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(yīng)器（PFR），另一種是改進的高濃度塞流式工藝（HCF）。塞流式反應(yīng)器（PFR）圖1（1）原理PFR也稱推流式反應(yīng)器，是一種長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(yīng)設(shè)谿擋板以有利于運行的穩(wěn)定。PFR反應(yīng)原理及結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)器占地面積或體積比較大，反應(yīng)器內(nèi)難以保持一致的溫度；易產(chǎn)生厚的結(jié)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(jié)合的發(fā)酵裝谿。厭氧罐內(nèi)設(shè)機械攪拌，以塞流方式向池后端不斷推動，HCF厭氧反應(yīng)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(yīng)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(shè)施少，工程投資省；操作管理簡便，運行費用低；原料適應(yīng)性強（畜禽糞便、碎秸稈和有機垃圾均可）；沒有預(yù)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(yīng)器升流式固體反應(yīng)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(dāng)前畜禽養(yǎng)殖行業(yè)糞污資源化利用方面有較多的應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)器內(nèi)設(shè)有布水系統(tǒng)，底部是高濃度厭氧菌床，上部設(shè)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(jié)構(gòu)及反應(yīng)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(biāo)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(biāo)回用或排放。針對該沼液含氨氮較高的特點，通過預(yù)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(yīng)器下部，使反應(yīng)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(dāng)超負荷運行時，污泥沉降性能變差，出水化學(xué)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(yīng)在發(fā)酵罐液面增加破浮渣設(shè)施，以防表面結(jié)殼。沼渣沼液COD濃度含量很高，不適宜達標(biāo)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(yīng)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(yīng)原理及反應(yīng)器