大中型沼气工程初步设计

大中型沼气工程初步设计内容摘要：

）长的 SRT 及 MRT 使其实现了很高负荷率； （ 3）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； （ 4）出水 SS 含量低； （ 5）适用于低 SS 含量废水的处理。 缺点是： （ 1）需要安装气 /固分离器； （ 2）需要有效的布水器，使进料能均匀与消化器底部； （ 3）进水要求低 SS 含量； （ 4）在高水力负荷或高 SS 负荷时易流失固体和微生物，运行技术要求较高。 (2) 升流式厌氧固体反应器（ upflow anaerobic solid reactor，简称 USR） USR 反应器采用上流式污泥床原理，不使用机械搅拌，产气率视温度不同在 ～ 之间。 沼渣沼液 COD 浓度含量很高，不适宜好氧处理达标排放，一般 用于农田施肥进行生态化处理，是典型的能源生态型沼气工程工艺。 采用 USR 工艺产生的沼气如进行热电联产 (CHP)，热能输出部分可满足 20℃左右原料的升温要求，在我国北方地区的冬季，自身热量无法满足运行要求，需要使用锅炉或其它能量进行加热。 （ 3）污泥床滤器 (UBF) 它是将 UASB 和厌氧滤器结合为一体的厌氧消化器。 其下部为污泥床，上部设置纤维填料。 由于附着于纤维填料上的生物膜补充了污 山东万得福实业集团有限公司大中型沼气工程 科达环境 潍坊科达环境工程有限公司 电话： 05368553377 11 泥床上部微生物的不足，所以效益较高。 但每立方米填料价值 300～500 元，使工程造价上升。 顺义肉联厂的屠宰废水处理采用 UBF 工艺。 它对低浓度低悬浮固体污水的厌氧消化效果较好。 用于高浓度高悬浮固体废水处理易产生堵塞。 (4) 完全混合式厌氧消化器（ plete stirred tank reactor，简称 CSTR） 全混合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，故名高速消化器。 该消化器长采用恒温连续投料或半连续投料运行，适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理，如污水处理厂好氧活性污泥的厌氧消化过去多采用该工艺。 在该 消化器内，新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵器内的全部发酵液混合，使发 酵底物浓度始终保持相对较低状态。 该消化器时典型的 HRT、 SRT 和 MRT 完全相等的消化器，为了使生长缓慢的产甲烷菌的增殖和冲出速度保持平衡，要求 HRT 较长，一般要 10～ 15天或是更长的时间。 中温发酵时负荷为 3～ 4kgCOD/（ ），高温发酵为 5～ 6kgCOD/（ ）。 产气率视原料和温度不同在 ～。 沼渣沼液 COD 浓度和 TS 浓度含量高，一般不经固液分离即可直接用于农田施肥，是典型的能源生态型沼气工程工艺。 采用 CSTR 工 艺产生的沼气如进行热电联产 (CHP)，热能输出部分可满足大部分北方地区冬季的原料加热要求，不需外来能源加热。 山东万得福实业集团有限公司大中型沼气工程 科达环境 潍坊科达环境工程有限公司 电话： 05368553377 12 全混合式消化器的优点是： （ 1）可以进入高悬浮固体含量的原料； （ 2）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； （ 3）消化器内温度分布均匀； （ 4）进入消化器的抑制物质，能够迅速分散，保持较低浓度水平； （ 5）避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象； （ 6）易于建立数学模型。 一体化设备简介 德国、丹麦、荷兰等发达国家的沼气工程装备已达到设计标准化、产 品系列化、生产工业化，质量得到有效控制。 工程装备的组装技术也达到模块化、规范化。 其大型厌氧消化装置（容积为 20205000m3）为圆柱型立式罐，多为钢结构（ Lipp罐居多），小型厌氧消化装置（容积在 2001500m3）多为圆柱型立式罐、钢结构或钢筋混凝土结构。 二级厌氧消化装置（立式罐）顶部常常装有双膜储气罩，构成了发酵、储气一体化装置，既节省了单独设计储气装置的费用（比分体式降低15%左右）和占地面积，又解决了在寒冷地区冬季储气装置水封防冻的问题，丹麦一体化设备如图 24。 在德国，建设沼气工程以获取能 源为主要目的。 这种采用作物和粪便两种原料进行混合发酵的沼气工程在德国得到快速发展。 由于混合发酵原料 SS 含量和 TS 浓度都比较高，适合采用全混合厌氧反应器。 山东万得福实业集团有限公司大中型沼气工程 科达环境 潍坊科达环境工程有限公司 电话： 05368553377 13 从采用的反应器类型看，约 90%为立式全混合反应器，少数采用卧式反应器，主要用于含沙和纤维量高的原料，而且受结构限制，此类反应器的容积一般低于 300m3，还有不到 10%的工程采用两种反应器联合应用的方式。 随着材料技术的发展，一些工程采用了将发酵罐和储气柜一体化的设计，即在反应器的上部安装双层膜用以储存沼气，见图25和图 26。 德国 LIPP 公司不仅开发了 LIPP卷罐技术，还开发了沼气发酵和沼气储存为一体的罐体。 拼罐厌氧消化罐 山东万得福实业集团有限公司大中型沼气工程 科达环境 潍坊科达环境工程有限公司 电话： 05368553377 14 双层膜干式储气柜 将自有技术普通碳钢厌氧罐与柔性气柜相结合，对其优点从结构、经济性和推广度三方面进行分析。 结构 厌氧罐采用钢板焊接。 顶部换作柔性气柜后，搅拌机可改为侧入式搅拌，使罐顶不再是承重构件。 柔性气柜的优势在于可增强发酵池有效容积，提高产气率；保证供气压力平衡，有利于沼气使用和厌氧罐结构稳定；碳钢导 热系数 29W/(m℃ )， PVC 膜材导热系数 (m℃ )， PVC膜材导热系数远低于碳钢，无需保温，重量小，可折叠，运输方便。 罐体防腐的工程做法： 将所有粗糙的焊缝、表面的棱角磨圆并清除焊接时的溅熔物，清除掉表面的油脂、油污和其它污染物，表面喷砂处理达到 ISO 标准 级或电动工具除锈 S+3 级。 罐体内部采用环氧煤沥青漆，底漆一道，面漆两道。 罐体外部采用红丹防锈漆防腐，涂刷两道。 经济性 山东万得福实业集团有限公司大中型沼气工程 科达环境 潍坊科达环境工程有限公司 电话： 05368553377 15 采用厌氧储气一体化发酵设备比现有技术节省成本 %左右，占地节省 9%，且工期可节省一半。 推广度 目 前的小型沼气工程普遍存在投资高，收益低的问题，导致小型沼气工程很难建设和发展，基本靠国家资金扶持或直接被放弃。 若将设备标准化、规范化、成套化，其中的关键设备 —— 沼气产生与收集设备产品化，批量化生产可使设备成本降低，设备一体化可使土建费用减少，标准化可使工期缩短。 可将厌氧发酵与储气一体化设备、预处理粉碎机、搅拌机、脱硫罐、气水分离器等均设备化，施工时只需按定好的位置布管布线，大大提高了施工速度，降低了施工难度。 工程完成后，业主可通过简单的操作完成沼气工程的运行与维护，不需投入过多的人力物力，也不需很高的技能水 平。 具体几种工艺的比较见表 22。 表 2－ 2 常用厌氧发酵技术的比较 序号 类别 CSTR UASB USR 一体化设备 1 原料范围 所有类型 有机原料 高 COD污水 各类畜禽粪便 所有类型 有机原料 2 原料 TS浓度 5～ 13% 2% 3～ 5% 5～ 13% 3 应用区域 全国各地 中部、南部 中部、南部 全国各地 4 水力停留时间 10～ 30 天 1～ 5 天 8～ 15 天 10～ 30 天 山东万得福实业集团有限公司大中型沼气工程 科达环境 潍坊科达环境工程有限公司 电话： 05368553377 16 序号 类别 CSTR UASB USR 一体化设备 5 单位能耗 低 高 中等 低 6 单池容积 3003000m3 2003000m3 2002020m3 3001000m3 7 操作难度 中等 易 中等 中等 8 产气率 ～ ～ ～ ～ 9 经济效益 较高 中 高 较高 10 沼液处理难度 易 易 难 易 经过以上对比分析，几种工艺各有所长 UASB 在国内外已被大量用于低 SS 废水的处理，如废酒醪滤液、啤酒废水、豆制品废水等。 而对于 SS 浓度高的，则很易引起三相分离器的堵塞，导致反应器失效。 由于废水悬浮物 SS 比较高， COD 浓度相对较高，所需要较高负荷，选择全混式厌氧反应器（ CSTR）是较为合适的， 有利于节约投资；较长的水力停留时间也有利于粪便污物的分解与消化，沼气的产量也相对稳定，同时，更有利于项目的顺利实施与运行管理。 本工程拟选用 CSTR工艺，采用气柜、发酵罐一体化结构。 原则 山东万得福实业集团有限公司大中型沼气工程 科达环境 潍坊科达环境工程有限公司 电话： 05368553377 17 （ 1） 根据 业主的经济条件和投资目的，养殖场的地理位置、处理规模和粪污特点； （ 2）地方政府的要求和业主的实际操作水平 （ 3）采用先进、成熟、运行可靠的沼气工程技术，适应企业的发展； （ 4）在保证沼气工程达到设计要求的前提下，尽量减少投资和运行成本； （ 5）设备质量优良可靠，确保运行稳定，具 有良好的性价比，创建“放心工程”； （ 6）沼气系统力求操作管理简便，降低劳动强度。 2 .工艺选择 本工程主要原料 禽 粪 ， 工程地处 山东 ， 需要考虑冬季运行费用问题，适合选用进料 TS 浓度较高且原料中粗纤维对工艺无影响的 CSTR工艺，为了满足冬季运行的能量要求，考虑用锅炉对反应器进行加热。 预处理部 分设置格栅渠、调粪池、折流式沉砂渠、调节池 ，对粪便 进行搅拌调节处理。 预处理工艺 一是 保证了 CSTR 一体化设备内的物料浓度 ，二是去除大的悬浮物、无机颗粒可以减轻后面料液对设备的磨损。 柔性气 柜：柔性气柜是一种以柔性织物为贮气囊袋的低压燃气贮存装置，它集中了低压湿式贮气柜和低压干式贮气柜的优点，不需 山东万得福实业集团有限公司大中型沼气工程 科达环境 潍坊科达环境工程有限公司 电话： 05368553377 18 要防腐，冬季不需要保温，柔性织物贮气囊袋轻，因此基础要求简单；柔性织物材料价格低，产品的造价相应下降；在工厂制造出产品，因此施工期非常短，产品质量得到很好的控制，是目前低压湿式贮气柜和低压干式贮气柜的替代产品。 工艺流程图 根据前面的工艺介绍及表 61的对比结果，本工程选用 CSTR工艺， 流程如下图所 示 山东万得福实业集团有限公司大中型沼气工程 科达环境 潍坊科达环境工程有限公司 电话： 05368553377 19 表 24 工艺流程图 工艺流程说明及沼气利用、沼渣沼液的处理 粪污水的处理： 养殖场产生的粪污水经格栅渠除去大的悬浮物后进入调粪 池 ， 养殖场采用干清粪方式，将收集的干粪送入 调粪池 进行调粪 ， 调好一定浓度的料液经过折流式沉砂渠除去砂等无机颗粒（减少 后续设备的磨损）流入调节池 ，后经 潜水切割排污 泵打入厌氧 反应池 进行发酵。 发酵后产生的沼气经净化后储存于柔性气柜 ，后 用于 户用 和厂区内生活炊用 ，产生的沼液、沼渣混合液 进入沼渣浓缩池，沉淀后 经过固液分离 机 ，沼渣进入好氧 槽 ，加入其他辅料进行好氧发酵，分离后的沼液可以作为液体肥料施予周围的农田、菜园。 本。