沼气工程技术与实例分析2-大中型沼气工程技

65 60
Destruction (%) Volatile Solids
55
50
45
40
35
30
25
20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
SRT (days)
MRT
• Microb Retention Time (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
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：
3
总体容积 （m ）
3
日产沼气量 （m ）
3
配套系统的配置
完整的原料预处理系统；沼渣、沼 大 型 ≥300 ≥1000 ≥300 液综合利用系统；沼气贮存、输配 和利用系统； 原料预处理系统；沼渣、沼液综合 中 型 50～300 100～1000 ≥50 利用系统；沼气贮存、输配和利用 系统； 原料计量、进出料系统；沼渣、沼 小 型 20～50 50～100 ≥20 液综合利用系统；沼气贮存、输配 和利用系统；
适宜温度： 多数是在中温范围
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。
杭州浮山养殖场能源生态沼气工程示意图
沼气 低 浓 猪 粪 污 水 格 栅 机 度 集 水 池 沉 淀 池 调 节 池 厌氧 消化 池
气水分离器
脱硫塔
贮气柜
配 水 池 SBR 池 SBR 池
混凝沉淀池 复合肥 污泥机 污泥池 污泥浓缩池
达标排放
灯塔养殖场能源环保型沼气工程
沼气工程规模分类指标
工程 规模 单体容积 （m ）
• 政策给予
大力倾斜
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
• Hydraulic Retention Time (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/Q V:消化器有效容积（m3） Q:每天进料量（m3）
UASB工作原理
沼气
气室
沉降室
悬浮层 污泥床
液、固混合液通道
气、固、液分离示意图（德国的专利技术）
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。
• 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。
《电力并网法》（1990） 《可再生能源优先法》 2000年
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。
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
Dairy Waste Volatile Solids Destruction
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。
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。
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%）。
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 • 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。
•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
细菌分裂照片
电镜扫描图片
3.膨胀颗粒污泥床（EGSB）
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。
沼 气 出水
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。 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。
排 泥
全混合厌氧反应器
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。
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
生活燃料 炒龙井茶 沼气 贮气柜 加工莼菜 孵化小鸡 鸡舍增温 养鸡场 沼气工程 沼液 养猪场 沼渣 养鱼场 颗粒饲料 沼渣 颗粒有机肥 沼气 沼气工程 沼液 贮气柜 鱼塘 农业灌溉 果园 无公害蔬菜
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。
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
2．全混合式厌氧反应器（AP）
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 原料 3 8kgVS/m · d。
qs = qmax
cs ks + cs
qmax称为基质最大比消耗速率。
厌氧消化器分类
类型 常规型 污泥滞留型 附着模型 滞留期特征 MRT=SRT=HRT (MRT 和 SRT)>HRT MRT>(SRT 和 HRT) 消化器举例 常规消化器、塞流式、全混合式 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 厌氧滤器、流化床和膨化床