淺談大型沼氣工程工藝技術(shù)

劉曉曼

摘要：我國(guó)的沼氣應(yīng)用在農(nóng)村具有廣闊的市場(chǎng)，在處理畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的廢物的過(guò)程中，沼氣是眾多處理工藝的產(chǎn)物。本文主要針對(duì)沼氣的生產(chǎn)工藝進(jìn)行闡述，知道我們?cè)谡託獾纳a(chǎn)中更加的高效。

關(guān)鍵詞：沼氣 工藝 usR 厭氧

一、典型工藝技術(shù)介紹

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)獲得了快速的發(fā)展，在沼氣領(lǐng)域國(guó)家相應(yīng)的召開(kāi)沼氣工作會(huì)議，在1979、1980年相繼的成立沼氣協(xié)會(huì)以推動(dòng)沼氣工作的進(jìn)展。針對(duì)大中型的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的沼氣制造技術(shù)得到了快速的發(fā)展。歷經(jīng)三十多年的摸索與嘗試，大中型沼氣工程中比較成功的技術(shù)工藝有UASB、USR、CSTR和HCF等，其中應(yīng)用較多的是USRI藝，還有一小部分采用HCF和UASBI藝，最近幾年CSTR應(yīng)用發(fā)展迅速，我熟知的“安平縣年出欄20萬(wàn)頭豬場(chǎng)糞污綜合治理2MW沼氣發(fā)電工程項(xiàng)目”就是采用的該工藝。

（一）USR厭氧工藝

在對(duì)畜禽類(lèi)糞便制造沼氣的過(guò)程中，USRI藝是常用的工藝，改工藝對(duì)動(dòng)物糞便進(jìn)行預(yù)處理，降低動(dòng)物糞便中的大顆粒和纖維物質(zhì)，篩選合格的物料進(jìn)入反應(yīng)器中進(jìn)行充分反應(yīng)。在該工藝的實(shí)際應(yīng)用中，產(chǎn)生沼氣和沼渣，再把沼渣應(yīng)用到農(nóng)田中。這種工藝是典型的沼氣生產(chǎn)的工藝，現(xiàn)代的沼氣制造通常采用熱電聯(lián)產(chǎn)的方式進(jìn)行現(xiàn)代工藝的沼氣制造。這種工藝在我國(guó)的北方的冬季條件下，能制造出沼氣。uSRI藝采用上流式污泥床原理，無(wú)內(nèi)部機(jī)械攪拌，產(chǎn)氣率在中溫條件下，視原料不同在0.8-1.2 m³/m³之間。

優(yōu)點(diǎn)：①消化器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需添加額外攪拌裝置及填料;②較高的固體量和生物量可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物快速分解，容積負(fù)荷率高;③運(yùn)行管理相對(duì)簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低。

缺點(diǎn)：①對(duì)水質(zhì)顆粒粒徑要求較高;②對(duì)物料均布性要求較高，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，必須加強(qiáng)制措施;③形成浮渣后采用沼氣破碎，運(yùn)行中易出現(xiàn)問(wèn)題。

（二）UASB厭氧工藝

UASBI藝的厭氧處理是制造沼氣的處理工藝，主要應(yīng)用到畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的污水處理過(guò)程中，其制造原理就是要進(jìn)行固液分離，把過(guò)濾的污水投入到沼氣制造反應(yīng)器中，進(jìn)行厭氧反應(yīng)，就能產(chǎn)生沼氣。同時(shí)，反應(yīng)后的污水再通過(guò)進(jìn)一步的處理后，能達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)。這種工藝是技能制造沼氣，又能對(duì)污水進(jìn)行環(huán)保的處理的環(huán)保工藝。這種工藝能培養(yǎng)顆粒污泥，同時(shí)還能培養(yǎng)厭氧菌群。UASB反應(yīng)器的特點(diǎn)是運(yùn)行成本較低，制造工藝簡(jiǎn)單，制造沼氣的效率比較高。厭氧菌群不容易流失。但是這種工藝的缺點(diǎn)是不適用于高懸浮物的廢液（一般進(jìn)水SS不超過(guò)2000mg/I），否則會(huì)導(dǎo)致布水系統(tǒng)堵塞、菌種流失。

優(yōu)點(diǎn)：①除三項(xiàng)分離器外消化器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)攪拌裝置及填料;②長(zhǎng)的SRT及MRT使其實(shí)現(xiàn)了很高負(fù)荷率：③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;④出水SS含量低。

缺點(diǎn)：①需要安裝三項(xiàng)分離器;②需要有效的布水器，使進(jìn)料能均布于消化器底部：③進(jìn)水要求低SS含量：④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。

（三）CSTR厭氧工藝

CSTRI藝的具體操作主要是對(duì)動(dòng)物糞便進(jìn)行粉碎，調(diào)整糞便的固體物大小，在進(jìn)行液體配比，攪拌后把物料投入到反應(yīng)器中，再利用合適的溫度進(jìn)行物料的充分發(fā)酵反應(yīng)。沼渣沼液能夠得到充分的利用，沼渣直接用于農(nóng)田施肥。

優(yōu)點(diǎn)：①可以對(duì)物料進(jìn)行粉碎原料：②在反應(yīng)器中物料在合適的溫度中能進(jìn)行充分的發(fā)酵反應(yīng)，保存微生物的充分生存機(jī)會(huì)。③反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度適合沼氣的產(chǎn)生④充分反應(yīng)后，這種工藝既能產(chǎn)生沼氣，還能進(jìn)行環(huán)保的廢水排放⑤避免了浮渣、結(jié)殼、堵塞、氣體逸出不暢和短流現(xiàn)象。

缺點(diǎn)：①由于該消化器無(wú)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;②要有足夠的攪拌，所以能量消耗較高;③底物流出該系統(tǒng)時(shí)未完全消化，微生物隨出料而流失。

（四）HCF厭氧工藝

塞流式消化器中原料從一端進(jìn)入，從另一端流出，原料在消化器的流動(dòng)呈活塞式推移狀態(tài)。在消化器內(nèi)應(yīng)設(shè)置擋板，有利于運(yùn)行的穩(wěn)定。HCF工藝是一種引進(jìn)于歐洲的沼氣生產(chǎn)工藝技術(shù)，在反應(yīng)器中，物料能在厭氧反應(yīng)過(guò)程中進(jìn)行充分的發(fā)酵反應(yīng)，同樣，這種工藝產(chǎn)生的沼渣也能應(yīng)用到農(nóng)田中，實(shí)現(xiàn)沼氣生產(chǎn)的無(wú)害化處理。

優(yōu)點(diǎn)：①不需攪拌裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低;②適用于高SS廢物的處理外，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。

缺點(diǎn)：①固體物可能沉淀于底部，影響消化器的有效體積，使HRT和sRT降低：②需要固體和微生物的回流作為接種物：③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;④易產(chǎn)生結(jié)殼。

二、工藝選擇

幾種厭氧處理技術(shù)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益比較

經(jīng)過(guò)以上對(duì)比分析，幾種工藝各有所長(zhǎng)，USR工藝在沼氣制造中是應(yīng)用比較廣泛的沼氣制造工藝，適用于我國(guó)中南部地區(qū)的養(yǎng)殖場(chǎng)的糞便處理，同時(shí)還能進(jìn)行沼氣的制造與應(yīng)用。UASBE：藝比較適用于固體物少的污水處理中的沼氣制造過(guò)程，CSTR工藝適用于高濃度及含有大量懸浮固體原料的處理，各厭氧消化工藝均應(yīng)增加余熱和加熱循環(huán)裝置，適用養(yǎng)豬場(chǎng)的糞便處理。