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基本信息

項(xiàng)目名稱：
兩相厭氧發(fā)酵處理養(yǎng)豬廢水一體化裝置
小類：
能源化工
簡介：
本設(shè)計采用兩相厭氧工藝可以提高處理效率，充分分解有機(jī)物，使出水達(dá)標(biāo)。采用兩段厭氧消化工藝對高濃度養(yǎng)豬場廢水進(jìn)行處理可提高系統(tǒng)的處理效果,增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和抗沖擊負(fù)荷能力,減少養(yǎng)豬場廢水直接生成有機(jī)酸所造成的系統(tǒng)酸化的危險。對傳統(tǒng)升流式固體反應(yīng)器(UASB)進(jìn)行改進(jìn),在保留UASB各項(xiàng)優(yōu)勢的前提下,使料液與厭氧微生物接觸更充分,提高了反應(yīng)器的傳質(zhì)效率、甲烷產(chǎn)氣率和COD去除效果。
詳細(xì)介紹：
本設(shè)計針對養(yǎng)豬場廢水進(jìn)行處理，養(yǎng)豬場廢水是一種難處理廢水，采用兩相厭氧工藝可以提高處理效率，充分分解有機(jī)物，使出水達(dá)標(biāo)。采用兩段厭氧消化工藝對高濃度養(yǎng)豬場廢水進(jìn)行處理可提高系統(tǒng)的處理效果,增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和抗沖擊負(fù)荷能力,減少養(yǎng)豬場廢水直接生成有機(jī)酸所造成的系統(tǒng)酸化的危險。對傳統(tǒng)升流式固體反應(yīng)器(UASB)進(jìn)行改進(jìn),反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置專用攪拌器,攪拌器間歇開啟,在保留UASB各項(xiàng)優(yōu)勢的前提下,使料液與厭氧微生物接觸更充分,反應(yīng)溫度更均勻,提高產(chǎn)氣率,同時還解決了傳統(tǒng)UASB的堵塞問題,提高了反應(yīng)器的傳質(zhì)效率、甲烷產(chǎn)氣率和COD去除效果?？傮w實(shí)驗(yàn)由承接關(guān)系的3部分組成：一是研究溫度對水解酸化的影響；二是在最優(yōu)溫度下研究進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對水解酸化的影響；三是采用前兩部分的結(jié)論進(jìn)行維持高產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)，從而得到高的容積產(chǎn)氣率。 厭氧生物處理技術(shù)已在廢水處理中發(fā)揮了不可替代的作用，厭氧生物法主要應(yīng)用于處理生活污水中的污泥及廢棄物，為消除有機(jī)污染和保護(hù)環(huán)境開辟了一條高效地好的新途徑。目前在國內(nèi)厭氧處理工藝形式多樣，特點(diǎn)各異，但其基本原理都是厭氧水解菌和厭氧產(chǎn)甲烷菌的代謝活動，將污染物中的大分子有機(jī)污染物水解為小分子的醇類和有機(jī)酸，最終轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳（沼氣的主要成分。） 厭氧生物處理的優(yōu)點(diǎn)： 1） 厭氧生物處理可技術(shù)動力消耗 2） 厭氧生物處理可產(chǎn)生生物能 3） 厭氧生物處理的污泥產(chǎn)量少 4） 對氮和磷的需要量低 5） 厭氧消化對某些難降解的有機(jī)物有較好的降解能力 近年來我國養(yǎng)殖業(yè)正在蓬勃發(fā)展，大量規(guī)?；B(yǎng)豬場不斷出現(xiàn)，使養(yǎng)豬業(yè)向優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展。然而養(yǎng)豬場所產(chǎn)生的大量糞尿及廢水卻給環(huán)境帶來了很大的壓力，這些糞尿及廢水大多未經(jīng)過妥善回收利用與處理即直接排放，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，成為生活中又一個重要的污染源。養(yǎng)豬場的糞尿與廢水是高濃度的有機(jī)排放物，懸浮物和氨氮含量大，惡臭高，而養(yǎng)豬行業(yè)又屬于微利行業(yè)，因此養(yǎng)豬場的糞尿與廢水處理難度較大。 兩相厭氧發(fā)酵處理養(yǎng)豬廢水一體化裝置的關(guān)鍵技術(shù)是使用過程中廢水的投加方式，沼液沼渣的排出時機(jī)，各種類型垃圾的投加比例(控制C/N值)，沼氣的凈化液的更新。 垃圾的投加方式：養(yǎng)豬廢水是投加的原料，注意這些原料需要經(jīng)過攪拌后投加效果比較好，同時注意一次的投加量，每次投加后要進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛? 沼液沼渣的排出時機(jī)：經(jīng)過一段時間的產(chǎn)氣后要排出沼液沼渣，防止氨氮過高影響產(chǎn)期率。 各種類型垃圾的投加比例(控制C/N值)：各種垃圾的C/N值不同，應(yīng)對垃圾的投加進(jìn)行配比，啟動時使C/N值不大于30∶1，運(yùn)行中C/N值6～30∶1比較合適。 沼氣的凈化液的更新：沼氣凈化采用的是石灰水凈化，石灰水的更換要及時。 使用時要防爆：原理及方法是沼氣與空氣在一定的混合比和遭遇明火情況下會引起沼氣爆炸或燃燒。消焰器的設(shè)置有效地防止了外部火焰進(jìn)入沼氣系統(tǒng)及火焰在管路中的傳播，進(jìn)而保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在所有沼氣系統(tǒng)與外界連通部位(如:與真空壓力安全閥、機(jī)械排氣閥連接安裝處)，以及氣柜、沼氣壓縮機(jī)、沼氣鍋爐、沼氣發(fā)電機(jī)、廢氣燃燒器沼氣管進(jìn)口處都設(shè)置了消焰器。消焰器內(nèi)部填充了金屬填料，當(dāng)火焰通過消焰器填料間縫隙時，熱量被吸收，溫度降低到燃點(diǎn)以下，達(dá)到消焰目的。 厭氧消化就是在無氧的條件下，由兼性菌和專性厭氧菌(甲烷菌)降解有機(jī)物，分解的最終產(chǎn)物為二氧化碳和甲烷的過程。此過程非常復(fù)雜，當(dāng)前較為公認(rèn)的理論模式是將厭氧消化分為液化、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷3個階段。嚴(yán)格的厭氧環(huán)境產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌都是厭氧性細(xì)菌，尤其是產(chǎn)生甲烷的甲烷菌是嚴(yán)格厭氧菌。因此，建造一個不漏水、不漏氣的密閉沼氣池(罐)，是人工制取沼氣的關(guān)鍵。 厭氧消化是一個系統(tǒng)過程，主要的影響因素有以下幾個: (1)溫度：溫度對污泥的分解速率和產(chǎn)氣量有較大的影響，通常在實(shí)際工程中都采用中溫消化，因?yàn)樗璧臏囟仍礁?，加熱生污泥至消化溫度所需的熱量也相?yīng)增大，消化池與環(huán)境的溫差大使熱損失越多。 (2)酸堿度：從發(fā)酵過程來看，酸性階段產(chǎn)乙酸，使污泥的pH值降低，堿性階段分解乙酸，使污泥的pH值升高，所以在正常的甲烷發(fā)酵過程中，無須隨時調(diào)節(jié)。為了產(chǎn)氣早、產(chǎn)量高，可以將啟動時的pH值調(diào)到7.5～7.8。 (3)攪拌：攪拌的目的是使裝置內(nèi)各處溫度均勻，進(jìn)入的原料與池內(nèi)的熟料完全混合，底質(zhì)與微生物完全接觸，防止發(fā)酵漿料分層，底部物料出現(xiàn)酸積累。 (4)營養(yǎng)與碳氮比：消化池的營養(yǎng)由投配污泥供給，營養(yǎng)配比中最重要的是C/N比。C/N比太高，細(xì)菌氮量不足，消化液緩沖能力降低；C/N比太低，含氮量過多，使有機(jī)物分解受到抑制。對于污泥消化處理來說，C/N為(10～20)∶1較合適。 (5)投配率：投配率系數(shù)是指每日加入消化池的新鮮污泥體積與消化池體積的比率。正常運(yùn)行的消化池處于堿性發(fā)酵階段，如果加入的生污泥過多，則酸的生成速率將大于酸的分解速率，揮發(fā)酸將在污泥中積累，破壞堿性發(fā)酵；但如果加入的生污泥過少，消化池的容積將增大，增加運(yùn)行費(fèi)用。因此，污泥的投配率應(yīng)適當(dāng)，一般在5% ~12%。 (6)有毒物質(zhì)：有毒物質(zhì)主要包括重金屬、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NH4+、表面活性劑以及SO42-、NO3-、NO2-等，它們對甲烷細(xì)菌有抑制作用。 兩相厭氧法是一種新型的厭氧生物處理工藝，1971年Ghosh和Pohland首次提出兩相兩相發(fā)酵概念，即把產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩階段獨(dú)立反應(yīng)器在各自最佳環(huán)境條件并將兩反應(yīng)器串聯(lián)形成兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)即兩相厭氧流化床。 特點(diǎn)： 1） 產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩階段獨(dú)立，提高各自反應(yīng)速率。 2） 酸化反應(yīng)器有一定緩沖作用，緩解沖擊負(fù)荷對后續(xù)產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的影響。 3） 酸化反應(yīng)器反應(yīng)進(jìn)程快，水力停留時間短，COD濃度可去除20％—25％,能夠大大減輕產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的負(fù)荷。 4） 負(fù)荷高，反應(yīng)器容積小，基建費(fèi)用低。 兩相厭氧發(fā)酵工藝分別為產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌，提供了最佳的生理環(huán)境，發(fā)揮了它們各自的最大活性，因而具有比單相厭氧發(fā)酵工藝更高的處理能力和處理效率，成為沼氣發(fā)酵的主要利用技術(shù)。我國采用兩相厭氧發(fā)酵工藝直接處理畜禽糞便的研究與應(yīng)用相對較少，目前以中溫全混合式工藝占主導(dǎo)地位，部分新建的沼氣工程采用了這一先進(jìn)的工藝技術(shù)。中溫兩相厭氧發(fā)酵可使豬糞、牛糞和雞糞的容積產(chǎn)氣率分別達(dá)到1.7～2.2m3/(m3?d)，1.2～1.5m3/(m3?d)和2.4～4.2m3/(m3?d)。國外在這方面的研究比較早,技術(shù)也比較成熟，如德國MBB公司采用500m3兩相厭氧罐發(fā)酵豬糞，中溫產(chǎn)氣率為5m3/(m3?d)；丹麥VEGGER沼氣實(shí)驗(yàn)場以牛糞為主，在50℃高溫發(fā)酵產(chǎn)氣率為5m3/(m3?d)；Jewell等在中溫35℃厭氧發(fā)酵牛糞，全混合式和塞流式的容積產(chǎn)氣率分別達(dá)到2.13 m3/(m3?d)和2.32m3/(m3?d)?？梢?，我國畜禽糞便的兩相厭氧發(fā)酵技術(shù)水平還有待進(jìn)一步提高。

作品圖片

  • 兩相厭氧發(fā)酵處理養(yǎng)豬廢水一體化裝置
  • 兩相厭氧發(fā)酵處理養(yǎng)豬廢水一體化裝置

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

厭氧發(fā)酵分為產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷2個階段，故我們設(shè)計一體化兩相厭氧發(fā)酵裝置來解決兩個階段需要不同的環(huán)境的問題。由于產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷的速度不同，需要控制兩個階段的停留時間，因此設(shè)計了兩個反應(yīng)池，并根據(jù)停留時間進(jìn)行容積設(shè)計，根據(jù)兩個反應(yīng)池進(jìn)水的流速流量控制反應(yīng)進(jìn)度，使反應(yīng)順利進(jìn)行。同時控制水溫、pH值、COD、NH4+、VFA優(yōu)化處理效果。技術(shù)的關(guān)鍵在于控制好產(chǎn)甲烷段的pH值、VFA、溫度來防止水質(zhì)酸化。主要技術(shù)指標(biāo)是COD去除率、NH4+去除率、產(chǎn)氣量。

科學(xué)性、先進(jìn)性

影響厭氧消化作用的因素有很多,如:反應(yīng)器類型、反應(yīng)條件、微生物種群、拮抗/協(xié)同作用、馴化等,這些因素使抑制物質(zhì)在不同條件下的抑制濃度范圍具有很大差異。運(yùn)用一體化兩相厭氧發(fā)酵處理原理，在厭氧的條件下使養(yǎng)豬糞尿和廢水中的各種有機(jī)質(zhì)最終轉(zhuǎn)化為沼氣，分別通過有機(jī)質(zhì)液化，產(chǎn)酸、產(chǎn)氫、產(chǎn)甲烷三個階段，達(dá)到回收利用，解決上述影響因素，控制條件使反應(yīng)連續(xù)高效進(jìn)行。在目前同類研究中，已經(jīng)有較多成熟的經(jīng)驗(yàn)， 但是采用一體化設(shè)計的較少，用于處理養(yǎng)豬廢水的較少，由于養(yǎng)豬廢水處理難度較大，所以本研究能解決這一問題將是較大的突破。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

模型，圖紙，圖片

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

， 養(yǎng)豬場所產(chǎn)生的糞尿及廢水大多未經(jīng)過妥善回收利用與處理即直接排放，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。養(yǎng)豬場的糞尿與廢水是高濃度的有機(jī)排放物，懸浮物和氨氮含量大，惡臭高，因此養(yǎng)豬場的糞尿與廢水處理難度較大。一體化兩相發(fā)酵厭氧處理在處理過程中污泥產(chǎn)量少，對氮和磷的需要量低，對某些難降解的有機(jī)物有較好的降解能力，同時解決了由于產(chǎn)酸過快導(dǎo)致處理過程中酸化，致使厭氧污泥難以有效處理廢水的問題。一體化兩相發(fā)酵厭氧處理的應(yīng)用不僅開拓了厭氧生物處理的市場，還有效的解決了當(dāng)前面臨的環(huán)境問題。

同類課題研究水平概述

養(yǎng)豬場廢水集合了養(yǎng)豬場飼養(yǎng)過程中由生豬排放的液體代謝產(chǎn)物和沖洗固體糞便和殘余飼料所產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水。廢水的水質(zhì)水量與養(yǎng)豬場的生產(chǎn)方式直接相關(guān)。目前國內(nèi)外規(guī)?；B(yǎng)豬場存在的主要清糞工藝有水沖式、水泡糞和干清糞工藝。我國大部分規(guī)?；B(yǎng)豬場采用水沖式工藝。一個萬頭養(yǎng)豬場采用水沖清糞僅廢水量每天就高達(dá)150～250m3。豬場廢水具有以下特點(diǎn)：排放量大，沖擊負(fù)荷大；固液混雜，有機(jī)質(zhì)濃度高(COD高達(dá)5 000～20 000mg/L，BOD5高達(dá)2 000～8 000mg/L)，處理難度很大；含氮量高，碳氮比失調(diào)。生豬養(yǎng)殖業(yè)利潤低，市場壓力大，研究經(jīng)濟(jì)有效的處理技術(shù)有利于促進(jìn)我國畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 目前養(yǎng)豬場污糞處理的主要方法是以厭氧發(fā)酵為主，輔之以好氧、物理和化學(xué)處理。在這一工藝中，厭氧發(fā)酵是一重要步驟。厭氧發(fā)酵具有處理量大、占地小的優(yōu)點(diǎn)，能使廢水中COD值大幅度下降，并產(chǎn)生能源沼氣。因此，厭氧發(fā)酵是整個廢水處理工藝的核心，它決定著整個處理工藝運(yùn)行的狀況。圍繞著厭氧發(fā)酵裝置，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究，采用各種不同的厭氧反應(yīng)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以提高其性能，開發(fā)高效的豬糞厭氧發(fā)酵設(shè)備。 厭氧處理技術(shù)經(jīng)歷了一個漫長的過程，從最初的化糞池、厭氧接觸法的基礎(chǔ)上發(fā)展了上流式厭氧污泥床(UASB)、厭氧生物濾池(AF)、厭氧序批式反應(yīng)器(ASBR)、兩相厭氧消化法、內(nèi)循環(huán)(IC)反應(yīng)器、厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)等工藝。厭氧處理具有能量需求低、可產(chǎn)生能源—沼氣、污泥量低、投資省、能耗低等特點(diǎn)。隨著現(xiàn)代高效厭氧反應(yīng)器的處理以及對厭氧技術(shù)原理的深入認(rèn)識，高效厭氧反應(yīng)器將更多的應(yīng)用于豬場廢水處理工藝中。對于利潤低微的豬場廢水，厭氧處理技術(shù)是把廢水處理和能源回收利用相結(jié)合的一種技術(shù)，是一種有效、簡單又費(fèi)用低廉的廢水處理技術(shù)。兩相厭氧發(fā)酵工藝分別為產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌，提供了最佳的生理環(huán)境，發(fā)揮了它們各自的最大活性，因而具有比單相厭氧發(fā)酵工藝更高的處理能力和處理效率，成為沼氣發(fā)酵的主要利用技術(shù)。我國采用兩相厭氧發(fā)酵工藝直接處理畜禽糞便的研究與應(yīng)用相對較少，目前以中溫全混合式工藝占主導(dǎo)地位，部分新建的沼氣工程采用了這一先進(jìn)的工藝技術(shù)。
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