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国内外干式厌氧发酵工艺技术汇总(畜禽粪便处

文章来源:zk4888人气:发表时间:2017-03-23 09:48

干式厌氧发酵是近年来发展非常迅速的一项新技术,在畜禽粪便处理、秸杆制气、餐厨垃圾处理等方面有很好的应用前景。具有原料预处理要求低、沼液产量少、能源少、管理方便等优点。
干式厌氧发酵
专门针对含固率大于15%成分比较复杂的有机废弃物的厌氧消化处理技术。
工艺类型
连续式工艺主要用于含固率15%~25%之间,比较粘稠的有机废弃物的处理;间歇式工艺主要用于含固率在25%以上,且物料粒径分布范围较大,通透性较好的有机废弃物的处理。
基准 干发酵 湿发酵
物料特征 含固率<50% 含固率<13%
关键技术 传质 均质
技术难点 搅拌混合、启动 浮渣、沉降、分层
工程特点 系统简单、容易实现模块化 工程复杂,多段连续运行
过程能耗 能耗低 能耗高
能量密度
技术要素 固体物质处理 水处理
二次污染 问题较多
干式与湿式厌氧发酵对比
国内外干式厌氧发酵工艺
有机废弃物干式厌氧发酵技术最早起源于欧洲,目前比较成熟的工艺有比利时的Dranco,法国的Valorga,瑞士的Kompogas和德国的LARAN,而国内关于干式厌氧发酵的研究起步较晚,目前绝大部分工艺还处在实验研究阶段。
1.欧洲干式发酵工艺概况
从20实际40年代起,欧洲一些发达国家就开始尝试研究和使用干式厌氧消化技术,到20世纪80年代,干式厌氧消化技术在德国、荷兰、瑞士和比利时等欧洲国家开始市场化应用。
1)间歇式干式发酵处理工艺
与连续干发酵工艺相比,间歇式干发酵工艺发展相对稍晚一些,从90年代初开始商业化应用。主要有德国的Bioferm、BEKON及Wehrlewerk公司的Bioferm,BEKON以及Biopercolat干发酵工艺等。
Bioferm工艺
主要应用于含水率低于75%的有机固体废弃物的处理,属于单级车库式中温厌氧消化工艺。该工艺的主要特点是原料投加到反应器内再不需要搅拌或翻掀,也不需要增加额外的补充水,且原料在进入反应器内后不需要做任何预处理。
工艺特点
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自身消耗低,冬季仅耗用自身生产的能量10~15%
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发酵室为不透气混凝土结构,底部管道暖气供热,因土建费用很低
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可直接处理农作物秸秆和城市垃圾等固体可发酵有机物,大大节省预处理成本
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沼气质量高(含硫量远低于湿法沼气,可不经洗气直接供沼气发动机使用)
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在发酵罐/室中没有搅拌器等运动部件,系统的可靠性很高
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耗水量比起湿法大大降低,几乎没有污水排放,大大节省水费和污水处理费
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建设和运营成本随规模增长很慢,占地。视诮ㄉ璐笾行驼悠こ
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因发酵剩余物无湿法发酵的沼液,所以不用脱水处理
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BEKON工艺
BEKON工艺与Bioferm工艺基本上完全相同,也是车库式间歇干式发酵工艺。唯一不同的是BEKON工艺具有高温和中温两种,而Bioferm只有中温。
工艺特点
 
工程设备投资较低,运行和人力成本低
 
 
能满足高标准的排放要求
 
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自身耗能低于系统产能的10%
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不产生消化后产物存储费用,运输费用低
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就工程本身而言,几乎没有移动部件,因此不会产生磨损和破裂修复费用
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产气率高,沼气质量高(甲烷含量60%),一般情况不需要脱硫
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GICON工艺
GICON工艺属于间歇式处理工艺,与上述BEKON与Bioferm间歇式厌氧干发酵工艺相比,主要不同点是GICON工艺是根据微生物的分解步骤将厌氧消化过程分成两个阶段来实现——水解阶段(干式发酵)和产甲烷阶段(湿式发酵)。
工艺特点
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由于该工艺采用分段来完成,因此非常适合含有大粒径碎片的原料
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进料量和进料类型十分灵活,可适应不同季节的可用废弃物
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由于是对可堆叠物料进行消化处理,不需要做过多的预处理
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不需要混合设备,系统消耗的能耗仅为系统产能的5~8%
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由于渗滤采用独立控制,操作十分安全
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沼气中甲烷含量高,有利于后续沼气提纯
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能耗低、磨损小、运行费用低
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适合不同结构形状类型的物料
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2)连续干式发酵处理工艺
从20世纪40年代起,欧洲一些发达国家就开始尝试研究和使用干式厌氧消化技术,到20世纪80年代,干式厌氧消化技术在德国、荷兰、瑞士和比利时等欧洲国家开始市场化应用。其中最具代表性的连续干发酵系统工艺为:比利时OWS公司的Dranco干发酵工艺、法国VALORGA INTERNATIONAL S.A.S 公司的Valorga干发酵工艺、瑞典的KOMPOGAS公司的KOMPOGAS BRV等。
Dranco工艺
该工艺属于竖式推流发酵工艺,属于单级中温/高温干式(高固体)厌氧消化工艺。Dranco工艺又分为Dranco和Dranco-Farm,Dranco主要用于餐厨垃圾、城市固体废弃物的有机部分等,而Dranco-Farm主要用于能量作物和工业有机废弃物的处理
工艺特点
 
多年工程化应用经验
 
 
罐体内不需要设搅拌装置
 
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罐体内不会产生浮渣和沉降
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可避免或最小化废水的产生量
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紧凑可靠的工程设计
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用于好氧发酵阶段的沼渣含固率高
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工艺灵活,可适用于含固率15~40%的有机废物
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最优化的调整和局部流设计,不会产生多余的废水
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Valorga工艺
该工艺属于竖式气体搅拌干发酵工艺,主要应用于有机固体废弃物和城市生活垃圾处理方面,有高温和中温两种形式。是第一个用于对生活垃圾经机械分选后剩余有机部分处理方面的发酵工艺。
工艺特点
 
非常适用于城市有机废弃物,如生活垃圾、餐厨垃圾和城市污泥等
 
 
该工艺可以在含固率25~35%条件下稳定运行,过程用水量非常小
 
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厌氧消化过程中产生的沼气的甲烷含量高
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工艺十分灵活,可用于各种类型的家庭生活垃圾处理方面
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总固体浓度可达55%~58%
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搅拌方式为罐体底部均匀射入沼气
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Kompogas BRV工艺
Kompogas BRV工艺属于卧式推流发酵工艺,主要应用于有机固体废弃物和城市生活垃圾处理方面,属于单级高温干式(高固体)厌氧消化技术。
工艺特点
 
该工艺适用范围广,可用于所有有机废弃物的处理,如园林垃圾、餐厨等城市废弃物等
 
 
由于推流工艺具有先进先出的特点,因此可以实现物料的可追溯性
 
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反应器采用模块化设计,具有安全、方便和可追溯性
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产生的沼气可作为多种形式的能源回收利用
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对所有的废弃物均可实现稳定化和无害化处理
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废弃物经处理后的产物可以作为有机肥
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产气率高且产气稳定
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过程用水量低
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最优化的能量管理
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操作简单可靠
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Laran工艺
主要应用于含水率15~45%的有机固体废弃物的处理,属于单级干式卧式推流厌氧消化工艺,有高温和中温两种形式。该工艺与Kompoga相似,主要不同的搅拌方式,Laran工艺采用的是分段搅拌方式,比Kompogas工艺设备多且比较分散。
工艺特点
 
因气体释放面积较大,产气率较高
 
 
由于不需要稀释,消化池体积小
 
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热量需求低,物流量小磨损低
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过程不用水或水量非常。ǜ莶牧咸匦裕
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由于推流搅拌作用可使VSS降解率高
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材料传输和消化过程低能耗(低速、间歇运行)
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与其它全混式反应器相比较而言,具有高有机负荷及低停留时间的特点
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通过内部搅拌器搅拌,可防止表层浮渣和沉降的发生
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2.国内干式发酵工艺概况
我国对厌氧消化技术的研究相对滞后,尤其是干发酵技术,目前国内致力于干发酵技术的研究和推广应用还比较有限。主要有以下几种工艺模式:
1)覆膜槽沼气干式发酵系统
该工艺建设若干个发酵槽,间歇使用,实现好氧升温-厌氧产气-好氧制肥三段同槽发酵工艺,其中厌氧利用柔性膜密封,好氧升温及制肥时将柔性膜取下。
工艺特点
 
密封快捷,可快速建立和减除厌氧环境,适合规模化生产需求
 
 
发酵过程可生产沼气和有机肥两种产品,经济效益较好
 
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采用柔性膜覆槽,可直观判断发酵槽中的沼气情况,系统运行稳定可靠
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处理过程中无污水排放,无固体废弃物产生,具有良好的环境效益
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工程适应性强,通过启动厌氧消化单元的数量调节用气量及规模
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原料来源广,适用于畜禽粪便、作物秸秆、生活垃圾、农副产品加工废弃物等处理
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2)干式发酵反应器(立式/卧式两种)
该设备适用于各种有机废弃物和能源作物厌氧发酵工程。
工艺特点
 
高固体浓度进料,TS可达20~30%
 
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发酵剩余物含水量低于85%,可直接做有机肥
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无污水排放,连续进出料,温度、含水率、pH值等参数易于调整,可实现全自动控制
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模块化设计,适用于产业化生产,有效容积产气率高
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3)多元废弃物车库式干式发酵工艺
没有或者几乎没有自由流动水的沼气厌氧微生物发酵过程,是处理有机同体生物质的有效方法,耗水量比湿法发酵大大降低,无沼液消纳问题,适用于各种有机废弃物和能源作物厌氧发酵工程。
工艺特点
 
能适应多元化的有机发酵原料,使进出料简便化,且装料更多
 
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双重密封技术,更安全、可靠,并可保留较多的渗滤液,利于发酵产气
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联合式保温技术,在库体上方设置塑料大槽,柔性覆膜上设置保温被,库体四周和底部采取保温措施,保证发酵温度
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沼气发酵过程中沼渣在系统内部循环无外排,无二次污染
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行业专家表示干发酵目前在国外是热点和趋势,“相对于我们传统的湿发酵来说,干发酵技术具有三大优点:”原料适应性较广;容积产出率较高;整个发沼过程当中没有沼液外排,避免二次污染。除农业秸秆、畜禽粪便以外,干发酵还可以针对有机垃圾、餐厨垃圾,以及其它农产品废弃物进行处理发酵。
 
厌氧发酵是沼气工程的基。嵫醴⒔褪且桓龈丛拥墓,预处理、接种比例、总固体浓度、原料、温度和外源添加物等因素都会对厌氧发酵的产气率造成影响。
因此,除了要根据发酵原料选择适宜的厌氧发酵工艺及系统结构,选择适宜的沼气成分监测设备,如沼气分析仪Gasboard-3200系列,通过对产出沼气中CH4、H2S、O2、CO2等气体浓度的检测,判断发酵工艺状况,并对工艺过程进行适度调控,以降低各因素对产气率造成的负面影响,提高发酵系统的沼气发酵效果也是十分必要的。
沼气分析仪(在线型)Gasboard-3200
我国现今能源短缺,发展低碳经济、循环经济已成为世界性潮流。厌氧干式发酵技术在各种固体有机废弃物资源化利用上具有一定的技术优势,由于我国对该技术的研发起步较晚,仍有巨大的研究空间,尤其是在干发酵接种量大、启动慢及易积累有机酸等方面,以求进一步提高干发酵系统的沼气发酵效果。
 

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