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1、沼气工程规划设计与工程验收中国农业大学林聪主要内容1 沼气工程规划建设内容及产品方案 2 沼气工程建设模式及规划设计33 沼气装置4 沼气工程设计工艺参数的选择5 三沼利用 6 沼气工程验收工程建设规模分类一、大中型沼气工程规划建设的内容u1、粪污水的收集、饲养种类、饲养工艺、清粪工艺、养殖规模、粪污排污量等；u2、所选厌氧发酵工艺、发酵池型；u3、储气系统；u4、沼气利用系统，输配气系统、发电系统；u5、沼气净化系统、监测系统；u6、沼渣、沼液综合利用系统，周围土地承受和消纳能力，周围种植结构品种、对水肥的需求；u7、固体肥料生产。沼气工程的建设目标l（一）明确工程最终目标，选定技术路线l三
2、种类型： 一是以生产沼气和利用沼气为目标： 二是以达到环境保护要求，排水符合国家规定的标准为目标； 三是沼气、沼渣和沼液进行综合利用，实现生态环境建设。 l l沼气工程产品方案沼气工程产品方案沼气热能利用 （方式）l以产气为主 沼气发电 （ 需求和用途）沼渣液的利用 （土地承载力） 固体有机肥 （品种、市场）l以肥料为主 鲜粪外售 （需求）少量沼气 （利用方式） 少量沼气 （能量）l以污水达标排放为主 肥料生产 （品种、市场）污水处理 （处理方式、排放标准）二、沼气工程建设模式沼气工程发酵流程 图 建设内容v养殖场大中型沼气以“一池三建”为基本建设单元，建设沼气发酵池、原料预处理、沼气利用和沼
3、肥利用设施。 v“一池”：是指沼气发酵装置，即在厌氧条件下，利用微生物分解有机物并产生沼气的装置。 v“三建”： v一是建设预处理设施：包括沉淀、调节、计量、进出料、搅拌等装置 v二是建设沼气利用设施，包括沼气净化、储存、输配和利用装置 v三是沼肥利用设施，包括沼渣、沼液综合利用和进一步处理装置建设内容u一、主体工程：主要包括发酵原料预处理单元、沼气生产单元、沼气净化及储存单元、沼气利用单元、沼渣沼液综合利用单元的生产设备及设施；u二、配套工程：主要包括沼气站内供配电系统、工艺控制系统、给排水系统、增温系统、照明系统、消防系统、保安监视系统、道路、大门、围墙、通信、运输车辆等；u三、生产管理与
4、生活服务设施：主要包括办公室、值班室、门卫、公用卫生间等，寒冷地区还应包括采暖设施。应用模式u根据现场条件和对发酵残留物处理利用方式和要求的不同，沼气工程可以有两大类：u生态类型和环保类型。在实际工程设计中，根据现场条件、沼气利用和排放等方面的要求，可以选择模式。工程效益u通过选择适宜的处理模式，可以降低工程投资和运 行成本 ；通过选择好的技术和设备，可以提高产气 率、发电和余热利用率。u充分利用沼气的共生产品(热、电、肥), 增加收入 ，实现沼气工程的循环经济。u养殖场规模和环境容量因地制宜地选择适宜的技术 和处理模式，以达到粪污减量化、能源高效化、资 源利用最大化、处理费用最小化。 规划原
5、则u农业大中型沼气工程的建设，必须遵守国家有关经济建设的法律、法规，执行国家节约用水、节约能源、节约土地、保护环境、消防安全等政策，符合国家农村能源主管部门制定颁布的有关规定。u农业大中型沼气工程的建设应统筹规划，与城乡发展规划相协调，做到近远期结合，以近期为主，兼顾远期发展。 规划原则u农业大中型沼气工程的建设水平，应根据我国农村 经济发展现状，综合考虑农业规模化生产和科学技 术发展的实际状况，以农业有机废弃物的有效处理 和综合利用为目标，结合当地实际需求，因地制宜 地确定，做到技术先进、经济合理、不造成二次污 染，实现节能减排。u农业大中型沼气工程项目的建设，应在不断总结生 产实践经验的基
6、础上，从实际情况出发，首先采用 成熟可靠的技术，积极稳妥地选用行之有效的新技 术、新工艺、新材料和新设备。三、沼气工程建设规模分类标准工程规 模单体容积 (m3)总体容积 (m3)沼气产量 (m3/d)配套系统的配置大型3001000300完整的原料预处理系统；沼 渣、沼液综合利用系统；沼 气贮存、输配和利用系统；中型300 V501000 V10050原料预处理系统；沼渣、沼 液综合利用系统；沼气贮存 、输配和利用系统；小型50V20100 V5020原料计量、进出料系统；沼 渣、沼液综合利用系统；沼 气贮存、输配和利用系统；备注沼气产量是指在发酵温度大于25总体装置的沼气产量新的农业大中型
7、沼气工程建设规模u以日产沼气量为主要划分指标：u特大型：5000及以上；u大 型：5004999；u中 型：150499；u小 型：50149；大中型沼气工程建设用地参照指标建设规模用地参照指标 （沼气） 说 明特大型1.0-3.0较较好的工程地质质、供 水、供电电条件，交通运输输方便 大型3.0-6.0较较好的工程地质质、供 水、供电电条件，交通运输输方便 中型6.0-12.0较较好的工程地质质、供 水、供电电条件，交通运输输方便 厌氧反应器容积产气率限定指标发酵温度常温发酵中温发酵高温发酵容积产气率（ m3/m3.d）0.30.81.5沼气工程的劳动定员（人）规模 劳动定员特大型大型中型备
8、注管理人员231201生产人员5182612其他1302-值班、保卫人员合计82431013四、沼气工程设计工艺参数的选择温度酸碱度碳氮比搅拌厌氧消化的工艺条件接种物浓度添加物滞留期1、沼气发酵原料的收集l充足而稳定的原料供应是沼气发酵工艺的基础，不少沼气工程因原料来源的变化被迫停止运转或报废。原料的收集方式直接影响原料的质量，影响到污水的生成量以及浓度。 2、主要有机物沼气产量与成分v1Kg糖（C6H12O6）理论产甲烷量约为350升。 v如果按所产沼气中甲烷含量为60计算，则每KgCOD 的沼气产量为0.583m3,而实际上消耗每KgCOD只有 0.450.5升沼气产生。气体成分(%) 每
9、kgTS产气量(L)糖 类脂 肪蛋 白CH4 CO2 CH4 沼气50 50370 74072 281040 140050 50490 980不同原料产气量的实测值表 万头猪场干清粪：每天约排放COD高达6000-8000mg/L的冲 洗水约60 m3，而相同规模养鸡场的粪水排放量低于15m3， 牛场的粪水排放量为45m3。原 料产气量（L/kg.TS）甲烷含量(%)猪 粪42565.0鸡 粪31067.0牛 粪20559.03. 发酵温度的选择l发酵温度是影响沼气发酵的重要因素。沼气发酵菌种在860范围内都能发酵产气。l原料的分解消化速度随温度的升高而提高，也就是产气量随温度升高而提高，l沼
10、气发酵可分为3个温度范围，4560 称高度温发酵；3045称中温发酵；20以下称低温发酵。高温发酵v高温发酵工艺指发酵料液温度维持在50 60的范围，实际控制温度多在532。v该工艺的特点是微生物生长活跃，有机物分解速度快，产气率高、滞留时间短。采用高温发酵可以有效地杀灭粪便中各种致病菌和寄生虫卵，具有较好的卫生效果， 中温发酵u 中温发酵工艺指发酵料液温度维持在 352的范围。与高温发酵相比，这种工艺消化速度稍慢一些，产气率要低一些，但维持中温发酵的能耗较少，沼气发酵能总体维持在一个较高的水平，产气速度比较快，料液基本不结壳，可保证常年稳定运行。这种工艺因料液温度稳定，产气量也比较均衡。u
11、高温发酵消耗的热能太多，发酵残余物的肥效较低，氨态氮损失较大，这使中温发酵工艺得到了比较普遍的应用。常温发酵 v常温发酵也称为“自然温度”发酵，是指在自然温度下进行的沼气发酵，发酵温度受气温影响而变化。 v其特点是发酵料液的温度随气温、地温的变化而变化，其好处是不需要对发酵料液温度进行控制，节省保温和加热投资，沼气池本身不消耗热量；缺点是在同样投料条件下，一年四季产气率相差较大。 v冬季料液温度仅达到5，无论是产酸菌和产甲烷菌都受到了严重抑制，产气率不足0.01m3/(m3d),当发酵温度在15以上时，产甲烷菌的代谢活动才活跃起来，产气量明显升高，产气率可达0.10.2 m3/(m3d)。 温
12、度对产气速度的影响l温度的突然变化会对产气发生很大影响。l温度变化超过3，产气就会发生明显的变化。 l大中型沼气发酵工程应维持恒温发酵，温度是必需的监控指标。l将水温提高10，每吨水要消耗34m3沼气。沼气发酵温度 /1015202530沼气发酵时间/d9060453027有机物产气率 /mlg-14505306107107605、厌氧消化器的滞留期（HRT）v厌氧消化器的HRT是指一个消化器内的发酵液按体积计算被全部置换所需要的时间通常以天(d)或小时(h)为单位。v当消化器在一定容积负荷条件下运行时，其HRT与发酵原料有机物含量呈正比，有机物含量越高，HRT则越长，这有利于提高有机物的分解
13、率。v HRT（d）= 消化器的有效体积每天的进料量5、厌氧消化器的滞留期（HRT）滞留期与原料特性、发酵温度、装置类型及预期目的有关。一般地选择为： v常规地下池采用畜禽粪便为原料时滞留期为 2060天； v地面高效装置采用畜禽粪便为原料时滞留期为815天； v地面高效装置采用酒精废液及高浓度有机废水为原料时滞留期为0.54天。 v以生产沼气为主可选择最佳滞留期，以环境保护为主，则应适当延长滞留期。6、有机负荷和发酵浓度厌氧消化时的负荷通常是指发酵器的容积有机负荷，即每 单位消化器每天所承受的有机物的量，通常kgCOD/m3d为 单位，有时也用TS或VS来表示有机物的量。 容积负荷的大小主要
14、是由厌氧活性污泥的数量和活性决定 。因此在运行过程中确定容积负荷的根据是污泥的负荷， 即每kg厌氧活性污泥每天所承受的有机物的量，单位是 kgCOD/kgVSS.天。 发酵浓度与产气量和发酵时间有密切联系。7. 有无搅拌的选择l在生物反应器中，生物化学是依靠微生物的代谢活动而进行，这就要微生物不断接触新的食料。在分批投料发酵时，搅拌是使微生物与食物接触的有效手段；而在连续投较系统中，特别是高浓度产气量大的原料，在运行过程中由于进料和产气时气泡形成和上升过程所造成的搅拌则构成了食料与微生物的接触的主要动力。对消化器进行有限的搅拌，可使微生物与原料充分接触，同时打破分层现象，使活动性层扩大到全部发
15、酵液内。此外，搅拌尚有防止沉渣沉淀、防止产生或破坏浮渣层，保证池温均一，促进气液分离等功能。8.毒性化合物的控制l畜禽场消毒或防疫时会有较多药物进入粪便污水中。工厂有机污水中常会有些毒物质存在。这些物质会毒害或抑制沼气发酵过程，其中包括某些无机物和有机物。l有些有机氯毒性很强，如CH2CL2，CHCL3和CCL4等，浓度在1mg/L左右则有较强的抑制作用，因而以三氯甲烷(CHCL3)为溶剂粘接的发酵器，常引起产甲烷菌的中毒而使发酵失败。9、沼气发酵装置的选择v按储气方式，可分为水压式、浮罩式和气袋式；v按几何形状，可分为圆筒形、球形、椭球形、拱形、长方形、坛形等v按埋设位置，可分为地下式、半埋式和地上式三大类；v按建池材料，可分为砖结构、混凝土结构、钢筋混凝土结构、玻璃钢、塑料和钢丝网水泥、Lipp罐和搪瓷钢板罐等；v按发酵温度，可分为常温发酵、中温发酵和高温发酵。v按阶段划分可为两阶段发酵，一级发酵和两级或多级发酵等。v按发酵机制，可分为常规型、污泥滞留型和附着膜型三大类u 消化器或称沼气池是沼气发酵的核心设备，微生物
