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1、塞流式工艺塞流式工艺细分有两种，一种是一般的塞流式反响器PFR，另一种是改进的高浓度塞流式工艺HCF。1. 塞流式反响器PFR图 11 原理PFR 也称推流式反响器，是一种长方形的非完全混合式反响器。高浓度悬浮固体发酵原料从一端进入，呈活塞式推移状态从另一端排出。消化器内沼气的产生可以为料液供给垂直的搅拌作用，料液在沼气池内无纵向混合，发酵后的料液借助于颖料液的推动作用而排走。进料端呈现较强的水解酸化作用，甲烷的产生随着向出料方向的流淌而增加。由于该体系进料端缺乏接种 物，所以要进展固体的回流。为削减微生物的冲出，在消化器内应设臵挡板以有利于运行的稳定。PFR 反响原理及构造见图 1。这种工艺
2、能较好地保证原料在沼气池内的滞留时间。很多大中型畜禽粪污沼气工程承受这种发酵工艺。2 特点优点：适用于高 SS 废水的处理，尤其适用于牛粪的厌氧消化，固体含量可以提高到 12%；用于农场有较好的经济效益；不需要搅拌；池形构造简洁，运行便利，故障少，稳定性高。缺点：固体物简洁沉淀池底，影响反响器的有效体积，使HRT 和 SRT 降低，效率较低；需要固体和微生物的回流作为接种物；因该反响器占地面积或体积比较大，反响器内难以保持全都的温度；易产生厚的结壳。2. 高浓度塞流式工艺HCF1 原理HCF 是一种塞流、混合及高浓度相结合的发酵装臵。厌氧罐内设机械搅拌，以塞流方式向池后端不断推动， HCF 厌
3、氧反响器的一端顶部有一个带格栅并与消化池气室相隔离的进料口， 在厌氧反响器的另一端，料液以溢液和沉渣形式排出。2 特点进料浓度高，干物质含量可达 8；能耗低，不仅加热能耗少，而且装机容量小，耗电量低；与PFR 相比，原料利用率高； 解决了浮渣问题；工艺流程简洁；设施少，工程投资省；操作治理简便，运行费用低；原料适应性强畜禽粪便、碎秸秆和有机垃圾均可；没有预处理，原料可以直接入池；卧式单池容积偏小，便于组合。升流式固体反响器升流式固体反响器Upflow Solid Reactor ，简称 USR)适用于处理高悬浮固体原料、总固体含量TS为 5%畜禽粪污，在当前畜禽养殖行业粪污资源化利用方面有较多
4、的应用。1. 原理USR 的下部是含有高浓度厌氧微生物的固体床。发酵原料从反响器底部进入，依靠进料和所产沼气的上升动力按肯定的速度向上升流。料液通过高浓度厌氧微生物固体床时，有机物被分解发酵，上清液从反响器上部排出。未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出，这样可以得到比水力滞留期HRT高得多的固体滞留期(SRT)和微生物滞留期(MRT)，从而提高了固体有机物的分解率和消化器的效率。USR 反响器内设有布水系统，底部是高浓度厌氧菌床，上部设臵挡渣板。本工艺不使用机械搅拌，浓度较高时可有局部强化搅拌装臵，其构造及反响原理见以下图。经过 USR 处理后
5、产生的沼液属于高浓度有机废水，具有有机物浓度高、可生化性好、易降解的特点，不能到达排放标准， 因此除用于花卉蔬菜等的肥料外，剩余沼液须回流至集水池，经过好氧处理后达标回用或排放。针对该沼液含氨氮较高的特点， 通过预处理可将溶于水的挥发性氨氮局部去除。沼液中的有机物则通过生物法进展处理。很多大中型沼气工程均承受该工艺，对国内沼气工程而言， 单体池容可加大到 2022 立方米。2. 特点（1） 优点 在重力的作用下，比重较大的固体与微生物靠自然沉降作用积存在反响器下部，使反响器内始终保持较高的固体量和生物量，即有较长的 SRT 和 MRT，这是 USR 在较高负荷条件下能稳定运行的根本缘由。由于
6、SRT 较长，出水带出的污泥不需回流，固体物能够得到较为彻底的消化，悬浮固体SS去除率在60%70%。 当超负荷运行时，污泥沉降性能变差，出水化学需氧量COD上升，但一般不会造成酸化。 产气效率高。（2） 缺点 进料固形物悬浮物含量为 5%6%, 浓度再提高易消灭堵塞布水管等问题，单管布水易短流。 对含纤维素较高的料液，如以牛粪为发酵原料，应在发酵罐液面增加破浮渣设施，以防外表结壳。 沼渣沼液 COD 浓度含量很高，不适宜达标排放，一般用于农田施肥进展生态化处理。全混合消化器全混合消化器 Continuous Stirred Tank Reactor ，简称CSTR也称连续搅拌反响器系统，是一
7、种完全混合消化器。本工艺可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。该工艺的反响原理及反响器内部构造如下所述。1. 原理反响器承受上进料下出料或者下进料上出料的方式，内设立式搅拌机。消化器内的搅拌装臵不仅可以使原料在消化器的流淌呈全混合状态，而且能够让发酵原料和微生物完全混合。该反响器承受恒温连续投料或半连续投料运行。与常规消化器相比， CSTR 使活性区遍布整个消化器，传质效果与微生物活性明显提高，发酵效率比较高，还缩短了水力滞留期 HRT，中温条件下，HRT 约 15d30d。2. 特点（1） 原料适应性广。广泛适用于畜禽粪便和各种有机垃圾，适合于城市污水厂污泥稳定化处理，也用于高浓度、
8、高悬浮物、难降解有机废水的处理。（2） 抗冲击负荷。（3） 消化池具有完全混合的流态，原料与底物的接触充分，发酵速率高，容积产气率较高。(4消化器内温度分布均匀。（5） 无法分别水力停留时间和固体停留时间，不能滞留微生物。（6） 厌氧消化反响与固液分别在同一个池内实现，构造简洁、能耗低、运行治理便利。（7） 由于有强制机械搅拌，在高浓度状态仍可有效把握原料的沉淀、分层以及表层浮渣结壳、气体溢出不畅和短流等问题。（8） 消化池体积大。由于 CSTR 反响器在高浓度进料时，搅拌可能会导致局部生物料随出液排出，因此，为了获得更高的物料利用率一般会设臵二次发酵罐，工艺组成为 CSTR 与二次发酵一体化
9、，即在二次发酵池顶部装配双层膜气囊，CSTR 和二次发酵池产生的沼气统一收集在气囊中，供后续发电或者供气使用。上流式厌氧污泥床上流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Bed ，简称UASB)工艺适用于处理含有较低悬浮固体的可溶性废水。1. 原理该工艺装臵的特点为在消化器上部安装有气、液、固三相分别器。消化器内所产沼气在分别器下被收集起来，污泥和污水升流进入沉淀区，由于该区不再有气饱上升的搅拌作用，悬浮于污水中的污泥则发生絮凝和沉降，它们沿分别器斜壁滑回消化器 内，使消化器内可以积存大量活性污泥。这些活性污泥在消化器的底部浓度很高，并具有良好沉降性能，进而形成污泥床。
10、有机污水从反响器底部进入污泥床并与活性污泥混合，污泥中的微生物分解有机物生成沼气，沼气以小气泡形式不断放出，在上升过程中渐渐合并成大气泡。由于气泡上升的搅动作用，使消化器上部的污泥呈悬浮状态，形成渐渐淡薄的污泥悬浮层。有机污水自下而上经三相分别器后从上部溢流排出。 UASB 发酵原理见以下图。升流式厌氧污泥床的良好性能依靠于高活性污泥床层的形成。活性污泥实际上是沼气发酵微生物的自然固化。这些污泥呈絮状或颗粒状，具有较高的产甲烷活性和良好的沉降性能，对消化器负荷的提高和运转的稳定性均有明显作用。2. 特点1优点 UASB 在反响器中设有气、液、固三相分别器，具有产气和均匀布水形成的良好自然搅拌，
11、并在反响器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥。 UASB 内污泥浓度 高, 平均污泥浓 度为 20VSS/L40VSS/LVSS 为挥发性悬浮固体。 长的 SRT 和 MRT 使其具有很高的负荷率。有机负荷高，水力停留时间短1d5d，中温发酵，容积 COD 负荷一般为 5 kg/m310kg/m3 左右。 一般不设沉淀池，一般不需污泥回流设备。 消化器构造简洁，除三相分别器外，没有搅拌装臵及供微生物附着的填料，节约造价及避开因填料发生堵塞的问题。 出水的悬浮物固体含量低。2缺点 进料中不能含有较高的悬浮固体， 一般把握在1000mg/L 以下。假设进水中悬浮固体含量较高，会造成无生物活性固
12、体物在污泥床层的积存，大幅度降低污泥活性并使床层受到破坏。 需要有效的布水器使进料能均匀分布于消化器的底部。 对水质和负荷突然变化比较敏感，耐冲击力量稍差。 污泥床内有短流现象，影响处理力量。 当冲击负荷或进料中悬浮固体含量上升，以及遇到过量有毒物质时，会引起污泥流失。常用工艺比照分析和工艺类型选择本文前面介绍了塞流式反响器 PFR、高浓度塞流式工艺HCF、升流式固体反响器 USR、完全混合式厌氧反响器CSTR和上流式厌氧污泥床UASB共 5 种工艺，其中的HCF 是近几年在 PFR 的根底上改进进展的工艺，这两种工艺同为塞流式厌氧消化工艺。一、常用工艺比照分析上述 4 种工艺是应用最广泛的、
13、也是现阶段进展比较快的沼气厌氧发酵工艺，下面将这 4 种工艺进展分析比照，见下表。二、工艺类型选择厌氧消化器工艺的选择是打算畜禽粪便沼气工程能否长期、高效、稳定运行的关键。依据以上分析，可以看出4 种工艺有着 自身的原料适应性，适合于不同的工程类型。对于高悬浮固体SS 浓度、高固体发酵原料，选择 CSTR 、USR 和 PFR ，此 3 种工艺适用于“能源生态型”沼气工程。在悬浮物含量较高的状况下，经济效益和技术最适宜的为 CSTR 与USR ，而 CSTR 尤其适合于热电肥联产(CHP) 零排放模式。另外， 在沼气工程工艺选择时要考虑到与各工艺参数之间的协作，在肯定的 HRT 条件下，设法延长 SRT 和 MRT ，并使微生物与原料充分混合是厌氧消化器进展的主要方向。对于“能源环保型”沼气工程中处理低 SS 浓度的溶解性废水应选择 UASB ，而此模式不适合养殖场沼气工程。
