【正文】 ，有效發(fā)酵容積 3000 m3。 ②沼渣、沼液產(chǎn)量 根據(jù)厭氧消化器水力滯留期 20d，每次排放沼渣沼液為 150t。固液分離后，干沼渣 15t，沼液 135t。 25 （ 3） 日產(chǎn)沼氣總量計算 上述計算，日產(chǎn)沼氣總量為 13000m3。 26 第 6 章 工藝技術 方案 工藝 技術 比選 厭氧發(fā)酵生物處理技術發(fā)展到今天已經(jīng)取得了很大的成就，已經(jīng)開發(fā)出的厭氧消化器種類很多，應用較多的是全混合厭氧消化反應器（ CSTR）、升流式固體反應器（ USR）和上流式厭氧污泥床反應器（ UASB）。 其中生流式固體反應器目前應用較多的有 升流式附著膜型及升流式兩種。 各種 工藝技術方案比選具體情況如下： 27 工藝技術 方案 比選 技術方案 升流式附著膜型 升流式 全混式 上流式厭氧污泥床 簡稱 USRAF USR CSTR UASB 反應器技術類別 污泥滯留型與附著膜型結(jié)合 污泥滯留型 常規(guī)型反應器 污泥滯留型反應器 技術成熟度與應用 成熟的新技術產(chǎn)品，北京市政府采購產(chǎn)品 技術成熟，應用較廣 技術成熟，但落后，多年以前使用較廣，隨著研究的深入，現(xiàn)在適用范圍正在縮小，不常使用。 在低濃度固體物的污水處理中應用廣泛 發(fā)酵濃度，應用范圍 612%，或更高濃度固體有機污染物無害處理和沼氣生產(chǎn)。 612%，或更高濃度固體有機污染物無害處理和沼氣生產(chǎn)。 高濃度有機廢水。 僅用于低濃度可溶性固體物的有機污水。 發(fā)酵管理運行工藝 溫度 中溫 35177。 2℃ 中溫或高溫 中溫或高溫 投料方式 連續(xù)投料，運行穩(wěn)定， 連續(xù)投料，運行穩(wěn)定 半連續(xù)投料運行，產(chǎn)氣量不穩(wěn)定 發(fā)酵啟動 7 天 15 天 至少 15 天以上 出料 自動溢流，無需清理大換料 自動溢流，定期清理大換料 可自動溢流，無需大換料 攪拌方式 持續(xù)性升力攪拌，偶爾機械攪拌 持續(xù)性升力攪拌，附帶機械攪拌 持續(xù)性機械攪拌 操作性能 簡單高效 ，浮渣極少，不易結(jié)殼 簡單高效，有浮渣，易結(jié)殼 無浮渣，不結(jié)殼 28 發(fā)酵管理運行工藝 運行效果 反應器內(nèi)物料有分層但不受分層影響，無消化死角，物料消化完全。 反應器內(nèi)物料有分層，消化不均勻，與微生物接觸不均勻，但水利滯留期長，消化比較完全。 反應器內(nèi)物料分布均勻，與微生物接觸均勻，但大型消化器難以做到完全混合，物料難以完全消化，微生物隨物料一起流失。 水力滯留期 HRT 1820天 1820 天 根據(jù)原料更換時間而定 微生物滯留期 MRT 無限延長 2030 天 =HRT 固體滯留期 SRT =HRT =HRT =HRT 有機負荷 9kgCOD/m179。.d 68kgCOD/m179。.d 34kgCOD/m179。.d 產(chǎn)氣效率 m179。/m179。.d CH4%vol/vol 66% 5055% 5060% 運行加溫方式 太陽能集熱 +沼氣 煤或電 煤或電 運行能耗 全年產(chǎn)氣率 ，運行穩(wěn)定。夏季運行無需加溫能耗，冬季采用太陽能與沼氣加溫。節(jié)省煤，電能耗。 全年運行過程中需要使用煤或電持續(xù)加溫，運行能耗極高。根據(jù)國內(nèi)北方大型沼氣站考察經(jīng) 驗，冬季每天消耗燃煤量 1噸 /1000m179。18300m3規(guī)模每天需消耗燃煤近 20 噸。 全年運行過程中需要使用煤或電持續(xù)加溫，運行能耗極高。如每 1000m179。每天消耗1噸燃煤，則冬季每天要消耗近 33噸燃煤。 運行過程中需要使用煤或電持續(xù)加溫，運行能耗極高 29 運行機械能耗 機械攪拌裝置 7kw 6臺，偶爾使用 每個發(fā)酵罐內(nèi)攪拌機功率 ，工作時間 4h/d，消耗電能 6。 每個發(fā)酵罐內(nèi)攪拌機功率至少 ，工作時間8h/d，消耗電能至少 6。 進料動力裝置 進料 泵 6臺，滯留期 20天，每天共進料 650m179。， 進料泵 11kw 6臺，滯留期 20天，每天進料近 1000m179。 進料泵 11kw 6 臺，假設滯留期 1820 天，每天進料運行，每天進料 1625m179。，一天內(nèi)根本無法完成進料工作。 建設規(guī)模 本方案建設規(guī)模設計，康各莊有效發(fā)酵 10000m3，河北莊有效發(fā)酵 3000m3，共計13000m3。 本方案要滿足居民用氣需求，建設設計規(guī)?？蹈髑f至少 14000m179。，河北莊至少 4300m179。，共計 18300m179。 需要大規(guī)模的反應器，才能滿足污染物處理需求。建設規(guī)模是產(chǎn) 氣量需求的 23倍，以上兩處建設項目至少要建設 32500m179。，建設資金投入巨大 。 結(jié)構(gòu)復雜，建設費用高 30 從上述工藝方案比選來看， USR+AF 升流式新型高效沼氣厭氧反應器 從反應器技術類別、科技先進性、 發(fā)酵管理運行工藝 、 微生物滯留期 MRT、 產(chǎn)氣效率 m3/、 CH4%vol/vol、運行能耗、建設規(guī)模上，均先進于 USR 升流式固體反應器、 全混合厭氧消化反應器（ CSTR） 和上流式厭氧污泥床反應器（ UASB） 。 USR+AF 型升流式新型高效沼氣發(fā)酵裝置，是仿照牛瘤胃生物學特性，在厭氧生物反應器中安 裝高效生物附著材料，增加厭氧反應器的比表面積，使其達到 460m2/m3。從而提高了厭氧生物反應器中參與厭氧反應微生物如產(chǎn)酸菌、產(chǎn)甲烷菌的增值附著空間，增加參與沼氣發(fā)酵過程中微生物的數(shù)量，提高有機質(zhì)消耗利用率，可使單位容積產(chǎn)氣率提高 57～ 110%，解決了目前沼氣工程和戶用沼氣產(chǎn)氣率低、占地面積大的問題。采用太陽能集熱器加熱保溫， 保證厭氧反應器中溫運行的發(fā)酵溫度，代替煤、電加熱方式， 降低 運行 能耗，便于維護。夏季采用太陽能加熱，冬季 在太陽能加熱的基礎上 輔助以沼氣或電加熱， 使 厭氧反應器發(fā)酵運行溫度穩(wěn)定 在 35177。 2℃。 完全杜絕 了沼氣工程運行的 化石 能源消耗。運行中無需強化攪拌，發(fā)酵原料的預處理手段簡單便捷，在運行中有效地克服了 USR 升流式厭氧反應器 能耗高、易結(jié)殼、 MRT 不穩(wěn)定、產(chǎn)氣效率較低 的缺點。 以牛糞作為發(fā)酵原料為例，中溫條件下利用此項技術，料容產(chǎn)氣率穩(wěn)定在 ～ ，最高達到 。采用復合保溫技術和太陽能輔助加溫，可 使 反應器的冬季發(fā)酵溫度 穩(wěn)定 在 35177。 2℃，降低冬季能源消耗 70%；節(jié)約用水 50%；減少建設用地 15%。 因此，本項目 厭氧發(fā)酵生物處理 核心工藝 技術 選用 升流式 附著膜型厭氧 反應器 （ USR+AF） 。 工藝 設計 （ 1） 工藝 流程 圖 本項目 沼氣 生產(chǎn) 工藝流程圖設計如圖 61所示 ： 31 圖 61：工藝流程圖 （ 2） 工藝流程說明 將 收集的糞便污水 首先經(jīng)過預處理，預處理間內(nèi)設攪拌池、沉淀池和回流加溫池。鮮糞通過初步攪拌稀釋 、沉淀 ，達到進料所需要的濃度（夏季濃度為 8%左右，冬季濃度為 12%左右），并采用太陽能輔助加熱系統(tǒng)進行加溫后通過排污泵提升到 USR+AF 反應器中進行厭氧發(fā)酵。沼渣沼液部分作為回流稀釋液回流進入到預處理環(huán)節(jié)，繼續(xù)參與發(fā)酵； 其余部分沼渣沼液進入到沼渣池完成固液分離生產(chǎn)有機肥料 。沼氣進入凈化室 ， 在凈化室經(jīng)過水封器、脫水器和脫硫塔凈化后，進入儲氣柜儲存，以備利用。 ① 原料預處理 32 預處理包括初步發(fā)酵池、一次沉淀池、粉碎攪拌機、回流加溫池、沼液回流池、集糞池等處理單元。預處理操作步驟如下： 糞污進入 預處理間進行發(fā)酵原料預處理。 ● 糞污先流入 預處理間。 ● 在回流加溫池 攪拌池 內(nèi)加入 畜禽糞便污水和沼渣 回流液， ● 向加溫 攪拌 池加入太陽能熱水或鍋爐加熱熱水，進行預熱處理， 調(diào)試 溫度應在 25177。 2℃ 。 ● 將糞污配比為含固率在 10%左右的混合液（濃度配比可提前配好一定濃度的試驗料液，配比時比較試驗料液 進行配比） 。 ●加溫攪拌后自動流入到三級沉淀池 ，在沉淀池內(nèi)去除 發(fā)酵原料中的雜草及結(jié)塊物 等 大粒固體物質(zhì)，以保證后續(xù)處理單元的正常運行 。 ● 開啟提升泵將發(fā)酵料液投入到發(fā)酵罐中 。 ● 回流沼液至回流加溫池，一是用于糞污初步稀釋，節(jié)省用水量；二是用回流液余溫對加入的糞污進行加溫，減少加熱能耗。 ② 發(fā)酵原料處理及加料流程 圖 62： 發(fā)酵原料處理及加料流程 33 ③ 主要工藝參數(shù) [1]發(fā)酵原料牛糞 ， 含固率 17%， ，碳氮比 25:1； [2]太陽能夏季供水溫度 75100℃，冬季供水溫度 4555℃ ； [3]發(fā)酵 原料預處理溫度 38℃177。 2，每天處理量為發(fā)酵罐有效容積的二十分之一 ； [4]發(fā)酵罐有效 容積 2500m3四個 、 3000m3一個 ，水 利滯留時間 20d，容積產(chǎn)氣率 1m3/； [5]發(fā)酵罐正常運行發(fā)酵溫度 35177。 2℃ ； [6]發(fā)酵罐比表面積 460m2/m3； 179。 [7]發(fā)酵罐運行發(fā)酵濃度 8%10%； [8]脫水器，脫硫器氣體流通量 350m3/h； [9]脫硫器沼氣通過線性速率 2025mm/s。 [10]沼氣溫度取環(huán)境溫度 [11]儲氣柜儲氣安全壓力 4Kpa，管道及發(fā)酵罐壓力 4Kpa，供氣端出口壓力暫定 20Kpa，燃氣段出口壓力 2Kpa，戶用燃氣段出口壓力。 凈化沼氣進入壓縮機前應達到如下性能指標： 氣體溫度：常溫 氣體壓力： 280300mmH2O 氣體硫化氫含量：≤ 100mg/m 氣體濕度：≤ 30%RH 甲烷純度： 6568% 經(jīng)凈化后的沼氣，在沼氣壓縮機中進行壓縮，提升壓力至 20Mpa，進入高壓儲氣柜中儲存。在進行罐裝時，首先進入流量計，流量計設旁通并連接安全閥。另一路為主管線，連接專用高壓加氣機，在槽車與加氣機連接后啟動加氣機，將高壓沼氣泵入槽車中。 34 氣 /用氣系統(tǒng) 在槽車將高壓沼氣送至儲氣分站后，通過減壓裝置將沼氣送入分站儲氣柜臨時儲存，再通過村用氣管道送入用戶家中。 儲氣分站與各用戶通過村級主管道和分支管道連接，各戶分別安裝戶用燃氣表，用于精確計量每戶的沼氣用量。 項目目標 沼氣發(fā)酵是一個非常復雜的生物過程，僅靠自然發(fā)酵是難以實現(xiàn)的。因此，必須通過沼氣生產(chǎn)的工業(yè)化，對發(fā)酵的生物過程進行監(jiān)測調(diào)控，為優(yōu)勢發(fā)酵菌提供良好的生長與繁殖環(huán)境，才能使產(chǎn)氣量始終維持在一個較高的水平。具體來說，就是要對發(fā)酵過程中的關鍵工藝參數(shù)如溫度、壓力、液 位、 pH 值、甲烷濃度、沼氣產(chǎn)生量等關鍵進行合理設定并進行實時監(jiān)控，以便當其不滿足較高產(chǎn)氣量的發(fā)酵要求時，及時采取合理措施。提高發(fā)酵過程的控制精度，對提高產(chǎn)氣率至關重要，所以，發(fā)酵過程中，對工藝參數(shù)的實時測量與控制是關鍵性技術。首先，控制精度要高。其次，當生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生變化而影響到控制精度時，要有合適的手段進行調(diào)整以達到精度要求。而且，為了方便進行發(fā)酵工藝的研究，需要能保存工藝參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)。最后，由于生產(chǎn)中的實際情況，控制設備要求操作方便，易于維護，成本低廉。 項目最綜目的旨在利用現(xiàn)代先進的 3G 技術、傳感器技 術、現(xiàn)場總線技術、集散控制技術等研究沼氣工業(yè)化生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)測、調(diào)控及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，使控制和管理相結(jié)合，管理人員可實時掌握現(xiàn)場的各種工況，對各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析，提高控制精度及管理水平，為沼氣工業(yè)化生產(chǎn)提供高效可靠的調(diào)控手段。 根據(jù)項目建設需求及現(xiàn)場各采集點之間距離較遠且位置分散的特點，整個系統(tǒng)均采用無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，項目建設初期擬實現(xiàn) 8個沼氣站沼氣產(chǎn)氣量采集及現(xiàn)場安全生產(chǎn)監(jiān)控兩大功能： 35 安裝 8 套沼氣產(chǎn)量采集設備，實現(xiàn)各個沼氣站內(nèi)的沼氣瞬時流量、累計流量、工況溫度、工況壓力 4個關鍵參數(shù)的實時監(jiān)測，所有信 息通過 GSM 短信 /GPRS網(wǎng)絡定時發(fā)送的方式上傳到遠程監(jiān)控中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時處理和集中顯示； 安裝 8套安全生產(chǎn)監(jiān)控設備，實現(xiàn)各個沼氣站視頻信息的實時監(jiān)控，所有圖像信息均可通過 3G 網(wǎng)絡實現(xiàn)到遠程監(jiān)控中心的匯總、統(tǒng)一控制和管理 。 總體方案 整個系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由 8個沼氣產(chǎn)量采集系統(tǒng)、8個安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)及遠程監(jiān)控中心組成。系統(tǒng)整體工作流程如下：各采集系統(tǒng)采集沼氣流量計數(shù)據(jù)，通過 GSM 短信 /GPRS 網(wǎng)絡定時發(fā)送的方式將上述數(shù)據(jù)上傳到遠程監(jiān)控中心；遠程監(jiān)控中心接收到數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行處理分析 ，通過聲光報警的方式提醒監(jiān)控中心工作人員注意異常指標，接收到異常指標后工作人員可通過安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)遠程查看現(xiàn)場的實時視頻信息，實時查看現(xiàn)場情況，發(fā)現(xiàn)異狀后可及時通知現(xiàn)場相關人員檢查設備運行狀況以保障設備高效、穩(wěn)定運行。同時系統(tǒng)還具備遠程數(shù)據(jù)發(fā)布功能，用戶只需錄入指定網(wǎng)址，通過密碼登