日产3万立方沼气工程技术方案

日产3万立方沼气工程技术方案内容摘要：

度 进行设计。 第二节 可利用 蔬菜废弃物资源 一、沼气资源量 根据 蔬菜废弃物排放量资料统计 (35 度，按照发酵 60 天为 100%计 )， 湿料：（含水 80%）产气量： 76m179。 /t 干料类：（含水 60%）产气量： 152m179。 /t 每天产气 万 Nm179。 需要物料（ ts）为： 103 吨 （产气量 304m179。 /t） 蔬菜废弃物收集后，经粉碎机粉碎后直接进料。 二、处理后沼渣的去向（本项目无多余沼液外排） 按照 蔬菜废弃物污染物厌氧处理后产生沼气，沼渣作为固态有机肥外销或加入微生物好氧发酵成生物有机肥外销，在治理污染的同时，实现污染物的零排放。 第三节 沼渣沼液产量估算 一、沼渣产量估 算 物料（ TS）平衡计算 物料全天输入总量为 ，厌氧阶段消耗量为 ，该部分 TS 消耗是生物质能转化、沼气生产的主体。 厌氧阶段 TS 的输出量为 ，有 55%（ ）进入固态有机肥料，另外部分进入沼液池中。 物料（ TS）平衡计算见表 21。 表 21 物料（ TS）平衡计算表 工艺阶段 处理单元 投入量（ t/d） 消耗系数 消耗量（ t/d） 厌氧阶段 厌氧反应器 103 45% 固液分离阶段 Page 5/31 沼渣产量和减量化水平估算 按表 21 计算结果 ，每天沼渣干物质产量为 ，见图 21 物料（ TS）平衡图。 图 21 物料（ TS）平衡图 沼渣含水率为 70%左右，每天沼渣干物质产量为 ，则沼渣产量为 180t/d。 二、沼液产量估算 水量平衡计算 本项目每天需加水量为 80t:, 第四节 产物供需平衡分析和解决方案选择 一、沼气利用方案选择 （ 1）沼气供需平衡分析 对供需平衡的分析，主要考虑其经济价值量和方案的可操作性。 不同的分配方案其经济价值量会有差异甚至有比较大的差异，可操作性也是方案选择必须考虑 的重要因素。 沼渣 固液分离 沼液回流池 103t/d 沼液 进料池 调节池 沼气 （ 31300m3/d） 厌氧池 Page 6/31 （ 2） 解决方案比较分析 这里我们对 2 种选择方案进行比较分析。 方案 1：沼气全部用于及提纯。 方案优势： 1）能源利用程度高，附加值大。 2）热能利用充分。 3）生物天然气销售收入稳定。 2020 年 2 月开始实施的中国可再生能源法是法律保障，而且国家对于可再生能源生产的售价有优惠政策。 4）设备利用率高，管理简便。 6）经济效益高。 可获得很高的经济效益。 方案不足：对运行管理人员的技术素质要求高。 方案 2：沼气全部作为燃气使用。 方案优势： 1）能源利用程度较高。 2）经济价值高。 3）内部技 术管理简单。 方案不足： 1）销售收入不稳定。 2）投资大。 沼气储存量大，加之沼气输配管网规模大，设施要求高； 3） CDM 无法操作。 4）用户管理、费用收取、输出管网维护均有一定的难度。 （ 3）方案选择 上述两种方案比较见表 25。 表 25 沼气利用分配方案比较 比较指标 方案 1 方案 2 能源利用程度 高 中 销售收入 高 高 Page 7/31 收入稳定性 高 低 运行管理要求 高 低 工程投资量 小 大 综合考虑能源利用程度、经济价值、可操作性、管理复杂程度等因素，我们选择方案 1。 二、沼肥种养平衡和 有效利用解决方案 本工程每日产生的沼肥必须有相应量的消纳有机肥料的饲料地、果园、蔬菜和苗木园等。 （ 1）沼肥优势分析 沼气发酵，不仅是一个生产沼气能源的过程，也是一个造肥的过程。 蔬菜废弃物中含有大量作物生长所需的氮、磷、钾等营养元素，其肥效含量如表 22 所示。 沼液作为 蔬菜废弃物沼气发酵的残余物，营养元素等在发酵过程中基本都保持了下来，含有丰富的有机质、营养元素和多种微量营养元素，而且其养分主要是速效性养分，是改良土壤的优质有机肥料。 表 26 蔬菜废弃物肥效含量（单位： %） 畜粪 水份 TS 氮 磷 钾（ K2O） 蔬菜废弃物 8060 10 沼液作为优质有机肥料与化肥或其它有机肥相比，明显提高了作物的产量和品质，并防病抗逆，其机理在于沼肥的养分结构易于吸收，有改土培肥、营造良性土壤微生态系统作用，其生命活性物质有助于提高抗逆能力。 一般沼液主要有两个处理去向：第一个是在农耕施肥季节，沼液直接输送（管道、车辆）到饲料地、果园、苗圃、农田等施肥用地，作为液态有机肥使用；第二个是在非农耕施肥季节，沼液进入用肥基地沼液贮存池贮存，开春后使用；第三，可用温室大棚内栽培 黄瓜、西红柿、青椒、茄子、豆角、西胡等蔬菜，保花、保果效果明显。 叶菜可用于芹菜、 Page 8/31 韭菜、甘蓝，生长迅速；果树可用于油桃、樱桃、杏、李等，口感极佳，糖度增加；花卉方面的非洲菊、百合、玫瑰，表现花朵大、鲜艳、枝粗等。 长期使用沼液有机肥可以促进土壤团粒结构的形成，改良土壤结构，增强土壤保水保肥能力，提高土壤温度，改善土壤的理化特性，提高土壤中有机质、全氮、全磷以及土壤速效养分的含量，从而提高了土地肥力，并且减少化肥对环境的污染，降低用肥成本。 根据试验研究，施用沼液有机肥的土地与施用普通化肥的土地比较，土壤有机质含 量增加 ～ ％，全氮含量增加 ％左右，土壤速效氮、速效钾的含量分别提高 60％左右，其中，沼液有机肥对土壤速效磷增加最为明显，施用沼液有机肥的土壤速效磷含量是施用普通化肥的 7～ 8 倍。 （ 2）沼液承载土地量分析 沼液具有很强的还原性， COD含量较大，沼液不经过氧化处理不能直接排放和灌溉农田。 根据试验，沼液用水稀释 5~10倍后，可以直接灌溉农田，且具有一定的增产作用。 基于此，土肥专家在设计设施蔬菜营养液肥料、滴灌肥料和蔬菜、果树专用液体肥料的浓度时，稀释倍数一般为 10~20倍。 目前，国内具有较成熟的设 施蔬菜有机活性基质无土栽培技术、滴灌栽培的技术和敞穴施肥技术；掌握各类蔬菜、果树和农作物的养分需求规律和施肥的最佳养分配比；完全可以把沼液转化为各种肥料。 Page 9/31 第三章 工艺流程设计 第一节 沼气工程工艺选择 一、沼气工程工艺路线 本沼气工程工艺路线如图 31 所示。 图 31 蔬菜基地沼气工程工艺流程 二、工艺流程说明 根据潍坊蔬菜基地的合理规划，实行雨污分流，避免雨水进入沼气及提纯工程，同时，对发酵原料 蔬菜废弃物采用机动车收集运输并承包管理。 蔬菜废弃物污水经预处理和厌氧发酵 后，产生的沼气经净化后通过提纯机组用来提纯，并销售；厌氧发酵所产生的沼液和沼渣用于农作物、果园、饲料地和无公害蔬菜基地的有机肥料。 销售燃料 集水池 进料池 进料分配器 厌氧池 固液分离 沼液贮存池 污泥或沼液 沼渣 固态有机肥 回流 化学脱硫塔 气水分离器 计量表 贮气柜 提纯 干法脱硫 蔬菜废弃物收集库 Page 10/31 粉碎处理进料工艺 收集的蔬菜废弃物过磅计量后，经粉碎机粉碎后吹向皮带输送机，进入暂存场三轮车运输倒入厌氧罐。 厌氧消化工艺 厌氧消化工艺包括进料单元、厌氧消化单元、保温增温单元等构成。 （ 1）进料方式 进料方式可有多种选择，可以采取连续进料，也可采取间歇进料方式。 本工程设计 20 座厌氧发酵槽，采取分批间歇进料。 （ 2）厌氧反应器工艺 a. 各类厌氧反应器工艺性能描述 1）新型高浓度回流型厌氧反应器 该反应器无需搅拌，进出料顺畅，运行浓度高，无结壳问题。 运行管理简单。 自发热多，无多余沼液外排，运行能耗低，自动化程度高，人工费非常低，对物料要求宽泛，不怕杂质，进出料顺畅，寿命是传统的 2 倍以上，造价能耗是传统的 1/3— 1/2。 2）完全混合厌氧反应器（ CSTR）： 完全混合厌氧反应器（ CSTR）适用于畜禽粪污发酵工艺。 它在沼气发酵罐内采用搅拌和加温技术，这是沼气发酵工艺中的一项重要技术突破。 搅拌和加热，使沼气发酵速率大大提高，完全混合式厌氧反应器也被称为高速沼气发酵罐。 其特 点是：固体浓度高， TS 8~12%，可使畜禽蔬菜废弃物污水全部进行沼气发酵处理。 优点是处理量大，产沼气量多，便于管理，易启动，运行费用低。 一般适宜于以产沼气为主，有使用液态有机肥条件的地区。 由于这种工艺适宜处理含悬浮物高的畜禽粪污和有机废弃物，具有其他高效沼气发酵工艺无可比拟的优点，现在被欧洲等沼气工程发达地区广泛采用。 3）厌氧接触反应器 厌氧接触工艺的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 Page 11/31 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，可缩短水力停留时间。 目前，全混合式的厌氧接触反应器已被用于废水中 SS 浓度较高的高浓度有机废水的处理上。 4）上流式厌氧污泥床反应器（ UASB） 该工艺适用于处理悬浮物浓度低的有机废水。 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 含量很高的污水不适用，而且投资费用也较大。 5）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。 升流式固体沼气发酵工艺适合处理固体含量（ TS） 3~8%的有机废液。 当含高浓度有机物固体（ TS 3~8%左右）的废水由底部配水系统进入，依靠进料和产气的上升动力按一定的速度向上升流通过含有高浓度厌氧微生物的固体床时，有机物得到分解发酵，并产生了沼气。 产生的沼气随水流上 升具有一定搅拌混合作用，使得余下的未消化的固体物与中、上部的微生物进一步接触与氧化，最终达到较高的去除率。 但是，如果处理 蔬菜废弃物等高悬浮物的沼气发酵原料时，会引起浮渣结壳，导致堵塞出水管道和沼气管道，同时产气量会受到很大影响。 b. 几种典型的厌氧反应器适用性能比较 Page 12/31 上述几种典型的厌氧反应器性能比较如表 32 所示。 表 32 几种典型的厌氧反应器性能比较 反应器名称 优点 缺点 适用范围 新型高浓度回流型厌氧反应器 投资省、运行管理简单、浓度高，无需搅拌，耐冲击负荷能力较强、产气率高，能耗低，人工 省，寿命长，无多余沼液外排 ，不怕砖石、塑料布等杂质 占地面积略大 适用 范围广，对原料无要求适用 于高浓度、高悬浮物的有机物处理 完全混合厌氧反应器（ CSTR） 投资省、运行管理简单、具有搅拌装置、耐冲击负荷能力较强、产气率高 要有搅拌装置、能耗较大 适用于高浓度、高悬浮物的粪污处理 厌氧接触反应器 投资较省、运行管理简单，容积负。