规模养猪场沼气工程设计要求和建设标准刘耕

主题策划FEATURE36猪业科学 SWINE INDUSTRY SCIENCE 2011年 第6期规模养猪场沼气工程设计要求和建设标准刘耕（农业部科技发展中心能源生态建设处，北京100122；中国沼气学会，北京100122）随着经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，全国各类动物性食品需求高涨，我国畜禽养殖业得到了高速发展。畜禽产品产量不断增加，1996年到2006年的10年间，牛肉、猪肉和禽蛋产量分别增加了221万t、1492万t、729万t，增长幅度为62%、47%、43%。但随之而来的畜禽粪便处理问题日益严重，畜禽粪便污水不经处理排放造成的对水体、水源和农田土壤的污染问题及传播疾病问题日益凸现。畜禽废水的污染负荷已经远远超过工业废水和生活废水污染负荷的总和，成为水体的最大污染源。使我国畜禽养殖业面临着发展与环保的巨大双重压力。受居民的饮食结构、畜禽产品的增殖性能、生产投资等因素影响，我国猪肉食用量在肉食消费中一直占有重要地位，养猪业在畜禽养殖中占有很大的比重。1983年到2006年猪肉消费占肉食品比例均大于60%。2010全国生猪年末存栏46 440万头，出栏66 700万头，猪肉产量5 070万t，目前，我国是世界上第一大猪肉生产国，猪肉产量占世界总产量的50%左右。2010全国猪粪便年排放量超过了7亿t，其中集约化猪场每年集中排泄量高达3.2亿t。养猪业的发展为人们提供了大量高品质的肉食来源，提高了人们的生活品质；同时带动了地方农牧副业的发展，吸引了大量社会劳动力，增加了社会就业，实现了农民增收；大型养殖场的建设提高了养猪业的整体科技水平，带动了养猪业的发展。随着养猪业的发展，猪场粪污的治理成为畜禽污染治理的关键之一。养猪生产过程中产生大量有机废弃物，这些有机废弃物中含有大量的生物质能和有机肥资源，如不进行处理和综合利用而直接排放，不仅严重污染了水源、生态自然环境，对生产产生不利影响，也造成资源的极大浪费；同时，粪水四溢，将导致病菌传播，对企业扩大再生产和安全生产也将产生限制。因此，必须对大中型养猪场生产过程中产生的废弃物、废水进行综合利用和有效处理。如果善加处理和利用，包括猪粪等畜禽养殖所产生粪便污水不是负担，反而是资源。为了在不以牺牲环境质量为代价的前提下，实现畜禽养殖的快速增长，就需要消除畜禽养殖场产生的粪污等对环境的不利影响。而利用畜禽粪水开发利用生物质产生清洁的能源是最好的选择之一。利用厌氧消化技术处理畜禽养殖废水，制取清洁能源——沼气，制取无害化的有机肥——沼肥，在治理污染的同时变废为宝，减少温室气体的排放量，从而可以开发生物质能源，回收有机肥资源，将治理污染、净化环境、回收能源、综合利用、改善生态环境有机的结合起来，走生态畜牧业产业化可持续发展的道路，实现可持续的发展。 规模化畜禽养殖场沼气工程是指以规模化畜禽养殖场粪便污水的厌氧消化为主要技术环节，集污水处理、沼气生产、资源化利用为一体的系统工程。规模化畜禽养殖场沼气工程是有效处理畜禽粪便污水，杀灭病虫卵，切断疾病传播途径的重要技术工程手段。同时沼气工程还有着能源效益、生态效益等多种综合效益，在建设农业循环经济方面有重要的作用和深远的意义。为了发挥规模养猪场沼气工程的功能、效益，保障安全和正常运行，其设计和建设有着严格的要求。1  规模养猪场沼气工程设计要求1.1  总体要求1.1.1规模养猪场沼气工程设计前应确定科学的建设目的总体目标是：促进养猪粪污等有机废弃物资源的综合利用，开发农村清洁能源，提高农业综合生产能力，保护农业生产环境，实现农业的可持续发展，充分发挥大中型沼气工程的经济效益、环境效益和社会效益。具体目的是：规模养猪场沼气工程的建设，应以生产沼气、沼肥，兼顾畜禽养殖业和食品加工业废弃物的无害化处理为主要目的。1.1.2其他要求1）规模养猪场沼气工程的设计应该符合当地总体规划，与当地客观实际紧密结合，能够正确处理集中与分散、主题策划FEATURE37 2011年 第6期 SWINE INDUSTRY SCIENCE 猪业科学处理与利用、近期与远期的关系。2）沼气工程的设计应在不断总结生产实践经验和吸收科研成果的基础上，积极采用新技术、新工艺、新材料、新设备，以提高自动化水平、降低劳动强度、降低投资和运行费用。3）规模养猪场沼气工程的设计应以减量化、无害化、资源化为目标，应首先考虑养猪场改进生产工艺，实行清洁生产，从源头上减少粪污排放量。4）规模养猪场污染物的特性及其技术参数，以实际测定数据为准。5）规模养猪场沼气工程的原料应是养猪场的污水和粪便，应有充足和稳定的来源，严禁混入其它有毒、有害污水或污泥。6）规模养猪场沼气工程的设计应充分利用沼气，充分利用附近的农田消纳沼液、沼渣。7）沼气工程的设计应由具有相应设计资质的单位承担。8）在进行工艺设计时，应首先根据规模养猪场沼气工程的建设目标选定工艺类型。9）规模养猪场沼气工程主要由以下四个环节组成：前处理、厌氧消化、后处理、综合利用。10）单元处理技术应先易后难，以节省投资和降低运行费用。1.2  工程选址和总体布置1.2.1工程选址规模养猪场沼气工程的选址应符合养猪场整个生产系统的规划和要求，并应根据以下因素综合考虑确定：1）在畜禽养猪场和附近居民区主导风向的下风侧；2）在畜禽养猪场的标高较低处；3）有较好的工程地质条件； 4）满足防疫要求；5）有方便的交通运输和供水供电条件。1.2.2总体布置1）规模养猪场沼气工程的总体布置应考虑到养猪场远期生产规模扩展的可能性，如必要，应依此作出分期建设方案。2）总体布置应满足沼气工程工艺的要求，布置紧凑，便于施工、运行和管理。应结合地形、气象和地质条件等因素，经过技术经济分析确定。3）竖向设计应充分利用原有地形坡度，并达到排水畅通、降低能耗、土方平衡的要求。4）构筑物的间距应紧凑、合理，并应满足施工、设备安装与维护、安全的要求。5）附属建筑物宜集中布置，并应与生产设备和处理构筑物保持一定距离。6）厌氧消化器、贮气柜、输气管道的设计及防火要求见GB J16中的相关规定。7）各种管线应全面安排，避免迂回曲折和相互干扰，输送污水、污泥和沼气管线布置应尽量减少管道弯头，以减少能量损耗和便于清通。各种管线应用不同颜色加以区别。8）应设置废渣等物料堆放及停车的场地。9）平面布置应留有汽车进出通道，各建筑物间应留有连接通道，其设计应符合下列要求：①主要车行道的宽度：单车道为3 m，双车道为5 m，并应有回车道。车行道转弯半径不小于6 m；②人行道的宽度为1 m～1.5 m；③通向建筑物顶端的扶梯与水平面夹角不大于40°,其宽度0.8 m～1.0 m；④高架物上不经常通行的部位可设置爬梯,其宽度为0.4 m；⑤绿地面积不宜小于总面积的30％。10）沼气工程应设围墙(栏)。11）各建筑物和构筑物群体效果应与周围环境相协调。12）主要畜禽污水处理设施应设置溢流口、排泥管、排空阀和检修人孔。厌氧消化器和贮气柜应设有安全窗，确保装置正常运转。13）应设置给水和排水系统，拦截暴雨的截水沟和排水沟应与场区排水通道相连接。14）应配置简单的化验设备和必要的仪器、仪表、自动控制设备及沼气流量计。15）处理构筑物和贮气柜应设置护栏等安全设施，护栏高度不宜低于1.1 m。16）沼气工程应有保温防冻措施。17）沼气工程供电应按三类负荷设计，厂区内设置操作控制间、独立的动力和照明配电系统。18）沼气工程的安全、防爆、防雷与接地参照GB 12801、GB 50028、GB J16 、GB 50057、GB J65等的相关规定执行。19）控制室应有良好的照明，设有监控所有设备运转、故障、程序操作、显示的控制屏（台），操作应具有集中与就地操作的功能。应有紧急状态报警装置。应采用可靠的自动控制系统进行自动控制、自动检测。并应设有值班人员休息室。20）化验室应配有动力电源、给排水系统、排风措施及良好的照明。1.3  工艺1.3.1工艺流程沼气工程基本可分为“能源生态型”和“能源环保型”两类。1）工艺流程（见图1）。2）“能源生态型”沼气工程。“能源生态型”沼气工程其厌氧出水(沼液)依靠土地处理系统。要求周围有足够的农田消纳厌氧发酵后的沼液、沼渣，养殖业与种植业的规模要配套。可采用以下工艺。养殖场污水通过排水沟自流到调节池，调节池前设置格栅，以清除污水中主题策划FEATURE38猪业科学 SWINE INDUSTRY SCIENCE 2011年 第6期较大的杂物。人工清出的粪便运到调节池内，与污水搅拌后流入计量池，计量池内设泵，定时定量地将料液送进厌氧消化器。为保持厌氧消化器内的温度控制在35℃左右，在计量池内有蒸汽加热系统，蒸汽由锅炉房引入。计量池和厌氧消化器内设有温度传感器，调整进入调节池的蒸汽量。也可使用其它加热方式。产生的沼气经脱硫、脱水、脱杂净化后进贮气柜，作为生产或生活用能。沼渣根据情况定期排出并可干化，作为有机肥使用。沼液进入后处理系统，作为农田的液体有机肥使用。3）“能源环保型”沼气工程。“能源环保型”沼气工程要求最终出水达到一定的标准后排放到自然水体。可采用以下工艺。养殖场污水经管道自流入调节池，在调节池前设置格栅，去除污水中较大的杂物。调节池内设提升泵，将污水抽至分离机，分离的粪渣人工清走作有机肥原料，分离的污水自流入沉淀池。沉淀池的上清液自流入集水池，集水池内设提升泵，将污水提升至厌氧消化器的布料装置并在池内均匀布水。厌氧消化器的出水自流入后处理系统。后处理以好氧处理为主要技术手段，处理的出水可达标排放或回用。1.3.2  工艺设计内容工艺设计包括生产工艺、流程、设备的选择，参数和物料、能量平衡及配套公用工程的计算等。工艺设计应包括以下几个方面：1）工艺技术流程的选择和确定。通过多方案的比较、选择最佳的生产工艺方案和制定生产流程。生产流程反映由原料到产品的生产过程中，物料和能量的流向、变化以及所经历的设备、仪器和工艺过程。2）工艺参数计算和物料衡算。工艺参数是生产过程中应控制的各种技术数据，包括各个工艺单元的进料、出料有机物浓度，有机物去除率，污水量，厌氧工艺产沼气量，沼气的含硫量，等等。计算正常生产所需要的原材料、辅助材料、公用工程的用量，以及产生的主、副产物及废料量。3)产气装置和设备的确定。比选各设备方案对建设规模的满足程度，对产品质量和生产工艺要求的保证程度，设备使用寿命，物料消耗指标，操作要求、备品备件保证程度，安装试车技术服务，以及所需的设备投资等确定机器设备，及其型号、规格和数量。4)工艺设计图。包括：工艺流程图，工艺平面布置图，水力高程图，各个处理工艺单元的条件图。1.4  前处理1.4.1前处理工艺类型1) “能源生态型”沼气工程污水通过管道自流入调节池，在调节池前设有格栅，以清除较大的杂物，人工清出的粪便运至调节池，与污水充分地混合，然后流入到计量池，计量池的容积根据厌氧消化器的要求确定。当以鸡粪为原料时，应在调节池后设沉砂池。粪便的加入点与厌氧消化器类型有关，一般在调节池加入，带有搅拌装置的塞流式反应器也可直接加入到厌氧消化器。2)“能源环保型”沼气工程污水通过管道自流入调节池，在调节池前设有格栅，以清除较大的杂物，调节池的污水用泵抽入到固液分离机，分离的粪渣用作有机肥原料，分离出的污水流入沉淀池，沉淀的污泥进入污泥处理设施，上清液自流入集水池。1.4.2前处理的一般规定1)“能源生态型”沼气工程前处理的一般规定①前处理的目的是将粪便污水调质均化，为厌氧产沼气创造条件；②污水进入固液分离机前应通过格栅清除污水中较大的杂物；③以牛粪为原料时应有粪草分离装置；④沟渠坡度应确保污水自流入沉砂池或计量池。其设计按GBJ14中第三章的相关规定。2)“能源环保型”沼气工程的前处理的一般规定①前处理的目的是用物理方法尽量清除粪污中的固形物；②污水进入固液分离机前应通过格栅清除污水中较大的杂物；③应在排污后3h内进行污水的固液分离；④沉淀池应设在固液分离机后；⑤沟渠坡度应确保污水自流入沉砂池、集水池。其设计按GBJ14中第三章的相关规定；⑥固液分