淺談大型沼氣工程工藝技術

劉曉曼

摘要：我國的沼氣應用在農村具有廣闊的市場，在處理畜禽養殖場的廢物的過程中，沼氣是眾多處理工藝的產物。本文主要針對沼氣的生產工藝進行闡述，知道我們在沼氣的生產中更加的高效。

關鍵詞：沼氣 工藝 usR 厭氧

一、典型工藝技術介紹

改革開放以來，我國的社會經濟獲得了快速的發展，在沼氣領域國家相應的召開沼氣工作會議，在1979、1980年相繼的成立沼氣協會以推動沼氣工作的進展。針對大中型的畜禽養殖場的沼氣制造技術得到了快速的發展。歷經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工藝有UASB、USR、CSTR和HCF等，其中應用較多的是USRI藝，還有一小部分采用HCF和UASBI藝，最近幾年CSTR應用發展迅速，我熟知的“安平縣年出欄20萬頭豬場糞污綜合治理2MW沼氣發電工程項目”就是采用的該工藝。

（一）USR厭氧工藝

在對畜禽類糞便制造沼氣的過程中，USRI藝是常用的工藝，改工藝對動物糞便進行預處理，降低動物糞便中的大顆粒和纖維物質，篩選合格的物料進入反應器中進行充分反應。在該工藝的實際應用中，產生沼氣和沼渣，再把沼渣應用到農田中。這種工藝是典型的沼氣生產的工藝，現代的沼氣制造通常采用熱電聯產的方式進行現代工藝的沼氣制造。這種工藝在我國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，無內部機械攪拌，產氣率在中溫條件下，視原料不同在0.8-1.2 m³/m³之間。

優點：①消化器結構簡單，無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現有機物快速分解，容積負荷率高;③運行管理相對簡單，運行費用低。

缺點：①對水質顆粒粒徑要求較高;②對物料均布性要求較高，當達到一定濃度時，必須加強制措施;③形成浮渣后采用沼氣破碎，運行中易出現問題。

（二）UASB厭氧工藝

UASBI藝的厭氧處理是制造沼氣的處理工藝，主要應用到畜禽養殖場的污水處理過程中，其制造原理就是要進行固液分離，把過濾的污水投入到沼氣制造反應器中，進行厭氧反應，就能產生沼氣。同時，反應后的污水再通過進一步的處理后，能達到排放的標準。這種工藝是技能制造沼氣，又能對污水進行環保的處理的環保工藝。這種工藝能培養顆粒污泥，同時還能培養厭氧菌群。UASB反應器的特點是運行成本較低，制造工藝簡單，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是不適用于高懸浮物的廢液（一般進水SS不超過2000mg/I），否則會導致布水系統堵塞、菌種流失。

優點：①除三項分離器外消化器結構簡單，沒攪拌裝置及填料;②長的SRT及MRT使其實現了很高負荷率：③顆粒污泥的形成使微生物天然固定化，增加了工藝的穩定性;④出水SS含量低。

缺點：①需要安裝三項分離器;②需要有效的布水器，使進料能均布于消化器底部：③進水要求低SS含量：④在高水力負荷或高SS負荷時易流失固體和微生物，運行技術要求較高。

（三）CSTR厭氧工藝

CSTRI藝的具體操作主要是對動物糞便進行粉碎，調整糞便的固體物大小，在進行液體配比，攪拌后把物料投入到反應器中，再利用合適的溫度進行物料的充分發酵反應。沼渣沼液能夠得到充分的利用，沼渣直接用于農田施肥。

優點：①可以對物料進行粉碎原料：②在反應器中物料在合適的溫度中能進行充分的發酵反應，保存微生物的充分生存機會。③反應器中的反應溫度適合沼氣的產生④充分反應后，這種工藝既能產生沼氣，還能進行環保的廢水排放⑤避免了浮渣、結殼、堵塞、氣體逸出不暢和短流現象。

缺點：①由于該消化器無法做到使SRT和MRT在大于HRT的情況下運行，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底物流出該系統時未完全消化，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入，從另一端流出，原料在消化器的流動呈活塞式推移狀態。在消化器內應設置擋板，有利于運行的穩定。HCF工藝是一種引進于歐洲的沼氣生產工藝技術，在反應器中，物料能在厭氧反應過程中進行充分的發酵反應，同樣，這種工藝產生的沼渣也能應用到農田中，實現沼氣生產的無害化處理。

優點：①不需攪拌裝置，結構簡單，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運轉方便，故障少，穩定性高。

缺點：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易產生結殼。

二、工藝選擇

幾種厭氧處理技術的技術、經濟效益比較

經過以上對比分析，幾種工藝各有所長，USR工藝在沼氣制造中是應用比較廣泛的沼氣制造工藝，適用于我國中南部地區的養殖場的糞便處理，同時還能進行沼氣的制造與應用。UASBE：藝比較適用于固體物少的污水處理中的沼氣制造過程，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增加余熱和加熱循環裝置，適用養豬場的糞便處理。