洛南雄麒

的优点，但建造人工湿地所需的一次性投资费用较高。美国已将畜禽粪污的处理利用作为一门“粪便科学”开展了深入研究，对畜禽养殖场粪污的管理和要求都比较严格，尤其对大规模畜禽养殖场。从政府、科研单位到生产者都十分重视环境保护问题建议加强“环保型”饲料和粪污处理利用技术方面的研究，为畜牧业可持续发展提供有力的技术支撑。其畜禽养殖场多采用防渗的氧化塘(污水塘)处理和贮放粪污，但应防止氧化塘满溢而造成地表渗流污染(如在雨季)及注重粪污的利用，同时也运用现代微生物技术和生物发酵工艺。如：利用发酵塔和造粒机等加工设施，对畜禽粪便通过快速发酵、脱臭和添加复合微肥等生产工艺进行工厂化生产；以及将畜禽粪便加工成系列复合有机肥料。

欧洲沼气厂的主要盈利途径是依靠沼气发电，其技术特点是低能耗、产气率高和热电联产（CHP）完善。目前大多数采用以高浓度有机废弃物联合消化为特点的CSTR工艺，并配备了热电联产系统。这种全混式CSTR的工艺是先对各类畜禽粪污及其它有机废弃物进行预处理，调整进料TS浓度6～12%范围内，泵入带有机械搅拌的CSTR反应器，其容积产气率视原料和温度不同，通常在0.8～5.0m3/m3之间。沼气经热电联产系统转化为电能和热能，产生的电能并网销售，回收的热能通常用于周边农场、村镇供热以及补偿沼气工程本身所需的热消耗。由于CSTR工艺产气率高，费效比显著，热电联产产生的热能通常大于原料加热所需热量，大大降低了沼气生产成本。在欧洲，沼气厂产生的沼液沼渣，一般不经固液分离直接用于农田施肥。

德国、丹麦、荷兰等发达国家的沼气工程装备已达到设计标准化、产品系列化、生产工业化，质量得到有效控制。工程装备的组装技术也

-17-

达到模块化、规范化。其大型厌氧消化装置（容积为2000-5000m3）为圆柱型立式罐，多为钢结构（ECPC 拼装罐居多），小型厌氧消化装置（容积在200-1500m3）多为圆柱型立式罐、钢结构。二级厌氧消化装置（立式罐）顶部常常装有双膜储气罩，构成了发酵、储气一体化装置，既节省了单独设计储气装置的费用（比分体式降低15%左右）和占地面积，又解决了在寒冷地区冬季储气装置水封防冻的问题。

在德国，建设沼气工程以获取能源为主要目的。这种采用作物和粪便两种原料进行混合发酵的沼气工程在德国得到快速发展。由于混合发酵原料SS 含量和TS 浓度都比较高，适合采用全混合厌氧反应器。从采用的反应器类型看，约90%为立式全混合反应器，少数采用卧式反应器，主要用于含沙和纤维量高的原料，而且受结构限制，此类反应器的容积一般不低于300m3，还有不到10%的工程采用两种反应器联合应用的方式。随着材料技术的发展，一些工程采用了将发酵罐和储气柜一体化的设计，即在反应器的上部安装双层膜用以储存沼气。丹麦NIRAS 公司在此基础上对工艺进行改进，开发了沼气发酵和沼气储存为一体的罐体。

二、国内沼气工程技术的发展与现状

我国于1979年召开了全国沼气工作会议，1980年成立了沼气工程协会，大中型畜禽养殖场沼气工程技术在近几年得到快速发展。到2005年底，全国已建成养殖场沼气工程3500处。经过近年来大中型沼气工程的实践和探索，证明比较成功的技术有上流式厌氧污泥床（UASB）、全混式厌氧工艺（CSTR）、上流式污泥床（USR）和塞流式反应器（HCF）等工艺。

-18-

现对常用厌氧发酵工艺进行简要介绍：

1、升流式厌氧污泥床（upflow anaerobic sludge blanket,简称UASB UASB工艺是上世纪70年代开发的一种适用于低SS工业有机废水的厌氧处理工艺，后被应用于畜禽养殖场的污水处理，其原理是先对养殖场污水进行固液分离，污水进入UASB反应器进行厌氧反应，产生沼气，出水往往需进一步好氧处理达标排放，是一种以环保治理为主，生产能源为辅的能源环保型沼气工程工艺。UASB反应器的特点是由于培养了颗粒污泥，而使厌氧菌种不容易流失，大大提高了厌氧发酵效率，不需要搅拌、运转简单、适应高或低浓度COD负荷、占地面积小。但UASB反应器存在最大的缺点是不适用于高悬浮物的废液（一般进水SS不超过2000mg/l），否则会导致布水系统堵塞、菌种流失。

工作原理：废水中的有机污染物在厌氧条件下经微生物降解，转化成甲烷、二氧化碳等，所产气体（沼气）含甲烷大于50%，可作为能源再次利用，主要用于发电、锅炉燃烧等，既可去除有机污染物，又可回收能源。其工艺流程是先对养殖场污水进行固液分离，废水首先被尽可能均匀的引入UASB反应器（污泥反应区、气液固三相分离器包括沉淀区和气室三部分组成）底部，污水在厌氧状态下反应，分解有机物，产生沼气。通过气、液、固三相分离器，可使反应器中保持高活性及良好的沉淀性能的厌氧微生物，经分离污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，气体进入集气室。出水往往需进一步好氧处理，进行达标排放。是一种以环保治理为主，生产能源为辅的能源环保型沼气工程工艺。

2、升流式厌氧固体反应器（upflow anaerobic solid reactor,简称USR） USR工艺流程是先对各类畜禽粪便及其它有机物进行预处理，除去

-19-

大颗粒和粗纤维物质（进料TS浓度3～5%）后，进入USR反应器，USR反应器采用上流式污泥床原理，不使用机械搅拌，产气率视温度不同在0.4～1.2之间。沼渣沼液COD浓度含量很高，不适宜好氧处理达标排放，一般用于农田施肥进行生态化处理，是典型的能源生态型沼气工程工艺。 采用USR工艺产生的沼气如进行热电联产(CHP),热能输出部分可满足20℃左右原料的升温要求，在我国北方地区的冬季，自身热量无法满足运行要求，需要使用锅炉或其它能量进行加热。

USR工艺采用上流式污泥床原理，无内部机械搅拌，产气率在中温条件下，视原料不同在0.8-1.2 m3/m3之间。

3、完全混合式厌氧消化器（complete stirred tank reactor，简称CSTR） CSTR工艺流程是先对各类畜禽粪便及其它有机物进行粉碎处理，调整进料TS浓度6～12%范围内，进入CSTR反应器后，CSTR反应器采用上进料下出料方式，并带有机械搅拌，产气率视原料和温度不同在0.8～5.0之间。沼渣沼液COD浓度和TS浓度含量高，一般不经固液分离即可直接用于农田施肥，是典型的能源生态型沼气工程工艺。

4、塞流式厌氧反应器（HCF）

HCF工艺是一种全混式工艺，80年代从欧洲引进，其原理是将粪污按照TS浓度8-12%调配，直接进入带搅拌器的HCF反应器进行厌氧反应，产气率在中温条件下视原料不同在0.8-1.2 m3/m3之间，产生的沼渣沼液直接用于农田施肥，也是典型的能源生态型沼气工程工艺。

我国大中型厌氧沼气工程技术近几年得到快速发展，成为畜禽养殖污染防治技术领域产业化程度最高的技术，但与国外相比仍然存在产业化程度低，设备材料质量不稳定，自动化控制水平低等问题。在近几年，

-20-