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談談大中型沼氣工程工藝選擇

2013-12-27 18:08:35   來源:安徽省農村能源總站   作者:張中偉   【 】 瀏覽:  評論:0

     當今,評價大中型沼氣工程有下述幾個重要指標:①容積產氣率;②穩定性;③投入產出比;④工程壽命。下面就從這幾個方面對各種工藝的大中型沼氣工程做一比較,談談選擇大中型沼氣工程工藝路線的思路:

     一、不同工藝技術厭氧消化器優缺點比較

     1、CSTR,即完全混合式消化器,它是當前用于污水處理的典型常規消化器,在該反應器里原料的進入和流出處于動態平衡狀態,并且發酵液中的液體、固體和微生物處于混合狀態,出水有機物濃度與反慶器內料液濃度相等。

     優點:①該反應器可以進入高懸浮固體(SS)含量的原料;②消化器內底物均勻分布,增加了底物與微生物的接觸機會;③消化器內溫度分布均勻;④進入消化器內的任何一點的抑制物質,會迅速分散保持在最低水平;⑤避免了堵塞、溝流和氣體逸出不暢現象;

     缺點:①由于該消化器無法做到使SRT(固體滯留期)和MRT(微生物滯留期)在大于HRT(水力滯留期)的情況下運行,所需消化器體積較大;②要有足夠的攪拌,所以能量消化耗較高;③生產用大型消化器難以做到完全混合;④出水底物濃度與反應器內底物濃度相等,底物流出該系統時未完全消化,微生物隨出料而流失。

     2、HCPF,即塞流式消化器,是一種長方形的非完全混合式消化器,原料從一端進入,呈活塞式推移狀態從另一端流出。由于消化器內沼氣的產生,呈現垂直的攪拌作用,而縱向攪拌作用甚微。在進料端呈現較強的水解酸化作用,甲烷的產生隨著向出料方向的流動而增強。由于該體系進料端缺乏接種物,所以要進行固體的回流。為減少微生物的沖出,在消化器內應設置擋板以有利于運行的穩定。

     優點:①不需要攪拌裝置,結構簡單,能耗低;②適用于高SS的廢水處理,尤其適用于牛糞的消化,用于農場有較好的經濟效益。

     缺點:①固體物可能沉淀于底部,影響反應器的有效體積,使HRT和SRT降低;②需要固體和微生物的再循環;③因該消化器面積/體積比值大,難以保持一致的溫度,效率較低;④易產生厚的浮渣結殼。⑤最大單體容積只能為300立方米。

     3、UASB,即升流式厭氧污泥床,是目前發展最快的消化器,其特征是自下而上流動的污水穿流過膨脹的顆粒狀的污泥床。消化器分為三個區,即污泥床、污泥層和三相分離器。

     優點:①除三相分離器外結構簡單,沒有攪拌裝置和填料;②長的STR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;⑤適用于低SS含量廢水的處理。

     缺點:①需要安裝三相分離器;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。

     4、USR,即升流式固體反應器,是一種結構簡單而又造價低廉的反應器,它能自動形成比HRT較高的SRT和MRT,未反應生物固體和微生物靠自然沉淀滯留于反應器內,可進入高SS原料,如畜禽糞水和酒清廢液等,而且不需要出水回流和氣/固分離器。

     優點:在重力作用下,比重較大固體物與微生物靠自然沉降作用積累在反應器底部,使反應器內始終保持較高的固體量和生物量,即有較長的SRT和MRT。

     缺點:進料SS高于5~6%時易出現布水器堵塞;對含纖維素較高料液(如牛糞)應在發酵罐液面增加破浮渣設施。

     5、AF,即厭氧濾器,在實用上多用纖維或硬塑料作為支持物,使細菌附著于表面形成生物膜。當污水穿流過生物膜時,有機物被細菌利用而生成沼氣。水流方向可以升流、降流,使可溶性污水快速轉化?梢钥紤]用做兩階段厭氧消化的甲烷化階段。不適用于高SS含量的進料,因為它們能很快堵塞該體系,生產上應用較少。

     優點:①低操作費用,不需要攪拌;②因有較高的效率,可縮小消化器體積;③微生物固著在惰性介質上,MRT相當長,微生物濃度高,運轉穩定;④更能承受負荷的變化。

     缺點:①填料的費用較多(可達總造價的60%);②由于微生物的積累,增加了運轉期間料液的阻力;③易產生堵塞和短路;④通常需要較長的啟動期。

各類工藝技術特點比較

 

 
     從上表可以看出,容積產氣率CSTR、USR最優,HCPF最差。從優缺點敘述和實際使用看也是CSTR、USR最穩定。

     二、不同工藝成本和壽命分析

     都以鋼筋混凝土作為材料為例,同樣容積鋼筋混凝土建筑造價基本差不多,差別在基礎。HCPF工藝是長條結構,基礎相對較長,造價較高。特別是,HCPF工藝基礎若做不好極易產生池體斷裂,一旦池體斷裂就無法修復,造成工程報廢。若都以鋼筋混凝土為材料,壽命基本差不多。

     就鋼結構的厭氧消化器而言,關鍵是防腐處理。據了解,有的施工單位不按規范要求操作,選用廉價的瀝青做防腐涂料,一旦鋼結構受腐操作,整套裝置就成問題。

     三、想法建議

     通過對沼氣工程各工藝比較,CSTR、USR工藝容積產氣率最高,穩定性也好,成本和工程壽命都一樣,所以,我們省大都選擇這兩種工藝。HCPF最科學的容積是300立方以下,太大會更易引起沉積和堵塞,并且浪費土地,這也限制了大規模發展。

     在工作中,我們也發現,有些業主和施工單位,擅自改變工程工藝,采用改良的HCPF隧道工藝,采用磚混結構,降低成本。這有各方面原因,但主要還是想偷工減料,基礎也沒有很好設計和施工,這樣的工程安全和使用壽命都得不到保證,這是我們堅決不允許的。我們要求大中型沼氣工程施工單位要嚴格按施工規范操作,確保工程質量。
 

 


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