幾種沼氣厭氧發(fā)酵工藝比較

塞流式工藝塞流式工藝細分有兩種，一種是普通的塞流式反應器（PFR），另一種是改進的高濃度塞流式工藝（HCF）。塞流式反應器（PFR）圖1（1）原理PFR也稱推流式反應器，是一種長方形的非完全混合式反應器。高濃度懸浮固體發(fā)酵原料從一端進入，呈活塞式推移狀態(tài)從另一端排出。消化器內(nèi)沼氣的產(chǎn)生可以為料液提供垂直的攪拌作用，料液在沼氣池內(nèi)無縱向混合，發(fā)酵后的料液借助于新鮮料液的推動作用而排走。進料端呈現(xiàn)較強的水解酸化作用，甲烷的產(chǎn)生隨著向出料方向的流動而增強。由于該體系進料端缺乏接種物，所以要進行固體的回流。為減少微生物的沖出，在消化器內(nèi)應設谿擋板以有利于運行的穩(wěn)定。PFR反應原理及結構見圖1。這種工藝能較好地保證原料在沼氣池內(nèi)的滯留時間。許多大中型畜禽糞污沼氣工程采用這種發(fā)酵工藝。（2）特點優(yōu)點：適用于高SS廢水的處理，尤其適用于牛糞的厭氧消化，固體含量可以提高到12%；用于農(nóng)場有較好的經(jīng)濟效益；不需要攪拌；池形結構簡單，運行方便，故障少，穩(wěn)定性高。缺點：固體物容易沉淀池底，影響反應器的有效體積，使HRT和SRT降低，效率較低；需要固體和微生物的回流作為接種物；因該反應器占地面積或體積比較大，反應器內(nèi)難以保持一致的溫度；易產(chǎn)生厚的結殼。高濃度塞流式工藝（HCF）（1）原理HCF是一種塞流、混合及高濃度相結合的發(fā)酵裝谿。厭氧罐內(nèi)設機械攪拌，以塞流方式向池后端不斷推動，HCF厭氧反應器的一端頂部有一個帶格柵并與消化池氣室相隔離的進料口，在厭氧反應器的另一端，料液以溢液和沉渣形式排出。（2）特點進料濃度高，干物質(zhì)含量可達8%；能耗低，不僅加熱能耗少，而且裝機容量小，耗電量低；與PFR相比，原料利用率高；解決了浮渣問題；工藝流程簡單；設施少，工程投資省；操作管理簡便，運行費用低；原料適應性強（畜禽糞便、碎秸稈和有機垃圾均可）；沒有預處理，原料可以直接入池；臥式單池容積偏小，便于組合。升流式固體反應器升流式固體反應器（UpflowSolidReactor，簡稱USR）適用于處理高懸浮固體原料、總固體含量（TS）為5%畜禽糞污，在當前畜禽養(yǎng)殖行業(yè)糞污資源化利用方面有較多的應用。原理USR的下部是含有高濃度厭氧微生物的固體床。發(fā)酵原料從反應器底部進入，依靠進料和所產(chǎn)沼氣的上升動力按一定的速度向上升流。料液通過高濃度厭氧微生物固體床時，有機物被分解發(fā)酵，上清液從反應器上部排出。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留期（HRT）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物的分解率和消化器的效率。USR反應器內(nèi)設有布水系統(tǒng)，底部是高濃度厭氧菌床，上部設谿擋渣板。本工藝不使用機械攪拌，濃度較高時可有局部強化攪拌裝谿，其結構及反應原理見下圖。經(jīng)過USR處理后產(chǎn)生的沼液屬于高濃度有機廢水，具有有機物濃度高、可生化性好、易降解的特點，不能達到排放標準，因此除用于花卉蔬菜等的肥料外，剩余沼液須回流至集水池，經(jīng)過好氧處理后達標回用或排放。針對該沼液含氨氮較高的特點，通過預處理可將溶于水的揮發(fā)性氨氮部分去除。沼液中的有機物則通過生物法進行處理。許多大中型沼氣工程均采用該工藝，對國內(nèi)沼氣工程而言，單體池容可加大到2000立方米。特點（1）優(yōu)點在重力的作用下，比重較大的固體與微生物靠自然沉降作用積累在反應器下部，使反應器內(nèi)始終保持較高的固體量和生物量，即有較長的SRT和MRT，這是USR在較高負荷條件下能穩(wěn)定運行的根本原因。由于SRT較長，出水帶出的污泥不需回流，固體物能夠得到較為徹底的消化，懸浮固體（SS）去除率在60%?70%。當超負荷運行時，污泥沉降性能變差，出水化學需氧量（COD）升高，但一般不會造成酸化。產(chǎn)氣效率高。（2）缺點進料固形物懸浮物含量為5%?6%,濃度再提高易出現(xiàn)堵塞布水管等問題，單管布水易短流。對含纖維素較高的料液，如以牛糞為發(fā)酵原料，應在發(fā)酵罐液面增加破浮渣設施，以防表面結殼。沼渣沼液COD濃度含量很高，不適宜達標排放，一般用于農(nóng)田施肥進行生態(tài)化處理。全混合消化器全混合消化器（ContinuouStirredTankReactor，簡稱CSTR）也稱連續(xù)攪拌反應器系統(tǒng)，是一種完全混合消化器。本工藝可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液。該工藝的反應原理及反應器