沼气发酵工艺是指在厌氧条件下，通过沼气发酵微生物的活动，处理有机废物、废水等并制取沼气的技术与装备，也称为厌氧消化工艺。
近20年来，由于开发可再生生物质能源及环境保护的需要，在科学研究的推动下，沼气发酵工艺得到迅速发展。由于发酵原料和发酵条件的不同，所采用的发酵工艺也多种多样。
一、工艺类型
对沼气发酵的工艺分类，从不同角度，有不同的分类方法。大型沼气工程，着重强调工程的运行温度、工程运行的最终目标以及所选用的处理原料，从这三个方面分类。
1、按发酵温度分（常温“变温”发酵型、中温（35℃）发酵型、高温（54℃）发酵型）
2、按工程目的分（能源生态型、能源环保型）
3、按处理原料分（处理食品工业有机废水工程型、处理畜禽粪污工程型、处理其他工业有机废水工程型）
根据沼气工程的目的和周边环境条件的不同，大中型沼气工程可分为能源生态模式和能源环保模式两种类型。
所 谓能源生态模式，即沼气工程周边的农田、鱼塘、植物塘等能够完全消纳经沼气 发酵后的沼渣、沼气液，使沼气工程成为生态农业园区的纽带。如畜禽粪便沼气工程，首先要将养殖业与种植业合理配置，这样既不需要后处理的高额花费，又可促 进生态农业建设，所以说能源生态模式是一促理想的工艺模式。
所谓能源环保模式，即沼气工程周边环境无法消纳沼气发酵后的沼涑、沼液，必须将沼渣制成商品肥料，将沼液经后处理达标排放。该 模式既不能使资源得到充分利用，而且工程和运行费用较高，应尽量避免使用。
二、工艺流程
一个完整的大中型沼气发酵工程，无论其规模大小，都包括了如下的工艺流程：原料（废水）的收集、预处理、消化器（沼气池）、出料的后处理和沼气的净化与储存等。
如： |沼气——消化——储存——用户
有机废物——调节池——预处理——厌氧消化器——后处理——排放 |
剩余污泥 （可用作肥料）
（一）原料收集
充 足稳定的原料供应是厌氧消化工艺的基础；不少沼气工程因原料来源的变化被迫停止运转或报废。原料的收集方式又直接影响原料的质量，如一个猪场采用自动化冲 洗其污水TS浓度一般只有1.5%~3.5%，若采用乔粪板刮出，则原料浓度可达5%~6%，如手工清运浓度可达20%左右。因此，在畜禽场或工厂设计时 就应当根据当地条件合理安排废物的收集方式和集中地点，以便就近进行沼气发酵处理。
收集到的原料一般要进入调节池储存，因为原料收集时间往往比 较集中，面消化器的进料常需在一天均匀分配。所以调节池的大小一般要能储存24小时废物量。在温暖季节，调节池常可兼有酸化作用，这对提高原料可消化性和 加速厌氧消化都有好处。若调节池内原料滞留期过长，会因好氧呼吸作用或沼气发酵的进行而损失沼气产量。
（二）原料预处理
原料常混杂有生产作业中的各种杂物，为便于用泵输送及防止发酵过程中出现故障，或为了减少原料中的悬浮固体含量，有的在进入消化器前还要进行升温或降温等，因而要对原料进行预处理。
在 预处理时，牛和猪粪中的长草、鸡粪中的鸡毛都应去除，否则极易引起管道堵塞。上海星火农场采用搅龙除草机去除牛粪中的长草，可以收到较好的效果，再配用切 割泵进一步切短残留的较长纤维和杂草可有效地防止管路堵塞。鸡粪中含有较多贝壳粉和砂砾等，必须进行沉淀清除，否则会很快大量沉积于消化器底部，不仅难以 排除，而且会影响沼气池容积。
酒精和丙酮丁醇废醪因加热蒸馏，排出温度高达100℃，因此需要降温后才能进入消化器，有条件时还可采用各种固液 分离机械将固体残渣分出用作饲料，有较好经济效益。有些高强度的无机酸碱废水在进料前还应进行中和，最好采用酸性和碱性废水混合处理，如将酸性的味精废水 和碱性的造纸废水加以混合可收到良好效果。
目前采用的固液分离方式有格栅机、搅龙除草机、卧螺式离心机、水力筛、板柜压滤机、带式压滤机和螺旋 挤压式固济分离机。其中，螺旋挤压式固液分离机主要用于SS含量高，且宜分离的污水，如新鲜猪粪污水；卧螺式离心机用于酒精厂废醪效果较好；搅龙除草机主 要用于纤维较长的废水的预处理；板柜压滤机和带式压滤机主要用于加凝絮剂后凝絮效果的废水，用于好氧污泥的处理效果特别好；水力筛一般均采用不锈钢制成， 用于杂物较多、纤维长中等的污水，如猪粪污水、鸡粪污水等，且其分离效果好，安装方便，易于管理，在南方应用面较广。
（三）厌氧消化器
厌氧消化器是大中型沼气工程的核心设备。微生物的繁殖，有机物的分解转化，沼气的生成都是在消化器里进行的，因此，消化器的结构和运行情况是一个沼气工程设计的重点。首先要根据发酵原料或处理污水的性质以及发酵条件选择适宜的工艺类型和消化器结构。
目 前，应用较多的工艺类型及消化器的结构有常规型消化器，如在农村大量使用的家用水压水式沼气池和酒厂使用的隧道式沼气池。第二类为污泥滞留型消化器，使用 较多的的有适用于处理可溶性废水的UASB及适用于处理高悬浮固体的 USR，另外，内循环厌氧消化器 (IC)是目前效率较高的工艺类型，主要用于处理中低浓度、SS含量低、 pH 偏中性的污水。第三类为附着膜型消化器，目前使用的主要是填料过滤器，适用于可溶性有机废水处理，有启动快、运行容易的优点。各类消化器的详细特性将在下 一节介绍。
（四）出料的后处理
出料的后处理为大型沼气工程所不可缺少的构成部分。过去有些工程未考虑出料的后处理问题，造成出料的二次污染，使有些沼气工程的周围环境不堪入目，白白浪费了可作为“绿色食品”生产用肥料的物质资源。
出 料后处理的方式多种多样，采用能源生态模式，最简便的方法是直接用作肥料施入农田或鱼塘，但施用有季节性，不能保证连续的后处理，应设置适当大小的贮液 池，以调节产肥与用肥的矛盾。如采用能源环保模式，则是将出料进行沉淀后再将沉渣进行固液分离，固体残渣用作肥料或配合适量化肥做成适用于各种作物或花果 的复合肥料，很受市场欢迎，并有较好经注明效益。清液部分可经曝气池、氧化塘、人工湿地处理设备进行深度处理，经处理后的出水，可用于灌溉或达标后排入水 体，但花费较大。
（五）沼气的净化、储存和输配
沼气发酵时会有水分蒸发进入沼气，由于微生物对蛋白质的分解或硫酸盐的还原作用也会有 一定量硫化氢(H2S)气体生成并进和沼气。水的冷凝会造成管路堵塞，有时气体流量计中也充满了水。H2S是一种腐蚀性很强的气体，它可引起管道及仪表的 快速腐蚀。H2S本身及燃烧时生成的SO2 、H2SO3、H2SO4对人都有毒害作用。
大型沼气工程，特别是用来进集中供气的工程必须设法脱 除沼气中的水和 H2S。中温35℃运行的沼气池，沼气中的含水量为40克/立方米，冷却到20℃时，沼气中的含水量只有19克/立方米，也就是说每立方米沼气在从35℃ 降温到20℃的过程中会有21克冷凝水。脱水通常采用脱水装置进行。沼气中的 H2S含量在1~12克/立方米之间，蛋白质或硫酸盐含量高的原料，发酵时沼气中的 H2S含量就较高。根据城市煤气标准，煤气中H2S含量不得超过20毫克/立方米。硫化氢的脱除通常采用脱硫塔，内装脱硫剂进行脱硫。因脱硫剂使用一定时 间后需要再生或更换，所以脱硫塔最少要有两个轮流使用。
沼气的输配是指将沼气输送分配至各用气户（点），输送距离可达数千米。输送管道通常采用 金属管，近年来工程也采用高奈聚乙烯塑料管、PE管、 PPR管等作为输气千管。用塑料管输气避免了金属管的易锈蚀等问题。气体输送所需的压力通常依靠沼气产生池或储气柜所提供的压力即可满足，远距离输送可采 用增压措施。

 

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