三高固体沼气工程工艺及新技术

高固体厌氧消化工艺的总固体浓度大约在22%以上，畜禽粪便可以不经稀释直接发酵。高固体厌氧消化是一种相对较新的技术，它在固体废物有机成分的能量回收方面的应用还没有得到充分的发挥。此工艺的主要优点是反应器单位体积的需水量低，产气量高。其主要缺点在于目前大规模运行的经验十分有限。

低固体厌氧消化工艺的三个步骤也适用于高固体厌氧消化工艺。二者主要区别是，后者的污泥脱水和消化污泥的处置需要的工作量较少。高固体厌氧消化工艺微生物学与前述低固体厌氧消化工艺一样。然而，由于较高的固体浓度，许多关于微生物数量的环境参数的作用则更为重要。例如，氨的毒性可以影响产甲烷细菌，这对系统的稳定和甲烷产量有副作用。大多数情况下可以通过适当调整进料的碳氮比加以防止。

目前，高固体厌氧消化工艺尚在发展之中，表4-1总结了一些重要的设计参考参数。一般来说，和前面所考虑的低固体厌氧消化工艺比较起来，高固体厌氧消化工艺单位体积反应器能够处理更多的有机物，也能产生更多的沼气。

表4-1 高固体厌氧消化工艺设计的重要参考参数

我国干法发酵技术应用源远流长，自古以来我国就采用干法发酵工艺酿酒、生产堆肥。国内对沼气干法发酵技术的研究起步于20世纪80年代，但只是在近几年才发展成具有一定规模的工业化生产的沼气工程。农业部规划设计研究院的韩捷教授开发了具有一定工业价值的MCT附膜式干式发酵装置，代表了目前国内干法发酵的水平。但是，我国干法发酵技术还没有解决大规模进出料的问题，未见规模化干法发酵沼气工程的生产性运行。其主要原因是缺乏合理的、高效能的工程结构，同时，干法发酵技术几乎未能有效解决大规模快速进出料与厌氧密封状态的矛盾，未能实现干法厌氧发酵过程关键工艺参数的工程调控。

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国外对沼气干法发酵的研究主要集中于城市垃圾的处理，德国、法国、丹麦等国家早在20世纪80年代就对沼气干法发酵进行研究。德国于20世纪90年代起开始进行间歇式干法沼气发酵技术及工业级装备的研发。目前，欧洲的干法沼气发酵技术主要有车库型、气袋型、渗出液存储桶型、干湿联合型和立式罐型等。

1.车库型干法发酵工艺

车库型干法发酵工艺采用混凝土车库型反应器结构、高精度的液压驱动密封门和高灵敏度的自动监控装置来保证其安全运行，供热装置使厌氧发酵物料温度保持在38℃左右。发酵仓为模块化结构，没有搅拌器和管道，容易实现扩展和规模化应用。其结构如图4-9所示。

图4-9 车库型干法发酵工艺

2.Kompogas工艺(www.xing528.com)

Kompogas工艺属于单级高温干式（高固体）厌氧消化技术。工艺分供料准备、发酵、堆肥、废水处理、沼气利用和废气处理六大部分。有机废弃物首先经过预处理，然后进入水平的厌氧反应器进行高温消化，物料在反应器内部的搅拌器间歇搅拌作用下以水平塞流的形式在反应器中行进，经过大约20天的停留时间后被推至反应器的末端离开系统。含水率高的消化产物经过脱水、压缩成饼后进行好氧稳定化处理，脱水产生的渗出液回喷进料，起到加湿进料及微生物接种作用，剩余渗出液送往废水处理厂进行厌氧产沼，也可作为液态肥料出售。产生的沼气中去除二氧化碳和水，可以作为汽车燃料使用。

该工艺参数为，物料经过预处理达到以下要求：总固体浓度（TS）30%～45%，挥发性固体含量（VS）55%～75%，粒径小于40mm，pH=4.5～7.0，凯氏氮含量小于4g/kg，碳氮比大于18。目前在瑞士、日本等国家建立了大约20个处理厂，其中处理量为10000t/年以上的有12个，10000t/年以下的有8个。

3.Dranco干式厌氧堆肥

Dranco（干式厌氧堆肥）工艺是于20世纪80年代末开发出来的一项工艺，同时也是Sordisep（Sorting-Digestion-Separation，分类—消化—分离）系统的生物处理部分。该工艺属于单级高温干式（高固体）厌氧消化工艺。有机废弃物从反应器的上部加入至消化器中，在反应器中没有搅拌混合，物料以活塞流的方式下流，期间一些产生的气体上流。经过厌氧消化反应后沼渣从底部排出。排出的消化产物部分作为接种体回用，剩下的经脱水机脱水至总固体浓度55%，再经好氧稳定两周即可得到卫生、稳定的有机肥料和土壤改良剂。液体部分回流调节垃圾的固体含量，剩下的消化液经过好氧塘处理之后排放至污水处理厂。工艺流程如图4-10所示。

图4-10Dranco工艺示意图

该工艺参数：消化器的新鲜物料投配率为5%，反应器负荷10kgCOD/（m³·天），温度50～58℃，停留时间为20天（15～30天），进料的固体浓度为15%～40%。

4.Biocel工艺

Biocel工艺是中温干式序批式有机废弃物厌氧消化技术，此工艺正处于发展阶段。荷兰Lelystad处理厂的处理量为50000t/年。工艺流程如图4-11所示。反应器内垃圾总固体浓度为30%～40%，消化温度为35～40℃，固体停留时间最少10天。

图4-11Biocel工艺示意图