大中型沼气工程工艺.

欢迎参加湖北省大中型沼气工程建设质量监督员培训班各位同志大中型沼气工程工艺华中农业大学张衍林教授1水体污染(1)水体有机污染物使水质浑浊，水色变黄，气味恶臭；消耗水体中的溶解氧(DO)，有机物进行厌氧分解，产生各种恶臭物质，水体变黑发臭，水质恶化。通常用COD、BOD5表达有机质含量COD指水体中能被化学氧化剂氧化的物质在规定条件下进行化学氧化过程中所消耗的氧的数量，以每升水样中消耗氧的毫克数表示。BOD水体中微生物分解有机物的过程中所消耗的水中溶解氧的量，以每升水样消耗溶解氧的毫克数表示。一般都以在20℃条件下，培养5天所消耗的氧来表示，记为BOD5(2)营养物质氮、磷营养物质，长期不断排入水体，使水生生物特别是藻类不断得到营养，大量繁殖，形成一片片“水花”。2土壤污染饲料中的矿物质、微量元素添加剂所含的铜、锌、砷等重金属经畜禽粪便浓缩后排入土壤,可造成土壤长期的重金属污染。如铜的过量应用将引起植物中铜含量的增高、植物生长减慢、产量降低。牧草地长期、大量施用含高铜的粪污，牧草(干重)含铜15～20ｍg/kg时就可使对铜敏感的绵羊发生中毒。3传播疾病畜禽粪便通常含有大量的病原微生物，如黄曲霉菌、沙门氏菌、志贺氏菌等，以及寄生虫，如血吸虫、旋毛囊虫等。目前已有200种“人畜共患传染病”，其中，严重的有89种，可由猪传染的约25种。目前畜禽粪便处理模式沼气(厌氧)--还田模式适用范围养殖场规模不大，养猪场一般出栏在2万头规模以下，冲洗水量少。远离城市，经济比较不发达，土地宽广，有足够的农田消纳养殖场粪污的地区，特别是种植常年施肥的作物，如蔬菜、经济类等作物的地区。沼气(厌氧)--还田模式关键沼气(厌氧)-还田模式要真正达到营养物质还田-循环利用，污染物零排放，必须解决好四个关键问题。第一个关键：土地的承载力；第二个关键：要有足够大的沼渣沼液储存装置；第三个关键：沼渣沼液的经济运输距离.第四个关键：沼渣沼液施用标准沼气(厌氧)--还田模式优点􀁺(1)污染物零排放，最大限度实现资源化；􀁺(2)可以减少化肥施用，增加土壤肥力；(3)耗能低，管理方便;(4)运转费用低等。沼气(厌氧)--还田模式缺点（1）需要有大量农田利用沼炸沼液，万头猪场需要3000左右亩地消纳，因此受条件限制，适应性不强；（2）雨季以及非用肥季节还须考虑沼液的出路；（3）不合理的使用方式或连续过量使用会导致硝酸盐、磷及重金属的沉积，从而对地表水和地下水构成污染。沼气(厌氧)----自然处理模式主要是利用氧化塘、土地处理系统或人工湿地等自然处理系统对粪污进行处理沼气(厌氧)--自然处理模式适用范围􀁺适用于离城市较远，经济欠发达，气温较高，土地宽广，地价较低、有滩涂、荒地、林地或低洼地可作废水自然处理系统的地区。􀁺养殖场规模一般不能太大，对于猪场而言，一般年出栏在5万头以下，以人工清粪为主，水冲为辅，冲洗水量中等。沼气(厌氧)--自然处理模式的关键(1)越冬问题；(2)氧化塘属于处理系统；(3)排放标准的认可。沼气(厌氧)----自然处理模式优点投资比较省；􀁺可持续运行；􀁺运行管理费用低,不(少)耗能；􀁺污泥量少,不需要复杂的污泥处理系统；􀁺厌氧处理系统基本无臭味；􀁺没有复杂的设备，管理方便,对周围环境影响小,无噪音。沼气(厌氧)----自然处理模式的缺点􀁺土地占用量较大；􀁺处理效果受气温影响大；􀁺有污染地下水的可能。沼气(厌氧)——好氧处理模式这种模式粪污处理系统由预处理、厌氧处理、好氧处理、后处理、污泥处理及沼气净化、贮存与利用等部分组成，需要较为复杂的机械设备和要求高的构筑物，其设计、运转均需要较为专业的技术人员来执行。沼气(厌氧)—好氧处理模式适用范围该模式适用于地处大城市近郊，经济发达，土地紧张，没有足够的农田消纳养殖场粪污的地区；采用这种模式的猪场规模较大，一般出栏在5万头规模以上；当地劳动力价格较为昂贵，主要使用水冲式清粪，冲洗水量大，5万头猪场排放的粪尿污水：100m3/d以上。沼气(厌氧)——好氧处理模式的关键1厌氧消化后，好氧处理效果差；2排放标准的认可。沼气(厌氧)——好氧处理模式的优点􀁺占地少；􀁺适应性广，不受地理位置限制；􀁺运行效果稳定。􀁺沼气(厌氧)——好氧处理模式的缺点􀁺投资大，万头规模的猪场投资在160～180万元；􀁺能耗高，处理1m3污水，耗电约2~4kwh；􀁺运转费用高，处理1m3污水，运转费2.0元左右；(欧洲10-15EURO/m3)。􀁺机械设备多，维护管理量大；􀁺需要专门的技术人员进行运行管理。规模化畜禽场粪污处理沼气工程模式选择：我国规模化猪场大多建在离大城市较远的地区，饲养规模不大。因此，粪污处理应优先考虑还田利用，利用不完而剩余的，再采用自然处理模式进行处理，即采用还田与自然处理相结合的综合处理模式。畜禽场大中型沼气工程模式选择原则：合理规划，种养结合；干清工艺，源头控制；还田利用，优先考虑；自然处理，必要补充；厌氧好氧，无奈选择。畜禽场大中型沼气工程工艺衡量沼气工程性能的指标如何衡量沼气工程的先进性？池容产气率（容积负荷）；投入产出比(单位沼气投资、单位沼气运行能耗、单位沼气运行费用)；稳定性：日均产气量标准差、夏季与冬季产气量之比；运行持久性：稳定运行年限。大中型沼气工程的常用指标总固体(TS)是悬浮固体(SS)和溶解固体(DS)的总和，以单位体积水样在103~105ºC蒸发干后残留物的重量表示。悬浮固体(悬浮物SS)，指水样经离心或过滤后得到的悬浮物经蒸发后所剩余固体物质的量。挥发性固体(VS)表示样品中悬浮物、胶体和溶解性物质中有机物的量。它是总固体(TS)在600ºC灼烧2h后损失的量。通常用COD、BOD5表达有机质含量水力停留时间HRT：指进入反应器的料液在反应器内的平均停留时间，如果反应器的有效容积为V(m3)，则：HRT=V/Q另外还有：污泥停留时间SRT微生物停留时间MRT原料产气率：农业废弃物的原料产气率理论值大约为0.7m3/kgTS或0.35m3CH4/kgCOD。实验值是采用一定方法在实验室测得的最大原料产气率。一般为理论值的70%左右。三种主要有机物理论产气量容积产气率：容积产气率是指在一定条件下，沼气池单位容积的产气量。单位：m3/m3.d。容积产气率与沼气池的能源效益紧密联系，是评价沼气池的一个重要指标。它受原料入池多少、原料种类、沼气池规模、发酵时间、温度等影响。大中型沼气工程0.3-5m3/m3.d。大中型沼气工程一般工艺1、完全混合式厌氧反应器(CSTR)全混式消化器是在常规消化器内安装了搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态，与常规消化器相比，使活性区遍布整个消化器，其效率比常规消化器有明显提高，故又名高速消化器，缩短了水力停留时间长，中温条件下，约下，约15~30天优点：可以进入高悬浮固体含量的原料；消化器内物料均匀分布，避免了分层状态，增加了底物和微生物接触的机会；消化器内温度分布均匀；避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象。进入消化器的抑制物质，能够迅速分散，保持较低的浓度水平。缺点：由于该消化器无法做到使SRT和MRT在大于HRT的情况下运行，所以需要消化器体积较大；要有足够的搅拌，所以能量消耗较高；底物流出该系统时未完全消化，微生物随出料而流失。在德国，大约90%的沼气工程发酵装置是立式罐，立式发酵罐采用完全混合式工艺，装置容积800~1500m3。集中沼气工程发酵装置容积2000~5000m3。容积达到1000m3的立式发酵罐顶部常常装有双膜贮气柜，发酵--贮气一体化。2、塞流式亦称推流式消化器（HCPF）是一种长方形的非完全混合消化器，原料从一端进入，从另一端流出，原料在消化器内的流动呈活塞式推移状态。在进料端呈现较强的水解酸化作用，甲烷的产生随着向出料方向的流动而增强。由于进料端缺乏接种物，所以要进行污泥回流。在消化器内应设置挡板，有利于运行的稳定。优点：不需搅拌装置，结构简单，能耗低；适宜高固体且本身含有较多的甲烷菌，不易酸化等的原料。加入搅拌设施后，在高浓度状态仍可有效控制原料的沉淀、分层以及表层浮渣结壳等问题，尤其适用于牛粪的消化；运转方便，故障少，稳定性高。直接进料，避免了鲜粪前处理的投资和运行费用，并有效控制了蒸汽换热过程的热损耗。缺点：固体物可能沉淀于底部，影响消化器的有效体积，使HRT和SRT降低；需要固体和微生物的回流作为接种物；因该消化器面积／体积的比值较大，难以保持一致的温度，效率较低；易产生结壳。因该消化器单体体积较小（最大不超过300m3），相对投资略大，占地面积较大。3、上流式厌氧污泥床反应器(UASB)UASB是目前发展最快的消化器之一。在反应器中设有气、液、固三相分离器，具有产气和均匀布水形成的良好自然搅拌，并在反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥。使MRT比HRT大大增长，产甲烷效率明显高，污泥床区平均只占消化器体积的30％，但80％～90％的有机物在这里被降解。该工艺将污泥的沉降和回流置于同一个装置内，降低了造价，在国内外已被大量用于低SS废水的处理三相分离器原理优点：除三相分离器外，消化器结构简单，没有搅拌装置及填料；较长的SRT及MRT使其实现了很高负荷率；颗粒污泥的形成使微生物天然固定化，增加了工艺的稳定性；出水SS含量低。无混合搅拌设备。污泥床内不设填料，节约造价及避免因填料发生堵塞的问题。缺点需要安装三相分离器；需要有效的布水器，使进料能均匀分布于消化器底部；要求进水SS含量低（适宜低浓度）；在水力负荷较高或SS负荷较高时易流失固体和微生物，运行技术要求较高。污泥床内有短流现象，影响处理能力；对水质和负荷突然变化比较敏感，抗冲击能力差。4、厌氧滤器(AF)经多年研究，厌氧滤器AF多用纤维或硬塑料作为支持物，使细菌附着于表面形成生物膜。当污水穿流过生物膜时，有机物被细菌利用而生成沼气。AF反应器可以选择在厌氧滤器的不同高度不同方向进水，水流方向可以升流或降流。由此使得反应器在水力和有机负荷冲击下的稳定性增强，有机废水COD去除率增加，同时使可溶性污水快速转化。优点：低操作费用，不需要搅拌；因有较高的效率，可缩小消化器体积；微生物固着在惰性介质上，MRT相当长，微生物浓高；抗冲击负荷强。有机负荷高，一般为0.2~16kgCOD/(m3.d)。在相同温度下，厌氧滤池的负荷是厌氧接触工艺的2~3倍缺点：填料的费用较高(可达总造价的60％)；由于微生物的积累，增加了运转期间料液的阻力；易发生堵塞和短路；通常需要较长的启动期。5、升流式固体床反应器(USR)在USR反应器的下部是含有高浓度厌氧微生物的固体床。发酵原料从反应器底部进入，依靠进料和所产沼气的上升动力按一定的速度向上升流，通过高浓度厌氧微生物固体床时，有机物被分解发酵，上清液从反应器上部排出。类似UASB，不同点是浓度增加到5%左右优点：在重力的作用下，比重较大的固体物与微生物靠自然沉降作用积累在反应器下部，使反应器内始终保持较高的固体量和生物量，即有较长的SRT和MRT，由于SRT较长，出水带出的污泥不需回流，固体物得到了较为彻底的消化，SS去除率在60-70％。缺点：进料固形物SS在5-6%,再提高易出现布水管堵塞等问题(单管布水易短流)，适宜中等浓度发酵。对含纤维素较高的料液(如牛粪)，应在发酵罐液面增加破浮渣设施，以防表面结壳。技术工艺应用特点粪水分离装置钢筋混凝土结构沼气工程钢结构沼气工程储气柜