大中型沼气工程技.

大中型沼气工程技术及项目设计重点：厌氧消化器沼气工程设计大中型沼气工程界定模式：能源环保模式、能源生态模式沼气工程养鸡场沼气贮气柜沼渣颗粒饲料沼液养猪场养鱼场沼气工程沼气贮气柜沼液鱼塘农业灌溉果园无公害蔬菜沼渣颗粒有机肥生活燃料炒龙井茶加工莼菜孵化小鸡鸡舍增温杭州浮山养殖场能源生态沼气工程示意图灯塔养殖场能源环保型沼气工程厌氧消化池猪粪污水格栅机低浓度集水池沉淀池调节池配水池SBR池SBR池气水分离器沼气脱硫塔贮气柜混凝沉淀池达标排放污泥浓缩池污泥池污泥机复合肥沼气工程规模分类指标工程规模单体容积（m3）总体容积（m3）日产沼气量（m3）配套系统的配置大型≥300≥1000≥300完整的原料预处理系统；沼渣、沼液综合利用系统；沼气贮存、输配和利用系统；中型50～300100～1000≥50原料预处理系统；沼渣、沼液综合利用系统；沼气贮存、输配和利用系统；小型20～5050～100≥20原料计量、进出料系统；沼渣、沼液综合利用系统；沼气贮存、输配和利用系统；大中型沼气工程的国内外研究进展1、国外沼气工程发展现状•据世界银行统计数据显示：截止2007年年底，欧洲沼气产量达到590万吨油当量（相当于70亿立方米天燃气）。其中德国为191万吨油当量/年，英国为170万吨油当量/年。德国、瑞典、英国、美国等欧美发达国家在沼气工程发展现状也代表了国际沼气工程产业的现状。•德国在欧洲国家中，德国是发展中小型农场沼气工程的典型代表，主要动力来自于一些优惠鼓励政策的出台。《可再生能源优先法》2000年《电力并网法》（1990）沼气工程数量：1992年139家，2000年1050家，2003年3000家，2006年底3500座沼气发电的装机总量1999年50兆瓦2002年250兆瓦2008年的1300兆瓦。德国沼气协会估计,到2020年,总装机将达到9500兆瓦。瑞典•瑞典是使用沼气作汽车燃料最先进的国家。1996年，瑞典开始把沼气提纯至甲烷含量95%以上作为汽车燃料使用，并制定了相关标准。•目前，有779辆沼气燃料公共汽车，4500辆汽油、沼气与天然气混合燃料的小汽车。2004年开始，也有火车以这种方式运行。在瑞典，交通工具所使用的气体燃料中，沼气占54%，其余是天然气。•2004年开始，哥德堡等城市把沼气与天然气管网连接，输送到用户。瑞典沼气协会估算，若以10%农地和林业废弃物生产沼气，沼气生产能力将达到853万吨油当量/年，而目前的瑞典全国能耗仅为768万吨油当量，到2020年瑞典成为世界上第一个不依赖石油的国家。英国•2002年英国开始实行绿色证书系统—《可再生能源义务证书系统》，该系统要求电力供应商每年增加可再生能源发电的份额，2005~2006年度为5.7%，2015年将达到15.4%。•该系统中，沼气是最具代表性的可再生能源，沼气份额的增加主要是填埋气发电市场的增加，填埋气是绿色证书系统的受益者。•2004～2005年度，沼气占可再生能源发电的35.9%（填埋气占33.6%，污水处理沼气占2.3%）。美国•美国在沼气方面主要集中在基础研究上，如产甲烷菌的基因排序、厌氧消化的生化过程、厌氧消化微生物菌群结构及沼渣沼液中的特殊生物酶，而应用技术研究相对较少。•美国把沼气作为能源开发利用主要是垃圾填埋气，目前，垃圾场是美国沼气生产的主要来源，占总数的34％。2007年，美国垃圾管理公司已在北美运行281个垃圾场，其中100个已经具有某些沼气转换能源的能力。•美国更注重新技术研发，已开始试验沼气燃料电池替代传统的内燃机发电。中国•八十年代以来，规模化养殖场的逐年增加，畜禽粪便污染日趋严重；与此同时，我国农村用能短缺，大中型沼气工程迎来了第一个快速发展期。•中央投资不断增加•政策给予大力倾斜•截至2008年底，我国畜禽养殖场沼气工程达39510处，总池容451.476万立方米，年产沼气约5.2亿立方米。大型工程2761处，年产沼气约2.7亿立方米中型工程12864处年产沼气约1.8亿立方米小型沼气工程23885处，年产沼气7096万立方米。大中型沼气工程厌氧消化器•分类指标•消化器类型分类指标•HydraulicRetentionTime(HRT)•HRT：一个消化器内的发酵液按体积计算被全部置换所需要的时间，单位为天（d）或小时（h）。HRT(d)=V/QV:消化器有效容积（m3）Q:每天进料量（m3）投配率（%）=【每天进料体积（m3）/消化器有效容积】*100%消化器体积=【每天的污水量（m3）*HRT（d）】/消化器有效容积（%)SRT•SolidsRetentionTime(SRT)•SRT是指悬浮固体物质从消化器里被置换的时间。SRT=[(TSSr)(RV*Dr)]/[(TSSe)(EV*De)]TSSr---消化器内总悬浮固体的平均质量分数TSSe---消化器出水的总悬浮固体的平均质量分数RV-----反应器体积；EV---每天出水的体积Dr-----消化器内固体物的密度；De-----出水里的固体物的密度•SRT与HRT的关系：完全混合消化器、非完全混合消化器DairyWasteVolatileSolidsDestructionVolatileSolidsDestruction(%)656055504540353025200102030405060708090SRT(days)MRT•MicrobRetentionTime(MRT)•MRT是指微生物细胞的生成到被置换出消化器的时间。•MRT、微生物增代时间与消化器消化能力之间的关系qscsksqmax+cs=qscsksqmax+cs=qmax称为基质最大比消耗速率。厌氧消化器分类类型滞留期特征消化器举例常规型MRT=SRT=HRT常规消化器、塞流式、全混合式污泥滞留型(MRT和SRT)HRT厌氧接触工艺、升流式固体反应器、折流式、升流式厌氧污泥床附着模型MRT(SRT和HRT)厌氧滤器、流化床和膨化床厌氧消化器常规型、污泥滞留型、附着型常规型1.常规消化器或称普通消化池。当无辅助搅拌装置时，固体停留时间为30d～60d，有机负荷为1.6kgVS（挥发性固体）/m3·d；当有辅助搅拌装置时，水力停留时间一般为6d～30d，有机负荷为8kgVS/m3·d。2．全混合式厌氧反应器（AP）特点：在一个池内完成厌氧消化和污泥分离；混合均匀、避免堵塞、气体逸出不畅现象。沼气出水排泥原料全混合厌氧反应器缺点：底物未完全消化，搅拌耗能高，消化器需要体积大，实际运行较难。3.塞流式消化器（PFR）特点：原料在消化器内呈活塞式推移状态，适宜悬浮固体物和有机废水的处理，如牛粪、酒精废醪液等等。优点：无需搅拌，结构简单，能耗低；适用高SS废物的处理；运转方便，故障少，稳定性高。缺点：固体物易沉底，影响消化器有效体积；需要固体和微生物回流接种；容器内温度难保持一致，效率低；易产生结壳。厌氧接触反应器排出的混合液在沉淀池中分离后再回流到反应器中。与普通消化池相比，它不需要很长的水力停留时间或很大的反应器容积。有效处理的关键在于污泥沉淀性能和污泥分离效率。1．厌氧接触工艺沼气出水排泥污水或污泥真空脱气器沉淀池出水回流污泥污泥滞留型优点：底物能混合均匀，能在较高的负荷运行。缺点：需要额外的设备投资。有机负荷：为2.1kg(BOD)/m3·d～5.0kg(BOD)/m3·d或12.5kg(COD)/m3·d～30.0kg(COD)/m3·d。适宜温度：多数是在中温范围适宜浓度：该法适用于处理BOD5大于1500mg/L的废水，出水的BOD5在200mg/L～1000mg/L之间。厌氧接触工艺运行参数2.升流式厌氧污泥床（UASB）•上流式厌氧污泥床反应器有圆形、矩形，高度一般为3-8米，小型反应器多为圆形，大型反应器多为矩形。•UASB是Lettinga于1974-1978年研制的新工艺，目前发展最快，应用广泛的消化器。•特点：结构简单、运行费用低、处理效率高；•要求：处理可溶性废水，要求较低的悬浮固体含量。UASB工作原理沼气气室沉降室气、固、液分离示意图（德国的专利技术）液、固混合液通道污泥床悬浮层UASB优点：①除三项分离器外消化器结构简单，没搅拌装置及填料；②长的SRT及MRT使其实现了很高负荷率；③颗粒污泥的形成使微生物天然固定化，增加了工艺的稳定性；④出水SS含量低。缺点：①需要安装三项分离器；②需要有效的布水器，使进料能均布于消化器底部；③进水要求低SS含量；④在高水力负荷或高SS负荷时易流失固体和微生物，运行技术要求较高。UASB•接种物1）能够适应将要处理的有机物，特别是在处理有毒物质时这一点更重要；2）污泥需具有良好的沉降性能。•接种物的获取•启动注意事项：1）最初污泥负荷应低于0.1~0.2kgCOD/(kgVSS.d)；2）污水中的各种挥发性酸未能有效分解之前不应提高反应器负荷；3）环境条件应有利于沼气发酵细菌的繁殖。•污泥的分布与流失UASB•颗粒污泥：由厌氧消化细菌和胞外多聚物构成的微生物颗粒。•颗粒污泥形状：范围0.2~5mm,成熟直径2~3mm;产酸菌产氢产乙酸菌甲烷八叠球菌甲烷螺菌乙酸裂解菌颗粒污泥图片颗粒污泥电镜扫描图片细菌分裂照片3.膨胀颗粒污泥床（EGSB）1-配水系统；2-反应区；3-定相分离器；4-沉淀区；5-出水系统；6-出水循环系统改进的UASB;高度达20~30m的反应器，具有高速回水流，可低温条件下运行；COD去除率高；运行条件和控制技术要求高，不适合用于处理固体物含量高的废水。4.内循环厌氧反应器•内循环（internalcirculation)厌氧反应器1进水；2第一反应室集气罩；3沼气提升管；4气液分离器；5沼气导管；6回流管；7第二反应室集气罩；8集气管；9沉淀区；10出水管；11气封；•1986年由荷兰某公司研究成功并用于生产内循环厌氧反应器，是目前世界上效能最高的厌氧反应器。该反应器是集UASB反应器和流化床反应器的优点于一身，利用反应器内所产沼气的提升力实现发酵料液内循环的一种新型反应器。IC反应器结构与原理•两个UASB反应器叠加•16-25m，高径比4-8；•优点：1）具有很高的容积负荷率；2）节省基建投资和占地面积；3）沼气提升实现内循环，不必外加动力；4）抗冲击负荷能力强；5）具有缓冲pH的能力。5.升流式固体反应器（USR）•USR是一种结构简单、适用于高悬浮固体原料的反应器。•未消化的固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，提高了固体有机物的分解率和消化器的效率。•该反应器效率接近UASB功能，但适用于高SS原料，应用前景广阔。6.折流式反应器•每个单元相当于一个反应器；•适用于低浓度的生活污水处理；•效果不理想原因：1是进料负荷集中于第一个小室，超负荷运行易酸化；2是酸化的料液会影响后面的料液。附着膜型消化器•附着膜型消化器的特征是在反应器内安装有惰性支持物（又称填料）供微生物附着，并形成生物膜。这就使进料中的液体和固体在穿流而过的情况下，滞留微生物于生物膜内，并且在HRT相当短的情况下，可阻止微生物冲出。•这类反应器SRT较短，影响固体物的转化，因此只适用于处理低浓度、低SS有机废水。•这类消化器有：厌氧滤器、流化床和膨胀床。后两种反应器多处于实验室研究阶段。1.厌氧滤器（AF）•厌氧滤器AF在实用上多用纤维或硬塑料作为支持物，使细菌附着于表面形成生物膜。•不适用于高SS含量的进料，因为它们能很快堵塞该体系，生产上应用较少。可以考虑用做两阶段厌氧消化的甲烷化阶段。•填料：（1）为厌氧微生物提供附着生长的表面积；（2）高空隙率；•焦炭、煤渣、塑料制品、合成纤维污泥排放沼气出水薄层填料部分充填载体型结构的平流式厌氧滤池示意图为了防止堵塞可采用部分充填载体型结构方式。此外采用平流式厌氧滤池也有利于改善容易发生堵塞的不足。厌氧滤池的清洗缺少简便易行的工艺方法。AF•AF优点：①运行费用低，不需要搅拌；②因效率较高，可缩小消化器体积；③微生物固着在惰性介质上，MRT相当长，微生物浓度高，运转稳定；④更能承