沼氣工程在規(guī)模養(yǎng)豬場的應(yīng)用技術(shù)

沼氣工程在規(guī)模養(yǎng)豬場的應(yīng)用技術(shù)主要內(nèi)容沼氣工程產(chǎn)品方案與模式工程建設(shè)規(guī)模工藝與技術(shù)參數(shù)的確定沼氣工程建設(shè)內(nèi)容沼氣工程建設(shè)不容忽視的問題豬場動力網(wǎng)1)國家經(jīng)貿(mào)委：大中型能源工程---厭氧生產(chǎn)沼氣(能源模式)；2)農(nóng)業(yè)部：能源環(huán)保工程：以厭氧發(fā)酵制取沼氣為核心并結(jié)合環(huán)保要求的處置與利用方式(能源---環(huán)保模式)；3)環(huán)保局：達(dá)標(biāo)排放---系統(tǒng)由預(yù)處理、厭氧、好氧處理、后處理、污泥處理及沼氣凈化、貯存與利用等組成(環(huán)保模式)；4)生態(tài)工程模式:利用生態(tài)工程技術(shù)將糞水處理與資源化結(jié)合，不僅解決了環(huán)境問題，也利用了資源，變廢為寶。什么是養(yǎng)殖場大中型沼氣工程一、沼氣工程產(chǎn)品方案與模式1)管理實現(xiàn)減量化的原則在污染防治上應(yīng)強(qiáng)調(diào)減通過生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整及開展清潔生產(chǎn)減少污染物產(chǎn)生量，降低處理難度及處理成本。2)處理優(yōu)先資源化的原則資源化和綜合利用結(jié)合，堅持以利用為主、利用與污染治理相結(jié)合的原則。3)結(jié)果達(dá)到無害化的原則利用時不會對牲畜和作物的生長產(chǎn)生不良影響；排放的污水和糞便不會對地下水和地表水產(chǎn)生污染等。4)整個系統(tǒng)生態(tài)化的原則以農(nóng)養(yǎng)牧、養(yǎng)漁，以牧、漁促農(nóng)，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。5)運作通過產(chǎn)業(yè)化的原則畜禽糞便收集、生產(chǎn)和銷售，采用產(chǎn)業(yè)化和專業(yè)化運作模式，吸引社會投資。豬場動力網(wǎng)沼氣工程產(chǎn)品方案

沼氣熱能利用（方式）以產(chǎn)氣為主沼氣發(fā)電（需求和用途）沼渣液的利用（土地承載力）固體有機(jī)肥（品種、市場）以肥料為主鮮糞外售（需求）少量沼氣（利用方式）少量沼氣（能量）以污水達(dá)標(biāo)排放為主肥料生產(chǎn)（品種、市場）污水處理（處理方式、排放標(biāo)準(zhǔn)）應(yīng)用模式根據(jù)現(xiàn)場條件和對發(fā)酵殘留物處理利用方式和要求的不同，沼氣工程可以有兩大類，即生態(tài)類型和環(huán)保類型。在實際工程設(shè)計中，根據(jù)現(xiàn)場條件、沼氣利用和排放等方面的要求，可以選擇模式。

模式結(jié)構(gòu)動態(tài)高效沼氣池豬場動力網(wǎng)●廚房改造與建設(shè)沼氣做飯豬場動力網(wǎng)

沼氣灶、凈化調(diào)控器、輸氣管路、管件產(chǎn)品輸氣管路沼氣灶、凈化調(diào)控器輸氣管件沼氣蔬菜大棚點沼氣燈延長光照并釋放二氧化碳豬場動力網(wǎng)沼氣點燈24kW發(fā)電機(jī)組40kW發(fā)電機(jī)組沼氣發(fā)電120kW發(fā)電機(jī)組260kW發(fā)電機(jī)組沼氣發(fā)電豬場動力網(wǎng)機(jī)組型號：500GF1-1RZ發(fā)動機(jī)型號：Z12V190ZLDk-2額定功率：500kW額定轉(zhuǎn)速：1000r/min額定電壓：400V額定功率因數(shù)：0.8（滯后）機(jī)油消耗率：≤1.5g/kWh外形尺寸：5040×1970×2690mm機(jī)組總質(zhì)量：12500kg冷卻方式：強(qiáng)制水冷起動方式：24V直流電起動沼氣發(fā)電500kW沼氣發(fā)電機(jī)組余熱裝置出水余熱裝置進(jìn)水開式沼氣機(jī)組變壓器開式機(jī)組電站流程示意圖控制屏外循環(huán)水管線消音器換熱器沼氣工程建設(shè)模式

沼氣工程發(fā)酵流程圖

豬場動力網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)厭氧反應(yīng)器沉淀池（出料）一級貯糞池（調(diào)節(jié)池）二級貯糞池（加熱預(yù)混池）保溫脫水脫硫儲氣罐燃料

北京蟹島生態(tài)度假村沼氣工藝流程圖

處理的糞便污水量水力滯留期發(fā)酵濃度池型選擇二、工程建設(shè)規(guī)模

人、畜、禽糞尿排泄量（近似值）

項目分類體重（kg）一晝夜排泄量（kg）一年內(nèi)排泄量（kg）糞尿合計糞尿合計人500.511.5182.5365547.5豬5061521219054757665牛50020345473001241019710馬500101525365054759125羊151.523.5547.57301277.5雞1.50.100.136.5036.5豬場動力網(wǎng)

厭氧消化器的滯留期（HRT）

滯留期與原料特性、發(fā)酵溫度、裝置類型及預(yù)期目的有關(guān)。一般地選擇為：常規(guī)地下池采用畜禽糞便為原料時滯留期為20－60天；地面高效裝置采用畜禽糞便為原料時滯留期為8－15天；地面高效裝置采用酒精廢液及高濃度有機(jī)廢水為原料時滯留期為0.5－4天。以生產(chǎn)沼氣為主可選擇最佳滯留期，以環(huán)境保護(hù)為主，則應(yīng)適當(dāng)延長滯留期。

選擇消化器(沼氣池)

規(guī)模化養(yǎng)殖場大中型沼氣工程項目建設(shè)池型選擇：沼氣發(fā)酵裝置是整個沼氣工程的核心部件。沼氣發(fā)酵裝置類型很多，畜禽糞便污水多采用升流式固體反應(yīng)器（USR）及塞流式消化器，固體物含量低的廢水多采用上流式厭氧污泥床（UASB）厭氧消化器。三、工藝與技術(shù)參數(shù)的確定產(chǎn)氣量能源利用效率電能轉(zhuǎn)換效率熱電聯(lián)產(chǎn)豬場動力網(wǎng)

沼氣替代常規(guī)能源數(shù)量

每1m3沼氣替代常規(guī)能源數(shù)量

沼氣用途替代的常規(guī)能源替代量/kg/m3鍋爐燃料煤1.12替代柴油發(fā)電柴油0.308替代天然氣發(fā)電天然氣0.58民用煤2秸稈4汽車燃料汽油0.7

原料、池型、溫度與產(chǎn)氣率

原料池型溫度/℃產(chǎn)氣率/m3/m3?日畜禽糞便常規(guī)地下池常溫0.1－0.6地面池350.6－1.8豬場動力網(wǎng)幾種物料產(chǎn)氣率的實測值原料產(chǎn)氣量/L/kgTS甲烷含量（%）說明麥秸42560發(fā)酵溫度35℃，發(fā)酵周期秸稈為90天，糞便為60天。稻草40961玉米秸44259高粱秸38663青草45563樹葉25258人糞42668豬糞42565馬糞29763牛糞20559雞糞31067四、沼氣工程建設(shè)內(nèi)容養(yǎng)殖場大中型沼氣以“一池三建”為基本建設(shè)單元，建設(shè)沼氣發(fā)酵池、原料預(yù)處理、沼氣利用和沼肥利用設(shè)施?！耙怀亍保菏侵刚託獍l(fā)酵裝置，即在厭氧條件下，利用微生物分解有機(jī)物并產(chǎn)生沼氣的裝置?！叭ā保阂皇墙ㄔO(shè)預(yù)處理設(shè)施：包括沉淀、調(diào)節(jié)、計量、進(jìn)出料、攪拌等裝置；二是建設(shè)沼氣利用設(shè)施，包括沼氣凈化、儲存、輸配和利用裝置；三是沼肥利用設(shè)施，包括沼渣、沼液綜合利用和進(jìn)一步處理裝置。大中型沼氣工程工藝流程分為三個階段：預(yù)處理階段，厭氧發(fā)酵，后處理階段。預(yù)處理階段大中型沼氣工程所設(shè)計的相關(guān)構(gòu)筑物必須滿足發(fā)酵工藝要求，才能最終達(dá)到總體設(shè)計目標(biāo)。厭氧發(fā)酵原料宜采用盡可能高SS濃度的畜禽糞水，盡量減少沼液產(chǎn)量；厭氧消化宜采用中溫消化(35℃左右)，也可采用近中溫消化(25～30℃)。豬場動力網(wǎng)消化器的設(shè)計消化器容積大小與沼氣發(fā)酵原料的物料特性、消化液濃度和水力滯留期有關(guān)。消化器容積V1與每日處理原料量、消化液濃度、消化液密度和水力滯留期有關(guān)，公式如下：

消化器總?cè)莘e＝消化器中消化液容積（V1）＋消化器的儲氣容積（V2），一般取V2＝（8％～10％）V1，即：

V＝V1＋V2消化器的保溫設(shè)計

采取中、高溫運行的大中型沼氣工程，消化器內(nèi)料液的溫度或是35℃，或是54℃。而消化器周圍環(huán)境溫度卻隨著四季更替或晝夜交換而變化，為確保消化器能在恒溫條件下運行，必須以當(dāng)?shù)刈詈鋾r刻的氣溫條件，確定保溫層的厚度，對消化器進(jìn)行保溫設(shè)計。沼氣儲存

厭氧消化裝置本身工作狀態(tài)的波動及進(jìn)料量和濃度的變化，厭氧消化裝置產(chǎn)生的沼氣量也一直處于變化狀態(tài)。并且沼氣的產(chǎn)生基本上是連續(xù)的，而沼氣的使用通常是間歇的。

為保證各用氣點正常供氣，設(shè)置沼氣貯存設(shè)備。

大中型沼氣工程一般采用低壓濕式儲氣柜、干式儲氣柜、橡膠儲氣袋儲存沼氣。沼氣用于民用時，儲氣柜容積按產(chǎn)氣量的50％~60%計算；民用、發(fā)電或燒鍋爐各一半時，按產(chǎn)氣量的40％計算。圖1-1雙膜干式貯氣柜豬場動力網(wǎng)沼氣的凈化與利用

沼氣的脫水通常采用重力方法，或者在輸送沼氣管路的最低點將管路中水蒸氣排除。1.井蓋；2.集水井；3.凝水器；4.自動排水管；5.排水管；a.自動排水b.人工手動排水沼氣脫水裝置1.堵板；2.出氣管；3.筒體；4.橫置濾網(wǎng)；5.封頭；6.排水管；7.進(jìn)氣管；8.豎置濾網(wǎng)

沼氣脫硫

沼氣脫硫采用干式脫硫、濕式脫硫和生物脫硫。用于能源直接燃燒的沼氣中H2S濃度應(yīng)低于20毫克/米3，用于直接發(fā)電的沼氣中H2S濃度為300毫克/米3畜禽場的沼氣中H2S濃度在0.028－4.5克/米3之間，平均為1.79克/米3。豬場動力網(wǎng)五、沼氣工程建設(shè)不容忽視的問題

工程驗收運行管理安全沼渣液消納與綜合利用問題1.沼氣的密封問題密封是一道重要工序。施工中應(yīng)注意建池的密封，不能有縫隙和沙眼，形成漏氣。沼氣池建成后，用純水泥漿打底，抹1：2.5水泥沙漿找平壓實，將基層清理后充分澆水濕潤，接著開始做密封層。2.試壓檢驗

為保證安全和沼氣池的正常使用，必須經(jīng)過壓力實驗。沼氣工程建成及輸氣系統(tǒng)安裝后，要參照國標(biāo)GB4751中第7－2－1和7－2－2條規(guī)定進(jìn)行打壓驗收。

試壓檢驗--水壓法向沼氣池內(nèi)注水至溢流高度，穩(wěn)定后觀察12小時，當(dāng)水位無明顯變化時，表明發(fā)酵池及進(jìn)料管系統(tǒng)不漏水之后方可進(jìn)行水壓試驗。關(guān)閉池體通向氣空間的所有閥門，在池頂氣空間接好測壓儀表或Ｕ形壓力計，對氣空間做好全面的密封處理，此后繼續(xù)向沼氣池內(nèi)注水；當(dāng)壓力達(dá)到最大設(shè)計壓力時停止加水，記錄好壓力值，穩(wěn)壓觀察２４小時。當(dāng)壓力下降在3％～10％以內(nèi)時，可確認(rèn)沼氣池抗?jié)B性能符合要求。豬場動力網(wǎng)試壓檢驗--氣壓試驗法與前面的區(qū)別是在注水穩(wěn)壓觀察后，向罐（池）內(nèi)不是再注水，當(dāng)壓力達(dá)到最大設(shè)計壓力時停止加水，記錄好壓力值，穩(wěn)壓觀察２４小時。而是注氣后觀察沼氣池的壓力降在3％～10％以內(nèi)，確認(rèn)抗?jié)B性能符合要求。

3.沼氣的驗收與沼氣池配套的所有管道、閥門均應(yīng)根據(jù)其各自的運行壓力，分別用清水進(jìn)行承壓檢驗。

沼氣的壓力表和流量計要進(jìn)行質(zhì)量驗收和調(diào)試，以保證其安全、可靠、靈活和準(zhǔn)確。運行前的試車是非常重要的工作，否則在投產(chǎn)后再發(fā)現(xiàn)上述先天性缺陷，就會給補救維修工作帶來麻煩。

4.沼氣的竣工沼氣池的氣密性驗收完成后，接著進(jìn)行包括輸配管路的全系統(tǒng)氣密性和防滲漏驗收。單體驗收和分段驗收合格后，進(jìn)行全系統(tǒng)驗收，確保全系統(tǒng)不滲水、不漏氣后，再進(jìn)行沼氣工程的發(fā)酵啟動運行工作。隱蔽工程記錄

5.溫度變化對厭氧發(fā)酵效率的影響在同一溫度類型條件下，溫度發(fā)生波動會給發(fā)酵帶來一定影響。在35℃中溫發(fā)酵時，于１小時內(nèi)溫度上下波動不宜超過２～３℃。短時間內(nèi)溫度升降５℃，沼氣產(chǎn)量明顯下降，波動的幅度過大時，甚至停止產(chǎn)氣。例如一個在35℃下正常運行的沼氣池，若溫度突然下降到20℃，產(chǎn)氣幾乎停止。然而，溫度波動不會使厭氧消化系統(tǒng)受到不可逆轉(zhuǎn)的破壞，即溫度瞬時波動對發(fā)酵的不利影響只是暫時性的，溫度一經(jīng)恢復(fù)正常，發(fā)酵的效率也隨之恢復(fù)。5.溫度變化對厭氧發(fā)酵效率的影響

如溫度波動時間較長時，效率的恢復(fù)所需時間也相應(yīng)延長。如果將35℃運行溫度降至10℃，并保持15分鐘，然后恢復(fù)至35℃，沼氣產(chǎn)率就迅速回升；如果保持2小時，則產(chǎn)氣率恢復(fù)至原有水平所需的時間也較長。常溫發(fā)酵的沼氣池發(fā)酵溫度隨氣溫而便，產(chǎn)氣率較低。

6.pＨ與減度變化對厭氧發(fā)酵效率

沼氣發(fā)酵是在pＨ中性條件下的厭氧發(fā)酵，pＨ下降沼氣發(fā)酵就會終止。而pＨ的變化受發(fā)酵液中揮發(fā)酸濃度和堿度的影響。發(fā)酵料掖溫度在6.5-7.8之間。豬場動力網(wǎng)7.選取接種物

在確定系統(tǒng)運行溫度后，要選擇同類工程的活性污泥作接種物（菌種）。是否是相同的菌種，或富集菌種的多少，決定系統(tǒng)啟動速度的快慢。如不具備接種同類污泥條件，需要在馴化上下功夫，啟動的時間要長些，速度會慢些。沼氣池排出的活性污泥和污水溝底正在發(fā)泡的活性污泥，都可作為選取接種物的對象。接種量約占發(fā)酵容積的1/10∽1／3，接種量越多，啟動速度越快，在此基礎(chǔ)上逐漸富集。8.菌種的馴化富集菌種的馴化富集可在新建成的發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行，也可在其他的容器內(nèi)進(jìn)行。取來的活性污泥（菌種）越多越好，再加入適量的處理原料（數(shù)量小于菌種量１０％份額〕。菌種和原料的混合液在裝置內(nèi)作好保溫，再逐漸升溫到35℃，并調(diào)節(jié)使ｐＨ在6.8∽7.2范圍。每隔７～８天加入新料液一次，數(shù)量仍為裝置內(nèi)料液的5％～10％份額，以此繼續(xù)下去。

8.菌種的馴化富集馴化富集過程，是為厭氧發(fā)酵創(chuàng)造必要的條件，首要條件是適宜的溫度和ｐＨ，每次加人新料液的多少也是由馴化富集起來菌種液pＨ的高低所確定。不同溫度的菌種可以馴化豬場動力網(wǎng)9、沼氣發(fā)酵啟動沼氣發(fā)酵的啟動是指從投人接種物和原料開始，經(jīng)過馴化和培養(yǎng)，使沼氣池中厭氧活性污泥的數(shù)量和活性逐步增加，直至沼氣池的運行達(dá)到設(shè)計要求的全過程。這個過程所經(jīng)歷的時間稱為啟動期。沼氣池的啟動一般需要較長時間，若能取得大量活性污泥作為接種物，在啟動開始時投人發(fā)酵罐內(nèi)，可以縮短啟動期。

9、沼氣發(fā)酵啟動在啟動運行時，要裝備監(jiān)測手段，做法是控制好發(fā)酵料液的溫度和pＨ在最佳范圍之內(nèi)。其啟動方式都是將接種物和首批料液投入發(fā)酵罐后，停止進(jìn)料若干天，在料液處于靜態(tài)下，使接種污泥暫時聚集和生長，等大部分有機(jī)物被分解去除時，即產(chǎn)氣高峰過后，料液的ｐＨ在７.0以上，或產(chǎn)氣中甲烷含量在50％以上或COD去除率達(dá)到80％左右時，再進(jìn)行連續(xù)投料或半連續(xù)投料運行。

9、沼氣發(fā)酵啟動在啟動過程中，最常見的障礙是負(fù)荷過高所引起的發(fā)酵液有機(jī)酸含量上升、pＨ降低，這會影響發(fā)酵和沼氣的產(chǎn)生。排除的方法是，首先應(yīng)停止進(jìn)料，待pＨ恢復(fù)正常水平后，再以較低負(fù)荷開始進(jìn)料。當(dāng)發(fā)現(xiàn)pＨ已經(jīng)降至5.5以下，需要添加石灰水、碳酸鈉和碳酸氫銨等堿性物質(zhì)進(jìn)行中和。同時也可排出部分發(fā)酵液，再加入一些接種物，以起到稀釋、補充緩沖性物質(zhì)和增加活性污泥的作用。

豬場動力網(wǎng)10、運行管理啟動后，厭氧消化系統(tǒng)管理的基本要求，在于通過控制各項工藝條件，使沼氣池穩(wěn)定運行。只有穩(wěn)定運行的消化器才會有高的運行效果。如進(jìn)料量過多或過少，溫度驟然升高或下降等；進(jìn)水中混人強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、農(nóng)藥、抗菌素等有毒物質(zhì)都會影響產(chǎn)氣量。因此，日常運行隨時注視沼氣池內(nèi)酸化與甲烷化的平衡，及早發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的問題并迅速解決。11、污泥持留量的調(diào)節(jié)

沼氣池內(nèi)保持足夠的污泥量，是保證消化器運行效率的基礎(chǔ)，但經(jīng)較長時間運行后，污泥持留量過度時，不僅無助于提高厭氧消化效率，相反會因污泥沉積使有效容積縮小而降低效率，或者因易于堵塞而影響正常運行。因此，當(dāng)消化器運行一定時間階段后就應(yīng)適時、適量地排泥。啟動階段，沼氣池內(nèi)污泥量不足時，排出的污泥經(jīng)沉砂后可回流人沼氣池內(nèi)。

12、攪拌的控制

攪拌的目的主要為了增加微生物與原料的接觸，在沼氣池內(nèi)，由于進(jìn)料的沖擊及所產(chǎn)沼氣的逸出形成了一些攪拌作用。因此，在厭氧消化過程中一般不需連續(xù)攪拌，但有時會在沼氣池內(nèi)產(chǎn)生結(jié)殼，則必須采取破殼