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1、沼气池容设计一、工艺设计 发酵料液经前处理池沉淀、除杂后，从进料口进入装置，经各发酵单元逐级发酵，使养殖粪污得到无害化和减量化处理。通过设置在各发酵单元的回流搅拌器，进行强制回流搅拌，以提高菌料均匀度和产气率。在最后一级发酵单元设置储气浮罩，使最后一级发酵单元与整个装置产生的沼气经脱水、脱硫净化处理后，汇集与储气浮罩，供生产和生活使用。从出料间溢出的沼液和抽出的沼渣储存与贮肥池，用作农作物有机肥料，或淡水养殖营养饵料。 二、设计参数 (一) 气压 沼气发酵工艺及沼气沼气灯炉具都要求沼气气压相对稳定，且宜小不宜大。对于水压是沼气池，如果气压过大，容易破坏池体，造成泄漏；气压过小势必水压间面积过大
2、，占地多。因此，我国农村家用水压池常用设计气压为 8 千帕；浮罩池设计气压可采用 2 千帕。 (二) 产气率 根据我国养殖专业户沼气池发酵产气水平，其设计产气率采用 0.20.5 米 3/（米 3天）（三）贮气量 水压式沼气池靠池内带有压力的沼气将发酵料液压到出料间（大部分）、进料管（小部分）而贮存沼气。浮罩池由浮罩的升降来贮存沼气。 贮气容积的确定和用户用气的情况有关。养殖专业户沼气池的设计贮气量考虑能贮存 12 小时所产的沼气，即昼夜产气量的一半。 （四）池容 沼气池容积指发酵池净空容积。沼气池的容积应根据用户所拥有的发酵原料（数量和种类）、滞留时间、用气要求等因素合理确定。（五）投料率
3、投料率指的是最大限度投入的料液所占发酵间容积的百分率。设计最大投料量一般水压式为沼气池容积的 90，料液上部留适当空间，以免导气管堵塞和便于收集沼气;浮罩式为沼气容积的 98。最小设计投料量以不使沼气从进、出料管跑掉为原则。 三、建池规模计算 （一） 参数确定 根据小型畜禽养殖场的特点，经过优化设计和工程实践所选定的发酵工艺为无动力自由进料、多旋流布料、回流搅拌、固菌成膜、浮罩储气、常温发酵工艺。发酵料液温度变化范围为 1028，原料在发酵装置内的滞留天数（HRT）为 3090 天，南方取低限，北方取高限，一般取 60 天；适宜于小型畜禽养殖场沼气工程的发酵料液平均浓度（Ts）为610，一般取
4、 8；发酵装置的有效料液容积（m），浮罩式取 98，水压式取90；常温条件下的容积产气率（平均）一般为 0.200.40 米 3/（米 3天），取平均值0.30 米 3/（米 3天）;浮罩储气压力取 23 千帕（二） 池容计算 小型畜禽养殖场一般采用干清粪养殖工艺，每天可收集的粪便及含水量见表 17-1 表 17-1 成年畜禽日排粪量及含水率 畜禽种类 体重（千克） 日排粪量（千克） 年排粪量（千克） 含水量（） 猪 牛 鸡 50 500 1.5 6.0 20.0 0.1 2190 7300 3605 82.0 83.0 70.0 根据发酵原料的数量、一定温度下发酵原料在装置内停留的时间和投料
5、浓度等工艺条件，沼气发酵装置的容积计算公式为：vHRTTsb（17-1） b-单位畜禽每天的平均排粪量（千克、湿重） n-养殖畜禽的数量（头、只） Ts-畜禽粪便原料中干物质含量的百分比（） HRT-原料在池中的滞留天数（天）r-发酵原料浓度（） t-发酵料液比重（千克/米 3） m-池内装料有效容积（%） 根据选定的工艺参数，由式（17-1）和表 17-1，计算的装置容积与养殖规模的关系为： V=cn (17-2) 式中：c-畜禽类别系数，养猪 c=0.90,养牛 c=2.833,养鸡 c=0.025. 表 17-2 小型畜禽养殖场沼气装置容积与养殖规模 发酵池容（米 3） 20 30 40
6、 50 60 70 80 90 100 养猪规模（头） 养牛规模（头） 养鸡规模（只） 浮罩容积（米 3） 22 7 800 3.22 33 11 1200 4.82 44 14 1600 6.43 56 18 2000 8.00 67 21 2400 9.60 78 25 2800 11.20 89 28 3200 12.80 100 32 3600 14.40 111 35 4000 16.00 四、工艺技术要求 1 发酵原料及其预处理单元要求： 1.1 考虑原料所含杂物对发酵工艺和设备的影响，特别是牛粪中含有大量的砂、杂草以及鸡粪中的砂、鸡毛等。在原料进入主体发酵工艺前应设置格栅、沉砂池
7、及调节池等预处理设施。 1.2 当粪污量较大时可选择机械格栅，格栅的技术要求参照室外排水设计规范（GB50014-2006）的有关规定。 1.3 当处理养鸡场、散放式牛场粪污时应设置独立的沉砂池；沉砂池设计应符合城市粪便处理厂（场）设计规范（CJJ64-1995）的有关要求。 1.4 调节池容量应不小于进水量的 50%，调节池应方便去除浮渣和沉砂。 2 厌氧消化单元工艺要求： 2.1 厌氧发酵罐可采用与气柜分体式结构，也可选择产气贮气一体化结构。 2.2 厌氧反应器应采用地上式搪瓷拼装罐、Lipp 罐、钢结构罐或钢混结构罐。 2.3 高浓度发酵原料厌氧消化应采用高固含率（TS8%）中温（35左
8、右）消化工艺：即完全混合式厌氧反应器（CSTR）、高浓度卧式推流厌氧反应器（HCPF）或升流式固体床反应器(USR)等工艺，年均池容产气率0.8m3/ m3d，挥发性固形物去除率70%。低浓度发酵原料厌氧消化应采用厌氧复合反应器（UBF）、厌氧接触(AC)、上流式污泥床（UASB） 等工艺，年均池容产气率0.3m3/ m3d，化学需氧量去除率70%。鼓励采用高浓度厌氧消化工艺。 2.4 建设地温度条件不能满足工艺要求时，应设置增保温措施；厌氧反应器采用外保温措施，对罐体加热可选择利用发电机组余热、沼气锅炉加热或安装太阳能热水器等方式。 2.5 厌氧反应器应设有防止超正、负压的安全装置及措施，安
9、全装置的安全范围应满足工艺设计的压力及池体安全的要求。 2.6 厌氧反应器应达到水密性与气密性要求，应采用不透气、不透水的材料建造，内壁及管路应进行内防腐处理。 2.7 为保障厌氧反应器运行可靠，应设有取样口、测温点和排空设施，并根据工艺需要配置常用测量仪器、仪表。 2.8 厌氧反应器下部应设有检修人孔、排泥管；排泥管管径不宜小于 110mm；人孔直径不宜小于 600mm。 3 沼气净化单元设计要求： 3.1 脱硫。根据设计要求，可选择生物脱硫或化学脱硫工艺，也可同时采用生物脱硫和化学脱硫工艺。 3.2 脱水。不同的温度下沼气中饱和水蒸汽的含量不同，在 35时水的含量接近 5%。在输入燃气输配
10、管网前，沼气中水的去除率应在 80%以上。 4 沼气贮存单元设计要求： 4.1 沼气贮存应有良好的气密性、稳定性和安全性，无沼气泄漏。根据设计要求，可选用常压双膜干式贮气柜、高压贮气柜或低压湿式贮气柜；贮气柜按设计规范要求使用寿命应达到 30 年。 4.2 贮气柜与周围建、构筑物的防火间距应符合国家标准建筑设计防火规范（GB50016-2006）的有关规定。 4.3 配套设备齐全，压力稳定。 5 燃气输配管网设计要求： 5.1 燃气输配管网整体设计应遵循沼气工程技术规范 第部分：供气设计NY/T1220.2-2006 要求执行。 5.2 管材选用应符合 GB15558.12003 和 GB15
11、558.22005 要求，可选用燃气专用埋地聚乙烯管材(即 PE 管)或无缝钢管，设计使用寿命应达到 50 年。PE 管安装应符合聚乙烯燃气管道工程技术规程（CJJ6395）要求；钢质沼气管道防腐应按沼气工程技术规范第部分：供气设计NY/T1220.2-2006 要求设计。室内沼气管道宜采用镀锌无缝钢管。6 配套设备质量要求： 沼气工程配套的加热设备、搅拌机、进料泵等设备及装置应达到设计要求。 6.1 沉砂/除砂设备的基本要求：鸡粪（蛋鸡）、牛粪原料中含有 1-3的砂，在预处理阶段应有除砂工艺及设备，将原料中 80以上的砂除去，避免其进入厌氧发酵罐； 6.2 进料泵/切碎机的基本要求： （1）
12、应满足高浓度发酵原料（TS 为 8-12）的输送要求。 （2）对于鸡粪、牛粪、秸秆等，由于其含有鸡毛或草等杂物，还应配置切碎机以切碎鸡毛或秸秆，避免堵塞管道等。 6.3 搅拌设备的基本要求： 为充分混合罐内发酵原料与菌种，避免罐内死区与浮渣层的产生，机械搅拌常用转速应达到 1820rpm。常用搅拌装置可选择： （1）罐顶搅拌机。适用于钢性罐顶； （2）斜搅拌机。适用于产气贮气一体化发酵罐（柔性顶）。 （3）气体搅拌装置。可作为主搅拌或辅助搅拌装置。 6.4 脱硫塔的基本要求：脱硫后沼气内 H2S 浓度：沼气发电200ppm；沼气民用20ppm。 6.5阀门、仪表等的基本要求：阀门等构件应选择国
13、标产品。与厌氧罐相连沼液管等宜用刀闸阀。仪表显示应准确稳定。 7 系统运行要求： 7.1 整套沼气工程能常年稳定运行。 7.2 热电肥联产模式常年发酵温度和效率基本一致，采用发电余热给发酵罐加温，而不需要外加热源；系统能耗低，大型沼气工程自身用电占总发电量的 56；中型沼气工程自身用电占总发电量的 810。 7.3 沼气集中供气工程模式发酵系统增温、保温应利用沼气锅炉实现。 8 沼渣沼液利用：应优先考虑沼渣、沼液还田。宜采用沼液减量化生产技术，浓缩沼液中营养物质含量,降低沼液产生量，减少沼液池一次性投资及沼液运输利用成本。 9 沼气利用：应优先考虑用于周边农村居民炊事或养殖场生活、生产自用。无
14、法实现集中供气、或集中供气利用不完的沼气可用于沼气发电上网销售或自发自用，发电余热可用于发酵系统增温、仔猪保温或沼渣烘干。 每头牛（体重 500kg），每昼夜排泄粪便约 25 公斤，含水率为 80%左右，含 TS 18-20%，年排泄粪便可达 7-8 吨/头。 每头牛每昼夜排泄牛尿 25-30kg，加上挤奶中心污水，每头奶牛约有尿水与污水量 40-45kg左右，收集按 80%计算，年排放可达 14-16 吨/头。该污水 COD 值多大于 2000mg/L，NH3-N值则在 100mg/L 以上。 原料产气率是指原料中单位总体积（Ts）或挥发性固体（Vs）在发酵过程中的产气量。料产气率是指原料中单位总体积（Ts）或挥发性固体（Vs）在发酵过程中的产气量。 农村常用发酵原料在不同温度下的产气率 原料名称 中温（35） 常温（1025） 猪粪 牛粪 人粪 稻草 麦草 青草 0.45 0.30 0.43 0.40 0.45 0.44 0.25-0.30 0.20-0.25 0.25-0.30 0.20-0.25 0.20-0.25 0.20-0.25 沼渣沼液的产生量如何计算 按照 TS 含量计算，一般发酵过程会消耗掉 60%的干物质，剩余 40%的干物质进入沼渣（约35%）、沼液（约 5%）中，以沼渣计算为例，若沼渣的含固率为 25%，则沼渣产量为TS*35%/25%
