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靳红燕：【环保】全网最全的干式厌氧和湿式厌氧差异分析

2022-9-29 14:58| 发布者: admin| 查看: 85| 评论: 0

摘要: 前两天无意间看到一个环保交流群里大家在讨论一个干式厌氧中式项目，报道中对项目细节介绍很模糊，只给了一个看上去很不错的产气数据。有群友问：这个数据是否靠谱，如果靠谱，干式厌氧是否具有明显的优势。无论国内 ...

前两天无意间看到一个环保交流群里大家在讨论一个干式厌氧中式项目，报道中对项目细节介绍很模糊，只给了一个看上去很不错的产气数据。有群友问：这个数据是否靠谱，如果靠谱，干式厌氧是否具有明显的优势。无论国内还是国外，厌氧的主流一直是湿式厌氧。干式厌氧在国内一直被提及，但实际应用很少，零星的几个项目也都以失败告终。但近几年随着垃圾分类的兴起，开始有厂家在厨余垃圾上推干式厌氧。但关于湿式厌氧和干式厌氧的具体概念和差异，很多人可能并不是特别清楚。我找了很多资料，多是从概念层面进行介绍，从实际工程应用层面介绍的很少，所以我根据自己做厌氧十几年的经验，重新做了一个梳理和总结。

一、湿式厌氧和干式厌氧的划分

干式厌氧与湿式厌氧技术的本质区别在于厌氧罐内物料总固体浓度（即含固率）的差别。一般物料含固率大于20%，多呈现出一种非流动状态，这个状态下进行厌氧消化，我们称为干式厌氧，含固率低于20%则多数物料呈现出流动状态或者半流动状态，我们称为湿式厌氧消化。对于大多数物料，含固率在14%以上时（即14~20%之间），多呈现粘稠状态，而在14%以下时流动性较好，所以湿式厌氧又可以细分为完全湿式厌氧和高含固湿式厌氧（也称为半干式厌氧）。以上是业界通常的分类方法。而根据我个人经验，含固率在14%以下的物料，还应进一步细分为“有机废水厌氧（也可称为水厌氧）”和“有机浆液厌氧”。物料随着含固率的增加会有状态的变化，同样的，随着含固率的减少也会有状态的变化。当含固率降低到一定程度（通常在2%以下），工程思路完全不一样。长期做厌氧的人肯定知道“有机废水厌氧”和“有机浆液厌氧”，根本就不是一个圈子的人在做，原理虽然一样，但实现过程不一样，关注点不一样，关键点也不一样。
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我个人对湿式厌氧和干式厌氧的分类

二、湿式和干式厌氧在实际工程领域的差异

1、物料含固率差异很多人可能不明白，为什么要按照物料含固率来分类。因为，所谓物料的含固率，其实就是物料中固形物的含量，与之对应是含水分的多寡。含固率一是影响着厌氧罐内厌氧菌的附着和生长。二是影响了物料输送、搅拌、传质等过程。（1）对厌氧菌的附着和生长的影响比如，我为什么要把有机废水厌氧单独分出来，因为废水中，有机物多呈现溶解状态或悬浮状态，而厌氧菌生存和生长需要附着在固形物上，固形物不够，厌氧菌就无法附着和生长，所以对于废水厌氧来说，有一个稳定的活性污泥床就很关键。对于含固率较高的物料，厌氧菌可以附着在物料的有机固形物上，同时固形物的消化需要时间，也足够厌氧菌的生长，就不需要单独的污泥床，因此有机浆液厌氧、半干式厌氧和干式厌氧都不存在污泥床的概念。（2）对物料输送、搅拌、传质过程的影响随着含固率的增高（含水率的降低），物料的流动性逐渐降低，输送、搅拌、传质难度就会逐渐升高，这些问题也是制约高含固率厌氧发展的主要因素，抛开这些，单纯的谈厌氧效率和产气率，其实意义不大。就好比一辆引擎故障都没有解决车，我们不会先去关注它能跑多快。实际工程中发现，物料含固率超过12%（不同类型物料会有差别，这里指大多数物料），就会出现上述的制约因素，含固率越高制约越明显，可供选择的设备也越少。
2、罐体形式（工艺形式）的差异罐体形式，也是厌氧的工艺形式。有机废水厌氧，目前使用较多的罐体形式（工艺形式）有升流式厌氧污泥床（UASB）；内循环厌氧反应器（IC）；升流式固体反应器（USR）；升流式污泥床—过滤器（UBF）；厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）。有机废水厌氧已经在我国发展了很多年，相对较为成熟，设备标准化程度较高，国内可供选择的供货商也较多，可以做到完全的国产化。有机浆液厌氧和高含固湿式厌氧（半干式厌氧），目前主要是采用完全混合式厌氧反应器（CSTR）。理论上也可以采用⾼浓度推流式反应器（HCPF），不过实际工程中较少见到该工艺。有机浆液厌氧，在我国也已经发展了很多年，虽然没有有机废水厌氧成熟，但也基本稳定，国内有较多供应商可供选择，但部分关键设备，如厌氧罐搅拌器、输送泵等，仍然可能需要进口。干式厌氧在我国才刚刚起步，虽然有几个案例，但运行状况都不太好，目前市面上的技术也主要来自国外（包括从国外引进技术的国内厂家），国内能够提供干式厌氧的厂家很少（这里指自有技术）。从国内外技术来看，主要的有以下几种工艺形式（罐体形式）：（1）车库式反应器顾名思义，厌氧发酵像在车库中一样，为批次发酵，靠装载车或者特殊装置来进出料，罐内没有搅拌器、输送泵等机械转动装置，因此物料基本无需复杂的前处理。厌氧菌在进料前接种。罐体内的温度主要靠喷淋液来维持。典型代表有德国的Bioferm 公司和BEKON公司。

BEKON公司工艺技术示意图

车库式厌氧进出料
（2）卧桶推流式反应器该工艺是利用搅拌器的推流作用，使得物料在卧式的筒仓内均质混合和缓慢移动，新物料在卧桶前段进入，靠搅拌器慢慢推至卧桶尾端，物料在由前到后的移动过程中不断的降解和反应，降解完的物料由尾端排出。一般采用批次进料，以利于释放产生的沼气。物料需要一定程度的破碎和除杂，以防止对罐体和搅拌器的磨损，进出料通常采用柱塞泵。典型代表厂家有瑞典Kompogas公司、德国联合新能源有限公司（JIC Positive Energy）、德国Linde公司。

Kompogas干式厌氧工艺技术示意图

Linde干式厌氧工艺技术示意图
（3）立式气流搅拌反应器该工艺反应器与湿式反应器外形相同，采用圆柱形钢制立桶式反应罐。物料分选破碎后靠柱塞泵打入罐子，厌氧罐采用气力搅拌，一般是从厌氧罐底部射入高压的沼气流混合搅拌，厌氧罐底部设置多个气流射入点。和湿式厌氧一样，该工艺需要物料在厌氧罐内充分搅拌混合，因此进罐前的物料需要做较好的分选和破碎。典型代表厂家主要是法国的VALORGA。

VALORGA公司技术工艺示意图
（4）竖向推流式反应器竖向推流式与卧式推流式原理类似，都是推动物料移动，在物料的推动过程中，不断被厌氧菌降解产生沼气。卧式反应器的物料运动方向是从前到后，而竖向推流式物料的运动方向是从上到下。采用圆柱形立桶式厌氧罐，罐子底部采用锥底，锥底接出料螺旋，新鲜物料由柱塞泵打入罐子最上部，随着底部螺旋的出料，上部物料会在重力的作用下缓慢向罐子锥底部分运动。物料在进罐前进行接种。代表厂家主要是比利时的OWS 公司的Dranco工艺。

Dranco工艺厌氧罐底部出料螺旋
（5）干湿结合的淋滤工艺该工艺分为两个部分，前段是水解段（也可以理解成干式厌氧段），主要采用消化液喷淋的方式，消化液流过固形物堆体，可分解和淋融出大量有机物，淋融出的液体收集后，再送入产甲烷段（可以理解为湿式厌氧段）进行厌氧消化产生沼气，湿式厌氧出来的消化液再回流喷淋水解段。代表厂家有德国BEKON公司，还有国内的维尔利。

干湿结合的淋滤工艺示意图
3、主要影响因素监测指标的差异厌氧的原理一样，主要影响因素基本都一样，详细可参考《【干货】一张图带你弄懂厌氧消化（发酵）技术》，但不同的环境下，每种影响因素的制约程度是不同的，所以我们需要监测的指标不同厌氧是一个黑箱，我看不到厌氧罐内部，更看不到厌氧菌的生存状况，只能通过一些外在的可监测指标，来分析和判断厌氧过程是否顺畅。对于有机废水厌氧，最根本的目的是充分的去除有机污染物，最怕的是活性污泥培养不起来，没有效果。所以一般需要监测的指标有：（1）有机污染物情况指标：如COD、BOD、TN、氨氮、SS等；（2）运行过程监测指标：温度、压力、污泥界面等；（3）厌氧稳定性监测指标：罐内活性污泥情况、PH、沼气流量等；而对于除有机废水外的物料，厌氧过程最怕的就是罐内酸化，最想要的是产气状况稳定，产气率高。一般监测的指标有：（1）物料情况指标：如TS、VS、氨氮等；（2）运行过程监测指标：温度、压力、液位等；（3）厌氧稳定性监测指标：碱度、挥发性脂肪酸、PH；（4）产沼气情况指标（同时也反应厌氧稳定性）：沼气流量、沼气成分等。

三、湿式和干式厌氧重难点及适用性差异

1、重难点（1）有机废水厌氧有机废水的重难点在于配水系统设计、罐体设计、活性污泥的培养和控制。（2）有机浆液厌氧和高含固湿式厌氧（半干式厌氧）相对有机废水厌氧，含固率高的物料重难点主要在于输送、加热、搅拌、浮渣结壳问题、罐底积砂问题。输送：输送环节主要是泵的选型、阀门选型、管道设计等。浆液浓度越高，输送难度越大，可供选择的设备也就越少。加热：我们前面说过，厌氧消化最好控制温度的变化率在1℃以内，而物料流动性越差，热传导性就越差，加热难度也就越大。目前能采用的加热形式有，罐壁加热、蒸汽直喷加热、罐外换热器加热、喷淋液加热等。搅拌：对于有机浆液厌氧，另一个比较大的难点就是如何保证厌氧罐内的均质，因为一旦不均质，就很容易造成局部酸化，进而造成整个罐子酸化。浆液浓度越高，搅拌难度越大。目前高含固率厌氧搅拌器，世界范围内可供选择的供货商也屈指可数。对于干式厌氧，搅拌更成了直接制约因素，当然也可以避开搅拌如竖向推流工艺和干湿结合的淋滤工艺。浮渣结壳及罐底积砂；浮渣主要是害怕结壳，会影响的沼气的排出，沼气如果不能顺畅排出，就可能影响厌氧罐的安全。而底部沉砂，经过日积月累，可能会积攒很多，影响的主要是厌氧罐的有效容积（进而影响进料量），还可能堵塞出料口、人孔等。浮渣结壳和底部积砂，最根本的原因是搅拌不够充分，造成的分层问题，但这个问题单纯依靠搅拌来解决不太现实，因为实际工程中，厌氧罐比较大，基本都是低速搅拌，做不到完全不分层，一般都是通过别的辅助手段解决。所以这个问题也算是一个单独的难点。（3）干式厌氧干式厌氧除上述输送、搅拌、加热等问题外，不同的工艺还有不同的难点。目前，无论哪种工艺，在国内都没有完成彻底落地（这里的彻底落地，指在国内有项目，且运行平稳），所以现在还无法提炼出一个共有的重难点。
2、适用性其实每种工艺技术，并没有绝对的好坏，主要看适合与否。湿式厌氧和干式厌氧的选择，也是一样，关键是看所处理物料的含固率。湿式厌氧适用于绝大多数的有机废弃物，如有机废水、畜禽粪污、餐厨垃圾、果蔬垃圾等。干式厌氧比较适用于高含固率的物料，比如农业废弃物、园林垃圾、厨余垃圾等。但农业废弃物和园林垃圾，目前集中收集较为困难，项目比较少。这两年随着厨余垃圾的兴起，干式厌氧在国内越来越受重视，但是从目前各地收上来的厨余垃圾现状来看，含固率并没有想象的高，因此，干式厌氧竞争优势并不明显。
干式厌氧在我国发展较慢的主要原因，也是因为适用的物料并不多。而且对于大多数可厌氧发酵的物料，往里面加水是比较容易的，但想把水分弄出来却非常困难。因此，如果含固率没有高到有绝对优势（即加水的成本高于直接采用干式厌氧），在干式厌氧目前还不成熟且投资较高的情况下，大家就不会倾向于选择干式厌氧。
湿式厌氧和干式厌氧差异对比