厭氧發(fā)酵工藝

1、厭氧發(fā)酵工藝分析一、沼氣池(厭氧消化器)采用技術(shù)分析和評(píng)價(jià)在我國(guó)已建成的沼氣工程中，所采用的厭氧消化工藝，主要有以下四類，即塞流式消化器，升流式固體反應(yīng)器，升流式厭氧污泥床和污泥床濾器。塞流式反應(yīng)器(PlugFlowReactor，簡(jiǎn)稱PFR)塞流式反應(yīng)器也稱推流式反應(yīng)器，是一種長(zhǎng)方形的非完全混合式反應(yīng)器。高濃度懸浮固體發(fā)酵原料從一端進(jìn)入，從另一端排出。優(yōu)點(diǎn)：1不需要攪拌，池形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低；2適用于高SS廢水的處理，尤其適用于牛糞的厭氧消化，用于農(nóng)場(chǎng)有較好的經(jīng)濟(jì)效益；3運(yùn)行方便，故障少，穩(wěn)定性高。缺點(diǎn)：1固體物容易沉淀于池底，影響反應(yīng)器的有效體積，使HRT和SRT降低，效率較低；2需要固體

2、和微生物的回流作為接種物；3因該反應(yīng)器面積/體積比較大，反應(yīng)器內(nèi)難以保持一致的溫度；4易產(chǎn)生厚的結(jié)殼。北京市大興區(qū)留民營(yíng)的雞糞高溫沼氣工程采用了該反應(yīng)器。實(shí)踐表明，該反應(yīng)器耐粗放管理，采用高溫(55C)發(fā)酵，產(chǎn)氣率較高，并且可以殺滅有害生物。但因雞糞沉渣較多，易生成沉淀而影響反應(yīng)器的效率。升流式固體反應(yīng)器(UpflowSolidsReactor，簡(jiǎn)稱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反應(yīng)器。原料從底部進(jìn)入消化器內(nèi)，與消化器里的活性污泥接觸，使原料得到快速消化。未消化的生物質(zhì)固體顆粒和沼氣發(fā)酵微生物靠自然沉降滯留于消化器內(nèi)，上清液從消化器上部溢出，這樣可以得到比水力滯

3、留期高得多的固體滯留期(SRT)和微生物滯留期(MRT)，從而提高了固體有機(jī)物的分解率和消化器的效率。首都師范大學(xué)利用USR進(jìn)行了雞糞沼氣發(fā)酵研究，其進(jìn)料濃度為TS=5%6%,COD=4255g/l,懸浮固體為4555g/l，在35C條件下，USR的負(fù)荷可達(dá)10kgCOD/m3d,產(chǎn)氣率488m3/m3d,CH4含量60%左右，COD去除率85%左右，SS去除率為6616%。據(jù)計(jì)算當(dāng)HRT為5天時(shí)SRT為25天。留民營(yíng)雞糞污水中溫沼氣發(fā)酵工程、房山區(qū)琉璃河豬糞廢水沼氣發(fā)酵工程、房山區(qū)南韓繼和平谷縣南獨(dú)樂河豬糞廢水沼氣工程的厭氧消化器均采用USR工藝，運(yùn)行穩(wěn)定，效果較好。升流式厭氧污泥床(Upf

4、lowAnaerobicSludgeBed，簡(jiǎn)稱UASB)UASB是由Lettinga等于19741978年研究成功的一項(xiàng)新工藝，是世界上發(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。該消化器適用于處理可溶性廢水，要求較低的懸浮固體含量。北京環(huán)境科學(xué)院于1983年首先開展了利用UASB處理丙酮丁醇生產(chǎn)廢水的工藝研究，至今我國(guó)已對(duì)COD為300500mg/l的生活污水，10002000mg/l啤酒廢水，30005000mg/l的屠宰廢水，800010000mg/l的豆制品廢水及3000040000mg/l的酒醪濾液等進(jìn)行了研究工作，并且多數(shù)已投產(chǎn)應(yīng)用。該工藝

5、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：1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；2長(zhǎng)的SRT和MRT使其達(dá)到了很高的負(fù)荷率；3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；4出水的懸浮固體含量低。缺點(diǎn)：1需要安裝三相分離器；2進(jìn)水中只能含有低濃度的懸浮固體；3需要有效的布水器使其進(jìn)料能均勻分布于消化器的底部；4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，要求較高的管理水平。UASB是近年來在沼氣發(fā)酵工程中應(yīng)用最多的工藝，多用于工業(yè)廢水和生活污水的厭氧消化。經(jīng)過固液分離后的畜禽糞便

6、污水也可以采用UASB進(jìn)行厭氧消化處理。UASB工藝在工廠廢水處理中已得到廣泛應(yīng)用。北京啤酒廠采用UASB工藝的厭氧消化工程已被國(guó)家環(huán)保局定為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。4污泥床濾器(UBF)它是將UASB和厭氧濾器結(jié)合為一體的厭氧消化器。其下部為污泥床，上部設(shè)置纖維填料。由于附著于纖維填料上的生物膜補(bǔ)充了污泥床上部微生物的不足，所以效益較高。但每立方米填料價(jià)值300500元，使工程造價(jià)上升。順義肉聯(lián)廠的屠宰廢水處理采用UBF工藝。它對(duì)低濃度低懸浮固體污水的厭氧消化效果較好。用于高濃度高懸浮固體廢水處理易產(chǎn)生堵塞。二、沼氣發(fā)酵工程工藝流程分析厭氧消化器(即沼氣池)是沼氣工程的主體，要使畜禽糞便處理實(shí)現(xiàn)資源化

7、、減量化、無害化、生態(tài)化的目標(biāo)，并使沼氣工程穩(wěn)定運(yùn)行，還必須有一系列輔助項(xiàng)目與沼氣池配套。由于這一系統(tǒng)工程已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了生產(chǎn)沼氣的唯一目的，因此稱該系統(tǒng)工程為能源環(huán)境工程，簡(jiǎn)稱“能環(huán)工程”一個(gè)完整的能環(huán)工程，應(yīng)當(dāng)包括以下主要內(nèi)容：一是糞便污水的前處理，二是厭氧消化器，三是沼氣的凈化、儲(chǔ)存和利用，四是利用沼渣和沼液生產(chǎn)固體或液體有機(jī)肥料及生物活性肥料，五是多余污水的達(dá)標(biāo)排放處理。由于養(yǎng)殖場(chǎng)所處地區(qū)不同，對(duì)能環(huán)工程具體內(nèi)容的要求也有所不同。基本上可分為兩種模式，一種為“能源生態(tài)模式”，一種為“能源環(huán)保模式”。所謂能源生態(tài)模式適合于一些周邊有適當(dāng)?shù)霓r(nóng)田、魚塘或水生植物塘的畜禽場(chǎng)，它是以生態(tài)農(nóng)業(yè)的觀點(diǎn)統(tǒng)

8、一籌劃系統(tǒng)安排，使周邊的農(nóng)田、魚塘或水生植物塘完全消納經(jīng)厭氧消化處理后的廢水。在一個(gè)生態(tài)園區(qū)內(nèi)沼氣池起著生態(tài)系統(tǒng)中“分解者”的作用。畜禽糞便廢水在經(jīng)厭氧消化處理和沉淀或固液分離后，沼渣用來生產(chǎn)有機(jī)肥料，沼液則排灌到農(nóng)田、魚塘或水生植物塘，使糞便得到能源、肥料等多層次的資源化利用，生態(tài)農(nóng)業(yè)得以持續(xù)發(fā)展，并最終達(dá)到園區(qū)內(nèi)糞污的“零排放”。這種模式遵循了生態(tài)農(nóng)業(yè)原則，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。留民營(yíng)、南獨(dú)樂河果園沼氣工程均采用此模式，其必備的先決條件是養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)的合理配置。所謂能源環(huán)保模式主要是針對(duì)一些周邊既無一定規(guī)模的農(nóng)田，又無閑暇空地可供建造魚塘和水生植物塘的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)，因此該畜禽場(chǎng)在建

9、設(shè)“能環(huán)工程”時(shí)，其末端的出水必需達(dá)到規(guī)定的相應(yīng)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。畜禽廢水在經(jīng)厭氧消化處理和沉淀后，必需再經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮醚跆幚砗臀锘幚淼?。這種模式多用于大、中城市的近郊區(qū)，最終出水水質(zhì)較好，但工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用均較高。順義肉聯(lián)廠采用此模式。厭氧堆肥法在不通氣的條件下，將有機(jī)廢棄物（包括城市垃圾、人畜糞便、植物秸桿、污水處理廠的剩余污泥等）進(jìn)行厭氧發(fā)酵，制成有機(jī)肥料，使固體廢棄物無害化的過程。堆肥方式與好氧堆肥法相同，但堆內(nèi)不設(shè)通氣系統(tǒng)，堆溫低，腐熟及無害化所需時(shí)間較長(zhǎng)。然而，厭氧堆肥法簡(jiǎn)便、省工，在不急需用肥或勞力緊張的情況下可以采用。一般厭氧堆肥要求封堆后一個(gè)月左右翻堆一次，以利于微生物活動(dòng)使堆

10、料腐熟。厭氧生化處理工藝厭氧生化處理工藝是在缺氧情況下，利用自然界固有的微生物厭氧菌（特別是甲烷菌），將垃圾中有機(jī)物作為它的營(yíng)養(yǎng)源，經(jīng)過甲烷菌的新陳代謝生理功能，將垃圾中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣和沼肥的整個(gè)生產(chǎn)工藝過程，通稱“有機(jī)物垃圾厭氧消化作用”。近年來，歐洲各國(guó)如德國(guó)的林德公司、法國(guó)的瓦洛嘎公司都是采用厭氧消化技術(shù)處理生活垃圾。2004年8月至10月，上海市先后在上海寶山區(qū)和普陀區(qū)正式動(dòng)工兩座日處理量600噸和800噸的生活垃圾處理廠，都是采用國(guó)際先進(jìn)的干式或濕式厭氧生化技術(shù)，經(jīng)分揀后的有機(jī)垃圾經(jīng)過厭氧罐內(nèi)2025天的厭氧消化工藝，可將有機(jī)垃圾進(jìn)行資源化、能源化處理,轉(zhuǎn)化為生活燃?xì)猓ㄕ託猓┖陀袡C(jī)

11、肥（沼液和沼渣經(jīng)過生物菌的再次生化反應(yīng)，可以產(chǎn)生肥效較高的復(fù)合有機(jī)肥或活性有機(jī)肥）。垃圾中有機(jī)物經(jīng)過微生物厭氧菌分解發(fā)酵過程分為液化、酸化、產(chǎn)甲烷三個(gè)階段。在液化階段，厭氧菌種利用胞外酶對(duì)垃圾有機(jī)物進(jìn)行酶解，使固態(tài)物變成可溶于水的物質(zhì)；在產(chǎn)酸階段，則依靠產(chǎn)酸菌將上述可溶物生成酸性中間物；產(chǎn)甲烷階段，最后由甲烷菌利用酸性中間物、以及物料中的其他碳類化合物轉(zhuǎn)化為甲烷，即我們經(jīng)常所說的沼氣。其固態(tài)物-沼渣經(jīng)過再次微生物發(fā)酵后，便是價(jià)值較高的有機(jī)肥。垃圾處理采用這種工藝路線的有利之處，有以下幾個(gè)方面：其經(jīng)濟(jì)價(jià)值較為可觀：產(chǎn)出物有沼氣每噸有機(jī)垃圾經(jīng)過發(fā)酵后，產(chǎn)沼氣5080M3（其中甲烷CH4含量250%）,可供生活用燃?xì)?，或用此燃?xì)獍l(fā)電上網(wǎng)。每噸有機(jī)垃圾經(jīng)過發(fā)酵后，又同時(shí)能產(chǎn)生0.6噸沼肥它符合國(guó)家有機(jī)肥和綠色食品用肥標(biāo)準(zhǔn)：GB8172-87。其中：有機(jī)