大型养殖场绿化沼气工程设计实施方案(编辑修改稿)

大型养殖场绿化沼气工程设计实施方案(编辑修改稿)内容摘要：

《畜禽养殖污染防治管理办法》（国家环境保护总局， 2020 年 5 月 8 日发布） 《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》（ NY/T 12222020） 《大中型畜禽养殖场能源环境工程建设规划》（农业部， 1999） 《蓄禽养殖业污染物排放标准》（ GB185962020） 《污水综合排放标准》（ GB 89781996） 《给水排水设计手册》 业主提供的有关基础资料。 设计原则 资源化原则。 畜禽粪污是一种有价值的宝 贵资源，充分利用畜禽粪污资源是污染防治的重要原则。 畜禽粪污经处理后，可以产出再生能源（沼气）、有机肥（固态、液态），具有较好的经济价值。 生态化原则。 遵循循环经济指导思想，依据物质循环、能量流动的生态学基本原理，强化种养平衡，促进种植业与养殖业结合，实现生态系统的良性循环。 综合效益原则。 兼顾环境效益、社会效益、经济效益，将治理污染与资源开发有机结合起来，使猪场粪污治理工程产出大于投入，提高污水处理工程的综合效益。 加强对资源的规划和管理。 力求达到高效节能的效益原则。 可靠性原则 遵循技术先进、工艺成熟、质量可靠的原则，在设计中吸取国内外先进的处理工艺和施工技术，使工程达到国际先进水平。 管理简便原则 合理处理人工操作和自动控制的关系，对不便人工操作，且人工成本较高的工艺，采用自动化技术，提高系统运行管理水平。 设计范围 本设计范围包括：能环工程工艺设计；机械设备设计；建筑与结构设计；电气设计；控制及仪表设计；平面与高程设计；消防、劳动生产保护与人员编制设计。 本设计范围不包括场区所有道路铺设、绿化等。 本工程 污水汇集管线、自来水管线、电线电缆均由业主送至项目界区内。 粪污处理量 总资源量为含固率 18%的粪污总量 51t/d，变化幅度较小，因此，高浓度厌氧反应器有机负荷变化较小。 泰兴 新能源 科技有限公司 11 第五章 能环工程工艺流程设计 处理工艺选择 预处理工艺选择 预处理包括格栅、集水池、集粪池、配料池、 沼气池，回水池 等处理单元。 为了真正做到减量化、资源化、无害化，达到处理结果零排放的目标，本工程采用将粪污收集后投放到预处理单元，与其它污染物一起进入厌氧消化 池 进行厌氧发酵处理。 这条工艺路线不仅能获得较大的生物质能转化资源，同时，实现了粪污减量化、无害化处理。 粪污水由汇集管网运送至预处理单元，经与场区冲刷水混合后进行厌氧处理。 格栅 格栅的作用是去除废水中的大粒径固体物质，如悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行。 集水池 集水池的功能是储存能环 工程中需要的补充水，该水来自养殖区冲刷水。 集水池水由提升泵泵入进料池。 集粪池 集粪池用来暂存猪场输送来的猪粪，通过集水池污水冲洗到进料池。 进料池 进料池的功能是将猪粪配比为含固率在 10%左右的混合液。 进料料时间阶段安排有几种选择，最好的时间安排为全天 24 小时均匀分配，但客观上几乎不可能实现。 我们选择批次配比方式，每天 24 小时内分 2 批完成配比操作，每次 1 小时进行。 厌氧消化处理工艺选择 厌氧消化工艺包括进料单元、厌氧消化单 元、保温增温单元、以及沼肥运输管网等构成。 进料方式选择 进料池内物料由提升泵向厌氧消化单元进料。 由于物料浓度高，提升泵采用单螺杆泵。 进料方式有若干种选择，可以采用均匀进料，也可采用分批进料方式。 进料方 式与沼气释放量密切相关，通过进料方式可以调控沼气释放阶段，一般情况下，强进料阶段沼气释放量会大幅度增大。 本工程设计采取分 2 批轮流进料方式。 厌氧处理工艺选择 各类厌氧工艺性能概述 （ 1）完全混合厌氧工艺（ CSTR） 传统的完全混合厌氧工艺（ CSTR）是借助消化池内厌氧活性污泥来净化有机污染物。 有机污染物进入池内，经过搅拌与池内原有的厌氧活性污泥充分接触后，通 过厌氧微生物的吸附、吸收和生物降解，使废水中的有机污染物转化为沼气。 完全混合厌氧工艺池体体积较大，负荷较低，其污泥停留时间等于水力停留时间，因此 不能在反应器内积累起足够浓度的污泥，一般仅用于城市污水厂的剩余好氧污泥以及粪便的厌氧消化处理。 （ 2）厌氧接触工艺反应器 厌氧接触工艺反应器是完全混合式的，是在连续搅拌完全混合式厌氧消化反应器（ CSTR）的基础上进行了改进的一种较高效率的 厌氧反应器。 反应器排出的混合 液首先在沉淀池中进行固液分离，污水由沉淀池上部排出，沉淀池下部的污泥被回流至厌氧消化池内。 这样的工艺既保证污泥不会流失，又可提高厌氧消化池内的污 泥浓度，从而提高了反应器的有机负荷率和处理效率，与普通厌氧消化池相比，可大大缩短水力停留时间。 目前，全混合式的厌氧接触反应器已被广泛应用于 SS 浓 度较高的废水处理中。 泰兴 新能源 科技有限公司 12 （ 3）厌氧滤器（ AF） 厌氧滤器是采用填充材料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器，厌氧菌在填充材料上附着生长，形成生物膜。 生物膜与填充材料一起形成固定的滤床。 厌氧滤床可 分为上流式厌氧滤床和下流式厌氧滤床二种。 污水在流动过程中生长并保持与充满厌氧细菌的填料接触，因为细菌生长在填料上将不随出水流失，在短的水力停留时 间下可取得较长的污泥泥龄。 厌氧滤器的缺点是填料载体价格较贵，反应器建造费用较高，此外，当污水中 SS含量较高时，容易发生短路和堵塞。 （ 4）上流式厌氧污泥床反应器（ UASB） 待处理的废水被引入 UASB 反应器的底部，向上流过由絮状或颗粒状厌氧污泥的污泥床。 随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应，产生沼气引起污泥床的扰动。 在 污泥床产生的沼气有一 部分附着在污泥颗粒上，自由气泡和附着在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的上部。 污泥颗粒上升撞击到三相分离器挡板的下部，这引起附着 的气泡释放；脱气的污泥颗粒沉淀回到污泥层的表面。 自由状态下的沼气和由污泥颗粒释放的气体被收集在三相分离器锥顶部的集气室内。 液体中包含一些剩余的固 体物和生物颗粒进入到三相分离器的沉淀区内，剩余固体物和生物颗粒从液体中分离并通过三相分离器的锥板间隙回到污泥层。 UASB 反应器 的特点在于可维持较高的污泥浓度，很长的污泥泥龄（ 30 天以上）， 较高的进水容积负荷率，从而大大提高了 厌氧反应器单位体积的处理能力。 但是对于 SS 含 量很高的污水，由于三相分离器泥、气、水分离能力的限制，不可避免地造成出水中含泥量很高，整个系统的投资费用也较大。 （ 5）膨胀颗粒污泥床反应器（ EGSB） EGSB 是在 UASB 反应器的结构相似，所不同的是在 EGSB 反应器中采用相当高的上流速度，因此，在 EGSB 反应器中颗粒污泥处于完全或部分 “膨胀化 ” 的状态，即污泥床的体积由于颗粒之间的平均距离的增加而扩大。 为了提高上升速度， EGSB 反应器采用较大的高度与直径比和很大的回流比。 在高速上升速度和 产气的搅 拌作用下，废水与颗粒污泥间的接触更充分，因此可允许废水在反应器中有很短的水力停留时间，从而 EGSB 可以高速地处理浓度较低的有机废水。 （ 6）升流式厌氧固体反应器（ USR） 升流式厌氧固体反应器是一种新型的专用以处理固体物含量较大的反应器，其构造特点是反应器内不设三相分离器和其它构件。 含高有机物固体含量（大于 5%）的 废液由池底配水系统进入，均匀地分布在反应器的底部，然后上升流通过含有高浓度厌氧微生物的固体床。 使废液中的有机固体与厌氧微生物充分接触反应，有机固 体被液化发酵和厌氧分解，约有 60%左 右的有机物被转化为沼气。 而产生的沼气随水流上升具有搅拌混合作用，促进了固体与微生物的接触。 由于重力作用固体床 区有自然沉淀作用，比重较大的固体物（包括微生物、未降解的固体和无机固体等）被累积在固体床下部，使反应器内保持较高的固体量和生物量，可使反应器有较 长的微生物和固体滞留时间。 通过固体床的水流从池顶的出水渠溢流至池外。 在出水溢流渠前设置挡渣板，可减少池内SS 的流失，在反应器液面会形成一层浮渣 层，在长期稳定运行过程中，浮渣层达到一定厚度后趋于动态平衡。 不断有固体被沼气携带到浮渣层，同时也有经脱气的固体返 回到固体床区。 由于沼气要透过浮渣 层进入到反应器顶部的集气室，对浮渣层产生一定的 “破碎 ”作用。 对于生产性反应器由于浮渣层表面积较大，浮渣层不会引起堵塞。 集气室中的沼气经导管引出池 外进入沼气贮柜。 反应池设排泥管可将多余的污泥和下沉在底部的惰性物质定期排除。 几种典型的厌氧反应器适用性能比较 几种典型的厌氧反应器适用性能比较见表 51。 表 51 厌氧反应器适用性能比较表 泰兴 新能源 科技有限公司 13 反应器名称 优点 缺点 适用范围 完全混合厌 氧 反应器（ CSTR） 投资小、运行管理简单 容积负荷率低，效率 较低，出水水质较差 适用于 SS 含量很 高的污泥处理 厌氧接触反应器 投资较省、运行管理简 单，容积负荷率较高， 耐冲击负荷能力强 停留时间相对较长， 出水水质相对较差 适用于高浓度、高 悬浮物的有机废水 厌氧滤器（ AF） 处理效率高，耐负荷能 力强，出水水质相对较 好 投资较大，反应器容 易短路和堵塞 适用于 SS 含量较 低的有机废水 上流式厌氧污 泥床反应器 （ UASB） 处理效率高，耐负荷能 力强，出水水质相对较 好 投资相对较大，对废 水 SS 含量要求严格 适用于 SS 含量适 低的有机废水 膨胀颗粒污泥 床反应器 （ EGSB） 处理效率较高，负荷能力 强，出水水质相对较好 投资相对较大，对废 水 SS 含量要求严格 适用于 SS 含量较 少和浓度相对较低 的有机废水 升流式厌氧固 体反应器 （ USR） 处理效率较高，投资较省、运行管理简单，容积负荷率较高。 对进料均布性要求高，当含固率达到一定程度时，必须采取强化措施。 适用于含固量高 的有机废水 厌氧工艺的选择确定 从以上列表可知，各种类型的厌氧工艺各有其优缺点和使用范围，在一定的条件下选择适当的工艺型式是厌氧泰兴 新能源 科技有限公司 14 处理成功的关键所在。 对于本项目而言，由于需将全部 猪粪和部分冲洗水一起混合均匀后进入厌氧 池 进行厌氧发酵处理，其废水中含固量很高，因此，选择升流式厌氧固体反应器（ USR）是较为合适的。 本项目设计含固率为 10%。 对于高含固率来料，为避免进料分布不均匀问题，必须强化其进料的局部混合性。 设计上底部配置搅拌机，以间歇混合搅拌方式来实现。 我们定义该方式为 USRPM。 选择 USRPM 处理工艺，反应器的固体滞留期（ SRT）和微生物滞留期（ MRT）远大于水力滞留期（ HRT）。 厌氧罐顶部在出水溢流渠前设置挡渣板，可 以减少罐内内悬浮固体物质的流失，提高了固体滞留期（ SRT）。 固体有机物的分解率与 SRT 呈正相关，固体滞留期（ SRT）加长，消化效率就大幅度提高； 剩余 厌氧微生物在重力的作用下沉淀下来，累积在固体床下部，使反应器微生物滞留期（ MRT）加长，既提高处理效率，又降低微生物对外加营养物质的需求，减 少污泥的量。 本设计方案选择 USRPM 为厌氧处理工艺。 厌氧反应器结构选择 普通的厌氧反应器均采用钢砼结构。 近年来为了缩短施工周期，节省建筑材料，提高反应池的施工质量，建设美观大方的能环工程处理装置，也多有采用新材料、新 技术建造的厌氧反应器。 典型的有德国的利普（ Lipp）公司的利普罐和德国 Farmetic 公司的搪瓷拼装罐。 这些技术应用 金属朔性加工中的加工硬化原理 和薄壳结构原理，通过专用技术和设备将镀锌或搪瓷拼装建造成。 钢筋混凝土制罐技术 钢筋混凝土技术利用钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度上各自的优势，实现优势互补，通过现场浇注，可以得到较好的强度和防水性能的罐体，由于混凝土具有耐 酸碱，耐温便等的性能，能够很好的保护内部钢筋，。