【導(dǎo)讀】厭氧消化器沼氣站一座。費(fèi)萬元，設(shè)備購安費(fèi)萬元，引種費(fèi)萬元，足行業(yè)最低要求，投資回收期年，在財(cái)務(wù)上是可以接受的。項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法與參數(shù)》（第三版）；通知》農(nóng)辦科[20xx]66號；國家農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)；發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要》；關(guān)于組織開展循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)工作的通知》；報(bào)告編制導(dǎo)則》；備選型、生產(chǎn)方案、投資估算、經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行了重點(diǎn)研究分析。項(xiàng)目建設(shè)符合國家關(guān)于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)約能源的產(chǎn)業(yè)政策。該項(xiàng)目選址合適，建設(shè)條件良好，工程設(shè)計(jì)方案可靠。經(jīng)分析論證，項(xiàng)目可行，建議盡快投。長治市市委、市政府以科學(xué)發(fā)?？傮w要求，有利于帶動農(nóng)戶走上農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路。中央把建設(shè)社會主義新農(nóng)村作為頭等大事列入“十一五”規(guī)劃，展，實(shí)現(xiàn)建設(shè)社會主義新農(nóng)村的偉大目標(biāo)。缺乏養(yǎng)殖技術(shù)知識，管理粗放，規(guī)模化養(yǎng)羊較少。

　　

【正文】 損的可能性較大；若采用低溫發(fā)酵，即不能保證居民的正常用氣，發(fā)酵殘余物也無法滿足《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。因此，該項(xiàng)目選用中溫發(fā)酵工藝。 進(jìn)料方式的選擇 沼氣發(fā)酵微生物的新陳代謝是一個(gè)連續(xù)過程，根據(jù)沼氣過程中進(jìn)料方式的不同，可分為連續(xù)發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵和批量發(fā)酵 三 種工藝。 連續(xù)發(fā)酵 ： 沼氣池發(fā)酵啟動后，根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)定的處理量，連續(xù)不斷地或每天定量地加入新的發(fā)酵原料，同時(shí)排走相同數(shù)量的發(fā)酵料液，使發(fā)酵過程連續(xù)進(jìn)行下去。發(fā)酵裝置不發(fā)生意外情況或不檢修時(shí)，均不進(jìn)行大出料。采用這種發(fā)酵工藝 ，沼氣池內(nèi)料液的數(shù)量和質(zhì)量基本 保持 穩(wěn)定狀態(tài)，因此產(chǎn)氣量也很均衡 。 這種工藝流程是先進(jìn)的，但發(fā)酵裝置結(jié)構(gòu)和發(fā)酵系統(tǒng)比較復(fù)雜，造價(jià)也較昂貴，因而適用于大型的沼氣發(fā)酵工程系統(tǒng)。如大型畜牧場糞 污，多采用連續(xù)發(fā)酵工藝。該工藝要求有充分的物料保證，否則就不能充分有效地發(fā)揮發(fā)酵裝置的負(fù)荷能力，也不可能使發(fā)酵微生物逐漸完善和長期保存下來。因?yàn)檫B續(xù)發(fā)酵，不致因大換料等原因而造成沼氣池利用率上的浪費(fèi)，從而使原料消化能力和產(chǎn)氣能力大大提高 。 半連續(xù)發(fā)酵 ： 工藝沼氣發(fā)酵裝置初始投料發(fā)酵啟動一次性投入較多的原料（一般占整個(gè)發(fā)酵周期投料總固體量的 1/4~1/2），經(jīng)過一段時(shí)間，開始正常發(fā)酵產(chǎn)氣，隨后產(chǎn)氣逐漸下降，此時(shí)就需要每天或定期加入新物料，以維持正常發(fā)酵產(chǎn)氣，這種工藝就稱為半連 續(xù)沼氣發(fā)酵。我國農(nóng)村的沼氣池大多屬于 此種類型。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是比較容易做到均衡產(chǎn)氣和計(jì) 劃用氣，能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用肥緊密結(jié)合，適宜處理糞便和秸稈等混合原料 。 批量發(fā)酵 ： 發(fā)酵原料成批量地一次投入沼氣池，待其發(fā)酵完后，將殘留物全部取出，又成批地?fù)Q上新料，開始第二個(gè)發(fā)酵周期，如此循環(huán)往復(fù)。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是投料啟動成功后，不再需要進(jìn)行管理，簡單省事，其缺點(diǎn)是產(chǎn)氣分布不均衡，高峰期產(chǎn)氣量高，其后產(chǎn)氣量低，因此所產(chǎn)沼氣適用性較差。 通過比較以上三種發(fā)酵工藝，確定本項(xiàng)目采用連續(xù)發(fā)酵。理由如下： 本項(xiàng)目 所用原料來源養(yǎng)殖場 ， 糞源充足 ， 且需要保證 4000 余戶居民的持續(xù) 供氣和廠區(qū)自身發(fā)電用氣等，故 采用先進(jìn)的連續(xù)發(fā)酵工藝。 發(fā)酵階段 根據(jù)沼氣發(fā)酵分為 “ 水解 —產(chǎn)酸 —產(chǎn)甲烷 ” 三個(gè)階段理論，以沼氣發(fā)酵不同階段，可將發(fā)酵工藝劃分為單相發(fā)酵工藝和兩相發(fā)酵工藝 。 單相發(fā)酵 ： 沼氣發(fā)酵原料投入到一個(gè)裝置中，使沼氣發(fā)酵的產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷階段合 二 為一，在同一裝置中自行調(diào)節(jié)完成。 我 國農(nóng)村全混合沼氣發(fā)酵裝置和現(xiàn)在建設(shè)的大中型沼氣工程大多數(shù)采用這 一工藝。 兩相發(fā)酵 ： 也稱兩步發(fā)酵，或兩步厭氧消化。該工藝把原料的水解、產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段分別安排在兩個(gè)不同的消化器中進(jìn)行。水解、產(chǎn)酸池通常采用不封閉的全混 合或塞流式發(fā)酵裝置，產(chǎn)甲烷池則采用高效厭氧消化裝置。 綜上分析， 兩相發(fā)酵與單相發(fā)酵相比，產(chǎn)氣率較高 ， 但工藝流程相對較為復(fù)雜，工程投資較大，結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際情況，最終還是選擇兩相發(fā)酵。 發(fā)酵級差 單級沼氣發(fā)酵 ： 產(chǎn)酸發(fā)酵和產(chǎn)甲烷發(fā)酵在同一個(gè)沼氣發(fā)酵裝置中進(jìn)行，而不將發(fā)酵物再排入第二個(gè)沼氣發(fā)酵裝置中繼續(xù)發(fā)酵。從充分提取生物質(zhì)能量、殺滅蟲卵和病菌的效果以及合理解決用氣、用肥的矛盾等方面看，它是很不完善的，產(chǎn)氣效率也比較低。但是這種工藝流程的裝置結(jié)構(gòu)比較簡單，管理比較方便，因而修建和日常管理費(fèi)用相對來說，比較低廉 ，是目前我國農(nóng)村最常見的沼氣發(fā)酵類型。 兩級沼氣發(fā)酵 ： 是用兩個(gè)容積相等的沼氣池，第一個(gè) 沼氣池 供消化之用，總產(chǎn)氣量達(dá)到 80%時(shí)，用虹吸管將消化液輸送到第二個(gè)沼氣池內(nèi)，使殘余的有機(jī)物徹底分解。 第一 個(gè)沼氣池 安裝有加熱系統(tǒng)和攪拌裝置，以利于產(chǎn)氣量，而第 二個(gè)沼氣池 主要是徹底處理有 機(jī)廢物中的 BOD，不需要攪拌和加溫。但若采用大量纖維素物料發(fā)酵，為防止表面結(jié)殼，第二級發(fā)酵裝置中仍需設(shè)備攪拌。 多級沼氣發(fā)酵 ： 就是由多個(gè)沼氣發(fā)酵裝置串聯(lián)而成。一般第一級發(fā)酵裝置主要是發(fā)酵產(chǎn)氣，產(chǎn)氣量可占總產(chǎn)氣量的 50%左右，而未被充分消化的物 料進(jìn)入第二級消化裝置，使殘余的有機(jī)物質(zhì)繼續(xù)徹底分解，這既有利于物料的充分利用和徹底處理廢物中的 BOD，也在一定程度上能夠緩解用氣和用 肥的矛盾。 通過比選這三種發(fā)酵工藝 ， 結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況， 既 要滿足場區(qū)發(fā)電用氣和持續(xù)為居民供氣，同時(shí)還要節(jié)省投資，最終還是選擇 兩級 沼氣 發(fā)酵。 發(fā)酵濃度 液體發(fā)酵 ： 發(fā)酵料液的干物質(zhì)濃度控制在 10%以下的發(fā)酵方式。 干發(fā)酵 ： 又稱固體發(fā)酵，其原料的干物質(zhì)含量在 20%以上 ， 該工藝 原料流動性差，進(jìn)出料困難而在大中型沼氣工程中受到一定的限制。 該項(xiàng)目 屬養(yǎng)殖場的配套工程， 養(yǎng)殖場每天產(chǎn)生大 量的污水，為采用液體發(fā)酵提供了充足的水源，故該項(xiàng)目 采用液體發(fā)酵工藝 。 沼氣發(fā)酵裝置 選擇 各種有機(jī)質(zhì)通過微生物的作用，進(jìn)行厭氧人工制取沼氣的密閉 裝置成為沼氣池，也稱為厭氧消化器。沼氣工程建設(shè)發(fā)展到今天，已開發(fā)出多種厭氧反應(yīng)器。目前，在畜禽養(yǎng)殖行業(yè)糞污資源化利用方面，應(yīng)用較多的是升流式固體反應(yīng)器（ USR）、上流式厭氧污泥床（ UASB）、完全混式厭氧發(fā)酵裝置（ CSTR）和 HCF 厭氧工藝。具體分析如下： USR 厭氧工藝 目前， USR 工藝是國內(nèi)能源生態(tài)型沼氣工程應(yīng)用較廣泛的工藝之一。升流式固體反應(yīng)器 (USR)是一種結(jié)構(gòu)簡單、適用于高懸浮固體原料的反應(yīng)器。原料從底部進(jìn)入消化器內(nèi)，與消化器里的活性污泥接觸，使原料得到快速消化。未消化的生物質(zhì)固體顆粒和沼氣發(fā)酵微生物靠自然沉降滯留于消化器內(nèi)，上清液從消化器上部溢出，這樣可以得到比水力滯留期高得多的固體滯留期 (SRT)和微生物滯留期 (MRT)，從而提高了固體有機(jī)物的分解率和消化器的效率。進(jìn)料的干物質(zhì)濃度（ TS％）為 4～ 6％，原料需 “預(yù)處理 ”以去除堵塞水泵和管道的秸草等較大固形物。 UASB 厭氧工藝 上流式厭氧污泥床（ UASB）反應(yīng)器主體是內(nèi)裝顆粒厭氧污泥的容 器，上流式厭氧污泥床的技術(shù)關(guān)鍵是三相分離器、布水系統(tǒng)及該裝置的運(yùn)行條件，特別是形成顆粒污泥的工藝條件是確保該反應(yīng)器高效的關(guān)鍵。廢水首先被盡可能均勻的引入反應(yīng)器底部，污水向 上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床。厭氧反應(yīng)發(fā)生在廢水與污泥顆粒的接觸過程中，在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的沼氣引起了內(nèi)部循環(huán)，這對于顆粒污泥的形成和維持有利，在污泥層形成的一些氣體附著在污泥顆粒上，附著和沒有附著的氣體向反應(yīng)器頂部上升，其上部設(shè)置專用的氣、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。與一般的厭氧裝置比較，效率高，節(jié)省投資減少占地面積，不適宜高懸浮物液體原料，且原料需進(jìn)行固液分離。 CSTR 厭氧工藝 全混式厭氧發(fā)酵技術(shù)是在常規(guī)厭氧消化器內(nèi)安裝了攪拌裝置。使發(fā)酵原料和微生物處于完全混合的狀態(tài)，其效率比傳統(tǒng)常規(guī)消化器明顯提高。目前該技術(shù)在國外被大量應(yīng)用。該消化器常采用恒溫連續(xù)投料或半連續(xù)投料運(yùn)行，適用于高濃度及含有大量懸浮固體原料的處理。在消化器內(nèi)，新進(jìn)入的原料由于攪拌作用很快與消化器內(nèi)的全部發(fā)酵液混合，使發(fā)酵底物濃度始終保持相對較低狀態(tài)。 HCF 厭氧工藝 HCF 是一種塞流、混合及高濃度特點(diǎn)相結(jié)合的發(fā)酵裝置，厭氧罐內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌，以塞流方式向池后端不斷推動， HCF 厭氧反應(yīng)器的一端頂部有一個(gè)帶格柵并與消化池氣室相隔離的進(jìn)料口，在 厭氧反應(yīng)器的另一端，料液以溢液和沉渣形式排出。 HCF 厭氧工藝發(fā)酵料液干物質(zhì)含量可達(dá) 8％。 通過分析上述四種厭氧發(fā)酵工藝，結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際情況， 本項(xiàng)目選用 CSTR 厭氧工藝。 該工藝的優(yōu)勢在于： 可以進(jìn)入高懸浮固體含量的原料 ； 消化器內(nèi) 物料 均勻分布，避免了分層狀態(tài)，增加了底物和微生物接觸的機(jī)會 ； 消化器內(nèi)溫度分布均勻 ； 進(jìn)入消化器的抑制物質(zhì)，能夠迅速 分散，保持較低濃度 水平； 避免了浮渣、結(jié)殼、堵塞、氣體逸出不暢和短流現(xiàn)象。 工藝確定為中溫（ 35℃ ）發(fā)酵 ，進(jìn)料濃度約為 8%左右，發(fā) 酵罐內(nèi)水力滯留期為 815 天 ，沼氣站內(nèi)建設(shè) 7000m3 沼液 儲存池 作為二次發(fā)酵，其水力滯留期 為 10 天左右，保 證了沼液的充分降解和肥效，同時(shí)儲液罐上部增加集氣覆膜，收集二次發(fā)酵所產(chǎn)生的剩余沼氣，既充分提高了能源利用率又減少了大氣污染，本沼氣工程將成為工藝先進(jìn)、技術(shù)合理的沼氣示范工程。 主要工藝技術(shù)參數(shù) 鮮 羊 糞干物質(zhì)含量： 75%； （據(jù)《全國農(nóng)村沼氣工程建設(shè)規(guī)劃》） 發(fā) 酵料液濃度： %； 發(fā)酵罐投料體積比： 90%； 水力滯留期： 12d； 投配率： 5%； 發(fā)酵溫度： 35+2℃； 發(fā)酵物 pH 值： ～ ； 揮發(fā)性固形物去除率：≥ 70%； 化學(xué)需氧量（ CODcr）去除率：≥ 70%； 化學(xué)需氧量（ CODcr）負(fù)荷 (kg/(m3178。 d))： 2～ 5； 1產(chǎn)氣率： （ m3d ） 工藝流程簡介 沼氣工程主要由以下五個(gè)環(huán)節(jié)組成：前處理 厭氧消化 沼氣凈化 沼氣貯存 后處理。 前處理 前處理的目 的是將糞便污水調(diào)質(zhì)均化， 并將其置于調(diào)漿中進(jìn)行浸泡， 為厭氧產(chǎn)沼氣創(chuàng)造條件。污水通過管道自流入調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池前設(shè)有格柵，以清除較大的雜物，人工清出的糞便運(yùn)至調(diào)節(jié)池，與污水充分地混合，然后流入到計(jì)量池，計(jì)量池的容積根據(jù)厭氧消化器的要求確定。 厭氧消化 通過對相關(guān)工藝進(jìn)行比選后，確定該項(xiàng)目采用 CSTR 厭氧 反應(yīng)器 。 該反應(yīng)器應(yīng)做好保溫，以維持中溫發(fā)酵的條件，并使晝夜溫差 不超過 1℃ 。 沼氣的凈化 本項(xiàng)目在穩(wěn)定的工作狀況下 ，每天可產(chǎn)沼氣 8400m3。沼氣經(jīng)脫水、脫 硫，進(jìn)入 4200m3貯氣柜儲存，通過輸 配氣系統(tǒng)到 燃燒設(shè)備處使用。 脫水 ： 當(dāng)沼氣從發(fā)酵罐頂部輸出后的第一步要進(jìn)行沼氣脫水。安裝一個(gè)氣水分離器，沼氣溫度低于 10℃ 時(shí)，凈化設(shè)施應(yīng)有保溫防凍和增溫措施，當(dāng)沼氣溫度大于 35℃ 時(shí)，應(yīng)對沼氣進(jìn)行降溫。沼氣管道的最低點(diǎn)必須設(shè)置沼氣凝水器，定期或自動排放管道中的冷凝水。沼氣凝水器直徑為進(jìn)氣管的 35 倍，高度宜為直徑的 倍。 脫硫 ： 沼氣中含有 ， 3540%的二氧化碳，遇水后 生成 酸 容易 對沼氣發(fā)酵罐、儲氣罐、管道、閥門設(shè)施、設(shè)備、構(gòu)件等 造成嚴(yán)重 腐蝕，所以沼氣必須脫硫。目前多采用氧化鐵為脫硫 劑的干法脫硫。 沼氣儲存 沼氣的儲存主要是選擇儲存裝置，目前常用的儲氣柜大體上分為干式儲氣柜和濕式儲氣柜。 干式儲氣柜：沼氣經(jīng)過凈化后，先經(jīng)過一個(gè)緩沖裝置，然后經(jīng)真空泵加壓后輸入儲氣柜。其優(yōu)勢在于不受溫度影響，缺點(diǎn)在于投 資和運(yùn)營成本高，且不易控制。 濕式儲氣柜：它由一個(gè)底座與一個(gè)浮罩組成，二者之間通過水槽連接，其優(yōu)勢在于可以利用浮罩自身的重量來調(diào)節(jié)壓力，缺點(diǎn)在于冬季容易受凍，需增加保溫設(shè)施。 綜合考慮之后，確定該項(xiàng)目選用 濕式 儲氣柜，儲氣柜基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土。 后處理 項(xiàng)目完成后，沼渣沼液經(jīng)貯存，調(diào)節(jié) 用肥季節(jié)和用肥量，直接施用在 本企業(yè) 下屬的 3000 畝果蔬 大棚 ，進(jìn)行沼肥與水的耦合灌溉或噴施，來降低生產(chǎn)成本，改善土壤結(jié)構(gòu)和肥效，并促進(jìn)作物的生長發(fā)育。施用沼肥在提高種植和養(yǎng)殖的收益同時(shí)，改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，消除了污染 ，降低了工人生產(chǎn)過程中的勞動強(qiáng)度。沼肥的綜合利用實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)過程無廢棄物排放，實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)循環(huán)合理利用的生態(tài)系統(tǒng)。 工藝流程圖 圖 61 沼氣生產(chǎn)工藝流程圖 沼氣發(fā)電 工藝 規(guī)模確定 根據(jù)養(yǎng)殖場規(guī)模和糞便的收集，產(chǎn)生沼氣 8446m3，除供應(yīng)周圍村莊 4016 戶居民 用氣外，剩余氣體將用來發(fā)電， 發(fā)電量按 3 度/m3 計(jì)算。春夏秋三季節(jié)日均剩余沼氣量為 = m3 ，日均發(fā)電量為 度；冬季日均剩余沼氣量為 179。 2= m3，日均發(fā)電量為 度，所發(fā)電量全部用于本公司新建的生態(tài)觀光旅游區(qū)（本項(xiàng)目也屬于整個(gè)觀光旅游區(qū)的一部分）。 工程技術(shù)方案 本項(xiàng)目 擬定采用單循環(huán)發(fā)電工藝。 即利用管道將 沼氣 輸送至燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，燃?xì)鈾C(jī)的廢氣經(jīng)排氣管排到機(jī)房外。 具體工藝流程圖如下： 工藝流程簡述： 沼氣 收集系統(tǒng)： 發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣 通過管道，經(jīng)防爆裝置、防回火裝置，然后經(jīng)輸氣管道 送 到發(fā)電站內(nèi)的預(yù)處理模塊（凈化回壓系統(tǒng)）。 燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)： 燃?xì)鈾C(jī)的廢氣經(jīng)排氣管排到機(jī)房外。整個(gè)過程由可編程序控制器控制。 冷卻系統(tǒng)采用空冷系統(tǒng)，其中空冷系統(tǒng)包括間接空氣冷卻系統(tǒng)和直接空氣冷卻系統(tǒng)，該項(xiàng)目采用直接空 冷系統(tǒng)。 原輔材料消耗 項(xiàng)目實(shí)施后年消耗的原料及水、煤、電如下表所示 表 62