沼氣工程技術(shù)與實(shí)例分析2-大中型沼氣工程技

1、大中型沼氣工程技術(shù)及項(xiàng)目設(shè)計(jì) 重點(diǎn)：厭氧消化器 沼氣工程設(shè)計(jì) 大中型沼氣工程界定 模式：能源環(huán)保模式、能源生態(tài)模式 杭州浮山養(yǎng)殖場能源生態(tài)沼氣工程示意圖 燈塔養(yǎng)殖場能源環(huán)保型沼氣工程 沼氣工程規(guī)模分類指標(biāo) 大中型沼氣工程的國內(nèi)外研究進(jìn)展 1、國外沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀 據(jù)世界銀行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示： 截止2007年年底， 歐洲沼氣產(chǎn)量達(dá)到590萬噸油當(dāng)量（相當(dāng)于70億 立 方米天燃?xì)猓?其中德國為191萬噸油當(dāng)量/年， 英 國為170萬噸油當(dāng)量/年。德國、瑞典、英國、 美國 等歐美發(fā)達(dá)國家在沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀也代表 了國際 沼氣工程產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀。 德國 在歐洲國家中，德國是發(fā)展中小型農(nóng)場沼氣工程的典型代 表

2、，主要?jiǎng)恿碜杂谝恍﹥?yōu)惠鼓勵(lì)政策的出臺(tái)。 可再生能源優(yōu)先法 2000年電力并網(wǎng)法（1990） 沼氣工程數(shù)量：1992年139家，2000年1050家， 2003年3000家，2006年底3500座 沼氣發(fā)電的裝機(jī)總量1999年50兆瓦2002年250兆瓦 2008年的1300兆瓦。 德國沼氣協(xié)會(huì)估計(jì),到2020年,總裝機(jī)將達(dá)到9500兆瓦。 瑞典 瑞典是使用沼氣作汽車燃料最先進(jìn)的國家。1996年，瑞典 開始把沼氣提純至甲烷含量95%以上作為汽車燃料使用， 并制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 目前，有779輛沼氣燃料公共汽車，4500輛汽油、 沼氣與 天然氣混合燃料的小汽車。2004年開始，也有 火車以這 種方

3、式運(yùn)行。在瑞典，交通工具所使用的氣 體燃料中， 沼氣占54%，其余是天然氣。 2004年開始，哥德堡等城市把沼氣與天然氣管網(wǎng)連 接， 輸送到用戶 。瑞典沼氣協(xié)會(huì)估算，若以10%農(nóng)地和林業(yè) 廢棄物生 產(chǎn)沼氣，沼氣生產(chǎn)能力將達(dá)到853萬噸油當(dāng)量/年， 而目 前的瑞典全國能耗僅為768萬噸油當(dāng)量，到2020年瑞 典 成為世界上第一個(gè)不依賴石油的國家。 英國 2002年英國開始實(shí)行綠 色證書系統(tǒng)可再生能源義 務(wù) 證書系統(tǒng)，該系統(tǒng)要求電力供應(yīng)商每年增加可再生能源 發(fā)電的份額，20052006年度為5. 7%，2015年將達(dá)到 15.4%。 該系統(tǒng)中，沼氣是最具代表性的可再生能源，沼氣份額的 增加主要是填

4、埋氣發(fā)電市場的增加，填埋氣是綠色證書系 統(tǒng)的受益者。 20042005 年度，沼氣占可再生能源發(fā)電的35.9%（填 埋氣占33.6%， 污水處理沼氣占2.3%）。 美國 美國在沼氣方面主要集中在基礎(chǔ)研究上，如產(chǎn)甲烷菌的基 因排序、厭氧消化的生化過程、厭氧消化微生物菌 群結(jié) 構(gòu)及沼渣沼液中的特殊生物酶，而應(yīng)用技術(shù)研究相對較少。 美國把沼氣作為能源開發(fā)利用主要是垃圾填埋氣，目前， 垃圾場是美國沼氣生產(chǎn)的主要來源，占總數(shù)的34。 2007年，美國垃圾管理公司已在北美運(yùn)行281個(gè)垃圾場， 其中100個(gè)已經(jīng)具有某些沼氣轉(zhuǎn)換能源的能力。 美國更注重新技術(shù)研發(fā)，已開始試驗(yàn)沼氣燃料電池替代傳 統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。

5、 中國 八十年代以來，規(guī)?；B(yǎng)殖場的逐年增加，畜禽糞便污染 日趨嚴(yán)重；與此同時(shí)，我國農(nóng)村用能短缺，大中型沼氣工 程迎來了第一個(gè)快速發(fā)展期。 中央投資 不斷增加 政策給予 大力傾斜 截至2008年底，我國畜禽養(yǎng)殖場沼氣工程 達(dá)39510處，總池容451.476萬 立方米， 年產(chǎn)沼氣約5.2億立方米。 大型工程2761處，年產(chǎn)沼氣約2.7億立方米 中型工程12864處年產(chǎn)沼氣約1.8億立方米 小型沼氣工程23885處，年產(chǎn)沼氣7096萬立方 米。 大中型沼氣工程厭氧消化器 分類指標(biāo) 消化器類型 分類指標(biāo) Hydraulic Retention Time (HRT) HRT：一個(gè)消化器內(nèi)的發(fā)酵液按體

6、積計(jì)算被全部置換所需：一個(gè)消化器內(nèi)的發(fā)酵液按體積計(jì)算被全部置換所需 要的時(shí)間，單位為天（要的時(shí)間，單位為天（d）或小時(shí)（）或小時(shí)（h）。）。 HRT(d)=V/Q V:消化器有效容積（消化器有效容積（m3） Q:每天進(jìn)料量（每天進(jìn)料量（m3） 投配率（投配率（%）=【每天進(jìn)料體積（【每天進(jìn)料體積（m3）/消化器有效容積消化器有效容積 】*100% 消化器體積消化器體積=【每天的污水量（【每天的污水量（m3）*HRT（d）】/消化器有效容積（消化器有效容積（%) SRT Solids Retention Time (SRT) SRT是指懸浮固體物質(zhì)從消化器里被置換的時(shí)間是指懸浮固體物質(zhì)從消化器里

7、被置換的時(shí)間。 SRT=(TSSr)(RV*Dr) /(TSSe)(EV*De) TSSr-消化器內(nèi)總懸浮固體的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)消化器內(nèi)總懸浮固體的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) TSSe-消化器出水的總懸浮固體的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)消化器出水的總懸浮固體的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) RV-反應(yīng)器體積；反應(yīng)器體積；EV-每天出水的體積每天出水的體積 Dr-消化器內(nèi)固體物的密度；消化器內(nèi)固體物的密度；De-出水里的固體物的密度出水里的固體物的密度 SRT 與與HRT的關(guān)系：完全混合消化器、非完全混合消化器的關(guān)系：完全混合消化器、非完全混合消化器 Dairy Waste Volatile Solids Destruction MRT Mic

8、rob Retention Time (MRT) MRT是指微生物細(xì)胞的生成到被置換出消化器的時(shí)間。是指微生物細(xì)胞的生成到被置換出消化器的時(shí)間。 MRT、微生物增代時(shí)間與消化器消化能力之間的關(guān)系、微生物增代時(shí)間與消化器消化能力之間的關(guān)系 qmax稱為基質(zhì)最大比消耗速率。稱為基質(zhì)最大比消耗速率。 厭氧消化器分類厭氧消化器分類 厭氧消化器 常規(guī)型、污泥滯留型、附著型 常規(guī)型 1.常規(guī)消化器 或稱普通消化池。當(dāng)無輔助攪拌裝置或稱普通消化池。當(dāng)無輔助攪拌裝置 時(shí)，固體停留時(shí)間為時(shí)，固體停留時(shí)間為30d30d60d60d，有機(jī)，有機(jī) 負(fù)荷為負(fù)荷為1.6kgVS1.6kgVS（揮發(fā)性固體）（揮發(fā)性固體）/

9、m/m3 3d d； 當(dāng)有輔助攪拌裝置時(shí)，水力停留時(shí)間當(dāng)有輔助攪拌裝置時(shí)，水力停留時(shí)間 一 般 為一 般 為 6 d6 d 3 0 d3 0 d ， 有 機(jī) 負(fù) 荷 為， 有 機(jī) 負(fù) 荷 為 8kgVS/m8kgVS/m3 3d d。 2 2全混合式厭氧反應(yīng)器（全混合式厭氧反應(yīng)器（APAP） 特點(diǎn)：在一個(gè)池內(nèi)完成厭氧消特點(diǎn)：在一個(gè)池內(nèi)完成厭氧消 化和污泥分離；混合均勻、避化和污泥分離；混合均勻、避 免堵塞、氣體逸出不暢現(xiàn)象。免堵塞、氣體逸出不暢現(xiàn)象。 沼沼 氣氣 出水出水 排排 泥泥 原料原料 全混合厭氧反應(yīng)器全混合厭氧反應(yīng)器 缺點(diǎn)：底物未完全消化，攪拌缺點(diǎn)：底物未完全消化，攪拌 耗能高，消化

10、器需要體積大，耗能高，消化器需要體積大， 實(shí)際運(yùn)行較難。實(shí)際運(yùn)行較難。 3.塞流式消化器（PFR） 特點(diǎn)：原料在消化器內(nèi)呈活塞特點(diǎn)：原料在消化器內(nèi)呈活塞 式推移狀態(tài)，適宜懸浮固體物式推移狀態(tài)，適宜懸浮固體物 和有機(jī)廢水的處理，如牛糞、和有機(jī)廢水的處理，如牛糞、 酒精廢醪液等等。酒精廢醪液等等。 優(yōu)點(diǎn)：無需攪拌，結(jié)構(gòu)簡單，優(yōu)點(diǎn)：無需攪拌，結(jié)構(gòu)簡單， 能耗低；適用高能耗低；適用高SS廢物的處廢物的處 理；運(yùn)轉(zhuǎn)方便，故障少，穩(wěn)定理；運(yùn)轉(zhuǎn)方便，故障少，穩(wěn)定 性高。性高。 缺點(diǎn)：固體物易沉底，影響消 化器有效體積；需要固體和微 生物回流接種；容器內(nèi)溫度難 保持一致，效率低；易產(chǎn)生 結(jié)殼。 厭氧接觸反應(yīng)器

11、排出的混合液在沉淀池中分離后再回流到反應(yīng)器中。與厭氧接觸反應(yīng)器排出的混合液在沉淀池中分離后再回流到反應(yīng)器中。與 普通消化池相比，它不需要很長的水力停留時(shí)間或很大的反應(yīng)器容積。有普通消化池相比，它不需要很長的水力停留時(shí)間或很大的反應(yīng)器容積。有 效處理的關(guān)鍵在于污泥沉淀性能和污泥分離效率。效處理的關(guān)鍵在于污泥沉淀性能和污泥分離效率。 1厭氧接觸工藝厭氧接觸工藝 沼 氣 出水 排泥 污水或污泥 真空脫氣器沉淀池 出水 回流污泥 污泥滯留型 優(yōu)點(diǎn)：底物能 混合均勻，能 在較高的負(fù)荷 運(yùn)行。 缺點(diǎn)：需要額 外的設(shè)備投資。 有機(jī)負(fù)荷：有機(jī)負(fù)荷： 為為 2.1 kg(BOD)/m3d 5.0 kg(BOD)

12、/m3d 或或 12.5 kg(COD)/m3d 30.0 kg(COD)/m3d。 適宜溫度：適宜溫度： 多數(shù)是在中溫范圍多數(shù)是在中溫范圍 適宜濃度：適宜濃度： 該法適用于處理該法適用于處理 BOD5 大于大于 1500 mg/L 的廢水，出水的的廢水，出水的BOD5 在在 200 mg/L 1000 mg/L 之間。之間。 厭氧接觸工藝運(yùn)行參數(shù)厭氧接觸工藝運(yùn)行參數(shù) 2.升流式厭氧污泥床（UASB） 上流式厭氧污泥床反應(yīng)器有圓形、矩形，高度一般為上流式厭氧污泥床反應(yīng)器有圓形、矩形，高度一般為3-8 米，小型反應(yīng)器多為圓形，大型反應(yīng)器多為矩形。米，小型反應(yīng)器多為圓形，大型反應(yīng)器多為矩形。 UA

13、SB是Lettinga 于1974-1978年研 制的新工藝，目前 發(fā)展最快，應(yīng)用廣 泛的消化器。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、 運(yùn)行費(fèi)用低、處理 效率高； 要求：處理可溶性 廢水，要求較低的 懸浮固體含量。 UASB工作原理工作原理 沼氣 氣室 沉降室 氣、固、液分離示意圖（德國的專利技術(shù)） 液、固混合液通道 污泥床 懸浮層 UASB 優(yōu)點(diǎn)：除三項(xiàng)分離器外消化器 結(jié)構(gòu)簡單，沒攪拌裝置及填 料；長的SRT及MRT使其實(shí) 現(xiàn)了很高負(fù)荷率；顆粒污 泥的形成使微生物天然固定 化，增加了工藝的穩(wěn)定性； 出水SS含量低。 缺點(diǎn)：需要安裝三項(xiàng)分離器； 需要有效的布水器，使進(jìn) 料能均布于消化器底部； 進(jìn)水要求低SS含量

14、；在高 水力負(fù)荷或高SS負(fù)荷時(shí)易流 失固體和微生物，運(yùn)行技術(shù) 要求較高。 UASB 接種物 1）能夠適應(yīng)將要處理 的有機(jī)物，特別是在 處理有毒物質(zhì)時(shí)這一 點(diǎn)更重要； 2）污泥需具有良好的 沉降性能。 接種物的獲取 啟動(dòng)注意事項(xiàng)： 1）最初污泥負(fù)荷應(yīng)低于 0.10.2kgCOD/(kgVSS. d)； 2）污水中的各種揮發(fā)性酸 未能有效分解之前不應(yīng) 提高反應(yīng)器負(fù)荷； 3）環(huán)境條件應(yīng)有利于沼氣 發(fā)酵細(xì)菌的繁殖。 污泥的分布與流失 UASB 顆粒污泥：由厭氧消化細(xì)菌和胞外多聚物構(gòu)成的微生物顆 粒。 顆粒污泥形狀：范圍0.25mm,成熟直徑23mm; 產(chǎn)酸菌產(chǎn)酸菌 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌 甲烷八疊球

15、菌甲烷八疊球菌 甲烷螺菌甲烷螺菌 乙酸裂解菌乙酸裂解菌 顆粒污泥圖片 顆粒污泥 電鏡掃描圖片 細(xì)菌分裂照片 3.膨脹顆粒污泥床（EGSB） 1-配水系統(tǒng)；2-反應(yīng)區(qū)； 3-定相分離器；4-沉淀區(qū)； 5-出水系統(tǒng)；6-出水循環(huán)系統(tǒng) 改進(jìn)的UASB; 高度達(dá)2030m的反應(yīng)器， 具有高速回水流，可低溫 條件下運(yùn)行；COD去除率 高； 運(yùn)行條件和控制技術(shù)要求 高，不適合用于處理固體 物含量高的廢水。 4.內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器 內(nèi)循環(huán)（internal circulation)厭氧反應(yīng)器 1進(jìn)水；2第一反應(yīng)室集氣罩；3沼氣提升管； 4氣液分離器；5沼氣導(dǎo)管；6回流管；7第二 反應(yīng)室集氣罩；8集氣管；9沉淀

16、區(qū)；10出水 管；11氣封； 1986年由荷蘭某公司研究成功并用于 生產(chǎn)內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，是目前世界上 效能最高的厭氧反應(yīng)器。該反 應(yīng)器是 集UASB反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器 的優(yōu)點(diǎn) 于一身，利用反應(yīng)器內(nèi)所產(chǎn)沼氣的提升 力實(shí)現(xiàn)發(fā)酵料液內(nèi)循環(huán)的一種新型反應(yīng) 器。 IC反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與原理 兩個(gè)UASB反應(yīng)器疊加 16-25m，高徑比4-8； 優(yōu)點(diǎn)：1）具有很高的 容積負(fù)荷率；2）節(jié)省 基建投資和占地面積； 3）沼氣提升實(shí)現(xiàn)內(nèi)循 環(huán)，不必外加動(dòng)力；4） 抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；5） 具有緩沖pH的能力。 5.升流式固體反應(yīng)器（USR） USR是一種結(jié)構(gòu)簡單、適 用于高懸浮固體原料的反 應(yīng)器。 未消化的固體顆粒和

17、沼氣 發(fā)酵微生物靠自然沉降滯 留 于消化器內(nèi)，提高了固 體有機(jī)物的分解率和消化 器的效率。 該反應(yīng)器效率接近UASB 功能，但適用于高SS原料， 應(yīng)用前景廣闊。 6.折流式反應(yīng)器 每個(gè)單元相當(dāng)于 一個(gè)反應(yīng)器； 適用于低濃度的 生活污水處理； 效果不理想原因： 1是進(jìn)料負(fù)荷集中于 第一個(gè)小室，超負(fù) 荷運(yùn)行易酸化；2是 酸化的料液會(huì)影響 后面的料液。 附著膜型消化器 附著膜型消化器的特征是在反應(yīng)器內(nèi)安裝有惰性支持物 （又稱填料）供微生物附著，并形成生物膜。這就使進(jìn)料 中的液體和固體在穿流而過的情況下，滯留微生物于生物 膜內(nèi)，并且在HRT相當(dāng)短的情況下，可阻止微生物沖出。 這類反應(yīng)器SRT較短，影響

18、固體物的轉(zhuǎn)化，因此只適用于 處理低濃度、低SS有機(jī)廢水。 這類消化器有：厭氧濾器、流化床和膨脹床。后兩種反應(yīng) 器多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。 1.厭氧濾器（AF） 厭氧濾器AF在實(shí)用上多用纖維 或硬塑料作為支持物，使細(xì)菌 附著于表面形成生物膜。 不適用于高SS含量的進(jìn)料，因 為它 們能很快堵塞該體系，生 產(chǎn)上應(yīng)用較少?？梢钥紤]用做 兩階段厭氧消化的甲烷化階段。 填料：（1）為厭氧微生物提供 附著生長的表面積；（2）高空 隙率； 焦炭、煤渣、塑料制品、合成 纖維 污泥排放污泥排放 沼氣沼氣 出出 水水 薄層填料薄層填料 部分充填載體型結(jié)構(gòu)的平流式厭氧濾池示意圖部分充填載體型結(jié)構(gòu)的平流式厭氧濾池示意圖

19、為了防止堵塞可采用部分充填載體型結(jié)構(gòu)方式。此外采用平流為了防止堵塞可采用部分充填載體型結(jié)構(gòu)方式。此外采用平流 式厭氧濾池也有利于改善容易發(fā)生堵塞的不足。式厭氧濾池也有利于改善容易發(fā)生堵塞的不足。 厭氧濾池的清洗缺少簡便易行的工藝方法。厭氧濾池的清洗缺少簡便易行的工藝方法。 AF AF優(yōu)點(diǎn)： 運(yùn)行費(fèi)用低，不需要攪拌； 因效率較高，可縮小消化器體積； 微生物固著在惰性介質(zhì)上，MRT相當(dāng)長，微生物濃度高，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定； 更能承受負(fù)荷的變化。 AF缺點(diǎn)： 填料的費(fèi)用較多（可達(dá)總造價(jià)的60%）； 由于微生物的積累，增加了運(yùn)轉(zhuǎn)期間料液的阻力； 易生堵塞和短路；只能處理低SS含量的廢水； 通常需要較長的啟動(dòng)期。

20、 填有比表面積很大的惰性載體顆填有比表面積很大的惰性載體顆 粒的反應(yīng)器，載體顆粒在整個(gè)反粒的反應(yīng)器，載體顆粒在整個(gè)反 應(yīng)器內(nèi)均勻分布。應(yīng)器內(nèi)均勻分布。 分為膨脹床和流化床。分為膨脹床和流化床。 膨脹床運(yùn)行流速控制在略高于初膨脹床運(yùn)行流速控制在略高于初 始流化速度，相應(yīng)的膨脹率為始流化速度，相應(yīng)的膨脹率為15 30。 流化床一般按流化床一般按40200的膨脹的膨脹 率運(yùn)行。率運(yùn)行。 2 2厭氧流化床（厭氧流化床（AFBAFB） 進(jìn)水進(jìn)水 循循 環(huán)環(huán) 泵泵 沼氣沼氣 出水出水 厭氧流化床反應(yīng)器示意圖厭氧流化床反應(yīng)器示意圖 臨界流態(tài)化速度 顆粒帶出速度 厭氧流化床（FBR）和膨脹床反應(yīng)器（EBR）

21、優(yōu)點(diǎn) ：有大的比表面積供微生物附 著；可以達(dá)到更高的負(fù)荷；因?yàn)?有高濃度的微生物使運(yùn)行更穩(wěn)定； 能承受負(fù)荷的變化；在長時(shí)間停運(yùn) 后可更快地啟動(dòng)；消化器內(nèi)混合狀 態(tài)較好。 缺點(diǎn)： 使顆粒膨脹或流態(tài)化需要高 的能耗和維持費(fèi)；支持介質(zhì)可能被 沖出，損壞泵或其他設(shè)備；在出水 中回收介質(zhì)顆粒勢必要花更多的經(jīng)費(fèi)； 不能接受高固體含量的原料；需 要長的啟動(dòng)期；可能需要脫氣裝置 從出水中有效地分開介質(zhì)顆粒和懸浮 固體。 固態(tài)發(fā)酵（干發(fā)酵） 國外 20世紀(jì)90年代起，以德國為代表的發(fā)達(dá)國家開始進(jìn)行 沼 氣間歇固態(tài)發(fā)酵（干法發(fā)酵）技術(shù)及工業(yè)級裝備研發(fā)。 目前歐洲干法發(fā)酵的工程設(shè)施主要有以下五種類型： 車 庫型、氣

22、袋型、滲出液存貯桶型、干濕結(jié)合型和貯 罐型。 2002年，德國BIOFERM公司、BEKON公司等廠家 生產(chǎn) 的車庫型工業(yè)級裝備已進(jìn)入生產(chǎn)性驗(yàn)證，在控制、安全等 方面較完備，但投資較高。 中國 覆膜干式厭氧發(fā)酵槽反應(yīng)器（MCT） 該技術(shù)是以糞便、秸稈、有機(jī)垃圾等為原料，通過堆漚或 好氧升溫后，批量投入?yún)捬跸鬟M(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)沼氣 的 厭氧消化技術(shù)。該技術(shù)是在沒有或幾乎沒有自由流動(dòng)水 的狀態(tài)下進(jìn)行的沼氣發(fā)酵過程，適合處理固體濃度在20% 以上的發(fā)酵物料，可同時(shí)生產(chǎn)沼氣及固體有機(jī)肥料。 技術(shù)特點(diǎn)： 覆膜干式厭氧發(fā)酵槽反應(yīng)器一般需要設(shè)計(jì)多個(gè)發(fā)酵槽。 本示意圖是采 用8個(gè)發(fā)酵槽的情況，其中4個(gè)處于厭氧產(chǎn)

23、氣階 段，1個(gè)處于好氧預(yù)處 理升溫階段，3個(gè)處于脫水制肥階段。 好氧升溫厭氧消化好 氧堆肥 利用好氧發(fā) 酵的生物能使固體 原料升溫，輔以高效的保溫措 施，不用外加熱源，可使物料 在厭氧 產(chǎn)氣期內(nèi)保持“中溫” （3542）狀態(tài)，且每天的 溫降小于0.15，有效地提高 了沼氣產(chǎn)氣率，減少了系統(tǒng)的 能耗，降低了運(yùn)行成本。 固態(tài)物料兩相沼氣發(fā)酵系統(tǒng) 國外 2006年美國加州大學(xué)DAVIS分校成功研制了APS技術(shù)，可 以用于含有干物質(zhì)成分高的廢棄物的處理。由于此技術(shù)可 以實(shí)現(xiàn)高速發(fā)酵，因此所需要占地面積小。經(jīng)發(fā) 酵后的 物料可以用作于高效的有機(jī)肥。 國內(nèi) 固相產(chǎn)酸、液相產(chǎn)甲烷串聯(lián)沼氣發(fā)酵系統(tǒng)（SAPS）

24、 該技術(shù)采取固態(tài)產(chǎn)酸與液態(tài)產(chǎn)甲烷相結(jié)合工藝，該系統(tǒng)由多個(gè)固 體床（水解酸化反應(yīng)器）串聯(lián)一個(gè)產(chǎn)甲烷反應(yīng) 器組成。固態(tài)有 機(jī)物首先在固體床中進(jìn)行水解和酸化反應(yīng)，滲濾液通過底部篩板 進(jìn)入滲濾液收集箱，該中間產(chǎn)物作為底物進(jìn)入高效液相濕式厭氧 反應(yīng)器中進(jìn)行甲烷化處理， 出水回流到固體床中加速對底物的 水解酸化。整個(gè)工藝過程中，系統(tǒng)沒有液體排出，產(chǎn)生的固體殘 渣可以通過后續(xù)處理生產(chǎn)有機(jī)肥。通過滲濾液集中收集、 沼液 噴淋和攪拌等方式，提高系統(tǒng)的消化速率和穩(wěn)定性， 解決傳統(tǒng) 固體廢棄物厭氧發(fā)酵中出現(xiàn)的易酸化、難攪拌、 產(chǎn)氣不穩(wěn)定等 難題。 工程的核心內(nèi)容 發(fā)酵原料的收集系統(tǒng) 預(yù)處理系統(tǒng) 沼氣發(fā)生系統(tǒng) 沼氣凈

25、化與儲(chǔ)存系統(tǒng) 沼氣利用系統(tǒng) 沼渣、沼液 綜合利用系統(tǒng) 設(shè)計(jì)要求 Why do you want to build a biogas plant? 工程目標(biāo)：一是以生產(chǎn)沼氣和利用沼氣為目標(biāo)；二是以達(dá) 到環(huán)境保護(hù)要求，排水負(fù)荷國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)；三是 前兩個(gè)目標(biāo)的結(jié)合，對沼氣、沼渣和沼液進(jìn)行綜合利用實(shí) 現(xiàn)生態(tài)環(huán)境建設(shè)。 Consider input and output 考慮輸入和輸出情況 Try to fix long lasting contracts where/how to get substrate and how to use the substrate 爭取達(dá)成長期持續(xù)性的合同，如

26、何獲得底物，以及如何使 用這些底物 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)依據(jù)：工程建設(shè)的批復(fù)文件、國家對資源綜合利用方 面的優(yōu)惠政策、國家對工程建設(shè)項(xiàng)目的相關(guān)規(guī)定、工程設(shè) 計(jì)的技術(shù)依托單位； 共性的設(shè)計(jì)內(nèi)容：工程選址和總體布置設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè) 計(jì)、前處理工藝段設(shè)備選型與構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)、厭氧消化器 結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)、后處理工藝段設(shè)備選型與構(gòu)筑物設(shè)計(jì)、 儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)、沼氣輸氣管網(wǎng)設(shè)計(jì)及安全防火篇章等。 工程實(shí)例設(shè)計(jì) 項(xiàng)目背景：楚雄市東華鎮(zhèn)養(yǎng)豬場2.8萬頭豬每天產(chǎn)生的 500m3糞便廢水處理工程； 設(shè)計(jì)依據(jù)：云南省大中型沼氣工程項(xiàng)目(國家發(fā)改委、云南 省發(fā)改委共同立項(xiàng)），技術(shù)依托：教育部可再生能源重點(diǎn) 研究中心； 目標(biāo)：利用養(yǎng)

27、殖場廢棄物產(chǎn)沼氣，集中供氣和發(fā)電 ；利用 沼液沼渣生產(chǎn)有機(jī)肥項(xiàng)目。 工程建設(shè)單位：云南省楚雄市東華鎮(zhèn)楚雄市明宏生態(tài)科 技有限責(zé)任公司 工藝流程 厭氧消化器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)總體要求： （1）應(yīng)最大限度地滿足沼氣微生物的生活條件，要求消化 器內(nèi)能保留大量的微生物。 （2）應(yīng)具有最小表面積，有利于保溫，使其散熱損失量最 少。 （3）要使用很少的攪拌動(dòng)力，即可使新進(jìn)的料液與消化器 內(nèi)的污泥混合均勻。 （4）易于破除浮渣，方便去除器底沉積污泥。 （5）要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化生產(chǎn)。 （6）能適應(yīng)多種原料發(fā)酵，且滯留期短。 （7）應(yīng)設(shè)有超正壓和超負(fù)壓的安全措施。 消化器設(shè)計(jì)主要參考內(nèi)容 設(shè)計(jì)消化器要根據(jù)所處理原料

28、的物理特點(diǎn)，以竭盡全力為 沼氣微生物創(chuàng)造良好的活 動(dòng)條件為目的。 消化器結(jié)構(gòu)形式是有該工程所處理原料的水質(zhì)條件和最終 要達(dá)到的處理目標(biāo)要求來決定的，也與設(shè)計(jì)者的技術(shù)水平 和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)。 要明確工程最終處理目標(biāo)是達(dá)標(biāo)排放的環(huán)保項(xiàng)目，還是對 沼氣、沼渣、沼液綜合利用的生態(tài)工程項(xiàng)目。 消化液的容積計(jì)算 消化液容積與每日處理原料量、消化液濃度、消化液密度 和水力滯留期有關(guān) 。 V1=(Gf HRT)/qy V 1消化器中消化液容積（ m3 ）； G消化器每日進(jìn)原料量（kg/d）； f 原料干物質(zhì)含量（%）； HRT消化器水力滯留期（d）； q消化液濃度（TS）（%）； y消化料液密度（kg/ m

29、 3 ）。 消化器的總?cè)莘e 消化器總?cè)莘e=消化器中消化液容積（V1 ）+消化器的儲(chǔ) 氣容積（V2） 一般取V2 =（8%10%）V1 V=V1 +V2 =（Gf HRT）/qy*(1+10%) 按所選用的按所選用的消化器類型消化器類型來相應(yīng)地確定消化器的內(nèi)徑和高度來相應(yīng)地確定消化器的內(nèi)徑和高度 厭氧消化器設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù) 厭氧消化器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)主要有水力滯留時(shí)間、有機(jī)負(fù) 荷、容積負(fù)荷、污泥負(fù)荷、 消化器容積等。 水力滯留時(shí)間（HRT）: 水力滯留時(shí)間對于厭氧工藝的影 響是通過流速來表現(xiàn)的。 1.高流速將增加系統(tǒng)內(nèi)的擾動(dòng)，從而增加了生物污泥與物料 之間的接觸，有利于提高消化器的降解率和產(chǎn)氣率； 2

30、.為了保持系統(tǒng)中有足夠多的污泥，流速不能超過一定的限 值。在傳統(tǒng) 的 UASB 系統(tǒng)中，上升流速的平均值一般不 超過 0.25m/s，而且反應(yīng)器的高度也受到限制。 有機(jī)負(fù)荷 有機(jī)負(fù)荷指每日投入消化器內(nèi)的揮發(fā)性固體與消化器內(nèi)已 有揮發(fā)性固體的質(zhì)量之比，單位為kg/(kg.d)。 有機(jī)負(fù)荷反映了微生物之間的供需關(guān)系，是影響污泥增長、 污泥活性和有機(jī)物降解的重要因素，提高有機(jī)負(fù)荷可加快 污泥增長和有機(jī)物降解，也可使反應(yīng)器的容積縮小。 對于厭氧消化過程來講，有機(jī)負(fù)荷對于有機(jī)物去除和工藝 的影響 尤為明顯。當(dāng)有機(jī)負(fù)荷過高時(shí)，可能發(fā)生甲烷化 反應(yīng)和酸化反應(yīng)不平衡的問題。有機(jī)負(fù)荷不僅是厭氧消化 器的重要設(shè)計(jì)

31、參數(shù)，也是重要的控制參數(shù)。 容積負(fù)荷 容積負(fù)荷為 1 立方米消化器容積每日投入的有機(jī)物（揮發(fā)性 固體 VS）質(zhì)量，單位為 kg/（ m 3 d）。 污泥負(fù)荷 污泥負(fù)荷可由容積負(fù)荷和反應(yīng)器污泥量來計(jì)算得到。采用 污泥負(fù)荷比容積負(fù)荷更能從本質(zhì)上反映微生物代謝同有機(jī) 物的關(guān)系。特別是厭氧反應(yīng)過程，由于存在甲烷化反應(yīng) 和酸化反應(yīng)的平衡關(guān)系，采用適當(dāng)?shù)奈勰嘭?fù)荷可以消除超 負(fù)荷引起的酸化問題。 消化池容積 容積負(fù)荷與有機(jī)負(fù)荷是消化器容積設(shè)計(jì)的主要參數(shù)。 消化池容積 V=每日能夠接受并將其降解到預(yù)定程度的有 機(jī)污染物（BOD）/消化池容積負(fù)荷率（ NV ） V=(10 Vn)/P 式中 V消化池污泥區(qū)容積，

32、 m3 ； Vn 每日需處理的污泥或廢液體積， m3 /d； P設(shè)計(jì)投配率，%/d，通常采用 5%12%/d。 設(shè)計(jì)注意問題設(shè)計(jì)注意問題 消化器的單體有效容積確定后，在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意4點(diǎn)： 1.消化器的數(shù)目以不小于兩座為好，以便檢修時(shí)至少仍有一 個(gè)消化器能工作。當(dāng)設(shè)置兩座消化器時(shí)，總有效容積應(yīng)比 計(jì)算值大 10%。 2.消化器內(nèi)液面的高度應(yīng)考慮的因素：有效池容應(yīng)盡量大； 表面積應(yīng)盡量?。娣e小浮渣層易破碎）；液面升高 時(shí)物料不進(jìn)入沼氣管；用沼氣循環(huán)攪拌時(shí)產(chǎn)生的飛沫不 會(huì)進(jìn)入沼氣引出管。 3.厭氧消化器一般采用圓柱形結(jié)構(gòu)，柱形池體的直徑一般為 635m，柱體高與直徑之比約為 0.82.0，池底保

33、持一 定坡度，池頂部集氣罩高度常采用 0.51.5m，池體至少 應(yīng)設(shè)兩個(gè)直徑為 0.7m 的入孔。 4.消化器必須附設(shè)各種工藝管道，以確保其正常運(yùn)行。工藝 管道包括進(jìn)料管、循環(huán)管、排水管、排泥管、溢流管、沼 氣管和取樣管等。 厭氧消化器排泥管道設(shè)計(jì)要點(diǎn) （1）剩余污泥排泥點(diǎn)以設(shè)在污泥區(qū)中上部為宜。 （2）矩形池排泥應(yīng)沿池縱向多點(diǎn)排泥。 （3）對一管多孔式布水管，可以考慮進(jìn)水管兼做排泥或放 空管。 （4）原則上有兩種污泥排放方法：在所希望的高程處直接 排放；采用泵將污泥從 反應(yīng)器的三相分離器的開口處泵 出，可與污泥取樣孔的開口一致。 排泥的高度是重要的，合理高度應(yīng)是能排出低活性污泥并 將最好的高

34、活性污泥保留在反應(yīng)器中。 消化器的保溫設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則:當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁卮_定保溫層的厚度。當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁卮_定保溫層的厚度。 Q=24F （T2-T1)/ Q = CG（T3 T2） Q 每天進(jìn)料熱量或消化器散失的熱量（kJ）； C料液比熱容kJ/（kg）； G 日進(jìn)料液量（kg）； T3 進(jìn)料料液溫度（）； T2 消化液溫度（）； T1 最低環(huán)境溫度（）； 保溫材料的熱導(dǎo)率kJ/（mh）； F消化器導(dǎo)熱面積（ m 2 ）； 保溫層厚度（m）。 沼氣的凈化 1-水封；2-氣水分離器；3-脫硫塔；4-沼氣入口；5-自來水入口；6-再生同期放散閥 1.沼氣脫水原理與方法 （1）對高、中溫厭氧反應(yīng)生成

35、的沼氣溫度應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)降溫， 通過重力法，即常用沼氣氣水分離器的方法，將沼氣中的 部分水蒸氣脫除。 （2）在輸送沼氣管路的最低點(diǎn)設(shè)置凝水器。脫水裝置為了 使沼氣的氣液兩相達(dá)到 工藝指標(biāo)的分離要求，常在塔內(nèi) 安裝水平及豎直濾網(wǎng)，當(dāng)沼氣以一定的壓力從裝置上部促 使沼氣中的水蒸氣與沼氣分離，水滴沿內(nèi)壁向下流動(dòng)，積 存于裝置底部并定期排除。這種凝水器分為人工手動(dòng)和自 動(dòng)排水兩種。 沼氣氣水分離器設(shè)計(jì)原則： 進(jìn)入分離器的沼氣量應(yīng)按平均日產(chǎn)氣量計(jì)算； 分離器內(nèi)的沼氣供應(yīng)壓力應(yīng)大于 2000Pa； 分離器的壓力損失應(yīng)小于 100Pa； 沼氣氣水分離器的入口管內(nèi)流速宜為 15m/s，沼氣出口管 內(nèi)流速宜為 10m/s； 沼氣進(jìn)