浅谈大型沼气工程工艺技术

刘晓曼

摘要：我国的沼气应用在农村具有广阔的市场，在处理畜禽养殖场的废物的过程中，沼气是众多处理工艺的产物。本文主要针对沼气的生产工艺进行阐述，知道我们在沼气的生产中更加的高效。

关键词：沼气 工艺 usR 厌氧

一、典型工艺技术介绍

改革开放以来，我国的社会经济获得了快速的发展，在沼气领域国家相应的召开沼气工作会议，在1979、1980年相继的成立沼气协会以推动沼气工作的进展。针对大中型的畜禽养殖场的沼气制造技术得到了快速的发展。历经三十多年的摸索与尝试，大中型沼气工程中比较成功的技术工艺有UASB、USR、CSTR和HCF等，其中应用较多的是USRI艺，还有一小部分采用HCF和UASBI艺，最近几年CSTR应用发展迅速，我熟知的“安平县年出栏20万头猪场粪污综合治理2MW沼气发电工程项目”就是采用的该工艺。

（一）USR厌氧工艺

在对畜禽类粪便制造沼气的过程中，USRI艺是常用的工艺，改工艺对动物粪便进行预处理，降低动物粪便中的大颗粒和纤维物质，筛选合格的物料进入反应器中进行充分反应。在该工艺的实际应用中，产生沼气和沼渣，再把沼渣应用到农田中。这种工艺是典型的沼气生产的工艺，现代的沼气制造通常采用热电联产的方式进行现代工艺的沼气制造。这种工艺在我国的北方的冬季条件下，能制造出沼气。uSRI艺采用上流式污泥床原理，无内部机械搅拌，产气率在中温条件下，视原料不同在0.8-1.2 m³/m³之间。

优点：①消化器结构简单，无需添加额外搅拌装置及填料;②较高的固体量和生物量可实现有机物快速分解，容积负荷率高;③运行管理相对简单，运行费用低。

缺点：①对水质颗粒粒径要求较高;②对物料均布性要求较高，当达到一定浓度时，必须加强制措施;③形成浮渣后采用沼气破碎，运行中易出现问题。

（二）UASB厌氧工艺

UASBI艺的厌氧处理是制造沼气的处理工艺，主要应用到畜禽养殖场的污水处理过程中，其制造原理就是要进行固液分离，把过滤的污水投入到沼气制造反应器中，进行厌氧反应，就能产生沼气。同时，反应后的污水再通过进一步的处理后，能达到排放的标准。这种工艺是技能制造沼气，又能对污水进行环保的处理的环保工艺。这种工艺能培养颗粒污泥，同时还能培养厌氧菌群。UASB反应器的特点是运行成本较低，制造工艺简单，制造沼气的效率比较高。厌氧菌群不容易流失。但是这种工艺的缺点是不适用于高悬浮物的废液（一般进水SS不超过2000mg/I），否则会导致布水系统堵塞、菌种流失。

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。

（三）CSTR厌氧工艺

CSTRI艺的具体操作主要是对动物粪便进行粉碎，调整粪便的固体物大小，在进行液体配比，搅拌后把物料投入到反应器中，再利用合适的温度进行物料的充分发酵反应。沼渣沼液能夠得到充分的利用，沼渣直接用于农田施肥。

优点：①可以对物料进行粉碎原料：②在反应器中物料在合适的温度中能进行充分的发酵反应，保存微生物的充分生存机会。③反应器中的反应温度适合沼气的产生④充分反应后，这种工艺既能产生沼气，还能进行环保的废水排放⑤避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象。

缺点：①由于该消化器无法做到使SRT和MRT在大于HRT的情况下运行，所以需要消化器体积较大;②要有足够的搅拌，所以能量消耗较高;③底物流出该系统时未完全消化，微生物随出料而流失。

（四）HCF厌氧工艺

塞流式消化器中原料从一端进入，从另一端流出，原料在消化器的流动呈活塞式推移状态。在消化器内应设置挡板，有利于运行的稳定。HCF工艺是一种引进于欧洲的沼气生产工艺技术，在反应器中，物料能在厌氧反应过程中进行充分的发酵反应，同样，这种工艺产生的沼渣也能应用到农田中，实现沼气生产的无害化处理。

优点：①不需搅拌装置，结构简单，能耗低;②适用于高SS废物的处理外，尤其适用于牛粪的消化;③运转方便，故障少，稳定性高。

缺点：①固体物可能沉淀于底部，影响消化器的有效体积，使HRT和sRT降低：②需要固体和微生物的回流作为接种物：③因该消化器面积，体积比值较大，难以保持一致的温度，效率较低;④易产生结壳。

二、工艺选择

几种厌氧处理技术的技术、经济效益比较

经过以上对比分析，几种工艺各有所长，USR工艺在沼气制造中是应用比较广泛的沼气制造工艺，适用于我国中南部地区的养殖场的粪便处理，同时还能进行沼气的制造与应用。UASBE：艺比较适用于固体物少的污水处理中的沼气制造过程，CSTR工艺适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理，各厌氧消化工艺均应增加余热和加热循环装置，适用养猪场的粪便处理。