厌氧发酵的工程应用实例
1.瑞士考穆坡盖斯 (KOMPOGAS)公司的厌氧发酵工艺
越来越多的关心生态平衡的机构选择了分类处理垃圾的方法,
因为在市政垃圾中三分之一以上的成分是有机物和可以循环利用的物质,分类收集的有机废物,特别是湿的和易降解的部分,以生态和经济方面合理的方式循环利用 。 有机物中的能量用来产生热能和电力 。
考穆坡盖斯公司迄今已建成十几个 KOMPOGAS处理厂 （ 详见表 5-3-9）,每天接受有机废物,所有设备均能可靠的完成处理和循环过程 。
图 2-3-30给出了这种处理厂的原理示意图,废物分解过程中产生的沼气转变为电力和热能,除了满足处理厂运行需要之外,还有相当部分的剩余可以输出 。 沼气作为一种替代或混合能源,可以提纯至天然气标准用来驱动机动车辆或发电 。 由于设备运行可靠,所以可以获得高产气率 。 在这方面已经积累了相当多的经验,
利用新的核心模块降低了这类处理厂的造价 。
工艺特点,
（ 1） 有机废物的处理符合生态学原则；
（ 2） 利用废物中的能量,产生可观的能源；
（ 3） 符合现有的卫生标准；
（ 4） 采用 55~60℃ 高温厌氧发酵,卧式发酵罐可安装在工厂的地下室；
（ 5） 可获得高品质的腐殖质,不损失其中养分,可以配合堆肥厂使用；
（ 6） 无异味散发,填埋量最小；
（ 7） 占用空间小,减少二氧化碳的排放 。
工艺流程
图 2-3-31KOMPOGAS处理厂的工艺流程图 。 整个工艺分供料准备,
发酵,堆肥,废水处理,沼气利用和空气处理六大部分 。
工艺流程说明,
1供料准备
1.1机动车闸门； 1.2接收区 (平台 /槽 )； 1.3供料系统； 1.4螺旋粉碎机； 1.5
分离不能处理物质； 1.6减小体积； 1.7磁力分选机
2发酵
2.1中间存贮； 2.2带泵的供料罐； 2.3换热器； 2.4发酵装置； 2.5出料口；
2.6带供料罐的脱水机； 2.7脱水贮存罐； 2.8湿度调节系统
3堆肥和堆肥结束
3.1最后堆肥生产线； 3.2供料系统； 3.3筒形筛； 3.4重力分离系统
4废水处理
4.1密封的贮存装置； 4.2生物污水处理
5沼气利用
5.1沼气处理； 5.2膜式贮存罐； 5.3联合发电机组； 5.4应急沼气燃烧器；
5.5热能分配装置； 5.6配电装置；
5.7沼气处理； 5.8充气站
6排放空气处理
6.1输气装置； 6.2生物过滤器； 6.3空气加湿器
2.芬兰斯堪斯卡 （ SKANSKA） 公司的有机物厌氧发酵工艺
SKANSKA公司将城市污水处理中的污泥消化技术拓展到处理城市生活垃圾,取得了很好的效果,已在芬兰和德国等地建立了示范工厂,最近几年进入中国上海等地推广此技术 。
工艺特点：
SKANSKA公司的工艺基本与 KOMPOGAS公司的工艺相同,其主要区别是：
– （ 1） 其备料罐是专利技术,在备料罐中实现水选,将轻质物料用刮渣机刮出来；砂石,玻璃等从备料罐下部用水反冲排除,备料罐还能调节干固有机物进料的含量和温度 。
– （ 2） 采用立式发酵罐 （ 又称生物反应器 ）,罐体室外露天安装,下锥体和排渣口在地下室,实现洁净生产 。
– （ 3）采用中温 35-37℃ 发酵工艺，参入发酵的菌种比较皮实，运行稳定可靠。
工艺流程：
图 2-3-32是 SKANSKA公司的发酵工艺流程图 。 破碎后的可腐有机物被送入备料罐,在重力作用下,轻质物料被浮渣刮渣机刮走,惰性固体废物如玻璃,砖瓦,石头,不带磁性金属的废电池等沉积到备料罐底部,经过反冲洗后排出 。 同时,为适应厌氧发酵的需要,备料罐还能调节干固有机物进料的含量和温度 。 在备料罐中经过充分混合后的物料通过管道输送到生物反应器,反应器温度维持在 35?C，
并按要求进行搅拌,15~20天完成厌氧发酵过程 。 发酵后的物料被送到消毒罐,加热到 70?C,维持时间不少于 30分钟,然后经压榨机脱水,形成固体腐殖质 。 这种腐殖质可直接用于改良土壤,也可作为复合肥和生物菌肥 （ 如固氮菌,解磷菌和解钾菌肥 ） 等的原料 。 产生的沼气经净化后直接用作燃料或发电 。
图 2-3-33是生物反应器和沼气罐的外观图,图 2-3-34是生物反应器的下锥体部分 。
表 5-3-14给出了用 SKANSKA公司的工艺流程,处理 1000kg干固体的能量平衡 。
3.南阳酒精厂厌氧接触工艺
（ 1） 概况
南阳酒精总厂 （ 现为天冠集团 ）,采用薯类作原料,年产酒精 10万吨 。
该厂年排出酒精废糟液 80多万吨,废气 7万 m3,废渣 3万多吨 。 该厂是国内最早采用厌氧发酵生产沼气的酒精厂,开始采用消化池发酵,1987年投资建造两个 5000m3的发酵罐,一个 10000m3的储气罐,以及其他配套工程,日处理糟液由原来的 400~500m3提高到 1500m3,日产沼气由
10000m3提高到 40000m3。 配合南阳市煤气,沼气混合工程,在市区南北各建 2万 m3和 3万 m3的储气柜,铺设沼气输送管道 55km,新建调压站 7座,
与煤气混合,可解决 10万户,40万人的生活用气,其规模之大,居亚洲之首 。
（ 2） 处理工艺
南阳酒精总厂的废糟液处理整个工艺流程见 图 2-3-35。 酒精厂排放 1300-
1500t/d酒糟废液 。 这一排放废液经过固液分离,分离出的 DDG作为饲料出售 。 经过固液分离后的废液量为 1000-1100t/d,进入厌氧消化池 。
值得说明的是在两种情况下,厌氧处理的糟液量是有变化的,一是如果饲料销售价格低或销售不出去时；二是当城市需要更多的沼气时,均将不进行固液分离而全部进入厌氧消化池以多产沼气 。 所以这是厌氧接触工艺的一个优点,也是本系统的一个优点 。 因在产生沼气和饲料销售两个渠道可以进行调节,增加了系统的灵活性 。
（ 3） 工厂效益
南阳酒精厂年转化为沼气的 COD总量达到 33,000吨以上 。 由于市区
40%的居民用上了沼气,可少向大气排放二氧化硫,氮氧化物,烟尘
2,400吨以上；减少燃煤废渣 6,000吨以上 。 南阳酒精厂沼气工程的建成,
沼气主要用于居民生活和工业原料,因此带来了巨大的经济效益,社会效益和经济效益 。
经济效益,年产沼气 1200多万 m3,年增收 600多万元 （ 0.5元 /m3） 。
社会效益,解决了南阳市区 2万多户,10万人的烧气问题,甩掉了煤炉子,年节约标准煤 20,000多吨 。 同时每天供应南阳市石油化工厂
6,000~8,000m3沼气做工业原料,生产二氯甲烷,三氯甲烷等,使该厂年增销售收入 2,400万元,利税 280万元 。 发酵池的消化液可做有机肥料灌溉农田 3~5万亩,年节约化肥 6,000多吨,节水 80多万吨 。 根据国家环保总局测定,每年利用 80万 m3消化液,肥效相当于氮,磷,钾复合肥
6,900吨,可使农田增产 2~3成,获效益 200万元以上 。
环保效益,年处理废液 80多万吨,酒精废糟液经发酵后,COD,BOD
含量分别降低 84%和 90%,pH值由 4.2上升到 7.2~7.3,悬浮物由
20,000mg/L降低到 700mg/L。 每年转化的 COD总量在 33,000吨以上 。 每年 2万多户居民用沼气代替煤球,减少排放二氧化硫等废气 500多吨,减少废渣 10,000多吨 。
图 2-3-30考穆坡盖斯 (KOMPOGAS)工厂的原理示意图图 2-3-31KOMPOGAS处理厂的工艺流程图序号 地点 开工时间 能力 （ t/a） 发酵罐类型 能量利用
1 Kyoto,Japan 1999/5 1,000 1个,钢结构 电,示范
2 Alzey-worms,Germany 1999/6 2,4000 2个,钢结构 电
3 Frankfurt,Germany 1999/9 1,5000 1个,混凝土 电
4 Volketswil,Switzerland 2000/7 5,000 1个,钢结构 电
5 Bioabfallbehandlungsanlag
e
Robben,Austria
2000/11 10,000 1个,钢结构 电
6 Oetwil am See 2001/春 10,000 1个,钢结构 电
7 Otelfingen,Switzerland 1996/7 12,000 1个,混凝土 电,燃料
8 Braunschweig,Germany 1997/6 24,000 2个,钢结构 沼气用于已有电厂
9 Munchen-Erding,Germany 1997/8 24,000 2个,钢结构 电
10 Lustenau,Austria 1997/9 10,000 2个,钢结构 沼气用于已有电厂
11 Hunstruck,Germany 1997/12 10,000 2个,钢结构 电
12
Niederuzwil,Switzerland 1998/2 8,000
5,000
1个,混凝土
1个,钢结构电
13 Test-facility 100 1个,钢结构 没用
14 Rumlang,Switzerland 1989 500 1个,钢结构 没用,示范工厂
15 Rumlang,Switzerland 1992/1 3,500
5,000
2个,混凝土 电,燃料,消化加热16 Bachenbulach,Switzerland 1994/1 10,000 2个,钢结构 电,燃气送入天然气供应系统1718 Samsagerm,Switzerland 1995/1 10,000 2个,钢结构 电,燃气送入天然气供应系统Kempten,Germany 1996/4 10,000 2个,钢结构 电图 2-3-32斯堪斯卡 （ SKANSKA） 公司的发酵工艺流程图图 2-3-33生物反应器和沼气罐的外观图
2-3-34生物反应器的下锥体部分可腐有机质 淤泥沼气燃烧 (kwh) 1960 1730
气体发动机热能 (kwh) 960 850
工艺用热所占百分比 (%) 30 50
气体发动机电能 (kwh) 700 620
工艺用电所占百分比 (%) 13 13
表 2-3-15处理 1000kg干固体的能量平衡絮凝剂
DDG饲料出售
1000-1100t/d
板框机脱水沼气 37000~46000m3
固液分离
（立式离心）
卧式离心机
（仅用于玉米糟）
冷却塔
55℃
厌氧消化池
（ 2× 5000m3）
滤液冲灰沉淀池鱼塘出水排放河流或回用作冷却水 COD<100mg/L
脱硫 沼气柜
10000m3
图 2-3-35南阳酒精厂废水厌氧处理工艺流程图
1.瑞士考穆坡盖斯 (KOMPOGAS)公司的厌氧发酵工艺
越来越多的关心生态平衡的机构选择了分类处理垃圾的方法,
因为在市政垃圾中三分之一以上的成分是有机物和可以循环利用的物质,分类收集的有机废物,特别是湿的和易降解的部分,以生态和经济方面合理的方式循环利用 。 有机物中的能量用来产生热能和电力 。
考穆坡盖斯公司迄今已建成十几个 KOMPOGAS处理厂 （ 详见表 5-3-9）,每天接受有机废物,所有设备均能可靠的完成处理和循环过程 。
图 2-3-30给出了这种处理厂的原理示意图,废物分解过程中产生的沼气转变为电力和热能,除了满足处理厂运行需要之外,还有相当部分的剩余可以输出 。 沼气作为一种替代或混合能源,可以提纯至天然气标准用来驱动机动车辆或发电 。 由于设备运行可靠,所以可以获得高产气率 。 在这方面已经积累了相当多的经验,
利用新的核心模块降低了这类处理厂的造价 。
工艺特点,
（ 1） 有机废物的处理符合生态学原则；
（ 2） 利用废物中的能量,产生可观的能源；
（ 3） 符合现有的卫生标准；
（ 4） 采用 55~60℃ 高温厌氧发酵,卧式发酵罐可安装在工厂的地下室；
（ 5） 可获得高品质的腐殖质,不损失其中养分,可以配合堆肥厂使用；
（ 6） 无异味散发,填埋量最小；
（ 7） 占用空间小,减少二氧化碳的排放 。
工艺流程
图 2-3-31KOMPOGAS处理厂的工艺流程图 。 整个工艺分供料准备,
发酵,堆肥,废水处理,沼气利用和空气处理六大部分 。
工艺流程说明,
1供料准备
1.1机动车闸门； 1.2接收区 (平台 /槽 )； 1.3供料系统； 1.4螺旋粉碎机； 1.5
分离不能处理物质； 1.6减小体积； 1.7磁力分选机
2发酵
2.1中间存贮； 2.2带泵的供料罐； 2.3换热器； 2.4发酵装置； 2.5出料口；
2.6带供料罐的脱水机； 2.7脱水贮存罐； 2.8湿度调节系统
3堆肥和堆肥结束
3.1最后堆肥生产线； 3.2供料系统； 3.3筒形筛； 3.4重力分离系统
4废水处理
4.1密封的贮存装置； 4.2生物污水处理
5沼气利用
5.1沼气处理； 5.2膜式贮存罐； 5.3联合发电机组； 5.4应急沼气燃烧器；
5.5热能分配装置； 5.6配电装置；
5.7沼气处理； 5.8充气站
6排放空气处理
6.1输气装置； 6.2生物过滤器； 6.3空气加湿器
2.芬兰斯堪斯卡 （ SKANSKA） 公司的有机物厌氧发酵工艺
SKANSKA公司将城市污水处理中的污泥消化技术拓展到处理城市生活垃圾,取得了很好的效果,已在芬兰和德国等地建立了示范工厂,最近几年进入中国上海等地推广此技术 。
工艺特点：
SKANSKA公司的工艺基本与 KOMPOGAS公司的工艺相同,其主要区别是：
– （ 1） 其备料罐是专利技术,在备料罐中实现水选,将轻质物料用刮渣机刮出来；砂石,玻璃等从备料罐下部用水反冲排除,备料罐还能调节干固有机物进料的含量和温度 。
– （ 2） 采用立式发酵罐 （ 又称生物反应器 ）,罐体室外露天安装,下锥体和排渣口在地下室,实现洁净生产 。
– （ 3）采用中温 35-37℃ 发酵工艺，参入发酵的菌种比较皮实，运行稳定可靠。
工艺流程：
图 2-3-32是 SKANSKA公司的发酵工艺流程图 。 破碎后的可腐有机物被送入备料罐,在重力作用下,轻质物料被浮渣刮渣机刮走,惰性固体废物如玻璃,砖瓦,石头,不带磁性金属的废电池等沉积到备料罐底部,经过反冲洗后排出 。 同时,为适应厌氧发酵的需要,备料罐还能调节干固有机物进料的含量和温度 。 在备料罐中经过充分混合后的物料通过管道输送到生物反应器,反应器温度维持在 35?C，
并按要求进行搅拌,15~20天完成厌氧发酵过程 。 发酵后的物料被送到消毒罐,加热到 70?C,维持时间不少于 30分钟,然后经压榨机脱水,形成固体腐殖质 。 这种腐殖质可直接用于改良土壤,也可作为复合肥和生物菌肥 （ 如固氮菌,解磷菌和解钾菌肥 ） 等的原料 。 产生的沼气经净化后直接用作燃料或发电 。
图 2-3-33是生物反应器和沼气罐的外观图,图 2-3-34是生物反应器的下锥体部分 。
表 5-3-14给出了用 SKANSKA公司的工艺流程,处理 1000kg干固体的能量平衡 。
3.南阳酒精厂厌氧接触工艺
（ 1） 概况
南阳酒精总厂 （ 现为天冠集团 ）,采用薯类作原料,年产酒精 10万吨 。
该厂年排出酒精废糟液 80多万吨,废气 7万 m3,废渣 3万多吨 。 该厂是国内最早采用厌氧发酵生产沼气的酒精厂,开始采用消化池发酵,1987年投资建造两个 5000m3的发酵罐,一个 10000m3的储气罐,以及其他配套工程,日处理糟液由原来的 400~500m3提高到 1500m3,日产沼气由
10000m3提高到 40000m3。 配合南阳市煤气,沼气混合工程,在市区南北各建 2万 m3和 3万 m3的储气柜,铺设沼气输送管道 55km,新建调压站 7座,
与煤气混合,可解决 10万户,40万人的生活用气,其规模之大,居亚洲之首 。
（ 2） 处理工艺
南阳酒精总厂的废糟液处理整个工艺流程见 图 2-3-35。 酒精厂排放 1300-
1500t/d酒糟废液 。 这一排放废液经过固液分离,分离出的 DDG作为饲料出售 。 经过固液分离后的废液量为 1000-1100t/d,进入厌氧消化池 。
值得说明的是在两种情况下,厌氧处理的糟液量是有变化的,一是如果饲料销售价格低或销售不出去时；二是当城市需要更多的沼气时,均将不进行固液分离而全部进入厌氧消化池以多产沼气 。 所以这是厌氧接触工艺的一个优点,也是本系统的一个优点 。 因在产生沼气和饲料销售两个渠道可以进行调节,增加了系统的灵活性 。
（ 3） 工厂效益
南阳酒精厂年转化为沼气的 COD总量达到 33,000吨以上 。 由于市区
40%的居民用上了沼气,可少向大气排放二氧化硫,氮氧化物,烟尘
2,400吨以上；减少燃煤废渣 6,000吨以上 。 南阳酒精厂沼气工程的建成,
沼气主要用于居民生活和工业原料,因此带来了巨大的经济效益,社会效益和经济效益 。
经济效益,年产沼气 1200多万 m3,年增收 600多万元 （ 0.5元 /m3） 。
社会效益,解决了南阳市区 2万多户,10万人的烧气问题,甩掉了煤炉子,年节约标准煤 20,000多吨 。 同时每天供应南阳市石油化工厂
6,000~8,000m3沼气做工业原料,生产二氯甲烷,三氯甲烷等,使该厂年增销售收入 2,400万元,利税 280万元 。 发酵池的消化液可做有机肥料灌溉农田 3~5万亩,年节约化肥 6,000多吨,节水 80多万吨 。 根据国家环保总局测定,每年利用 80万 m3消化液,肥效相当于氮,磷,钾复合肥
6,900吨,可使农田增产 2~3成,获效益 200万元以上 。
环保效益,年处理废液 80多万吨,酒精废糟液经发酵后,COD,BOD
含量分别降低 84%和 90%,pH值由 4.2上升到 7.2~7.3,悬浮物由
20,000mg/L降低到 700mg/L。 每年转化的 COD总量在 33,000吨以上 。 每年 2万多户居民用沼气代替煤球,减少排放二氧化硫等废气 500多吨,减少废渣 10,000多吨 。
图 2-3-30考穆坡盖斯 (KOMPOGAS)工厂的原理示意图图 2-3-31KOMPOGAS处理厂的工艺流程图序号 地点 开工时间 能力 （ t/a） 发酵罐类型 能量利用
1 Kyoto,Japan 1999/5 1,000 1个,钢结构 电,示范
2 Alzey-worms,Germany 1999/6 2,4000 2个,钢结构 电
3 Frankfurt,Germany 1999/9 1,5000 1个,混凝土 电
4 Volketswil,Switzerland 2000/7 5,000 1个,钢结构 电
5 Bioabfallbehandlungsanlag
e
Robben,Austria
2000/11 10,000 1个,钢结构 电
6 Oetwil am See 2001/春 10,000 1个,钢结构 电
7 Otelfingen,Switzerland 1996/7 12,000 1个,混凝土 电,燃料
8 Braunschweig,Germany 1997/6 24,000 2个,钢结构 沼气用于已有电厂
9 Munchen-Erding,Germany 1997/8 24,000 2个,钢结构 电
10 Lustenau,Austria 1997/9 10,000 2个,钢结构 沼气用于已有电厂
11 Hunstruck,Germany 1997/12 10,000 2个,钢结构 电
12
Niederuzwil,Switzerland 1998/2 8,000
5,000
1个,混凝土
1个,钢结构电
13 Test-facility 100 1个,钢结构 没用
14 Rumlang,Switzerland 1989 500 1个,钢结构 没用,示范工厂
15 Rumlang,Switzerland 1992/1 3,500
5,000
2个,混凝土 电,燃料,消化加热16 Bachenbulach,Switzerland 1994/1 10,000 2个,钢结构 电,燃气送入天然气供应系统1718 Samsagerm,Switzerland 1995/1 10,000 2个,钢结构 电,燃气送入天然气供应系统Kempten,Germany 1996/4 10,000 2个,钢结构 电图 2-3-32斯堪斯卡 （ SKANSKA） 公司的发酵工艺流程图图 2-3-33生物反应器和沼气罐的外观图
2-3-34生物反应器的下锥体部分可腐有机质 淤泥沼气燃烧 (kwh) 1960 1730
气体发动机热能 (kwh) 960 850
工艺用热所占百分比 (%) 30 50
气体发动机电能 (kwh) 700 620
工艺用电所占百分比 (%) 13 13
表 2-3-15处理 1000kg干固体的能量平衡絮凝剂
DDG饲料出售
1000-1100t/d
板框机脱水沼气 37000~46000m3
固液分离
（立式离心）
卧式离心机
（仅用于玉米糟）
冷却塔
55℃
厌氧消化池
（ 2× 5000m3）
滤液冲灰沉淀池鱼塘出水排放河流或回用作冷却水 COD<100mg/L
脱硫 沼气柜
10000m3
图 2-3-35南阳酒精厂废水厌氧处理工艺流程图
