HRT很短的情況下運(yùn)行，這就必須設(shè)法延長(zhǎng)MRT來維持厭氧消化過程的產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷的平衡。只有延長(zhǎng)了MRT才能阻止生

14、長(zhǎng)緩慢的產(chǎn)甲烷菌的沖出，增加產(chǎn)甲烷菌在消化器內(nèi)的積累，防止微生物生長(zhǎng)不平衡現(xiàn)象的產(chǎn)生。用什么方法來延長(zhǎng)MRT呢?在完全混合式消化器里，MRT與HRT、SRT相等，因此無法使MRT單獨(dú)增加，所以完全混合型消化器只適用于高濃度有機(jī)廢水的處理，靠延長(zhǎng)HRT來使MRT延長(zhǎng)，因而完全混合型消化器必須有長(zhǎng)的HRT，負(fù)荷難以提高。要想使消化器有比HRT更長(zhǎng)的MRT，就必須使HRT與MRT分離，在污水經(jīng)過消化器的條件下，使微生物滯留于消化器內(nèi)，這就產(chǎn)生了UASB和厭氧濾器等使HRT與MRT分離的消化器類型。前者靠污泥的沉降而使微生物滯留，后者靠微生物附著于支持物的表面形成生物膜而滯留，這樣就可使MRT大大延長(zhǎng)

15、，從而提高了消化器的效率，因而使消化器的負(fù)荷大幅度提高，并使厭氧消化器只適用于處理高濃度有機(jī)污水而發(fā)展到今天也可以用來處理低濃度污水。由此也可看出增加MRT在理論和實(shí)踐上的重要性。根據(jù)HRT、SRT和MRT的不同，可將厭氧消化器分為3種類型(下表)。第一類消化器為常規(guī)型消化器，也有人稱為第一代捎化器，這類消化器的特征為MRT、SRT和HRT相等，即液體、固體和微生物混合在一起，在出料時(shí)同時(shí)被淘汰，消化器內(nèi)沒有足夠的微生物，并且固體物質(zhì)由于滯留期較短而得不到充分消化，因而效率較低。第二類消化器的特征為通過各種固液分離方式，將MRT和SRT與HRT加以分離，從而在較短的HRT的情況下獲得較長(zhǎng)的MR

16、T和SRT。即在發(fā)酵液排出時(shí)，微生物和固體物質(zhì)所構(gòu)成的污泥得到保留，因而稱為污泥滯留型。第三類消化器即附著膜型消化器，在消化器內(nèi)安放有惰性支持物供微生物附著，使微生物呈膜狀固著于支持物表面，從而在進(jìn)料中的液體和固體穿流而過的情況下固著滯留微生物于反應(yīng)器內(nèi)。從而使消化器有較高的效率。類型滯留期特征消化器舉例常規(guī)型MRT=SRT=HRT常規(guī)消化器塞流式完全混合式污泥滯留型(MRT和 SRT)HRT厭氧接觸工藝升流式固體反應(yīng)器升流式厭氧污泥床折流式附著膜型MRT(SRT和 HRT)厭氧濾器流化床和膨脹床 一、常規(guī)型消化器包括各種樣式的常規(guī)消化器、完全混合式消化器(連續(xù)攪拌罐)及塞流式消化器等。 常規(guī)

17、消化器結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。這種消化器的特點(diǎn)是無攪拌裝置，原料在消化器中呈自然沉淀狀態(tài)，多于常溫下運(yùn)行，投資和運(yùn)行費(fèi)用較低等，我國農(nóng)村沼氣池多采用這種裝置。 圖4-2 常規(guī)消化器結(jié)構(gòu)圖 圖4-3 全混合式消化器結(jié)構(gòu)示意圖 全混合式消化器 其結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。該種消化器由于能耗大、能效比較低目前應(yīng)用范圍逐漸縮小。 全混合式消化器是在常規(guī)消化器內(nèi)安裝了攪拌裝置，使發(fā)酵料和微生物處于完全混合狀態(tài)，與常規(guī)消化器比其活性區(qū)域遍布整個(gè)消化器，其效率比常規(guī)消化器有明顯提高。該消化器采用恒溫連續(xù)投料或半連續(xù)投料運(yùn)行，適用于高濃度及含有大量懸浮固體原料的處理。如污水處理廠好氧活性污泥的厭氧消化過去多采用該工藝。

18、該裝置的主要特點(diǎn)是：優(yōu)點(diǎn)：該工藝可進(jìn)入高懸浮固體含量的原料；消化器內(nèi)物料均勻分布，避免了分層狀態(tài)，增加底物和微生物接觸的機(jī)會(huì)；消化器內(nèi)溫度分布均勻；進(jìn)入消化器內(nèi)任何一點(diǎn)的抑制物質(zhì)，能夠迅速分散保持在最低濃度水平；避免了浮渣結(jié)殼、堵塞、氣體逸出不暢和溝通現(xiàn)象；易于建立數(shù)學(xué)模型。缺點(diǎn)：由該消化器無法做到使SRT和MRT在大于HRT的情況下運(yùn)行，所以需要消化器體積較大；要有足夠的攪拌，所以能量消耗較高；生產(chǎn)用大型消化器難以做到完全混合；低物流出該系統(tǒng)時(shí)未完全消化，微生物隨出料而流失。塞流式消化器結(jié)構(gòu)示意圖如4-5。 圖4-4厭氧接觸工藝示意示意圖 圖4-5 塞流式消化器示意圖塞流式亦稱推流式消化器，

19、是一種長(zhǎng)方形的非完全混合式消化器，高濃度懸浮物固體原料一般從一端進(jìn)入，從另一端流出。由于消化器內(nèi)沼氣的產(chǎn)生，呈現(xiàn)垂直的攪拌作用，而橫向攪拌作用甚微，原料在消化器的流動(dòng)呈活塞式推移狀態(tài)。在進(jìn)料端呈現(xiàn)較強(qiáng)的水解酸化作用，甲烷的產(chǎn)生隨著向出料方向的流動(dòng)而增強(qiáng)。由于進(jìn)料缺乏接種物，所以要進(jìn)行固體回流。為了減少微生物的沖出，在消化器內(nèi)應(yīng)設(shè)置擋扳，有利于運(yùn)行的穩(wěn)定。塞流式消化器在我國最早用于酒精廢醪的厭氧消化，后來用于牛糞的厭氧處理效果較好。實(shí)踐證明，塞流式不適用于雞糞的發(fā)酵處理，因雞糞沉渣多，易于生成沉淀而在量形成死區(qū)，嚴(yán)重影響消化效率。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是：不需攪拌裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低；適用于高SS廢物的

20、處理；龍其適用于牛糞的消化，用于農(nóng)場(chǎng)有十分好的經(jīng)濟(jì)效益；運(yùn)轉(zhuǎn)方便，故障少，穩(wěn)定性高。缺點(diǎn)是：固體物可能沉淀于底部，影響反應(yīng)器的有效體積，使 HRT和SRT降低；需要固體和微生物的回流作為接種物；因該消化器面積/體積比值較大，難以保持一致的溫度，效率較低；易產(chǎn)生厚的結(jié)殼。二、污泥滯留型消化器 由于人們認(rèn)識(shí)到了在消化器內(nèi)保留大量污泥的重要性，因而設(shè)法通過各種固液分離方式將MRT和SRT與HRT加以分離，使得在較短的HRT的情況下，有較長(zhǎng)的MRT和SRT。該類消化器的特征為通過采用各種固液分離方式使污泥滯留于消化器內(nèi)，從而提高了消化器的效率，縮小了所需消化器的體積。該類消化器包括厭氧接觸工藝、升流式

21、厭氧污泥床和升流式固體反應(yīng)器。厭氧接觸工藝該工藝的特點(diǎn)是在完全混合消化器之外加了一個(gè)沉淀池來收集污泥，并使其再回流入消化器內(nèi)。其工藝流程如圖4-4所示。有人稱其為帶有污泥回流的連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器。由于完全混合式消化器排出的混合液首先在沉淀池中進(jìn)行固液分離。上清液由沉淀池上部排出，沉淀下的污泥再回流至消化器內(nèi)，這樣既減少了出水中的固體物含量，又提高了消化器內(nèi)的污泥濃度，從而在一定程度上提高丁設(shè)備的有機(jī)負(fù)荷率和處理效率。由于厭氧接觸工藝具有這些優(yōu)點(diǎn)，故在生產(chǎn)上被普遍采用。 實(shí)踐表明，該工藝允許污水中含有較高的懸浮固體，耐沖擊負(fù)荷，具有較大緩沖能力，操作過程比較簡(jiǎn)單，工藝運(yùn)行比較穩(wěn)定。消化器及沉淀池的

22、構(gòu)造均有定型設(shè)計(jì)；因此，我國應(yīng)用這種工藝不存在什么困難。 該工藝的優(yōu)點(diǎn)與完全混合式消化器相同，并可采取較高的負(fù)荷率運(yùn)行。其缺點(diǎn)是需要額外的設(shè)備來使固體和微生物沉淀與回流。升流式厭氧污泥床(UASB) UASB是由Lettinga等于1974-1978年研究成功的一項(xiàng)新工藝，是目前世界上發(fā)展最快的消化器，由于該消化器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低，處理效率高而引起人們的普遍興趣。該消化器適用處理可溶性廢水，要求較低的懸浮固體含量。 (一)UASB的工作原理 消化器內(nèi)部分為3個(gè)區(qū)，從下至上為污泥床、污泥層和氣、液、固三相分離器。消化器的底部是濃度很高并具有良好沉淀性能和凝聚性的絮狀或顆粒狀污泥形成的污泥床。

23、污水從底部經(jīng)布水管進(jìn)入污泥床，向上穿流并與污泥床內(nèi)的污泥混合，污泥中的微生物分解污水中的有機(jī)物，將其轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，并在上升過程中不斷合并成大氣泡。在上升的氣泡和水流的攪動(dòng)下，消化器上部的污泥處于懸浮狀態(tài)，形成一個(gè)濃度較低的污泥懸浮層。在消化器的上部設(shè)有氣、液、固三相分離器(圖4-6)。在消化器內(nèi)生成的沼氣氣泡受反射板的阻檔進(jìn)入三相分離器下面的氣室內(nèi)，再由管道經(jīng)水封而排出。固、液混合液經(jīng)分離器的窄縫進(jìn)入沉淀區(qū)，在沉淀區(qū)內(nèi)由于污泥不再受到上升氣流的沖擊，在重力作用下而沉淀。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回污泥層內(nèi)，使消化器內(nèi)積累起大量的污泥。分離出污泥后的液體從沉淀區(qū)上表面

24、進(jìn)入溢流槽而流出。 圖4-6 UASB消化器結(jié)構(gòu)示意圖（二）UASB的啟動(dòng)與運(yùn)行UASB的啟動(dòng)最在困難是獲得大量性能良好的厭氧活性污泥。最好的辦法是從現(xiàn)有的厭氧處理設(shè)備中取出大量污泥投入消化器進(jìn)行啟動(dòng)，如有處理相同廢水的污泥效果更好。如果沒有相同廢水的污泥，也可以選取沉降性能較好的雞糞厭氧消化、城市污水污泥厭氧消化或豬糞厭氧消化污泥等作為接種物。如果附近沒有厭氧消化器可以取污泥，也可以在工程附近原排放污水的溝內(nèi)尋找污泥作為接種物，但要篩除粗大固體物，并且沉淀出泥土砂石后方可進(jìn)入消化器?？傊瑢?duì)作為接種物的污泥有兩點(diǎn)要求：一是使其適應(yīng)將要處理的有機(jī)物，特別是在處理有毒物質(zhì)時(shí)這-點(diǎn)更重要；二是要污

25、泥具有良好的沉降性能。例如，用消化過的雞糞作為接種物就比用豬糞好，因雞糞沉降性能好，并且比較細(xì)碎有利于顆粒污泥的形成。 UASB所以能有如此良好的性能，依賴于沉降性能良好的高活性污泥床的形成。因而要求進(jìn)水中不能含有較高的懸浮固體。如果進(jìn)料中懸浮固體含量高，會(huì)造成固體殘?jiān)谖勰啻仓械姆e累，使污泥的活性和沉降性能大幅度降低，污泥上浮隨出水沖出，污泥床被破壞。 (三)污泥的分布與流失 UASB內(nèi)由于產(chǎn)氣的結(jié)果，一些部位形成一股上升氣流，帶動(dòng)混合液(污泥和水)向上運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，為填充上升氣泡的空位，這股上升氣流周圍的混合液則做向下流動(dòng)，這就形成較強(qiáng)的攪拌作用。在產(chǎn)氣量較少的情況下，呈膨脹狀態(tài)的污泥床

26、與呈混合狀態(tài)的污泥層有明顯界面，而在產(chǎn)氣量較多時(shí)，這個(gè)界面則不明顯。污泥床與污泥層中的污泥濃度與消化器的污泥總量及負(fù)荷有關(guān)。在負(fù)荷較低時(shí)，污泥床與污泥層的污泥濃度差別較大，隨污泥床部分厚度的增加有機(jī)負(fù)荷上升，而污泥層部分上下濃度差別較小，顯示著接近完全混合型流態(tài)。當(dāng)負(fù)荷較高時(shí)，污泥床與污泥層則因污泥濃度升高與攪拌力的增強(qiáng)而混為一體。在UASB內(nèi)雖設(shè)有三相分離器，但出水中仍帶有一定數(shù)量污泥，特別是在工藝控制不當(dāng)時(shí)，常會(huì)造成大量跑泥。在正常運(yùn)行時(shí)，少量活性污泥會(huì)因進(jìn)水中的懸浮固體或氣泡的夾帶而隨水沖出。污泥過滿，也會(huì)使出水中污泥增多，這時(shí)應(yīng)及時(shí)排放剩余污泥。在沖擊負(fù)荷的條件下，可能導(dǎo)致污泥過度膨脹

27、，也可大量流失污泥。為了減少出水中所夾帶的污泥，可在UASB反應(yīng)器后設(shè)置一個(gè)沉淀池，將所沉淀的污泥送回反應(yīng)器內(nèi)。設(shè)置沉淀池的好處是：污泥回流可加速污泥的積累，縮短投產(chǎn)期，去除懸浮物，可改善出水水質(zhì)；當(dāng)偶因工藝控制不當(dāng)造成人員跑泥時(shí)，可回收污泥；污泥回流入消化器內(nèi)做進(jìn)一步分解，可減少剩余污泥排放量。 (四)顆粒污泥 升流式厭氧污泥床的成功運(yùn)行，使得消化器內(nèi)形成了-種主要由厭氧消化細(xì)菌和胞外多聚物構(gòu)成的微生態(tài)顆粒，人們稱它為顆粒污泥。顆粒污泥的形成是厭氧消化過程的一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)，它實(shí)際上是沼氣發(fā)酵微生物的天然固定化顆粒。在每個(gè)成熟的污泥顆粒內(nèi)生活著厭氧消化生態(tài)系所必須的各種微生物類群胞外多聚物填充于

28、細(xì)菌細(xì)胞之間并包圍于顆粒表面，使每個(gè)污泥顆粒成為一個(gè)獨(dú)立的滲透性實(shí)體。各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)胞外酶水解后，通過滲透作用進(jìn)入顆粒內(nèi)供厭氧消化細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖，細(xì)菌之間按其食物鏈關(guān)系將其代謝產(chǎn)物互相傳遞，并將其終產(chǎn)物通過滲透作用從顆粒中排出。這樣，顆粒中的每個(gè)細(xì)菌都成了這個(gè)微生態(tài)系的一員，它們與外界環(huán)境的接觸都通過這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行。因而對(duì)每個(gè)細(xì)菌來說，生活條件都相對(duì)穩(wěn)定，使顆粒污泥對(duì)環(huán)境條件的變化具有更大的適應(yīng)性。顆粒污泥的形狀大小不一，直徑在0.20.5mm之間，但成熟的顆粒污泥直徑多在23mm之間，形狀多為近球形。顆粒過大往往因營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)難以向深層擴(kuò)散，核心內(nèi)的微生物因缺乏營(yíng)養(yǎng)而死亡，形成空泡狀。研究表明，當(dāng)以

29、葡萄糖為底物時(shí)，按照細(xì)菌生理功能的不同，顆粒污泥可分為3層。外層表面產(chǎn)酸菌占優(yōu)勢(shì)，內(nèi)部多為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、食氫產(chǎn)甲烷菌和甲烷八疊球菌；中層產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、甲烷八疊球菌，甲烷螺菌等占優(yōu)勢(shì)；核心部分幾乎是惟一的乙酸裂解菌，即甲烷細(xì)菌所構(gòu)成。這種營(yíng)養(yǎng)區(qū)的分層現(xiàn)象是由于底物和細(xì)菌代謝產(chǎn)物的擴(kuò)散所形成。顆粒污泥具有良好的沉降性能和較高的產(chǎn)甲烷活性，因而使UASB內(nèi)可以積累大量高活性污泥。 關(guān)于顆粒污泥形成的條件一直為科學(xué)家們所關(guān)注。實(shí)驗(yàn)表明，利用厭氧消化過的雞糞、豬糞、牛糞，酒清廢醪等為接種物都可以形成顆粒污泥。從所處理的水質(zhì)來看，低到300mgCODL生活污水，高到40 000mgCODL酒醪濾液，也都可

30、以生成顆粒污泥。多數(shù)研究者認(rèn)為，甲烷絲菌的生長(zhǎng)及其纏繞網(wǎng)絡(luò)作用是顆粒污泥形成的內(nèi)因，而活性污泥的營(yíng)養(yǎng)水平及水流和氣流共同形成的篩分強(qiáng)度是顆粒污泥形成的主要外部條件。影響污泥顆粒化進(jìn)程最主要的運(yùn)行控制條件是污泥的COD負(fù)荷，當(dāng)污泥負(fù)荷達(dá)o.3 kgCOD(kgVSS.天)時(shí)，便有顆粒生成，當(dāng)污泥負(fù)荷有o6 kgCOD(kRVSS·天)以上時(shí)，污泥顆?；M(jìn)行將十分迅速。這些數(shù)據(jù)是在中溫條件下取得的，隨著污泥活性的提高而不斷提高消化器的負(fù)荷，以保證細(xì)菌生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但又不能超負(fù)荷運(yùn)行，以維持發(fā)酵液的低乙酸濃度，這樣才有利于甲烷絲菌的生長(zhǎng)。隨著負(fù)荷的增長(zhǎng)，水氣混合流所形成的篩分強(qiáng)度也逐漸加

31、大，造成污泥亞單位的旋轉(zhuǎn)和碰撞，使亞單位之間互瓦相粘附和纏繞，逐漸聚集成顆粒污泥。在運(yùn)行過程中，隨著負(fù)荷的不斷提高，水氣流篩分強(qiáng)度增大，一些沉降性能差的污泥碎片被淘洗出消化器，更加有利于顆粒污泥的形成。在消化器內(nèi)保持25100mgL的鈣離子的濃度，可提高污泥顆?；乃俣?。無論在常溫、中溫或高溫條件下都可形成顆粒污泥。 (五)UASB的優(yōu)缺點(diǎn) 該工藝將污泥的沉降與回流置于一個(gè)裝置內(nèi)，降低了造價(jià)。該工藝的優(yōu)點(diǎn)為：除三相分離器外，消化器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有攪拌裝置及供微生物附著的填料；長(zhǎng)的SRT和MRT使其達(dá)到了很高的負(fù)荷率；顆粒污泥的形成，使微生物天然固定化，改善了微生物的環(huán)境條件，增加了工藝的穩(wěn)定性；

32、出水的懸浮固體含量低。 缺點(diǎn)：需要安裝三相分離器；進(jìn)水中只能含有低濃度的懸浮固體；需要有效的布水器使進(jìn)料能均布于消化器的底部；當(dāng)沖擊負(fù)荷或進(jìn)料中懸浮固體含量升高，以及遇到過量有毒物質(zhì)時(shí)，會(huì)引起污泥流失。升流式固體反應(yīng)器(USR) 升流式固體反應(yīng)器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于高懸浮固體原料的消化器。它的結(jié)構(gòu)如圖4-7所示。原料從底部進(jìn)入消化器內(nèi)，消化器內(nèi)不需要安置三相分離器，不需要污泥回流，也不需要完全混合式消化器那樣的攪拌裝置。未消化的生物質(zhì)固體顆粒和沼氣發(fā)酵微生物，靠被動(dòng)沉降滯留于消化器內(nèi)，上清液從消化器上部排出，這樣就可以得到比高得多的SRT和MRT。從而提高了固體有機(jī)物的分解率和消化器的效率。 圖4-7