第三講 生物質(zhì)制沼氣

生物質(zhì)轉(zhuǎn)化工程第三講生物質(zhì)的厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)授課：何艷峰博士1.概述2.厭氧消化的基本原理3.厭氧消化工藝4.厭氧消化反應(yīng)器5.國(guó)內(nèi)外典型的生物質(zhì)厭氧消化工藝6.國(guó)內(nèi)厭氧消化產(chǎn)沼發(fā)展內(nèi)容厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)有機(jī)物在無(wú)氧條件下，依靠兼性厭氧菌和專性厭氧菌的作用轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等，并合成自身細(xì)胞物質(zhì)的生物學(xué)過(guò)程，是實(shí)現(xiàn)有機(jī)固體廢物無(wú)害化、資源化的一種有效的方法。11.基本概念一、概述

總的反應(yīng)式

沼氣的成分主要為CH4：55-70%和CO2：25-40%。此外還有總量小于5%的CO、O2，H2S、H2、NH3、N2、PH3、碳?xì)浠衔铮–mHn）等。

適合的原料應(yīng)為高濃度廢水或者高水分的有機(jī)固體廢棄物，如畜禽廢水、食品加工場(chǎng)廢水、有機(jī)生活垃圾、畜禽糞便等。

不需要氧氣，可以減少動(dòng)力消耗、節(jié)約能源、減少成本；有機(jī)負(fù)荷承受力強(qiáng)，反應(yīng)器效能高，容積小，占地面積??；沒(méi)有與氧相隨的微生物合成，因此剩余污泥量少，減少了處置費(fèi)用且生成的污泥較穩(wěn)定；可以回收沼氣能源、降低污染負(fù)荷，同時(shí)也減少了溫室效應(yīng)氣體的排放量；發(fā)酵殘留物可作為土壤添加劑或肥料，增加其經(jīng)濟(jì)效益厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)2.厭氧消化的優(yōu)點(diǎn)（1）戶用沼氣池一家一戶建設(shè)的，以炊事為目的，反應(yīng)器容積在6-15m2的小型沼氣池。（2）沼氣工程反應(yīng)器容積在50m2以上的沼氣工程，按照規(guī)模又可分為大、中、小型沼氣工程，一般是以一個(gè)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)或一個(gè)區(qū)域?yàn)橐劳?，統(tǒng)一收集大量的生物質(zhì)原料，進(jìn)行集中厭氧消化。小型沼氣工程（30－200平方米），大中型沼氣工程（200平方米以上）厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)3.厭氧工程的分類厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)4.厭氧技術(shù)的發(fā)展歷史1）第一代反應(yīng)器1861年法國(guó)人LouisMouras將簡(jiǎn)易的沉淀池改進(jìn)為污水處理構(gòu)筑物，降解生活污水中的懸浮物,1881年被法國(guó)Gosmos雜志報(bào)道；1890年，Scott－Moncrieff設(shè)計(jì)第一個(gè)初步的厭氧濾池；1895年Donald設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)厭氧化糞池（SepticTank),是厭氧處理工藝發(fā)展史上一個(gè)重要的里程碑；1896年，英國(guó)小城Exeter出現(xiàn)了第一座用于處理生活污水的厭氧消化池，所產(chǎn)生的沼氣用于街道的照明；1903年Travis發(fā)明了Travis池，廢水從一端進(jìn)入，從另一端流出，兩側(cè)沉淀出的污泥在池中下部進(jìn)行消化；厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)4.厭氧技術(shù)的發(fā)展歷史1）第一代反應(yīng)器1904年德國(guó)的Imhoff將其發(fā)展成為Imhoff雙層沉淀池(即腐化池)，這一工藝至今仍然在有效地利用；1912年，德國(guó)人Kremer提出了加蓋的密閉式二級(jí)消化池；至1914年，美國(guó)有14座城市建立了厭氧消化池；1920年，英國(guó)的Watson采用沼氣作為動(dòng)力用泵對(duì)消化污泥進(jìn)行攪拌；1950年出現(xiàn)高效的、可加溫和攪拌的厭氧消化反應(yīng)池，加快了厭氧技術(shù)的發(fā)展。特點(diǎn)：發(fā)展較為緩慢，工藝簡(jiǎn)單。污泥齡（SRT）等于水力停留時(shí)間（HRT），反應(yīng)器容積較大，處理效能較低厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)4.厭氧技術(shù)的發(fā)展歷史2）第二代厭氧反應(yīng)器1956年，Schroefer等人成功的開(kāi)發(fā)了厭氧接觸法工藝(AnaerobicContactProcess)，標(biāo)志著現(xiàn)代廢水厭氧生物處理工藝的誕生；1967年，Young和McCarty等開(kāi)發(fā)了厭氧生物濾池(AF

)，將第二代反應(yīng)器推進(jìn)了高速發(fā)展的進(jìn)程中；1974年荷蘭的Lettinga開(kāi)發(fā)了上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)，處理效率很高，得到了廣泛的應(yīng)用1978年W.J.Jewell等人和1979年R.P.Bowker分別開(kāi)發(fā)了厭氧膨脹床反應(yīng)器(AnaerobicExpandedBed)和厭氧流化床反應(yīng)器(AnaerobicFluidizedBed)。反應(yīng)器內(nèi)均填充細(xì)顆粒載體，增加生物接觸面積。特點(diǎn)：污泥齡（SRT）大于水力停留時(shí)間（HRT），反應(yīng)器內(nèi)維持很高的生物量，處理效能較高厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)4.厭氧技術(shù)的發(fā)展歷史3）第三代厭氧反應(yīng)器基于微生物固定化原理和提高污泥和廢水混合效率為基礎(chǔ)的一系列高速厭氧反應(yīng)器相繼出現(xiàn)，即進(jìn)入了第三代厭氧處理工藝。1982年出現(xiàn)了厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）1985年出現(xiàn)了厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器（IC）

特點(diǎn)：在UASB基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，反應(yīng)器單位容積的生物量更高，能承受更高的水力負(fù)荷，1）兩階段學(xué)說(shuō)(1930,Buswell&Neave)厭氧消化的兩階段、三階段和四種群說(shuō)理論

第一階段：酸性發(fā)酵階段。復(fù)雜的有機(jī)物在產(chǎn)酸菌的作用下被分解成以有機(jī)酸為主的低分子的中間產(chǎn)物，包括大量的低碳脂肪酸和H2、CO2、H2S等。

第二階段：堿性發(fā)酵階段。產(chǎn)甲烷菌將第一階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物繼續(xù)分解成甲烷（CH4）和二氧化碳等。厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)二.厭氧消化的基本原理兩階段理論沒(méi)有全面反映厭氧消化的本質(zhì)研究表明，產(chǎn)甲烷菌能利用甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺類和H2/CO2，但不能利用兩碳以上的脂肪酸和除甲醇以外的醇類產(chǎn)生甲烷，因此兩階段理論難以確切的解釋這些脂肪酸或醇類是如何轉(zhuǎn)化CH4和CO2的。2）三階段學(xué)說(shuō)(1979,M.P.Bryant)2.厭氧消化的基本原理

第一階段：水解發(fā)酵階段。復(fù)雜的有機(jī)物在厭氧菌胞外酶的作用下，首先被分解成簡(jiǎn)單有機(jī)物，然后在產(chǎn)酸菌的作用下轉(zhuǎn)化為低級(jí)脂肪酸和醇類。

第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第一階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣及二氧化碳等。

第三階段：產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷菌把第一階段和第二階段產(chǎn)生的乙酸、H2、CO2等轉(zhuǎn)化為甲烷。厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)3）四種群說(shuō)（1979，J.G.Zeikus)厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)2.厭氧消化的基本原理水解階段：將不溶性大分子有機(jī)物分解為小分子水溶性的低脂肪酸；酸化階段：發(fā)酵細(xì)菌將水溶性低脂肪酸轉(zhuǎn)化為H2、甲酸、乙醇等，酸化階段料液pH值迅速下降；產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：專性產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌對(duì)還原性有機(jī)物的氧化作用，生成H2、乙酸等。同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌將H2、HCO3－轉(zhuǎn)化為乙酸，此階段由于大量有機(jī)酸的分解導(dǎo)致pH值上升；甲烷化階段在厭氧消化過(guò)程中共有四種群的復(fù)雜微生物參與厭氧發(fā)酵過(guò)程，分別是：水解發(fā)酵菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，同型產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌。3.厭氧微生物學(xué)基本原理1）厭氧消化主要微生物（以三階段理論為例）非產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)水解發(fā)酵階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)甲烷階段纖維素分解菌碳水化合物分解菌蛋白質(zhì)分解菌脂肪分解菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌同型產(chǎn)乙酸菌甲烷桿菌甲烷球菌甲烷八疊球菌甲烷螺旋菌等水解發(fā)酵菌群為一個(gè)十分復(fù)雜的混合細(xì)菌群，該類細(xì)菌將各類復(fù)雜有機(jī)質(zhì)在發(fā)酵前首先進(jìn)行水解，因此該類細(xì)菌也稱為水解細(xì)菌。在厭氧消化系統(tǒng)中，水解發(fā)酵細(xì)菌的功能表現(xiàn)在兩個(gè)方面：1）將大分子不溶性有機(jī)物在水解酶的催化作用下水解成小分子的水溶性有機(jī)物2）將水解產(chǎn)物吸收進(jìn)細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)過(guò)胞內(nèi)復(fù)雜的酶系統(tǒng)催化轉(zhuǎn)化，將一部分供能源使用有機(jī)物轉(zhuǎn)化為代謝產(chǎn)物，如脂肪酸和醇類等，排入細(xì)胞外的水溶液中，成為參與下一階段生化反應(yīng)的細(xì)菌菌群（主要是產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌）可利用的物質(zhì)。水解發(fā)酵細(xì)菌主要是專性厭氧菌和兼性厭氧菌，屬于異養(yǎng)菌，其優(yōu)勢(shì)種屬隨環(huán)境條件基質(zhì)的不同而有所差異。水解發(fā)酵菌群產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌能將產(chǎn)酸發(fā)酵第一階段產(chǎn)生的丙酸、丁酸、戊酸、乳酸和醇類等，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸，同時(shí)釋放分子氫。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸反應(yīng)主要在產(chǎn)甲烷相中進(jìn)行。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群由于各反應(yīng)的自由能不同，進(jìn)行反應(yīng)的難易程度也不一樣。乙醇、丁酸和丙酸的反應(yīng)分別在氫分壓小于0.15atm、2×10-3atm和9×10-5atm下能自動(dòng)進(jìn)行。在厭氧消化過(guò)程中，降低氫分壓必須依靠產(chǎn)甲烷細(xì)菌來(lái)完成。所以一旦產(chǎn)甲烷細(xì)菌受到環(huán)境條件的影響而放慢了對(duì)分子態(tài)氫的利用速率，其結(jié)果必定是放慢產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌對(duì)丙酸的利用，接著依次是丁酸和乙醇，這也說(shuō)明了為什么厭氧消化系統(tǒng)中一旦發(fā)生故障易出現(xiàn)丙酸的積累。同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌能代謝H2/CO2為乙酸，為利用乙酸的產(chǎn)甲烷菌提供了形成甲烷的基質(zhì)，又能代謝分子氫，使厭氧消化系統(tǒng)中保持低的氫分壓，有利于厭氧發(fā)酵的進(jìn)行。

產(chǎn)甲烷菌群產(chǎn)甲烷菌是一個(gè)特殊的、專門的生理群，具有特殊的產(chǎn)能代謝功能。也就是說(shuō)產(chǎn)甲烷菌是能夠有效地利用氧化氫時(shí)形成的電子，并能在沒(méi)有光或游離氧和諸如硝酸鹽和硫酸鹽等外源電子受體的條件上，還原二氧化碳為甲烷的微生物。同型產(chǎn)乙酸菌群硫酸鹽還原細(xì)菌產(chǎn)甲烷菌主要競(jìng)爭(zhēng)基質(zhì)的對(duì)象之一以硫酸作為最終受氫體，從而還原硫酸為硫化物

8[H]+SO42-H2S+2H2O+2OH-3.厭氧微生物學(xué)基本原理參數(shù)產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)酸菌對(duì)pH的敏感性敏感，最佳pH為6.8~7.2不太敏感，最佳pH為5.5~7.0氧化還原電位Eh<-350mv(中溫)，<-560mv(高溫)<-150~200mv對(duì)溫度的敏感性最佳溫度：30~38℃，50~55℃最佳溫度：20~35℃表產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的特性參數(shù)不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供生長(zhǎng)和產(chǎn)甲烷所必須的基質(zhì)不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧環(huán)境不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌消除有毒物質(zhì)產(chǎn)甲烷菌為不產(chǎn)甲烷菌的生化反應(yīng)解除反饋機(jī)制非產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌共同維持環(huán)境中的適宜PH值厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)3.厭氧微生物學(xué)基本原理2）非產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌間關(guān)系揮發(fā)性脂肪酸積累到一定數(shù)量抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性

水解產(chǎn)酸的速率往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)甲烷的速率，產(chǎn)生的有機(jī)酸不能被產(chǎn)甲烷菌及時(shí)利用，從而使PH值降低，抑制了水解酸化的繼續(xù)進(jìn)行及產(chǎn)甲烷菌的活性。丙酸的積累抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性

由于丙酸的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸的速率很慢，導(dǎo)致丙酸積累，PH值嚴(yán)重降低，抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性

厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)3.厭氧微生物學(xué)基本原理3）厭氧消化中間產(chǎn)物抑止機(jī)理1）溫度厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)4.厭氧消化反應(yīng)影響因素沼氣發(fā)酵與溫度有密切的關(guān)系代謝速度在35～38℃有一個(gè)高峰，50～65℃有另一高峰。一般厭氧發(fā)酵?？刂圃谶@兩個(gè)溫度內(nèi)，以獲得盡可能高的降解速度。前者稱為中溫發(fā)酵，后者稱為高溫發(fā)酵，低于20℃的稱為常溫發(fā)酵。甲烷菌對(duì)溫度的急劇變化非常敏感厭氧發(fā)酵過(guò)程還要求溫度相對(duì)穩(wěn)定，一天內(nèi)的變化范圍在1.5~2℃以內(nèi)為宜。厭氧發(fā)酵微生物細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞質(zhì)的pH一般呈中性反應(yīng)，但產(chǎn)甲烷菌在偏堿性條件下有更好活性，因此，控制pH值在6.5~7.5比較合適，最佳7.0~7.2。一般通過(guò)控制堿度來(lái)控制pH值。通常堿度控制在2500~5000mgCaCO3/L比較合適，堿度可以通過(guò)投加石灰或含氮原料的辦法來(lái)控制。厭氧發(fā)酵原料的C/N比以（20~30）:1為宜。太高，細(xì)胞氮量不足，系統(tǒng)的緩沖能力低，pH值易降低；太低，氮量過(guò)多，pH值可能上升，銨鹽容易積累，會(huì)抑制消化進(jìn)程。

2）pH值3）原料配比（營(yíng)養(yǎng)比）重金屬離子對(duì)甲烷消化會(huì)產(chǎn)生抑制：使酶發(fā)生變性或者沉淀；與酶結(jié)合產(chǎn)生變性；與氫氧化物作用使酶沉淀。S2-等陰離子對(duì)甲烷消化有抑制，氨也有毒害作用，當(dāng)[NH4+]>150mg/L時(shí)，消化受抑制。添加少量的K、Na、Mg、Zn、P等元素有助于提高產(chǎn)氣率。物質(zhì)濃度毒域濃度界限/(mol/L)堿金屬和堿土金屬Ca2+，Mg2+，Na+，K+10-1~10+6重金屬Cu2+，Ni2+，Zn2+，Hg2+，F(xiàn)e2+10-5~10-3H+和OH―10-6~10-4胺類10-5~100有機(jī)物質(zhì)10-6~1004）添加物和抑制物厭氧發(fā)酵中細(xì)菌數(shù)量和種群會(huì)直接影響甲烷的生成不同來(lái)源的厭氧發(fā)酵接種物對(duì)產(chǎn)氣量有不同的影響，添加接種物可有效提高消化液中微生物的種類和數(shù)量，從而提高反應(yīng)器的消化處理能力和產(chǎn)氣量。在開(kāi)始發(fā)酵時(shí)，一般要求菌種量達(dá)到料液量的5%以上。攪拌的目的是使發(fā)酵原料分布均勻，增加微生物與發(fā)酵基質(zhì)的接觸，也使發(fā)酵的產(chǎn)物及時(shí)分離，從而提高產(chǎn)氣量。5）接種物6）攪拌2/1/2023275、有機(jī)物轉(zhuǎn)換沼氣理論計(jì)算方法C6H12O6－3CH4+3CO2180481321kg葡萄糖可以產(chǎn)生0.267kgCH4和0.733kgCO2，各相當(dāng)于16.67mol。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，約可產(chǎn)生0.75立方米沼氣表幾種有機(jī)物完全消化的CH4和CO2及沼氣產(chǎn)量有機(jī)物種類成分（質(zhì)量%）每kg有機(jī)物產(chǎn)氣量（m3）CH4CO2沼氣CH4糖類27730.750.375脂類48521.441.04蛋白質(zhì)27730.980.49Buswell和Mualler的計(jì)算方法2/1/202328COD轉(zhuǎn)換沼氣理論計(jì)算方法C6H12O6＋6O2－6CO2+6H2O計(jì)算出氧化1kg葡萄糖需要1.067kg氧氣，即1kg葡萄糖的COD為1.067kg。換算出1kgCOD可產(chǎn)生0.7立方米沼氣CnHaOb＋（n-1/4a-1/2b)H2O(1/2n-1/8a+1/4b)CO2+(1/2n+/8a-1/4b)CH42/1/202329三.厭氧消化工藝厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)含固率濕式厭氧發(fā)酵工藝（低固體厭氧發(fā)酵工藝）：指消化原料的固體濃度不超過(guò)10%，一般為4~8%干式厭氧發(fā)酵工藝（高固體厭氧發(fā)酵工藝）：指消化原料的固體濃度大約在20%以上消化階段數(shù)單相消化：在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成厭氧發(fā)酵的兩個(gè)階段（產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷）兩相消化：將厭氧發(fā)酵反應(yīng)分別在二個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成，分別完成產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段2/1/202330厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)根據(jù)投料運(yùn)轉(zhuǎn)方式分類批式消化工藝：每一次反應(yīng)進(jìn)料一次，直至本次反應(yīng)結(jié)束后才開(kāi)始再進(jìn)料。半連續(xù)消化工藝：?jiǎn)?dòng)時(shí)一次性投入較多的消化原料，運(yùn)行過(guò)程中定期添加新料和出料，比較適用于農(nóng)村和部分工業(yè)。連續(xù)消化工藝：連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)出料，工業(yè)上應(yīng)用較多，但對(duì)厭氧條件控制要求較高。三.厭氧消化工藝2/1/202331厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)按反應(yīng)底物普通消化：處理一種有機(jī)廢物。聯(lián)合消化：同時(shí)處理兩種或多種有機(jī)廢物，可以在消化物料間建立起一種良性互補(bǔ)，有效提高固體廢物厭氧消化的沼氣產(chǎn)量。按溫度低溫消化：＜20℃。中溫消化：35~38℃。高溫消化：50~65℃。三.厭氧消化工藝2/1/202332單相消化兩相消化單相濕式消化單相干式消化單相濕式批式消化單相濕式連續(xù)消化單相干式消化兩相濕式消化兩相干式消化兩相濕式半連續(xù)消化兩相濕式連續(xù)消化兩相固體床批式消化兩相多級(jí)固體床連續(xù)消化厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)1、水力停留時(shí)間（HRT）

指一個(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，通常以天（d）或小時(shí)（h）為單位。

HRT(d)=2/1/202333四.厭氧消化反應(yīng)器厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)計(jì)算題：

一個(gè)5000頭的豬場(chǎng)，每頭豬每天產(chǎn)生的污水量為12L（采用干清糞），如果HRT定為10天，為防止發(fā)酵液產(chǎn)生的泡沫堵塞導(dǎo)氣管，所以常留10%體積作為緩沖，求消化器體積為多少？3、微生物停留時(shí)間（HRT）

指從微生物細(xì)胞的生成到被置換出消化器的時(shí)間。

2/1/202334四.厭氧消化反應(yīng)器厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)2、固體停留時(shí)間（SRT）

指懸浮固體物質(zhì)從消化器里被置換的時(shí)間。

SRT(d)=常規(guī)型MRT=SRT=HRT常規(guī)反應(yīng)器，完全混合厭氧反應(yīng)器，推流式反應(yīng)器

2/1/202335四.厭氧消化反應(yīng)器厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)污泥滯留型：通過(guò)采用各種固液分離方式使污泥滯留于消化器內(nèi)，提高消化器的效率，縮小消化器的體積。(MRT和SRT)>HRT厭氧接觸反應(yīng)器，上流式污泥床反應(yīng)器，膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器，內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器

附著膜型：微生物附著于安放在消化器內(nèi)的惰性介質(zhì)上，使消化器在允許物料中的液體和固體穿流而過(guò)的情況下，固定微生物于消化器內(nèi)。MRT>（SRT和HRT）厭氧濾器，流化床和膨脹床

2/1/202336四.厭氧消化反應(yīng)器厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)厭氧批式反應(yīng)器厭氧序批式反應(yīng)器完全混合厭氧反應(yīng)器厭氧接觸反應(yīng)器厭氧上流式污泥床反應(yīng)器厭氧推流式反應(yīng)器厭氧膨脹床膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器2023/2/137AnaerobicBatchReactor

（ABR)厭氧批式反應(yīng)器進(jìn)料方式是批式進(jìn)料。即每一次反應(yīng)進(jìn)料一次，直至本次反應(yīng)結(jié)束后才開(kāi)始再進(jìn)料一般用來(lái)研究某底物的產(chǎn)氣規(guī)律、潛力和動(dòng)力學(xué)特性等出氣口2023/2/138AnaerobicSequencingBatchReactor(ASBR)厭氧序批式反應(yīng)器每一個(gè)循環(huán)可以分為進(jìn)料、反應(yīng)、沉淀和出水4個(gè)階段，循環(huán)運(yùn)行。所以該反應(yīng)器又叫半連續(xù)反應(yīng)器

固體去除率可達(dá)到90-93%（Archana，1999；Hur，1999）

出氣口進(jìn)料口出料口2023/2/139AnaerobicCompletelyStirTankReactor(CSTR)出氣口進(jìn)料口出料口完全混合厭氧反應(yīng)器物料可以很快被稀釋、均化，原污水在水質(zhì)、水量方面的變化對(duì)污泥產(chǎn)生的影響降低到極小的程度，因此該反應(yīng)器對(duì)沖擊負(fù)荷有很強(qiáng)的適應(yīng)能力

2023/2/140AnaerobicContactReactor（AC）厭氧接觸反應(yīng)器在傳統(tǒng)的完全混合反應(yīng)器基礎(chǔ)上增加了污泥分離和回流裝置優(yōu)點(diǎn)：負(fù)荷較高，耐沖擊負(fù)荷，生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定等特點(diǎn)，比較適合處理懸浮物和COD高的廢棄物出料口出氣口進(jìn)料口出氣口污泥回流2023/2/141Up-flowAnaerobicSludgeBedReactor（UASB）厭氧上流式污泥床反應(yīng)器污泥反應(yīng)區(qū)、氣液固三相分離器（包括沉淀區(qū)）和氣室三部分組成優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，污染負(fù)荷大；懸浮態(tài)的污泥省去了攪拌與回流操作；顆粒污泥增強(qiáng)了反應(yīng)器應(yīng)的調(diào)節(jié)能力；三相分離器簡(jiǎn)化了裝置，節(jié)省成本出氣口進(jìn)料口出料口2023/2/142Plug-flowreactor(PF)厭氧推流式反應(yīng)器不需要攪拌，池形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低，適用于高SS的處理，尤其在處理豬糞廢水和高固體含量廢棄物上，表現(xiàn)出高的處理效率，用于農(nóng)場(chǎng)有較好的經(jīng)濟(jì)效益。出氣口出料口進(jìn)料口2023/2/143Anaerobicattachedfilmexpandedbed(AAFEB)厭氧膨脹床固體流態(tài)化技術(shù)在污水厭氧生物處理中的應(yīng)用上升流速增大到使載體可在床體內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)而互不接觸的反應(yīng)器稱為流化床(AFB)床內(nèi)微生物濃度很高（一般可30gVSS/l）；有機(jī)容積負(fù)荷一般為10～40kgCOD/m3.d；耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)；載體處于膨脹或流化狀態(tài)，減少了載體堵塞

2023/2/144Expandedgranularsludgeblanket(EGSB)膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器20世紀(jì)90年代由荷蘭Wageingen農(nóng)業(yè)大學(xué)的Lettinga等人開(kāi)發(fā)特點(diǎn)：設(shè)有專門的出水回流系統(tǒng)，反應(yīng)器中污泥全部或者部分處于“膨脹化”懸浮狀態(tài)，改善了廢水中有機(jī)物與微生物之間的接觸，強(qiáng)化了傳質(zhì)效果，提高了反應(yīng)器的生化反應(yīng)速度，從而大大提高了反應(yīng)器的處理效能1(A，B)-調(diào)節(jié)池2-水泵3-換熱器；4-反應(yīng)器5-水封6-氣體流量計(jì)7-沉淀池

2023/2/145InternalCirculationReactor（IC）內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器荷蘭PAQUES公司于20世紀(jì)80年代中期開(kāi)發(fā)特點(diǎn)：內(nèi)部有兩部氣固分離器優(yōu)點(diǎn)：容積負(fù)荷高，占地面積小，而且屬全封閉系統(tǒng)，無(wú)異味，特別適合土地資源緊缺的工礦企業(yè)2023/2/146進(jìn)料口出氣口出料口出氣口出水回流Two-PhaseWetReactors兩相濕式反應(yīng)器（連續(xù)進(jìn)料反應(yīng)器）這一類型的反應(yīng)器有：ASBR+ASBR、ASBR+FFR、CSTR+UAF、CSTR+ASBR2023/2/147兩相干式反應(yīng)器（固體床厭氧反應(yīng)器）一個(gè)或多個(gè)固體床反應(yīng)器串連一個(gè)單相連續(xù)厭氧反應(yīng)器構(gòu)成Two-PhaseSolidBedReactors出氣口甲烷化反應(yīng)器出氣口固體床（水解酸化反應(yīng)器）滲濾液收集罐出水回流出料口進(jìn)料口2023/2/148一個(gè)完整的厭氧消化系統(tǒng)應(yīng)包括：原料預(yù)處理+厭氧消化反應(yīng)器+消化氣凈化與貯存+消化液與污泥的分離、處理及利用厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)五.國(guó)內(nèi)外典型的生物質(zhì)厭氧消化工藝2023/2/149利用收集、分類、預(yù)處理厭氧反應(yīng)器沼氣固體液體固液分離處理排放加工肥料美國(guó)1979年建立的第一座年處理5000t垃圾廠采用的工藝。55℃高溫下處理固體含量為25%垃圾。垃圾平均產(chǎn)氣量為130m3/t，甲烷含量大于50%，固體去除率約52%。美國(guó)實(shí)驗(yàn)工廠工藝厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)五.國(guó)內(nèi)外典型的生物質(zhì)厭氧消化工藝2023/2/150液體處理排放部分回流垃圾收集分類、預(yù)處理厭氧反應(yīng)器固液分離加工肥料固體沼氣回流攪拌沼氣利用法國(guó)Valorga工藝厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)針對(duì)城市生活垃圾厭氧消化中存在的攪拌難、固體含量高抑制反應(yīng)活性等特點(diǎn)五.國(guó)內(nèi)外典型的生物質(zhì)厭氧消化工藝2023/2/151固體生物質(zhì)原料破碎分選一級(jí)反應(yīng)器固液分離加工肥料液體二級(jí)反應(yīng)器加工液肥出售丹麥Carlbro工藝厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)采用兩階段消化，中溫發(fā)酵，平均產(chǎn)氣量150-175m3/t，VS去除率60%以上。丹麥1991年建立的第一座工業(yè)規(guī)模的城市垃圾厭氧處理廠。年處理垃圾量20萬(wàn)噸。五.國(guó)內(nèi)外典型的生物質(zhì)厭氧消化工藝2023/2/152加利福尼亞大學(xué)工藝沼氣堆肥利用生物質(zhì)預(yù)處理厭氧反應(yīng)器好氧反應(yīng)器厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)采用高溫厭氧消化后好氧腐熟，平均產(chǎn)氣量為800m3/kg，是前幾種的五倍，VS去除率為55%-65%。該工藝還沒(méi)有工廠化規(guī)?；瘜?shí)施。五.國(guó)內(nèi)外典型的生物質(zhì)厭氧消化工藝2023/2/153UASB反應(yīng)器出水回流滲濾液固體床3固體床2固體床1固體床4噴淋固體床兩步消化工藝厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)采用4個(gè)4m3的固體床和一個(gè)3m3UASB反應(yīng)器。4個(gè)固體床每隔20天循環(huán)啟動(dòng)，每天用UASB出水噴淋固體床并淋洗出酸液，再將酸液泵入U(xiǎn)ASB進(jìn)行甲烷化發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。固體床產(chǎn)酸期為20天，平均產(chǎn)氣率0.22m3/kgTS，固體床經(jīng)80天發(fā)酵后原料體積減少70%。該工藝主要用來(lái)處理秸稈。五.國(guó)內(nèi)外典型的生物質(zhì)厭氧消化工藝

APS系統(tǒng)工藝流程圖階段固體床(APS)系統(tǒng)五.國(guó)內(nèi)外典型的生物質(zhì)厭氧消化工藝FeedValveGasifierFeedSystem(AmountControl)Solid-Bed(HydrolysisReactors)SumpGasifierPump厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)56