沼氣生產利用技術指南(一)

2023年12月30日發(作者：男女黃段視頻)

☆ 2019年第23期Resource utilization technology oflivestock and poultry manure畜禽糞污資源化利用技術專欄沼氣生產利用技術指南（-)一、 總則酵技術工藝主要適用于糞污混合物、

污水等的處理，總固體（TS)質量分

1. 適用范圍本技術指南規定了

厭氧發酵及沼氣、沼液和沼渣的綜合

數一般在20%以下。按產酸產甲烷相

利用可行技術。本技術指南適用于以

可分為濕法單相反應器和濕法兩相反

畜禽糞便、農作物秸稈、尾菜等農業

應器。國內大部分反應器均為濕法單

有機廢棄物為主要原料的沼氣工程和

相反應器.根據反應器效率可分為低

沼氣池，以其他有機質為原料的沼氣

負荷反應系統、高負荷反應系統和高

效高負荷反應系統。低負荷反應系統

工程參照執行。2. 術語和定義t以厭氧消化池為代表，高負荷反應系

(1) 沼氣。畜禽糞便、秸稈統可以將固體停留時間和水力停留時

、

尾菜等農業有機廢棄物，經厭氧發酵

間分離，能保持大量的活性污泥和足

夠長的污泥齡；高效高負荷系統在將產生的可燃氣體，主要成分是甲烷，

是沼氣工程和沼氣池的主產物。(2) 沼液沼渣。畜禽糞便、秸

稈、尾菜等農業有機廢棄物，經厭氧

發酵產生的剩余物經固液分離后，液

體部分為沼液，固體部分為沼渣，是

沼氣工程和沼氣池的副產物。二、 厭氧發酵技術工藝及技術

設備適用性1.濕法厭氧發酵濕法厭氧發固體停留時間和水力停留時間相分離

的前提下，使固、液兩相充分接觸，

既能保持大tt污泥乂能使和活性污泥

之間充分混合、接觸，以達到真正高

效的目的。(1>低負荷反應系統。低負荷

反應系統（圖1 )包括常規厭氧反應

器（conven-tional

anaerobic

digestion

)、全混式反應器（conti-nuous

stirred

tank

reactor,CSTR ) 、

厭氧接觸消化器（anaerobic

contact

)等。43

畜禽糞污資源化利用技術專欄Resource utilization technology oflivestock and poultry manure☆中國畜牧業常規厭氧反應器（CADT )。無

攪拌裝置，原料在其中呈自然沉淀狀

態，效率較低。常規厭氧反應器結構

簡單、投資小、應用廣泛，適合處理

高濃度、高懸浮物的有機廢水，戶用

沼氣可采用此類型。全混式反應器（CSTR )。全混

機廢水。一是厭氧濾器（anaerobic

filter,

AF):是采用填充材料作為微生物

載體的一種高速附著膜型消化器，優

點是不需另設分離設備和攪拌設備，

可以保持較高的微生物濃度，能耗

低、處理效率高、運轉穩定、可承受

人，從另一端流出，原料在消化器的

流動呈活塞式推移狀態。在消化器內

應設置擋板和臥式攪拌器，有利于微

生物與料液的接觸混合，提高反應速

率和運行的穩定，適用于高SS廢物的

處理。其優點為結構簡單、能耗低、

投資少，尤其適用于牛糞的消化；運

式反應器是在常規厭氧反應器內安裝

了攪拌裝置，效率較高，適用于高濃

度及含有大量懸浮固體原料的處理，

投資較小、原料適應性廣，物料、

溫度分布均勻，原料與底物接觸充

分，發酵速率、容積產氣率較高，

但水力停留期（hy-draulic

retention

time，HRT)與固體滯留期（solid

retention

time,SRT)時間相同，致使

反應器負荷較低。厭氧接觸消化器（ACP )。厭氧

接觸消化器也是一種完全混合式厭氧

反應器，反應器排出的混合液首先在

沉淀池中進行固液分離，污水由沉淀

池上部排出，沉淀池下部的污泥被回

流至厭氧消化池內。該工藝適用于懸

浮固形物（suspended

solid,SS )濃度

較高的處理，其優點是投資小、易啟

動、耐沖擊負荷，保證了厭氧消化池

內的污泥濃度，水力停留時間大大縮

短，反應器的有機負荷率和處理效率

較高。缺點是化學需氧量（chemical

oxygen

demand,COD )去除率相對較

低，出水水質也相對較差，增加后續

處理工藝負擔；固液分離相對困難。(2)高負荷反應系統。高負荷

反應系統包括附著膜型消化器（如

厭氧濾器、厭氧流化床和膨脹床反

應器）、上流式厭氧污泥床（up-

flow

anaerobic

sludge

bed/blanket,

UASB )、塞流式反應器（plug

flow

reactor，PFR)等。附著膜型消化器。突出特點是微

生物固著于安放在消化器內的惰性介

質上，在允許原料中的液體和固體穿

流而過的情況下，固定微生物于消化

器內，并且在較短的HRT下阻止微生

物沖出，適用于處理低濃度、低SS有44一定的負荷變化，同時出水SS較低。

缺點是投資大、填料費用高、啟動期

較長，微生物積累易發生堵塞和短路

情況。二是厭氧流化床和膨脹床

反應器(anaerobic

fluidized

bed

reactor，AFBR ):是采用惰性顆粒

作為微生物載體的附著膜型厭氧消

化器，效率更高，優點是混合狀態

較好、負荷變化承受力強、負荷率

高、運行穩定；缺點是支持介質易

被沖出而損壞泵或其他設備，有時

需要脫氣裝置從出水中有效地分開

介質顆粒和懸浮固體，能耗、投資

和運行成本高。上流式厭氧污泥床反應器

(UASB )。上流式厭氧污泥床反應

器是自下而上流動的廢水流過膨脹的

顆粒狀的污泥床。三相分離器是厭氧

消化器的關鍵設備，由氣封、沉淀區

和回流縫組成，主要功能是氣液分

離、固液分離和污泥回流。氣體通過

三相分離器分流后排出反應器，固體

和液體則被阻止沖出而經回流縫回

流，使SRT高于HRT,產甲烷效率明

顯提高，適用于處理SS含量較低的有

機廢水。該工藝的優點為除三相分離器

外，消化器結構簡單，負荷率高，工

藝的穩定性好，出水SS含量低。缺點

是投資較大，三相分離器結構較為復

雜，需要有效的布水器使進料均布于

消化器底部；進水要求低SS含量；在

高水力負荷或高SS負荷時易流失固體

和微生物，運行技術要求較高。塞流式反應器（PFR )。塞流式

反應器是一種推流式非完全混合消化

器，高濃度懸浮固體原料從一端進轉方便，故障少，穩定性高。其缺點

為固體物可能沉淀于底部，影響消化

器的有效體積，使HRT和SRT降低，

同時需要固體和微生物的回流作為接

種物；溫度一致性差、效率較低，易

結殼。(3)高效高負荷反應系統。高

效高負荷反應系統包括膨脹顆粒污泥

床反應器（expanded

granular

sludge

blanket

reactor,EGSB )、內循環厭氧

反應器（internal

circulation，IC )、上

流式污泥床過濾器（叩-flow

blanket

filter,UBF )、升流式固定床反應器

(up-flowsolids

reactor’USR)等。EGSB反應器與UASB反應器的結

構相似，不同的是EGSB反應器采用

較大的高度與直徑比和很大的回流

比，適用于處理SS含量較少和濃度相

對較低的有機廢水。該工藝的優點是

占地面積較小，運行穩定，水力停留

時間短，有機負荷和處理效率高。缺

點是運行穩定性受溫度影響較大，投

資成本較高，對廢水SS含量要求嚴

格，高速的升流速度對運行條件和控

制技術要求高。內循環厭氧反應器（1C )集

UASB反應器和流化床反應器于一

身，利用反應器內所產生沼氣的提升

力實現發酵料液的內循環。1C反應器

高度通常可達16 ~ 25米，高徑比可達

4 ~ 8,適用于可生化性、SS含量較

少和濃度相對較低的有機廢水處理。

該工藝的優點是投資成本小，HRT較

短，運行穩定，上升流速大，抗沖擊

負荷效果好，容積負荷高。缺點是在

污水可生化性差時，去除率遠低于

UASB;當進水水質不太穩定時，易

導致出水水量、水質相對不穩定，有

☆ 2019年第23期Resource utilization technology oflivestock and poultry manure畜禽糞污資源化利用技術專欄時可能會出現短暫不出水現象，對后

序處理工藝產生影響。UBF反應器下面是高濃度顆粒污

泥組成的污泥床，上部是填料及其附

著的生物膜組成的濾料層。突出優勢

(4 )濕法兩相厭氧發酵反應

器。濕法兩相厭氧發酵工藝（圖2)

產酸階段和產甲烷階段是兩個獨立的

處理單元，各自形成產酸發酵微生物

和產甲烷微生物的最佳生態條件，發

和硫化氫。(1 )沼氣脫水。沼氣脫水方法

主要有冷凝法、吸附法、吸收法等。冷凝法。主要是利用壓力變化引

起溫度變化，使水蒸氣冷凝。該法具有

是反應器上部空間所架設的填料，不

揮最大的代謝能力，使整個工藝達到

但在其表面生長微生物，且在其空隙

最好的處理效果。該工藝主要適合尾

截留懸浮微生物，利用原有的無效容

菜等易酸化原料的厭氧發酵。積增加了生物總量，防止生物量的突

2.干法厭氧發酵干法厭氧發

然洗出，且由于填料的存在，夾帶污

酵技術工藝主要適合于處理TS質量分

泥的氣泡在上升過程中與之碰撞，加

數達20% ~ 50%的廢棄物。與濕法工

速了污泥與氣泡的分離，從而降低了

藝相比，干法工藝適應各種來源的固

污泥的流失。體有機廢棄物，可以降低運行費用，

USR反應器是一種結構簡單、適

并提高容積產氣能力，需水量低，產

用于高懸浮固體原料的反應器。原料

生沼液少。干法反應器主要分為連續

從底部進人消化器內，與消化器里的

式厭氧反應器和序批式厭氧反應器

活性污泥接觸，使原料得到快速消

(圖3 )兩類。連續式厭氧發酵反應

化。未消化的生物質固體顆粒和沼氣

器國外應用最多的為臥式推流反應器

發酵微生物靠自然沉降滯留于消化器

和豎式反應器。序批式厭氧反應器適

內，上清液從消化器上部溢出，可提

合TS質量分數為30% ~ 40%的原料，

高有機物的分解率和消化器的效率，

底物一次加料接種后完成消化過程。

在當前畜禽養殖行業糞污資源化利用

反應器設計簡單，操作方便，對粗糙

方面有較多的應用。該工藝的優點是

底物與重金屬耐受性強，投資少。應

反應器結構簡單，固體物可得到較徹

用最多的是車庫式反應器。底的消化，SS去除率60% ~ 70%;停

三、沼氣利用技術留時間較長，超負荷運行時不會造成

1. 技術路徑。沼氣經凈化后貯

酸化，浮渣層不易堵塞，產氣效率

存，可以直接用于發電、供熱、供氣

高。缺點是易出現堵塞布水管、單管

等，也可提純用于車用燃氣、城鎮燃

布水易短流等問題；對含纖維素較高

氣等，見圖4。的料液，表面易結殼。沼渣沼液COD

2. 沼氣凈化。沼氣凈化主要是

濃度含量較高，不適宜達標放。為了去除沼氣中的水分、二氧化碳產酸階段___________ ____________產甲烷階段間定床反應器 產甲烷反應器0圖2濕法兩相厭氧發酵反應器普適性，且投資和運行成本較低，冷卻

之前壓縮沼氣可進一步提高冷凝效率。

冷凝法脫水效果并不能完全滿足并入天

然氣管網的要求，可通過沼氣凈化技術

(變壓吸附、脫硫吸附）彌補。吸附法。主要是通過化學吸附、

物理吸附的方式實現沼氣中水分的脫

除。常用吸附材料可選擇二氧化硅、氧

化鋁、氧化鎂、活性炭或沸石等。該方

法適用于中小型沼氣工程的沼氣脫水，

通過增加溫度或降低壓力可使吸附材料

再生。通常是兩臺裝置并列運行，一臺

用于吸收，一臺用于再生。吸收法。主要是利用乙二醇、二

甘醇、三甘醇或可吸濕鹽類等吸收劑，

實現沼氣水分脫除。該方法適用于較高

流量（500立方米/小時）的沼氣脫水，

可以作為沼氣提純并網的預處理方法。(2 )沼氣脫硫。沼氣脫硫主要

包括干法脫硫、濕法脫硫、物理脫硫

和生物脫硫。干法脫硫。可采用化學吸附法、

化學吸收法和催化加氫法三種，一是

化學吸附法可采用活性炭和分子篩等

脫硫劑吸附氣體中的硫化物；二是化

學吸收法可采用氧化鐵、氧化鋅等脫

硫劑與氣體中的硫化氫反應，將硫化

物脫除；三是催化加氫法即采用鈷

鉬、鎳鉬等催化劑，使有機硫轉化為

硫化氫，然后將其脫除。氧化鐵脫硫

法是常用的干法脫硫方法，最佳反應

溫度為25~50°C,該法硫化氫去除效

率高（一般大于99%)、投資低、操

作簡單。缺點是對水敏感，脫硫成本

較高，再生放熱，床層有燃燒風險，

反應表面隨再生次數而減少，釋放的

粉塵有毒。濕法脫硫。可采用氧化法和吸收

法。氧化法可采用氨水法等，吸收法

可采用烷基醇胺法、堿性溶液法等。45

畜禽糞污資源化利用技術專欄Resource utilization technology oflivestock and poultry manure☆中國畜牧業O圖3干法序批式厭氧反應器O圖4沼氣利用技術路徑碳酸鈉吸收法是常用的濕法脫硫方

法，該法既可脫除硫化氫，也可脫除

二氧化碳，設備簡單、運行經濟；缺

點是一部分碳酸鈉變成了重碳酸鈉，

吸收效率降低，另有一部分變成硫酸

鹽而被消耗。物理脫硫。常用有機溶劑作為吸

收劑，具體可采用聚乙二醇二甲醚

法、冷甲醇法、活性炭吸附法等。活

性炭吸附法是較為常用的物理脫硫技

術，適用于硫化氫含M< 0.3%的氣

體.去除效率高，操作溫度低，但投

資和操作費用高，冉生成本高，間時

單質硫易沉積在孔道里難以清理。生物脫硫法。生物脫硫法是利用

無色硫細菌，如氧化硫硫桿菌、氧化

亞鐵硫桿菌等，在微氧條件下將硫化

氫氧化成單質硫的方法。該方法去除

效率高，大規模使用時運行成本低，

適合于規模化沼氣工程使用，但處理

過程中有可能會引入氧氣和氮氣。幾

種常用脫硫工藝比較見表1。3.沼氣儲存:沼氣儲氣柜一般分

為低壓濕式儲氣柜、低壓干式儲氣柜

和高壓干式儲氣柜三種類型。(1 )低壓濕式儲氣柜。低壓濕

式儲氣柜國內技術成熟，雖然造價較

高，但運行可靠、管理方便并具有輸

送沼氣所需的壓力。具體分為螺旋導軌儲氣柜、外導架直升式儲氣柜、無

外導架直升式儲氣柜。一是螺旋導軌

儲氣柜一般適合作大型儲氣柜，優點

是用鋼材較少；缺點是抗傾指性能不

好，對導軌制造、安裝精度要求高。二是外導架直升式儲氣柜一般適

合作中小型儲氣柜，優點是加強了儲

氣柜的剛性，抗傾覆性好，導軌制作

安裝容易；缺點是外導架比較高，施

工時高空作業和吊裝工作量較大，鋼

耗比同容積的螺旋導軌儲氣柜略高。三是無外導架直升式儲氣柜結構

簡單，導軌制作容易，鋼材消耗小于有

外導架直升式儲氣柜，但其抗傾檀性能

最低，一般僅用于小的單節航柜。(2)低壓干式儲氣柜。低壓干式

儲氣柜可分為筒倉式儲氣柜、低壓單膜

/雙膜儲氣柜和低壓儲氣袋。一是筒倉

式儲氣柜可大大減少基礎荷重，在儲氣

柜底板及側板全高1/3的下半部要求氣

密，而側板全高2/3的上半部分及柜頂

不要求氣密，可以設置洞口以便丁作人

員進人活塞上部進行檢查和維修。此類

型儲氣柜主要采用稀油密封和柔膜密封

的:^3坑體密封。二是低壓單膜儲氣柜由抗

紫外線的雙面涂覆聚偏氟乙烯

(polyvinylidene

fluoride,

PVDF)涂層

的外膜材料制作，特點是單層結構，保溫效果好于鋼結構，但差于雙層膜

結構。雙膜儲氣柜采用雙層構造，內

層采用沼氣專用膜，外層采用抗老化

的外膜材料，同時可以起到保持外形

和保證恒定工作壓力的作用。三是低壓儲氣袋材質可采用進口

塑膠，為了滿足儲氣袋的安全使用，

可在儲氣袋外圍建有圓筒形鋼外殼，

較典型的是利浦儲氣柜。(3)高壓干式儲氣柜。高壓干

式儲氣柜系統主要由緩沖罐、壓縮

機、高壓干式儲氣柜、調壓箱等設備

組成。緩沖罐容積應根據厭氧發酵裝

置產氣量而定，一般情況下以20 ~ 30

分鐘升降一次為宜。壓縮機應采用防

爆電源，以保證系統的安全運行，所

選擇壓縮機的流量應大于發酵裝置產

氣量的最大值，但不宜超過太多，以

免造成浪費。在北方應建壓縮機房，

以確保壓縮機在寒冷條件下能夠正常

工作。高壓儲氣柜內的壓力一般為0.8兆帕，應選擇有相關資質廠家生

產的產品，并在當地安檢進行備案。儲氣柜的容積應按需要的最大調

節容量決定。用于民用的儲氣容積可

按日平均供氣量的50% ~ 60%確定。

用于發電機組連續運行時，儲氣容積

宜按發電機日用氣量的10% ~ 30%確

定；發電機組間斷運行時，儲氣容積

宜大于間斷發電時間的用氣總量用

于提純壓縮時，儲氣容積宜按日用氣

量的10% ~ 30%確定。確定氣柜單體

容積時，應考慮氣柜檢修期間供氣系

統的調度平衡，對于不間斷供氣的

用戶，氣柜數量不宜少于2個。（供

稿：國家畜禽養殖廢棄物資源化利

用科技創新聯盟）丨表1常川脫硫r.藝比較氧化鐵法脫硫脫硫設備投資占地面積吸收劑成本是否需要解吸劑再生成本剩余物處理成本脫凈率中等大低需要較高較高90% ~ 99%濕法脫硫大中等中等需要高高80%-90%活性炭吸附法大中等高需要且較難高高96%-99%生物脫硫

中等中等大規模使用時成本低需要且較難高.再生較難較高95%-99%丨46