揭开厌氧发酵罐神秘面纱

1、揭开厌氧发酵罐的神密面纱 济宁市弘景环保设备有限公司前言l厌氧发酵罐最早最简便的方法是制作一个几十到几百个立方的发酵池。畜禽类粪便是中国环境发展的主要问题之一，在这个泱泱大国内养殖业蓬勃发展。粪便的主要成分为有机质，氮，磷，钾为主要成分是一种能被种植业用作土壤肥料来源的有价值资源。如农业部估计2000年中国畜禽粪便产生量为36.40亿吨;而国家环境保护总局 通过对规模化畜禽养殖场调查而估计的1999年中国畜禽粪便产生量为19亿吨。环境污染，厌氧发酵回收能源l畜禽类粪便以及城市生活垃圾有机物含量高、含水量大等特点是厌氧生物发酵的基础。厌氧发酵法处理畜禽类粪便和城市生活垃圾的方法不但可以回收能源，

2、而且不带来二次污染或二次污染容易控制，发酵产物还可以作为土壤改良剂，有机肥，化肥。近年来，畜禽类粪便和城市垃圾厌氧发酵处理越来越受到各国研究人员与工业界的重视。l由于厌氧消化技术低能耗，且回收沼气作为能源等优点，此项技术成为环境工程界研究的热点。厌氧反应器按照工艺特点分为三代第一代厌氧反应器厌氧消化最早应用于废水处理的初级阶段。1881年法国Mouras的自动净化器；1891年英国Moncriff的装有填料的升流式反应器。1905年，德国的Imhoff池(又称隐化池、双层沉淀池)。随着活性污泥法、生物滤池等好氧生物处理工艺的开发和推广应用，厌氧生物处理被认为是效率低、HRT长、受温度等环境条件

3、的影响大，因此处于一种被遗弃的状态；但另一方面，由于好氧生物处理工艺的广泛应用，产生大量的剩余污泥，其稳定化处理的主要手段是厌氧消化，这是第二阶段的主要特征；1927年，首次在反应器中加上了加热装置，使产气速率显著提高；随后，又增加了机械搅拌器，反应速率进一步提高；50年代初又开发了利用沼气循环的搅拌装置；带加热和搅拌装置的反应器被称为高速反应器。第二代厌氧反应器l必须具备：体系内能够保持大量的活性厌氧污泥；微生物和有机质良好传质。20世纪70年代人们成功用生物膜固定化技术确保体系在高有机和水力负荷时仍能保持较高浓度的厌氧污泥。如厌氧滤池(Anaerobic Filter,AF)、厌氧流化床(

4、Anaerobic Fluidized Bed，AFB)反应器、上流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Bed，UASB)等。此阶段共同特点是可实现泥水分离，固体停留时间可以长达上百天，而水力停留时间缩短到几天。容积负荷可达到810 kg COD(m3d）。 第三代厌氧反应器 l第二代厌氧反应器大大提高了处理负荷，但在运行中仍然存在短流、死角和堵塞等一些问题。为促进厌氧微生物与有机质的混合与接触，提高处理负荷和效率，近年来人们继续研发了第三代反应器15。为了在厌氧反应器内获得进水和被保持污泥之间的良好接触，获得高的搅拌强度，第三代厌氧反应器采用高的反应器或采用出水回

5、流，获得高的上升流速。代表为厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)、厌氧内循环反应器(IC)，其容积负荷超过10 kgCOD(m3d)目前尚处于开发阶段，工程化应用较少。厌氧发酵的基本原理l两段理论将厌氧消化过程分成两个阶段，即酸性发酵阶段和碱性发酵阶段。在分解初期，产酸菌的活动占主导地位，有机物被分解成有机酸、醇、二氧化碳、氨、硫化氢等，由于有机酸大量积累，pH随之下降，故把这一阶段称作酸性发酵阶段。在分解后期，产甲烷细菌占主导作用，在酸化发酵阶段产生的有机酸和醇等被产甲烷细菌进一步分解产生4CH和2CO等。由于有机酸的分解和所产生的氨的中和作用，使得pH迅速上升，发酵从而进入第二个阶段碱化发酵阶段

6、。到碱性发酵后期，可降解有机物大都已经被分解，消化过程也就趋于完成。厌氧消化利用的是厌氧微生物的活动，可产生生物气体，生产可再生能源，且无需氧气的供给，动力消耗低；但缺点是发酵效率低、消化速率低、稳定化时间长发酵两阶段l 发酵罐产生沼气的几大要素1 1、温度 温度是影响厌氧微生物生命活动过程的重要因素。温度主要通过对厌氧微生物细胞内某些酶的活性的影响，进而影响微生物的生长速率和微生物对基质的代谢速率，所以温度与有机物的处理效率和污泥的产生有关。温度通过影响有机物在生化反应中的流向和某些中间产物的形成以及各种物质在水中的溶解度进而影响到沼气的产量和成分等；温度还可能会影响剩余污泥的成分与形状；在

7、有机固废厌氧生物处理装置和设备的运行中要维持一定的反应温度又与能耗和运行成本有关。 厌氧处理工艺一般分为常温（1034）、中温（3540）、高温（5055）三种。由于中温菌（特别是产甲烷菌）种类多，易于培养驯化、活性高，因此厌氧处理常采用中温消化。而中温或高温厌氧消化允许的温度变动范围为（1.52.0）。当有3的变化时，就会抑制消化速率，有5的急剧变化时，就会突然停止产气，有机酸大量积累而破坏厌氧消化。发酵罐温度的控制依靠夹套或蛇管，通过向夹套或蛇管通入热水或冷水控制发酵温度。一般情况下，大型发酵罐在发酵过程中不需要加热，因为发酵过程中会产生了大量的热，需要冷却的情况较多。通过手动调节或自动控

8、制，将冷却水通入发酵罐的夹层或蛇管中，经过热交换降低温度。但在夏天，外界气温较高，冷却水的温度也高，导致冷却效果不好，此时可采用冷冻盐水进行降温2 2 、pHpH值 l控制微生物生长都有其适宜的pH范围。大多数细菌生长适宜的pH是6.07.5，真菌生长适宜的pH是46，放线菌生长适宜的pH是78。发酵过程中的pH是微生物在一定环境条件下代谢活动的综合性指标，是一个重要的发酵参数。 pH对发酵的影响如下。pH影响酶的活性，当pH抑制或激活菌体中某些酶的活性时，可使菌体的代谢途径发生某些改变。pH影响微生物细胞膜的带电状况，从而使膜的透性发生改变，影响微生物对营养物吸收及代谢产物的分泌。pH可影响

9、培养基中某些营养物质的可给性，从而影响微生物对这些物质的利用。pH可改变培养基的氧化还原条件。pH影响产物的稳定性。pH也会影响某些微生物的形态。 l pH值大约在78之间，45天左右降至最低值4左右，然后开始震荡回升pHpH值线性曲线图 3 3、厌氧环境 l 厌氧消化最显著的一个特点是有机物在无氧的条件下被某些微生物分解，最终转化成4CH和2CO。产酸阶段微生物大多数是厌氧菌，需要在厌氧的条件下才能把复杂的有机物分解成简单的有机酸等。而产气阶段的细菌是专性厌氧菌，氧对产甲烷细菌有毒害作用，因而需要严格的厌氧环境。判断厌氧程度可用氧化还原电位（Eh）表示。当厌氧消化正常进行时，Eh应维持在-3

10、00mV左右。发酵罐的设计方案 l1、调节池l 打浆后的秸秆自流进入调节池与回流沼液进行混合，同时补充一定量生活水，搅拌均匀，进行增温后利用自动耦合泵泵入高效厌氧消化罐。池体为钢混结构，内部作防水处理，池内设桨式立轴搅拌器，使原料混合均匀，避免秸秆上浮 发酵罐的设计方案 l2、厌氧消化罐 l 反应器设置混料循环泵，使反应器底部的菌种回流至反应器顶部，利用喷淋技术使得发酵菌种同新进的物料充分接触混合，提高发酵启动效率；利用沼气回流泵将沼气回流至反应器中下部分布器中，使得反应器内物料混合均匀，并使反应器内料液温度均匀，保证高效稳定产气发酵罐的设计方案 l3、 采用中温发酵，利用市政地暖供热系统进行原料预热和增温，以维持中温厌氧消化的条件，并使昼夜温差不超过1。罐内有换热系统，罐体采用聚氨酯发泡加彩钢板进行保温，最大可能的减少厌氧消化温度的降低。罐体为搪瓷钢板结构发酵