【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，將有機(jī)物(碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪)經(jīng)過厭氧消化作用轉(zhuǎn)化為沼氣和二氧化碳，可用于周圍農(nóng)戶用氣和場(chǎng)區(qū)發(fā)電。沼氣燃用和發(fā)電隨著常規(guī)能源的日益減少以及環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重，新能源的開發(fā)利用（尤其是可再生能源的開發(fā)和綜合利用）越來(lái)越受到重視。沼氣發(fā)電和燃用是國(guó)家完善新能源和可再生能源開發(fā)和綜合利用的重要內(nèi)容，是緩解我國(guó)能源緊缺狀況的有效手段。沼氣的主要成分是甲烷，通常占總體積的60～70%，其次是二氧化碳，約占總體積的25～40%，其余是硫化氫、氮、氫和一氧化碳等其他約占總體積的5%左右。甲烷的熱值很高，達(dá)36840kJ/m3，甲烷完全燃燒時(shí)僅剩二氧化碳和水，并釋放出熱能，是一種清潔燃料。由于沼氣中甲烷含量的不同，沼氣的發(fā)熱值約在20855～25120kJ/m3，其著火溫度為88℃，沼氣中因含有二氧化碳等不可燃?xì)怏w，抗爆性能好。通常情況下，沼氣發(fā)電的基本流程為：發(fā)酵罐 沼氣 脫硫 穩(wěn)壓 發(fā)電機(jī)組 電力輸出沼液沼液是經(jīng)厭氧發(fā)酵所產(chǎn)生的，經(jīng)厭氧處理后，寄生蟲和害蟲的蟲卵多數(shù)被殺死，減少了病蟲害的來(lái)源；其次，沼液中還含有吲哚乙酸、赤霞素等殺蟲成分，可以有效殺死蚜蟲、紅蜘蛛等害蟲，因此沼液可用于噴淋花卉、苗圃、果樹和灌溉農(nóng)田等，從而降低農(nóng)藥使用量。養(yǎng)殖場(chǎng)周邊有大量農(nóng)田，可充分消納沼氣工程所產(chǎn)生的沼渣、沼液。沼渣沼渣是經(jīng)厭氧發(fā)酵所產(chǎn)生的沉積物，作為生物有機(jī)肥，可以改良土壤、增加土壤中的有機(jī)物含量，經(jīng)常使用的土壤，有機(jī)物、氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素明顯增加，土壤活性增強(qiáng)、肥力增強(qiáng)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，降低了化肥的使用。厭氧處理后的沼渣經(jīng)晾曬，用作、農(nóng)田、林地等的基肥，為農(nóng)作物提供養(yǎng)分。第7章　工藝技術(shù)方案與設(shè)備選型 指導(dǎo)原則以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念為指導(dǎo)，符合可持續(xù)發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的要求循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論是建設(shè)生態(tài)綜合種養(yǎng)基地的支撐理論。循環(huán)經(jīng)濟(jì)的本質(zhì)就是物質(zhì)、能量的梯次和閉路循環(huán)使用。以“整體、協(xié)調(diào)、循環(huán)、再生”為總的指導(dǎo)思想，按照“減量化、無(wú)害化、資源化、生態(tài)化”的原則，建設(shè)示范項(xiàng)目典型。由于養(yǎng)殖場(chǎng)周邊種植業(yè)配套合理，具備形成一個(gè)比較完善的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為物質(zhì)、能源的可再生回收利用提供了可能。項(xiàng)目將以沼氣工程為紐帶，把污染治理和資源循環(huán)利用有機(jī)的結(jié)合為一體，真正實(shí)現(xiàn)畜禽糞便的無(wú)害化、資源化和商品化，形成沒有污染的可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系。以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念為指導(dǎo)的生態(tài)農(nóng)業(yè)，體現(xiàn)出現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、環(huán)保農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢(shì)，以污染物的資源化利用為切入點(diǎn)，促進(jìn)物質(zhì)和能量的循環(huán)，形成一個(gè)經(jīng)濟(jì)、合理、完整、多層次、多功能的良性循環(huán)系統(tǒng)。排放減量化在項(xiàng)目場(chǎng)區(qū)內(nèi)推行清潔生產(chǎn)，采用科學(xué)合理的飼料配方和飼養(yǎng)管理技術(shù)，大幅度降低糞污對(duì)場(chǎng)區(qū)的污染，確保生產(chǎn)的安全和人身的健康：（1）、對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)的糞便污水治理，從生產(chǎn)工藝上進(jìn)行改進(jìn)，采取干清糞工藝（減少用水量，力爭(zhēng)用最少的水沖更多的糞），減少污水量；（2）、雨污分流（雨水采用自然排放水體，污水全封閉集中治理）；（3）、噴霧鼓風(fēng)降溫（牛舍高溫季節(jié)建議采用噴霧加鼓風(fēng)的工藝，嚴(yán)禁采用自來(lái)水沖量的增加污染源的工藝）。最大限度地保存糞的肥效與能效，同時(shí)便于收集和運(yùn)輸，以利于集中高效生產(chǎn)沼氣和有機(jī)生物肥料。排放無(wú)害化要使養(yǎng)殖場(chǎng)區(qū)實(shí)現(xiàn)環(huán)境優(yōu)美、衛(wèi)生無(wú)污染，在糞污治理中采用全封閉的厭氧發(fā)酵工藝一致認(rèn)為是首選方案，糞污經(jīng)過調(diào)配池的混合均質(zhì)后，采用切割泵壓到厭氧發(fā)酵塔中經(jīng)過2025天的厭氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵后的沼液無(wú)毒、無(wú)臭味，可殺滅96%以上的病毒和蟲卵，可切斷牛的寄生蟲生長(zhǎng)周期，對(duì)場(chǎng)區(qū)養(yǎng)殖和周圍農(nóng)村生活環(huán)境都是有益無(wú)害的。排放資源化沼渣沼液的利用：本工程每天可產(chǎn)生沼渣沼液，經(jīng)過厭氧發(fā)酵后變成無(wú)毒、無(wú)臭味、營(yíng)養(yǎng)豐富的無(wú)公害液肥，可直接作為沼渣沼液肥料用于周圍農(nóng)田，沼液可以作為肥料?？梢詼p少農(nóng)藥、化肥的使用量，增產(chǎn)增收，使綠色無(wú)公害農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的必備肥料。既能解決糞污的環(huán)境危害，又為有機(jī)、無(wú)公害、綠色農(nóng)業(yè)提供了肥源問題。堅(jiān)持因地制宜、突出特色，實(shí)現(xiàn)種植、養(yǎng)殖、加工的協(xié)調(diào)發(fā)展該設(shè)計(jì)必須突出區(qū)域性特點(diǎn)，突出地方性特色。在設(shè)計(jì)時(shí)必須從當(dāng)?shù)氐膶?shí)際出發(fā)，在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，正確識(shí)別影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的有利條件和制約因素。建設(shè)要切合實(shí)際，既具有前瞻性和科學(xué)性，又具有現(xiàn)實(shí)性和可操作性。通過種植、養(yǎng)殖業(yè)的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廢棄物的回收利用，每年可消化養(yǎng)殖場(chǎng)所產(chǎn)生的牛糞及沖糞污水，實(shí)現(xiàn)廢棄物的綜合利用。沼氣用于周圍農(nóng)戶和場(chǎng)區(qū)用能，可解決周圍能源緊張的問題，而沼渣和沼液可成為農(nóng)肥，可以促進(jìn)養(yǎng)殖場(chǎng)周邊種植業(yè)的發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)“物盡其用，地盡其利”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，取得環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。 設(shè)計(jì)思路按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)的原則，依據(jù)“資源產(chǎn)品資源”的循環(huán)再生模式，針對(duì)項(xiàng)目區(qū)的實(shí)際情況和排放要求，產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案為：牛糞和沖洗廢水經(jīng)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，沼氣用于周圍農(nóng)戶和場(chǎng)區(qū)用能，可解決周圍能源緊張的問題，沼氣發(fā)酵后的沼渣沼液可直接施肥，也可添加適量的氮、磷、鉀和各種微量元素，經(jīng)深加工制成高效液肥，做葉面噴施肥和無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液，也可作為追肥使用，能快速補(bǔ)充植物所需營(yíng)養(yǎng)，并可預(yù)防多種病蟲害，明顯提高產(chǎn)品品質(zhì)與產(chǎn)量，從而促進(jìn)養(yǎng)殖場(chǎng)周邊農(nóng)村綠色農(nóng)業(yè)、有機(jī)果品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高了產(chǎn)品的附加值和經(jīng)濟(jì)回報(bào)率。 工藝技術(shù)方案比選目前，大中型沼氣工程主推技術(shù)模式主要有兩種：能源生態(tài)型模式、能源環(huán)保型模式。常用的工藝主要有UASB、USR、CSTR、HCF工藝?，F(xiàn)對(duì)常用的這幾種工藝分別進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹和對(duì)比：1．升流式厭氧污泥床（upflow anaerobic sludge blanket,簡(jiǎn)稱UASB）UASB工藝是上世紀(jì)70年代開發(fā)的一種適用于低SS工業(yè)有機(jī)廢水的厭氧處理工藝，后被應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的污水處理，其原理是先對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)污水進(jìn)行固液分離，污水進(jìn)入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器進(jìn)行厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生沼氣，出水往往需進(jìn)一步好氧處理達(dá)標(biāo)排放，是一種以環(huán)保治理為主，生產(chǎn)能源為輔的能源環(huán)保型沼氣工程工藝。UASB反應(yīng)器的特點(diǎn)是由于培養(yǎng)了顆粒污泥，而使厭氧菌種不容易流失，大大提高了厭氧發(fā)酵效率，不需要攪拌、運(yùn)轉(zhuǎn)簡(jiǎn)單、適應(yīng)高或低濃度COD負(fù)荷、占地面積小。但UASB反應(yīng)器存在最大的缺點(diǎn)是不適用于高懸浮物的廢液（一般進(jìn)水SS不超過2000mg/l），否則會(huì)導(dǎo)致布水系統(tǒng)堵塞、菌種流失。工作原理：廢水中的有機(jī)污染物在厭氧條件下經(jīng)微生物降解，轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳等，所產(chǎn)氣體（沼氣）含甲烷大于50%，可作為能源再次利用，主要用于發(fā)電、鍋爐燃燒等，既可去除有機(jī)污染物，又可回收能源。其工藝流程是先對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)污水進(jìn)行固液分離，廢水首先被盡可能均勻的引入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器（污泥反應(yīng)區(qū)、氣液固三相分離器包括沉淀區(qū)和氣室三部分組成）底部，污水在厭氧狀態(tài)下反應(yīng)，分解有機(jī)物，產(chǎn)生沼氣。通過氣、液、固三相分離器，可使反應(yīng)器中保持高活性及良好的沉淀性能的厭氧微生物，經(jīng)分離污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面，氣體進(jìn)入集氣室。出水往往需進(jìn)一步好氧處理，進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放。是一種以環(huán)保治理為主，生產(chǎn)能源為輔的能源環(huán)保型沼氣工程工藝。2．升流式厭氧固體反應(yīng)器（upflow anaerobic solid reactor,簡(jiǎn)稱USR）USR工藝流程是先對(duì)各類畜禽糞便及其它有機(jī)物進(jìn)行預(yù)處理，除去大顆粒和粗纖維物質(zhì)（進(jìn)料TS濃度3～5%）后，進(jìn)入U(xiǎn)SR反應(yīng)器，USR反應(yīng)器采用上流式污泥床原理，不使用機(jī)械攪拌，～。沼渣沼液COD濃度含量很高，不適宜好氧處理達(dá)標(biāo)排放，一般用于農(nóng)田施肥進(jìn)行生態(tài)化處理，是典型的能源生態(tài)型沼氣工程工藝。 采用USR工藝產(chǎn)生的沼氣如進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP),熱能輸出部分可滿足20℃左右原料的升溫要求，在我國(guó)北方地區(qū)的冬季，自身熱量無(wú)法滿足運(yùn)行要求，需要使用鍋爐或其它能量進(jìn)行加熱。USR工藝采用上流式污泥床原理，無(wú)內(nèi)部機(jī)械攪拌，產(chǎn)氣率在中溫條件下， m3/m3之間。3． 完全混合式厭氧消化器（plete stirred tank reactor，簡(jiǎn)稱CSTR）CSTR工藝流程是先對(duì)各類畜禽糞便及其它有機(jī)物進(jìn)行粉碎處理，調(diào)整進(jìn)料TS濃度6～12%范圍內(nèi)，進(jìn)入CSTR反應(yīng)器后，CSTR反應(yīng)器采用上進(jìn)料下出料方式，并帶有機(jī)械攪拌，～。沼渣沼液COD濃度和TS濃度含量高，一般不經(jīng)固液分離即可直接用于農(nóng)田施肥，是典型的能源生態(tài)型沼氣工程工藝。CSTR反應(yīng)器的特點(diǎn)是適用于高懸浮物、高濃度（高溫）廢液，因此對(duì)于處理畜禽養(yǎng)殖糞污非常適合。其運(yùn)行穩(wěn)定性好，產(chǎn)氣率較高。4．塞流式厭氧反應(yīng)器（HCF）HCF工藝是一種全混式工藝，80年代從歐洲引進(jìn)，其原理是將糞污按照TS濃度812%調(diào)配，直接進(jìn)入帶攪拌器的HCF反應(yīng)器進(jìn)行厭氧反應(yīng)， m3/m3之間，產(chǎn)生的沼渣沼液直接用于農(nóng)田施肥，也是典型的能源生態(tài)型沼氣工程工藝。具體幾種工藝的比較見下表：表71 幾種主要厭氧處理技術(shù)的特點(diǎn)序號(hào)類別CSTRUASBUSR1原料范圍所有類型有機(jī)原料高COD污水豬糞2原料TS濃度6～12%2%3～5%3應(yīng)用區(qū)域全國(guó)各地中部、南部中部、南部4水力停留時(shí)間10～30天1～5天8～15天5單位能耗低高中等6單池容積3003000m32003000m32002000m37操作難度中等中等中等8產(chǎn)氣率～～～9經(jīng)濟(jì)效益較高較低偏低根據(jù)前面的工藝介紹及對(duì)比結(jié)果，結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，本工程選用“CSTR厭氧反應(yīng)罐+獨(dú)立氣柜工藝”，有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）由于糞污含固率比較高，本著使糞便得到有效處理的目的，選CSTR厭氧發(fā)酵工藝；由于某省自治區(qū)比較寒冷，故選用獨(dú)立氣柜；（2）采用先進(jìn)、成熟、運(yùn)行可靠的沼氣工程技術(shù)，適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展；（3）在保證沼氣工程達(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量減少投資和運(yùn)行成本；（4）設(shè)備質(zhì)量?jī)?yōu)良可靠，確保運(yùn)行穩(wěn)定，具有良好的性價(jià)比，創(chuàng)建“放心工程”；（5）沼氣系統(tǒng)力求操作管理簡(jiǎn)便，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。流程如下圖所示：圖71 生產(chǎn)工藝流程圖污水集水調(diào)節(jié)池糞便沼氣池固液分離有機(jī)肥料沼渣氣體凈化貯氣柜發(fā)電沉淀池貯存池農(nóng)田沼氣沼液余熱利用 工藝流程說(shuō)明工藝流程說(shuō)明沖洗廢水經(jīng)過一道格柵渠后自流進(jìn)入集污池，污水與鮮糞一起進(jìn)入調(diào)配池，在漿式攪拌機(jī)的作用下，糞水混合均勻，糞污經(jīng)過折流沉砂渠，沉去部分砂質(zhì)，自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，在攪拌機(jī)的攪拌下混合均勻，原料由切割泵泵入CSTR厭氧反應(yīng)罐，原料在CSTR厭氧反應(yīng)罐內(nèi)在厭氧菌的作用下厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入獨(dú)立氣柜，經(jīng)過脫水、脫硫，阻火器后用于戶用及發(fā)電。CSTR厭氧反應(yīng)罐出來(lái)的沼渣和沼液流入沼渣沼液濃縮池經(jīng)固液分離后，沼渣作為固體有機(jī)肥料出售，沼液存于沼液池也用來(lái)灌溉農(nóng)田。本項(xiàng)目存欄奶牛218頭、年出欄肉牛500頭，采用干清糞工藝，日產(chǎn)糞18噸，收集污水約25噸。沖洗廢水等污水經(jīng)過一道格柵渠后自流進(jìn)入集污池沉淀收集，而后污水會(huì)與鮮糞一起進(jìn)入調(diào)配池。目前比較先進(jìn)的厭氧消化工藝主要有USR、UASB、CSTR、HCPF、IC、PFR、AF等幾種類型。USR、CSTR、PFR、HCPF一般適合能源生態(tài)型，適用于處理高懸浮、高濃度固體廢棄物。本工藝采用CSTR厭氧消化工藝。厭氧反應(yīng)后的料液經(jīng)固液分離后產(chǎn)生的沼渣制成固體有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥，分離產(chǎn)生的沼液部分回流使用，多余的沼液流入沼液儲(chǔ)存池，作為灌溉肥源供周邊田地灌溉使用。沼液綜合利用設(shè)施主要內(nèi)容包括管道輸送設(shè)備、田間貯存池等。項(xiàng)目產(chǎn)生的沼液作為液肥灌溉項(xiàng)目區(qū)附近的青貯飼料地。為符合植物灌溉、施肥的周期性，保證每天生產(chǎn)的沼液全部施用于青貯飼料地，需要設(shè)置一定容積貯液池來(lái)調(diào)整灌溉及用肥的周期性。貯液池主要功能是貯存沼液?？紤]冬季不灌溉，貯液池容積按貯存3個(gè)月的沼液來(lái)設(shè)計(jì)。厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入獨(dú)立柔性膜氣柜，經(jīng)過脫水、脫硫，阻火器后用于戶用及發(fā)電。之所以選擇獨(dú)立柔性膜氣柜，是結(jié)合內(nèi)蒙的氣候條件（冬日比較寒冷）和氣柜的性能和價(jià)格等多方面因素優(yōu)先選擇的。1． 糞污收集量計(jì)算本項(xiàng)目存欄奶牛218頭、年出欄肉牛500頭，日產(chǎn)糞18噸，收集污水約25噸。牛糞干物質(zhì)濃度按15%計(jì)算，則干物質(zhì)（TS），其中的COD含量為52千克/噸。2． 沼氣池容積計(jì)算沼氣池需進(jìn)調(diào)配成干物質(zhì)含量（TS）為8%的糞污水料液，根據(jù)日糞污干物質(zhì)產(chǎn)量和水力滯留期（12天），需要沼氣池容積為405m3。計(jì)算公式如下：沼氣池設(shè)計(jì)容積=（干物質(zhì)日產(chǎn)量水力滯留期）/發(fā)酵料液濃度=（12d）/8% =405m3根據(jù)水力滯留期為12天。3． 集水調(diào)節(jié)池容積調(diào)節(jié)池的容積按V=Q/n計(jì)算，其中：V——調(diào)節(jié)池有效容積，單位為m3。Q——畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)每日排污水量，單位m3/d。此處以日處理污水量計(jì)，即Q=。n——畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)每日的排污次數(shù)。此處以沼氣池進(jìn)料次數(shù)計(jì)，n=1。 由此可得：V=4． 沼氣生產(chǎn)及其利用（1）沼氣生產(chǎn)日產(chǎn)氣量：Q＝Vq0＝500m3( )=500m3/d。式中: Q——沼氣產(chǎn)量，V——沼氣池容積， q0——單位發(fā)酵體積的產(chǎn)氣量，取q0＝( )。年產(chǎn)氣量：500m3/d300d=15萬(wàn)m3。（2）沼氣利用①發(fā)電日發(fā)電量：E＝Qe0＝330m3( )≈500度/d；如全部用于發(fā)電年發(fā)電量：500度/d300d=15萬(wàn)度。② 沼氣池保溫用氣在冬季，為保證沼氣池內(nèi)的反應(yīng)溫度維持在35℃左右，利用沼氣的發(fā)電余熱對(duì)沼氣池的糞污料液進(jìn)行升溫，保證沼氣工程的正常運(yùn)營(yíng)。a. 冬季沼氣池的散熱量Q1=FK1(TDTA)式中：F——沼氣池總散熱面積，m2；F＝238 m2。TD——池內(nèi)厭氧發(fā)酵溫度，℃；取TD=35℃。TA——罐外介質(zhì)溫度，℃；取TD=－10℃。K1——池蓋、池壁和池底的總傳熱系數(shù)W/(m2?℃)；取K1=(m2?℃)。經(jīng)計(jì)算沼氣池的散熱量：Q1=