應用于農業固廢的厭氧發酵工藝
一、沼氣池(厭氧消化器)采用技術分析和評價
在我國已建成的沼氣工程中，所采用的厭氧消化工藝，主要有以下四類，即塞流式消化器，升流式固體反應器，升流式厭氧污泥床和污泥床濾器。
1塞流式反應器(Plug Flow Reactor，簡稱PFR)
塞流式反應器也稱推流式反應器，是一種長方形的非完全混合式反應器。高濃度懸浮固體發酵原料從一端進入，從另一端排出。
優點：1不需要攪拌，池形結構簡單，能耗低；2適用于高SS廢水的處理，尤其適用于牛糞的厭氧消化，用于農場有較好的經濟效益；3運行方便，故障少，穩定性高。
缺點：1固體物容易沉淀于池底，影響反應器的有效體積，使HRT和SRT降低，效率較低；2需要固體和微生物的回流作為接種物；3因該反應器面積/體積比較大，反應器內難以保持一致的溫度；4易產生厚的結殼。
北京市大興區留民營的雞糞高溫沼氣工程采用了該反應器。實踐表明，該反應器耐粗放管理，采用高溫(55℃)發酵，產氣率較高，并且可以殺滅有害生物。但因雞糞沉渣較多，易生成沉淀而影響反應器的效率。
2升流式固體反應器(Upflow Solids Reactor，簡稱USR)
升流式固體反應器是一種結構簡單、適用于高懸浮固體原料的反應器。原料從底部進入消化器內，與消化器里的活性污泥接觸，使原料得到快速消化。未消化的生物質固體顆粒和沼氣發酵微生物靠自然沉降滯留于消化器內，上清液從消化器上部溢出，這樣可以得到比水力滯留期高得多的固體滯留期(SRT) 和微生物滯留期(MRT)，從而提高了固體有機物的分解率和消化器的效率。
首都師范大學利用USR進行了雞糞沼氣發酵研究，其進料濃度為TS=5％～6％，COD=42～55g/l，懸浮固體為45～55g/l，在 35℃條件下，USR的負荷可達10kgCOD/m3·d，產氣率488m3/m3·d，CH4含量60％左右，COD去除率85％左右，SS去除率為 6616％。據計算當HRT為5天時SRT為25天。
留民營雞糞污水中溫沼氣發酵工程、房山區琉璃河豬糞廢水沼氣發酵工程、房山區南韓繼和平谷縣南獨樂河豬糞廢水沼氣工程的厭氧消化器均采用USR工藝，運行穩定，效果較好。
3升流式厭氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Bed，簡稱UASB)
UASB是由Lettinga等于1974～1978年研究成功的一項新工藝，是世界上發展最快的消化器。由于該消化器結構簡單，運行費用低，處理效率高而引起人們的普遍興趣。該消化器適用于處理可溶性廢水，要求較低的懸浮固體含量。北京環境科學院于1983年首先開展了利用UASB處理丙酮丁醇生產廢水的工藝研究，至今我國已對COD為300～500mg/l的生活污水，1000～2000mg/l啤酒廢水，3000～5000mg/l 的屠宰廢水，8000～10000mg/l的豆制品廢水及30000～40000mg/l的酒醪濾液等進行了研究工作，并且多數已投產應用。該工藝將污泥的沉降與回流置于一個裝置內，降低了造價。
該工藝的優點為：1除三相分離器外，消化器結構簡單，沒有攪拌裝置及供微生物附著的填料；2長的SRT和MRT使其達到了很高的負荷率；3顆粒污泥的形成，使微生物天然固定化，改善了微生物的環境條件，增加了工藝的穩定性；4出水的懸浮固體含量低。
缺點：1需要安裝三相分離器；2進水中只能含有低濃度的懸浮固體；3需要有效的布水器使其進料能均勻分布于消化器的底部；4當沖擊負荷或進料中懸浮固體含量升高，以及遇到過量有毒物質時，會引起污泥流失，要求較高的管理水平。
UASB是近年來在沼氣發酵工程中應用最多的工藝，多用于工業廢水和生活污水的厭氧消化。經過固液分離后的畜禽糞便污水也可以采用UASB 進行厭氧消化處理。UASB工藝在工廠廢水處理中已得到廣泛應用。北京啤酒廠采用UASB工藝的厭氧消化工程已被國家環保局定為重點推廣項目。
4污泥床濾器(UBF)
它是將UASB和厭氧濾器結合為一體的厭氧消化器。其下部為污泥床，上部設置纖維填料。由于附著于纖維填料上的生物膜補充了污泥床上部微生物的不足，所以效益較高。但每立方米填料價值300～500元，使工程造價上升。
順義肉聯廠的屠宰廢水處理采用UBF工藝。它對低濃度低懸浮固體污水的厭氧消化效果較好。用于高濃度高懸浮固體廢水處理易產生堵塞。
二、沼氣發酵工程工藝流程分析
厭氧消化器(即沼氣池)是沼氣工程的主體，要使畜禽糞便處理實現資源化、減量化、無害化、生態化的目標，并使沼氣工程穩定運行，還必須有一系列輔助項目與沼氣池配套。由于這一系統工程已遠遠超出了生產沼氣的唯一目的，因此稱該系統工程為能源環境工程，簡稱“能環工程”。
一個完整的能環工程，應當包括以下主要內容：一是糞便污水的前處理，二是厭氧消化器，三是沼氣的凈化、儲存和利用，四是利用沼渣和沼液生產固體或液體有機肥料及生物活性肥料，五是多余污水的達標排放處理。
由于養殖場所處地區不同，對能環工程具體內容的要求也有所不同。基本上可分為兩種模式，一種為“能源生態模式”，一種為“能源環保模式”。
所謂能源生態模式適合于一些周邊有適當的農田、魚塘或水生植物塘的畜禽場，它是以生態農業的觀點統一籌劃系統安排，使周邊的農田、魚塘或水生植物塘完全消納經厭氧消化處理后的廢水。在一個生態園區內沼氣池起著生態系統中“分解者”的作用。畜禽糞便廢水在經厭氧消化處理和沉淀或固液分離后，沼渣用來生產有機肥料，沼液則排灌到農田、魚塘或水生植物塘，使糞便得到能源、肥料等多層次的資源化利用，生態農業得以持續發展，并最終達到園區內糞污的 “零排放”。這種模式遵循了生態農業原則，具有良好的經濟效益和環境效益。留民營、南獨樂河果園沼氣工程均采用此模式，其必備的先決條件是養殖業和種植業的合理配置。
所謂能源環保模式主要是針對一些周邊既無一定規模的農田，又無閑暇空地可供建造魚塘和水生植物塘的畜禽養殖場，因此該畜禽場在建設“能環工程”時，其末端的出水必需達到規定的相應環保標準要求。畜禽廢水在經厭氧消化處理和沉淀后，必需再經過適當的好氧處理和物化處理等。這種模式多用于大、中城市的近郊區，最終出水水質較好，但工程造價和運行費用均較高。順義肉聯廠采用此模式。
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