厌氧发酵的工程应用实例

厌氧发酵的工程应用实例•1.瑞士考穆坡盖斯(KOMPOGAS)公司的厌氧发酵工艺•越来越多的关心生态平衡的机构选择了分类处理垃圾的方法，因为在市政垃圾中三分之一以上的成分是有机物和可以循环利用的物质，分类收集的有机废物，特别是湿的和易降解的部分，以生态和经济方面合理的方式循环利用。有机物中的能量用来产生热能和电力。•考穆坡盖斯公司迄今已建成十几个KOMPOGAS处理厂（详见表5-3-9），每天接受有机废物，所有设备均能可靠的完成处理和循环过程。•图2-3-30给出了这种处理厂的原理示意图，废物分解过程中产生的沼气转变为电力和热能，除了满足处理厂运行需要之外，还有相当部分的剩余可以输出。沼气作为一种替代或混合能源，可以提纯至天然气标准用来驱动机动车辆或发电。由于设备运行可靠，所以可以获得高产气率。在这方面已经积累了相当多的经验，利用新的核心模块降低了这类处理厂的造价。•工艺特点:•（1）有机废物的处理符合生态学原则；•（2）利用废物中的能量，产生可观的能源；•（3）符合现有的卫生标准；•（4）采用55~60℃高温厌氧发酵，卧式发酵罐可安装在工厂的地下室；•（5）可获得高品质的腐殖质，不损失其中养分，可以配合堆肥厂使用；•（6）无异味散发，填埋量最小；•（7）占用空间小，减少二氧化碳的排放。•工艺流程•图2-3-31KOMPOGAS处理厂的工艺流程图。整个工艺分供料准备、发酵、堆肥、废水处理、沼气利用和空气处理六大部分。•工艺流程说明:•1供料准备•1.1机动车闸门；1.2接收区(平台/槽)；1.3供料系统；1.4螺旋粉碎机；1.5分离不能处理物质；1.6减小体积；1.7磁力分选机•2发酵•2.1中间存贮；2.2带泵的供料罐；2.3换热器；2.4发酵装置；2.5出料口；2.6带供料罐的脱水机；2.7脱水贮存罐；2.8湿度调节系统•3堆肥和堆肥结束•3.1最后堆肥生产线；3.2供料系统；3.3筒形筛；3.4重力分离系统•4废水处理•4.1密封的贮存装置；4.2生物污水处理•5沼气利用•5.1沼气处理；5.2膜式贮存罐；5.3联合发电机组；5.4应急沼气燃烧器；5.5热能分配装置；5.6配电装置；•5.7沼气处理；5.8充气站•6排放空气处理•6.1输气装置；6.2生物过滤器；6.3空气加湿器2.芬兰斯堪斯卡（SKANSKA）公司的有机物厌氧发酵工艺•SKANSKA公司将城市污水处理中的污泥消化技术拓展到处理城市生活垃圾，取得了很好的效果，已在芬兰和德国等地建立了示范工厂，最近几年进入中国上海等地推广此技术。•工艺特点：•SKANSKA公司的工艺基本与KOMPOGAS公司的工艺相同，其主要区别是：–（1）其备料罐是专利技术，在备料罐中实现水选，将轻质物料用刮渣机刮出来；砂石、玻璃等从备料罐下部用水反冲排除，备料罐还能调节干固有机物进料的含量和温度。–（2）采用立式发酵罐（又称生物反应器），罐体室外露天安装，下锥体和排渣口在地下室，实现洁净生产。–（3）采用中温35-37℃发酵工艺，参入发酵的菌种比较皮实，运行稳定可靠。•工艺流程：•图2-3-32是SKANSKA公司的发酵工艺流程图。破碎后的可腐有机物被送入备料罐，在重力作用下，轻质物料被浮渣刮渣机刮走，惰性固体废物如玻璃、砖瓦、石头、不带磁性金属的废电池等沉积到备料罐底部，经过反冲洗后排出。同时，为适应厌氧发酵的需要，备料罐还能调节干固有机物进料的含量和温度。在备料罐中经过充分混合后的物料通过管道输送到生物反应器，反应器温度维持在35C，并按要求进行搅拌，15~20天完成厌氧发酵过程。发酵后的物料被送到消毒罐，加热到70C，维持时间不少于30分钟，然后经压榨机脱水，形成固体腐殖质。这种腐殖质可直接用于改良土壤，也可作为复合肥和生物菌肥（如固氮菌、解磷菌和解钾菌肥）等的原料。产生的沼气经净化后直接用作燃料或发电。•图2-3-33是生物反应器和沼气罐的外观图，图2-3-34是生物反应器的下锥体部分。•表5-3-14给出了用SKANSKA公司的工艺流程，处理1000kg干固体的能量平衡。•3.南阳酒精厂厌氧接触工艺•（1）概况•南阳酒精总厂（现为天冠集团），采用薯类作原料，年产酒精10万吨。该厂年排出酒精废糟液80多万吨，废气7万m3，废渣3万多吨。该厂是国内最早采用厌氧发酵生产沼气的酒精厂，开始采用消化池发酵，1987年投资建造两个5000m3的发酵罐，一个10000m3的储气罐，以及其他配套工程，日处理糟液由原来的400~500m3提高到1500m3，日产沼气由10000m3提高到40000m3。配合南阳市煤气、沼气混合工程，在市区南北各建2万m3和3万m3的储气柜，铺设沼气输送管道55km，新建调压站7座，与煤气混合，可解决10万户，40万人的生活用气，其规模之大，居亚洲之首。•（2）处理工艺•南阳酒精总厂的废糟液处理整个工艺流程见图2-3-35。酒精厂排放1300-1500t/d酒糟废液。这一排放废液经过固液分离，分离出的DDG作为饲料出售。经过固液分离后的废液量为1000-1100t/d，进入厌氧消化池。值得说明的是在两种情况下，厌氧处理的糟液量是有变化的，一是如果饲料销售价格低或销售不出去时；二是当城市需要更多的沼气时，均将不进行固液分离而全部进入厌氧消化池以多产沼气。所以这是厌氧接触工艺的一个优点，也是本系统的一个优点。因在产生沼气和饲料销售两个渠道可以进行调节，增加了系统的灵活性。（3）工厂效益•南阳酒精厂年转化为沼气的COD总量达到33,000吨以上。由于市区40%的居民用上了沼气，可少向大气排放二氧化硫、氮氧化物、烟尘2,400吨以上；减少燃煤废渣6,000吨以上。南阳酒精厂沼气工程的建成，沼气主要用于居民生活和工业原料，因此带来了巨大的经济效益、社会效益和经济效益。•经济效益：年产沼气1200多万m3，年增收600多万元（0.5元/m3）。•社会效益：解决了南阳市区2万多户，10万人的烧气问题，甩掉了煤炉子，年节约标准煤20,000多吨。同时每天供应南阳市石油化工厂6,000~8,000m3沼气做工业原料，生产二氯甲烷、三氯甲烷等，使该厂年增销售收入2,400万元，利税280万元。发酵池的消化液可做有机肥料灌溉农田3~5万亩，年节约化肥6,000多吨，节水80多万吨。根据国家环保总局测定，每年利用80万m3消化液，肥效相当于氮、磷、钾复合肥6,900吨，可使农田增产2~3成，获效益200万元以上。•环保效益：年处理废液80多万吨，酒精废糟液经发酵后，COD、BOD含量分别降低84%和90%，pH值由4.2上升到7.2~7.3，悬浮物由20,000mg/L降低到700mg/L。每年转化的COD总量在33,000吨以上。每年2万多户居民用沼气代替煤球，减少排放二氧化硫等废气500多吨，减少废渣10,000多吨。图2-3-30考穆坡盖斯(KOMPOGAS)工厂的原理示意图图2-3-31KOMPOGAS处理厂的工艺流程图序号地点开工时间能力（t/a）发酵罐类型能量利用1Kyoto，Japan1999/51,0001个，钢结构电，示范2Alzey-worms,Germany1999/62,40002个，钢结构电3Frankfurt,Germany1999/91,50001个，混凝土电4Volketswil,Switzerland2000/75,0001个，钢结构电5BioabfallbehandlungsanlageRobben,Austria2000/1110,0001个，钢结构电6OetwilamSee2001/春10,0001个，钢结构电7Otelfingen,Switzerland1996/712,0001个，混凝土电，燃料8Braunschweig,Germany1997/624,0002个，钢结构沼气用于已有电厂9Munchen-Erding,Germany1997/824,0002个，钢结构电10Lustenau,Austria1997/910,0002个，钢结构沼气用于已有电厂11Hunstruck,Germany1997/1210,0002个，钢结构电12Niederuzwil,Switzerland1998/28,0005,0001个，混凝土1个，钢结构电13Test-facility1001个，钢结构没用14Rumlang,Switzerland19895001个，钢结构没用，示范工厂15Rumlang,Switzerland1992/13,5005,0002个，混凝土电，燃料，消化加热16Bachenbulach,Switzerland1994/110,0002个，钢结构电，燃气送入天然气供应系统1718Samsagerm,Switzerland1995/110,0002个，钢结构电，燃气送入天然气供应系统Kempten,Germany1996/410,0002个，钢结构电图2-3-32斯堪斯卡（SKANSKA）公司的发酵工艺流程图图2-3-33生物反应器和沼气罐的外观图2-3-34生物反应器的下锥体部分可腐有机质淤泥沼气燃烧(kwh)19601730气体发动机热能(kwh)960850工艺用热所占百分比(%)3050气体发动机电能(kwh)700620工艺用电所占百分比(%)1313表2-3-15处理1000kg干固体的能量平衡絮凝剂DDG饲料出售1000-1100t/d板框机脱水沼气37000~46000m3固液分离（立式离心）卧式离心机（仅用于玉米糟）冷却塔55℃厌氧消化池（2×5000m3）滤液冲灰沉淀池鱼塘出水排放河流或回用作冷却水COD100mg/L脱硫沼气柜10000m3图2-3-35南阳酒精厂废水厌氧处理工艺流程图