杭州能源环境工程有限公司 浙江省杭州市 310000
摘要：我国作为一个农业和畜牧业的大国，随着粮食产量和畜牧业数量的增加，农作物秸秆年产量和畜禽粪污逐年上升。大量秸秆露天焚烧不但造成极大的资源浪费，而且带来大气污染、火灾事故、堵塞交通等大量的社会、经济和生态问题。因此，采用秸秆与畜禽粪污厌氧发酵制气技术，不仅解决了环境污染问题，还产生了新的环保能源，实现了资源的二次利用。本文根据作者多年工作经验，对秸秆与畜禽粪污厌氧发酵制气关键技术进行了详细的阐述和分析，供大家参考和借鉴。
关键词：秸秆；畜禽；粪污；厌氧发酵；制气；技术
1、秸秆厌氧发酵制气技术
1.1工艺方案
干式厌氧发酵制沼气中试工程工艺流程如图1所示。发酵原料输送至快速预热混合器进行预热、接种、搅拌混合等预处理后，由螺杆泵输送至干式厌氧发酵装置进行厌氧发酵并产生沼气。干式发酵装置为卧式浆叶轴机械搅拌厌氧发酵罐，采用55℃高温发酵工艺。整个发酵工艺中采用两级厌氧发酵系统：一级为卧式厌氧主发酵罐，二级为液相立式发酵罐。经一级发酵后的物料由浆料泵输送至固液分离机，经固液分离后的固体堆肥，制成肥料出售。渗滤液除部分作为接种物回用外，其余进入液体储存罐，液体储存罐中的液体部分回流进入预处理快速预热混合器与新鲜原料接种，其余液体泵入二级立式发酵罐，使未完全发酵的物料在此进行再次发酵。二次发酵罐出料进入沼液贮池，做液体有机肥。一级发酵罐和二级发酵罐产生的沼气暂存于二级发酵罐顶部的膜式贮气柜中，经由净化后的沼气供厂区自用。
.png)
图1 干式厌氧发酵工艺流程图
2、畜禽粪污原料预处理技术
畜禽粪污原料预处理主要为原料的均质和除砂处理。受养殖种类、养殖模式、饲料种类、粪污清运方式等影响，运送至厌氧发酵制气厂的畜禽粪污含固率常存在较大差异，同时往往具有较高的含砂量。畜禽粪污在运输至厌氧发酵制气厂时，要进行均质和除砂处理。均质处理一般通过调节畜禽粪污含固率、破碎、搅拌等方式实现，均质处理后的畜禽粪污需经沉砂处理。目前，国内沼气项目中除砂的方法主要有沉砂渠法、折板沉砂渠法、提升式除砂法和无轴螺旋除砂法等几种除砂方法，各种除砂方式均有应用，鉴于畜禽养殖对应的养殖种类、养殖规模、清粪方式、清运方式等均存在一定差异，同时针对具体工程的畜禽粪污原料使用种类及配比无固定模式，在具体工程设计及建设时，拟采用的畜禽粪污原料预处理技术及设备应根据原料特性具体选定。
.png)
图2 畜禽粪污综合处理模式图
3、秸秆与畜禽粪污厌氧发酵制气关键技术
3.1进料系统及预处理
（1）进料系统
秸秆及牛粪经铲车收集后送入快速预热混合器，在此进行预热、搅拌和回流接种，接种后的物料经由螺杆泵泵入厌氧发酵反应器。预处理的主要目的是使原料和接种物在厌氧发酵前充分混合并加热至预设温度。高温厌氧发酵过程中，温度波动对产气效果和系统稳定性影响非常大，设计应保证发酵罐的温度波动尽可能小。原料初始温度与发酵罐运行温度相差较大时，会使发酵罐发生比较大的温度波动。需要对物料进行预热，避免因温差过大对发酵罐运行温度产生冲击。高固含量物料流动性差、传热慢，需要强制搅拌以促进传热，预处理系统采用双螺旋带搅拌以强化传热。畜禽粪便通常呈现假塑性流体性质，预热和搅拌有助于降低物料的粘稠度，利于物料输送。干式厌氧发酵时，基质和微生物接触困难，需对其进行预接种。通过发酵物回流接种，能促进物料和微生物充分接触，加速厌氧发酵进程，提高产气效果。接种物的浓度一般较进料浓度低，因此，接种还可以起到调节水分的作用。预处理后的物料由带螺旋喂料装置的单螺杆泵泵入卧式厌氧发酵罐。
（2）卧式厌氧反应器搅拌形式
搅拌可以使反应器内的物料混合均匀，温度、pH、微生物种群等保持均匀一致，还可以大大降低池底沉积及液面浮渣结壳。采用螺旋桨叶轴机械搅拌装置，桨叶在轴上按螺旋线排列，桨叶形状为杆齿式，桨叶轴转速无级可调。搅拌能耗低，特殊设计的螺旋桨叶轴可以实现物料的搅拌、推流。解决牛粪发酵过程中由于粘稠、致密抑制沼气释放等问题，加快厌氧发酵反应速度，提高反应器效率。物料在发酵罐中受螺旋桨叶的推流作用，随时间推移，解决物料逐步向反应器出料端推进和干发酵出料难题。
3.2厌氧发酵系统
厌氧发酵系统主要由厌氧发酵罐和CSTR专用搅拌机组成。在此单元内，秸秆通过中温厌氧发酵，生产含有二氧化碳和甲烷气的混合气。
沼气在发酵过程受温度影响很大，需要对温度进行严格的控制，将发酵料液维持在适宜的温度，以保证产气率。为了保证厌氧反应在冬季仍可正常运行，对系统实施了增温和整体保温措施。本设计对厌氧消化罐采用200mm厚聚苯乙烯材料进行强化保温。系统保温包括厌氧消化罐体的保温，管道、阀门的保温。考虑内设加热盘管容易表面结垢，降低换热效率，维修时需要清空消化池，造成停产，本设计沿罐壁设置加热盘管，采用热水循环加热。
3.3沼渣沼液存储加工单元
沼渣沼液存储加工单元主要由存储池或罐、固液分离机以及外送装置组成。储存在沼渣沼液池或者罐的沼渣沼液混合物通过渣浆泵送往固液分离机进行固液分离，分离出的沼渣作为沼肥或有机肥原料直接装车外运入田间储存池或回田施肥，分离的沼液可以回流到调节池用于物料的调节复配，以便于调节内部高浓度沼液沼渣混合物料的输送。
3.4沼气净化、储存及输配单元
该单元主要由柔性储气柜、水封槽、汽水分离器、脱硫塔以及增压输送系统组成化气柜中的沼气，经过水封槽、气水分离器、脱硫塔装置组成净化系统进行沼气脱硫处理，净化后的朝气经过燃气流量计计量后，一部分用于系统内部沼气锅炉的热源，另一部分通过增压机，经过输配系统调压和阻燃器装置输送到农户家中供气。
3.5出料固液分离系统及后处理系统
卧式厌氧发酵罐出料经泵送至螺旋挤压固液分离机进行固液分离。由于活塞式泥浆泵的入口低于卧式厌氧反应器出料口1.2m，同时活塞泵自身也有一定的自吸能力，出料阀门开启后，出料较易流入活塞式泥浆泵内，经泵送至螺旋挤压固液分离机进行固液分离，分离出的固体进行堆肥处理，渗滤液除部分用于接种物经泵回流至预处理工段外，其余送入二级发酵罐，渗滤液中未完全发酵的物料在此进行进一步发酵产气。二级立式厌氧罐发酵后的出料可作液体有机肥料使用。
二段厌氧发酵系统的沼渣沼液混合物通过渣浆泵送往固液分离机进行固液分离，分离出的沼渣作为沼肥或有机肥原料直接装车外运入田间储存池或回田施肥，分离的沼液可以回流到调节池用于物料的调节复配，也可以回流到二段厌氧发酵系统，以便于调节内部高浓度沼液沼渣混合物料的输送。
4、结束语
农村固体废弃物污染问题严重制约着我国美丽乡村的建设与农业的可持续发展，资源化是农村固体废弃物处理处置的必然趋势。因此，秸秆与畜禽粪污厌氧发酵制气关键技术的应用，将有效解决这一难题。
参考文献：
[1]我国农村固体废弃物资源化研究进展[J].闵超，安达，王月，徐海红，王刘华，康明，王劢博.农业资源与环境学报.2020（02）
[2]甘肃省高台县国家试点规模化生物天然气项目技术方案与实施[J].张良，方翔，王建荣，尹龙天，曹楠，方三叶，李建伟，李秀金.环境工程学报. 2020（07）
[3]秸秆混合厌氧发酵研究进展[J].方卉，赵剑斐，彭道平，黄涛，吴士博.四川环境.2019（03）