頂返式厭氧反應(yīng)沼氣池容產(chǎn)氣率的測定試驗①

原瑞芬 李斌 陳勇紅 張如松 陳志浪

（1莆田市農(nóng)業(yè)環(huán)保能源站福建莆田351100；2福建省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境與能源技術(shù)推廣總站福建福州350003；3仙游縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局能源站福建莆田351200）

我國水污染源46%來自農(nóng)村，而養(yǎng)殖業(yè)排放的高濃度有機(jī)廢水是其中重要污染源。目前，我國處理養(yǎng)豬場污水普遍采用推流式或全混合式沼氣池厭氧處理，這類沼氣池主要存在3大問題：一是厭氧消化效率低，容積有機(jī)負(fù)荷低；COD去除率低（50%～60%）；二是沼氣池容積大、施工周期長；三是厭氧出水沼液中含有大量厭氧污泥，出水COD高（3 000～4 000 mg/L）。因此，有必要自主研發(fā)了一種處理效率高、厭氧出水水質(zhì)好的頂返式厭氧反應(yīng)器沼氣池。

頂返式厭氧反應(yīng)器是CSTR反應(yīng)器的改進(jìn)版，適用于消化高濃度有機(jī)養(yǎng)殖污水的高效反應(yīng)器。應(yīng)用薄殼結(jié)構(gòu)和CSTR反應(yīng)器基本結(jié)構(gòu)和工藝原理，進(jìn)行了兩大方面的技術(shù)改進(jìn)：一是在反應(yīng)器的頂部增設(shè)了發(fā)酵液回流循環(huán)槽，用于替代儲氣柜儲存沼氣，當(dāng)產(chǎn)氣時，沼液被壓入頂返槽內(nèi)，形成了池內(nèi)外的水位差，即產(chǎn)生了供氣壓力；二是在反應(yīng)器正上方的中間位置，增設(shè)水封式懸空吊管，用作攪拌、增溫等設(shè)備安裝、維護(hù)和維修的通道。

以福建規(guī)模養(yǎng)豬場推廣應(yīng)用該頂返式厭氧反應(yīng)器為試驗依據(jù)，通過測定COD去除率，系統(tǒng)研究頂返式厭氧反應(yīng)器池容產(chǎn)氣率。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點為福建省億生農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司養(yǎng)豬場，以豬場養(yǎng)殖污水為研究對象，新建1 800 m3頂返式沼氣池（4×450 m3）。

1.2 試驗設(shè)計

經(jīng)統(tǒng)計，養(yǎng)豬場存欄生豬約6 000頭（平均毛重50 kg/頭）；試驗采用水沖糞（水泡糞）和干清糞工藝及固液分離設(shè)施2種進(jìn)料方式，每2個月測定1次沼氣池進(jìn)水COD、出水COD，通過COD去除率計算池容產(chǎn)氣率，每種進(jìn)料方式連續(xù)測定6次。

2 結(jié)果與分析

2.1 水沖糞（水泡糞）方式

以養(yǎng)豬場常年存欄約6 000頭的全部豬糞尿進(jìn)入沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，日鮮糞量約12 t、日尿量21 t；按豬糞、尿干物質(zhì)（TS）含量分別為18%、0.4%計，日豬糞、尿（TS）總量約2.244 t（其中豬糞和豬尿TS分別為2.16、0.084t）；考慮2%干物質(zhì)損耗率，每天若投TS 2199.12 kg，產(chǎn)沼率為0.28～0.32 m3/kg TS，取值0.30 m3/kg TS，理論上可產(chǎn)沼氣659.74 m3，頂返式厭氧反應(yīng)器的池容產(chǎn)氣率為0.37 m3/m3·d。

表1 水沖糞方式的頂返式厭氧反應(yīng)器COD去除率

根據(jù)《規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場沼氣工程設(shè)計規(guī)范》《沼氣生產(chǎn)利用技術(shù)》，沼氣的產(chǎn)氣率與滯留期、TS等因素有關(guān)，為較準(zhǔn)確測算沼氣產(chǎn)量，采用CODCr去除對應(yīng)沼氣產(chǎn)氣量的指標(biāo)。CODCr產(chǎn)氣率一般為0.4 m3/kg CODCr，結(jié)合厭氧消化池設(shè)計參數(shù)，每天沼氣產(chǎn)量不小于428.56 m3，頂返式厭氧反應(yīng)器的池容產(chǎn)氣率大于0.24 m3/m3·d。

2.2 采用干清糞工藝及固液分離設(shè)施

考慮60%干物質(zhì)損耗率（采用干清糞工藝及固液分離），每天若投TS 897.6 kg，產(chǎn)沼率0.28～0.32 m3/kg TS，取0.30m3/kg TS，理論上可產(chǎn)沼氣269.28 m3，頂返式厭氧反應(yīng)器的池容產(chǎn)氣率為0.15 m3/m3·d。

表2 干清糞工藝頂返式厭氧反應(yīng)器的COD去除率

與2.1同理，采用干清糞工藝及固液分離設(shè)施每天沼氣產(chǎn)量≥213.88 m3，頂返式厭氧反應(yīng)器的池容產(chǎn)氣率＞0.12m3/m3·d。

3 結(jié)論

沖欄污水CODCr濃度高達(dá)13 437～15 215 mg/L，經(jīng)干清糞工藝及固液分離后，濃度降為6 521～7 628 mg/L，經(jīng)頂返式厭氧反應(yīng)器厭氧消化后，水沖糞（水泡糞）方式的出水平均濃度為2 824.67 mg/L，CODCr去除率達(dá)80.24%；采用干清糞工藝及固液分離設(shè)施的出水平均濃度為1 522.33 mg/L，CODCr去除率達(dá)79.12%。由此可見，頂返式厭氧反應(yīng)器比傳統(tǒng)推流式或全混合式的沼氣池CODCr去除率（50%～60%）均高出20%～30%。

采用水沖糞（水泡糞）方式測得頂返式厭氧反應(yīng)器的池容產(chǎn)氣率為0.37 m3/m3·d，比傳統(tǒng)沼氣池容產(chǎn)氣率高54.17%；采用干清糞工藝及固液分離設(shè)施測得頂返式厭氧反應(yīng)器的池容產(chǎn)氣率為0.15m3/m3·d，比傳統(tǒng)沼氣池容產(chǎn)氣率高4.76%。