[能源化工]崔鹏谢丽萍_叶县二期沼气发电站废水处理工艺与运行管理

[能源化工]崔鹏谢丽萍_叶县二期沼气发电站废水处理工艺与运行管理内容摘要：

降至。 该项净化工艺系统具有以下特点： （ 1）自流化，不需任何电力，节省能源，减少运转费 黄河水利职业技术学院毕业论文 第 8 页 （ 2）投资少，易维修，管理方便 （ 3）对猪场废水中重金属清除有效 该工艺处理流程如图 6 所示： 图 6 多级酸化 人工湿地处理工艺 沼气工程现状 沼气工程（ biogas engineering）是指采用厌氧消化技术处理各类有机废弃物（水），并制取沼气的系统工程设施（农业部， 2020）。 根据农业部 2020 年 12 月发布的《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范（ NY/T 12222020）》，规 模化畜禽养殖场沼气工程指的是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。 据中国农业部统计数据截至到 2020年末，中国处理农业废物的沼气工程数量已达到 3556座 [11]，平均池容只有 283m3/处，池容在 100m3以下的小型沼气工程大约占66%；池容在 100~1000m3之间的中型沼气工程大约占 25%；池容在 1000m3以上的大型沼气工程仅占 9%左右。 根据不同的养殖规模、环境容量、土地资源条件和污水排放标准等条件，处理农业有机废物的沼气工程按沼液的出 路形成了各种适宜模式，其中最有代表性的模式有三种： （ 1）综合利用型沼气工程，即沼气工程周边配套有较大面积的作物农田、鱼塘、植物塘等，能够就地消纳沼气发酵的残留物（沼液），沼气工程成为生态农业园区的纽带，上承养殖业，下联种植业，促进了农业种、养一体化，降低了种植和养殖业的生产成本，废物真正实现了零排放。 由于不需要对沼液进行深度处理，系统工程比较简单，投资和运行成本均较低，是一种最为经济的工程模式。 （ 2）自然处理型沼气工程，即养殖场周五环境部太敏感，沼气工程周边游一黄河水利职业技术学院毕业论文 第 9 页 定量的农田和配套有较大面积的稳定塘。 因此 ，该模式对沼液采用部分还田或分季节还田，多余的沼液进行低能耗或无动力的自然处理（氧化沟、氧化塘、人工湿地等），达到控制污染物总量减排的目的。 （ 3）环保达标型沼气工程，即沼气工程周边环境无法直接消纳沼液，必须将沼液进行固液分离，分离出来的沼渣和人工干清粪制成商品固体有机肥料，分离后的青叶经过好氧或物化等深度处理达到行业排放标准后直接排放。 该模式是以处理蓄舍冲洗污水达标为主要建设目标，工程投资和运行费用都较高。 但由于采用了沼气技术，可回收一定量能源，同时又去除了污水中的大部分有机物，这比单纯使用好氧处理方法处 理这类污水要经济得多。 选题的目的、意义、内容 目的及意义 规模化猪场粪污水未经处理直接排放，不仅使得资源造成极大的浪费，同时也给畜禽场周边环境和水域造成极大的污染。 沼气工程作为解决畜禽规模养殖粪便污染和二次生物质能源开发的最有效途径之一，已经得到社会公认 [1217]。 同时，国家环保局、农业部和国家技术监督局联合制订的《畜禽养殖业污染物排放标准》、《畜禽养殖业污染防治管理办法》等法规标准，对畜禽养殖场污水排放提出了强制性要求。 因此对其进行无害化、资源化、生态化处理不但关乎畜禽养殖业自生发 展，还关系到国家减排目标以及畜禽场周边人居环境质量的保持和改善。 本课题的目的是针对双汇意科公司各分属公司（屠宰场和杜邦双汇）产生的工业废水进行治理，兼顾环境、社会和经济效益，将治理污染与回收利用能源和有机肥资源有机结合起来，实现污水达到零排放、能源资源得到有效回收利用的目标。 黄河水利职业技术学院毕业论文 第 10 页 内容 本论文的内容包括： （ 1）养殖猪粪尿废水处理工艺的系统设计 （ 2）常用相关设备的运行管理 （ 3）试运行效果及分析 2. 叶县二期沼气发电站废水处理工艺设计 系统简介 双汇意科公司二期发电站位 于平顶山市叶县保安镇，工程占地 亩，养殖15 万头猪，产生大量含猪粪、猪尿的废水。 根据地方环保及牧业分公司的要求该公司拟建沼气发电站，使废水经处理后实现达标排放，减轻对周围环境的负荷压力，并将猪粪等沼渣经发酵后产生沼气送发电机发电，供给本站和养殖场内使用。 意科公司主要利用屠宰场 和杜邦双汇的工业废水，产生沼气，经过管道和沼气处理设备，然后进入到热电联产系统用于生产电力和热能。 双汇沼气发电减少了大量有害气体排放（年约合 1200 吨 H2S、 12 万吨 CO2），极大地改善了环境质量，提高了能源利用效率，是中国首家 污水处理行业获得国家发改委、外交部、环保总局、财政部等七部委批准的 CDM 项目，是河南省仅有的热电联产 CDM 沼气发电项目，同时也是河南省发改委的示范工程。 废水来源及特点 本课题主要针对屠宰场 15 万头 猪产生粪尿及冲洗用水为主要进水，对试运行期间的运行工艺进行测试。 废水 外观呈现灰黑色，含有大量猪粪物以及少量有机物。 其中有机质 15%，总养分含量不高，氮 ~%、磷 ~%、钾 ~%，猪粪的质地较细，成分较复杂，含蛋白质、脂肪类、有机酸、纤维素、半纤维素以及无机盐，猪粪含氮素 较多，碳氮比例较小（ 14:1），一般容易被微生物分解，黄河水利职业技术学院毕业论文 第 11 页 释放出可为作物吸收利用的养分。 图 7 为猪舍形貌： 图 7. 猪舍形貌 废水处理流程 本课题所研究沼气发电站废水处理工艺如图 8 所示，脱水外用沼渣用于制作固体有机肥，处理工艺如图 9 所示： 图 8. 叶县二期沼气发电站废水处理工艺流程 黄河水利职业技术学院毕业论文 第 12 页 图 9 固体有机肥工艺流程 叶县双汇牧业二期沼气发电站是用水泡粪通过渠道进入集污池，用切割泵将混合均匀的粪水混合物提升至水力筛（固液分离机）进行固液分离；分离出的浓粪排至调配池，分离后的清液流至沉淀池进行再处理，沉 淀的浓液用泵提升至调配池进行混合、浓度调配，再通过切割泵提升至 CSTR 反应器进行厌氧反应，沉淀的清液自流中间水池 1；每天的死亡猪通过高温蒸煮锅进行高温高压蒸煮，残余骨渣捞出后作为复混肥的高效原料，融化的肉液输送至 CSTR 反应器与其他粪污一起进行厌氧发酵后的沼渣自流进入沼渣浓缩池，浓缩后的沼渣由螺杆泵提升进入带式压滤机进行固液分离，粗沼渣用于生产复混肥，滤液回流中间水池 1，通过搅拌与其他污水混合充分后，由 1 次提升泵提升至 UASB 反应器内继续进行降解；再 UASB 中继续经厌氧菌消化后流入中间水池 2，同时分周 期将污水用 2次提升泵提升至 SBR 池； SBR 池内设有鼓风曝气系统，通过鼓风曝气系统增加水中溶解氧浓度，促进好氧微生物的新陈代谢作用，分解氧化有机污染物，从而达到去除污染物的目的，出水达标排放。 厌氧发酵产生的沼气经净化增压后输送到发电机，供厂区发电并网使用。 考虑冬天系统运行情况需要，利用发电机的余热锅炉及锅炉产生的热能作为系统热源，维持厌氧系统 33~35℃ 的运行工况条件。 物料参数及废水进水、排放标准 物料参数： 日均鲜猪粪量为 120 吨，日均猪尿量为 600 吨，日均粪废水总量为 800 吨。 采用水泡粪工艺，粪污排放量会出现不均衡现象，连续三天最大的猪粪、猪尿及废水量合计最大值为 3000 吨，废水总量每天 1000 吨。 黄河水利职业技术学院毕业论文 第 13 页 猪粪尿废水进水及排放标准 表 6 为猪粪尿废水进水水质参数及厂方要求排放标准（依据《畜禽养殖业污染物排放标准》（ GB18596－ 2020）的各类指标 [18]）： 表 6 进水水质参数及排放要求 水 质 指 标 废水水质（ mg/L） 排放标准（ mg/L） COD 9000~11000 ≤400mg/L BOD5 4500~5000 ≤150mg/L SS 3000~4000 ≤100mg/L NH3N 350~450 ≤50mg/L pH 6~ ~ 主要技术经济指标： 本课题沼气排放系统产气量： 6000 m179。 /d 构筑物的设计 格栅 格栅井土建尺寸： 3 m m m 栅条间隙 5mm，栅宽 ，格栅倾角 75176。 可手动，也可自动控制使用。 集污池 土建尺寸： 12m； 池内有两个提升泵 ，一备一用；三个搅拌机用于在提升泵工作时打开搅拌，一是为了防止废水中猪粪沉淀得不到有效利用，二是为了防止猪粪沉淀在底部阻塞提升泵。 集污池用于集结通过格栅进入厂区的废水，暂时储备污水源。 为了保证后续处理设备的正常运行，在提升泵将水提升至水力筛之前，在管道中加入一智能电磁流量计，用于记录时流速和总流量，便于知道流量大小。 黄河水利职业技术学院毕业论文 第 14 页 预处理间 本课题废水处理系统预处理间如 图 10 所示 ： 图 10 预处理间 固液分离机 该系统（如图 11 所示）采用台湾炼盛牌全自动固液分离机 LK60/LK120，是 规模化畜禽养殖场粪污处理固液分离的专用设备。 共设 2 台， 分别坐落于两个调配池上方。 固液分离机原理及特性： （ 1）喷嘴由齿轮箱带动，机造坚固、过滤彻底、使用寿命长。 （ 2）齿轮式逆向清洗机构，自动探测，满水位起动、过滤、压干、停机时洗网过滤全自动控制。 （ 3）附有自动清洗设备，可自行设定滤网清洗时间。 （ 4）采用挤压补助脱水、含水率 65%、固体干炼。 （ 5）适用于畜牧业粪 废 水，食品加工业、肉品、家庭下水道、医院污水等性质的废水固液分离。 它是用于将从集污池提升来的水进行固液分离，还有少量水分的猪粪进入调配池，液 体 废 水进入初沉池。 黄河水利职业技术学院毕业论文 第 15 页 图 11. 固液分离机 初沉池（图 12 所示） 土建尺寸： 6 m3 m5 m。 1 个 可去除废水中的无机颗粒物及大颗悬浮物。 池内有两个提升泵，一用一备，可将水泵入调配池与固体猪粪混合，猪粪与污水的混合比例为 1:。 泵入水的时间由调配池需水时间而定。 初沉池与沼液沉淀池共用一刮泥机，池底呈锥形，沉淀物沉至池底，刮泥机将沉淀物刮至一侧，泵将沉淀物泵入调配池充分利用。 池内另一侧存一溢流堰使水自流入中间水池 1。 图 12 初沉池 黄河水利职业技术学院毕业论文 第 16 页 沼液沉淀池（图 13 所示） 土建尺寸： 6 m3 m5 m。 2 个 沼液沉淀池的污水来源于 CSTR 反应器中自然溢流出来的。 其他情况与初沉池相同。 图 13 沼气沉淀池 中间水池 1 土建尺寸： 5 m6 m6m。 1 个 池内有一浆氏搅拌机，三个提升泵，两用一备。 泵、搅拌机同时开同时关。 该池内的废水泵入 UASB 反应器中。 调试期间，流量控制在 10m179。 /h 左右。 调配池 土建尺寸： 5 m4m4m。 2 个 池内各有一浆氏搅拌机，两个提升泵，一用一备。 当调配池中提升泵打开向CSTR 中进水前 10 分钟将搅拌机打开， 将固液混合均匀。 沼渣浓缩池（如图 14 所示） 土建尺寸： 5 m4m4m。 2 个 当向 CSTR 中进水时， CSTR 中的沼渣自流回入沼渣浓缩池，从池底进入，通过导流筒舒缓了水流速，便于沼渣沉淀。 当沼渣流入该水池内过多时，上清液会黄河水利职业技术学院毕业论文 第 17 页 自动从上方管道中流回集污池。 沼渣从下方管道进入脱水机房，脱水外用。 图 14 沼渣浓缩池 UASB 反应器 本课题废水处理系统中，有 2 个 UASB，高： h=；半径： r=。 当进水阀门关闭后，打开循环泵的开关，使 UASB 内上下水进行混合，泵将上部的水抽入下方环形管道中，再从 UASB 周围四个方向打入反应器内，使废水能够充分反应，产生沼气。 沼气通过管道进入 UASB 外的水封器内，然后进入气柜。 水封器的作用是在气体燃烧后将火源阻断，防止火源沿管道进入气柜，避免较大事故的发生。 经三相分离器分离后的半固液污泥沿 UASB 底部管道流回集污池。 液体废水从上方的溢流管流入竖流式沉淀池。 竖流式沉淀池 竖流式沉淀池的土建尺寸： 4 m4 m6m。 1 个 竖流式沉淀池又称立式沉淀池，是池中废水竖向流动的沉淀池。 池体平面图形为圆形或方形，水由设在池中心的进水管自 上而下进入池内（管中流速应小于 30mm/s），管下设伞形挡板使废水在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升（对于生活污水一般为 ，沉淀时间采用 ），悬浮物沉黄河水利职业技术学院毕业论文 第 18 页 降进入池底锥形沉泥斗中，澄清水从池四周沿周边溢流堰流出。 堰前设挡板及浮渣槽以截留浮渣保证出水水质。 池的一边靠池壁设排泥管（直径大于 200mm）靠静水压将泥定期排出。 竖流式沉淀池的优点是占地面积小，排泥容易，缺点是深度大，施工困难，造价高。 常用于处理水量小于 20200m3/d 的污水处理厂。 理论依据：竖流式沉淀池中，水流方向 与颗粒沉淀方向相反，其截留速度与水流上升速度相等，上升速度等于沉降速度的颗粒将悬浮在混合液中形成一层悬浮层，对。