高浓度有机废液COD处理获取产业化沼气技术开发进展_程序

1前言目前在世界范围内，以厌氧发酵为核心的沼气技术正在不断得到提升。随着经济发展、城镇化和人民生活水平的提高，工业高浓度有机废水、城镇生活污水处理产生的污泥及城乡生活垃圾越来越多，形成严重的环境污染问题。大量事实证明，过去那种单纯为了治理这些废弃物而采取的措施，往往是投入可观而成效很不理想，还浪费了所含的巨量生物质能。因此，通过高效的厌氧发酵，在处理污染物的同时提取沼气，是理想的“双赢”途径。近年来国际上在密集开发新的第三代厌氧技术[1]。在微生物应用技术处于国际先进水平的日本和瑞典，以及发明上流式污泥床(UASB)和内循环式厌氧器(IC)的荷兰，从食品和农产品加工企业废液中回收沼气的技术正朝着高负荷、高产气效率、运行稳定、管理方便的生物厌氧发酵技术方向发展，如厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)技术。各种UASB工艺的改进型技术及装置也层出不穷，如TLP-UASB沼气快速高效发生生物反应器技术、AF+UASB厌氧生物反应系统技术等[2，3]。再有就是利用大型畜禽场粪便规模化制取沼气[4]，并用于发电、替代燃油等。目标都是寻求低投入、高效率、快速高效发生沼气的生物发酵技术及装置。目前我国上述研究尚处于起步阶段，研究工作分散，还有不少空白。2扩大沼气应用对中国的重要性当前节能减排已成为我国的基本国策，清洁能源将发挥越来越大的作用。天然气是最重要的理想洁净燃料，但我国天然气的储量较为不足，而且工业用(发电、合成氨等)需求量非常大，远远不能满足居民消费的需要。据《中国可持续发展油气资源战略研究》报告预测，2000~2020年我国天然气需求量年均增长率为10.8%，而天然气生产年均增长率仅为7.5%。据估测，到2020年我国天然气的年需求量将达2500×108m3，缺口将达到900×108m3，预计届时将不得不大量进口天然气(含液化天然气LNG)。需要强调指出的是，这个预测还是在完全排除8亿多农村人口使用天然气的情况下做出的。否则，届时我国天然气的缺口将会是极为惊人的数字。实事求是地分析，即便有可供的天然气资源，要在我国广大农村广泛使用天然气也是不现实的。高浓度有机废液COD处理获取产业化沼气技术开发进展程序1，梁近光2，冯孙正2，郑恒受3，杨苏声4，朱万斌1(1.中国农业大学生物质工程中心，北京100193；2.广西必佳微生物工程公司，广西南宁530003；3.广西壮族自治区农业环境保护站，广西南宁530022；4.中国农业大学生物学院，北京100193)摘要广西壮族自治区每年排放的工业废水中的COD值高达70×104t以上。在引进和再创新日本UASB-TLP技术的基础上，进行了菌群筛选与优化、颗粒污泥最佳培养条件的选择和控制，并改进了厌氧罐体内部结构，解决了大量、快速培养厌氧颗粒污泥的技术问题，在中试规模下COD负荷达到25kg/(m3·d)。产生了数量非常可观的沼气，为发展“产业化沼气”创造了条件。配以厌氧后段好氧发酵，酒精废液的COD值可较快地降至100mg/L以下。以COD计，我国工业和城市生活污水中所含有机物生物质能若全部加以处理和收集，则每年至少可产150×108m3甲烷。关键词高浓度有机废液COD厌氧发酵UASB-TLP产业化沼气作者简介：程序，教授，博士生导师，1965年毕业于北京农业大学农学专业，目前任教于中国农业大学农学与生物技术学院，研究方向为农作制度、农业生态学及可持续农业，曾多次获省部级奖励，并被评为国家级有突出贡献的中青年专家。E-mail：chengxu@cau.edu.cn2009年第14卷·30·中外能源SINO-GLOBALENERGY这是因为农户居住分散，输气方面的基础设施将耗费大量投资，国家和农民自身都无力承受。从这个意义上说，在农村地区已有数千万农户应用的农村小沼气池，实际上为减轻我国的天然气资源压力做出了很大贡献。据估算，目前在用的1400多万农户沼气池的年沼气产量相当于80×108m3的天然气。要使农民过上全面“小康”的生活，必须彻底改变千百年来依靠秸秆、薪柴、畜粪等传统生物质能的局面。客观地说，农户沼气有很多优点，特别是其生态和卫生效益十分突出。然而由于本身结构和工艺的“先天”条件所限，也确实存在着沼气池寿命短、故障多、低温下供气不稳、原料不足等缺点。相比之下，农民更渴望类似城市管道天然气那样的社会化的集中供气方式。3广西高浓度酒精、淀粉废液造成的问题广西壮族自治区地处亚热带，降雨量充沛，盛产甘蔗和木薯。以这两种农作物为原料的制糖业和淀粉(含酒精)业一直是自治区的两大支柱产业。广西境内分布着数百家制糖厂、淀粉厂和酒精厂，而且绝大部分是中、小规模，缺乏彻底根治废液污染的理想技术和设备。加上还有若干造纸厂、食品厂和酿造厂，使广西每年排放的工业废水中的化学需氧量(COD)高达70×104t以上。按