【導讀】農(nóng)場集約化豬場沼氣工程建設(shè)項目

　　

【正文】 發(fā)熱值大于 18MJ/m3，沼氣中 H2S含量小于 20mg/m3，沼氣溫度低于 35℃， 裝置產(chǎn)氣率 178。 d。 建設(shè)規(guī)模 主要參數(shù) ?根據(jù)集約化養(yǎng)殖中心的定位和團場的畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃，項目各養(yǎng)殖畜場設(shè)計規(guī)模如下： 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團工程咨詢中心 Page 22 of67 育肥豬場存欄規(guī)模為 5000頭，其中飼養(yǎng)種豬、基礎(chǔ)母豬 520頭，后備母豬和育肥豬 1300頭，仔豬 2180頭 。 ?現(xiàn)狀所有圈舍有 4 幢為水沖糞， 7 幢為干沖糞 。 項目建設(shè)后，豬場 全部糞尿及沖洗用水均通過沼氣工程進行處理。其中：種豬 平均日沖洗水量10l，仔豬平均日沖洗水量 3l，后備母豬和育肥豬平均日沖洗水量 5l。 根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研和厭氧發(fā)酵對濃度的要求， 我們建議 清糞工藝維持原狀。 ?按每頭種豬、基礎(chǔ)母豬日尿量 5kg，鮮糞量 5kg；育肥、后備母豬日尿量 ，鮮糞量 ；仔豬日尿量 ，鮮糞量 。 ?豬糞 TS含量按 20%計，豬尿 COD含量 9000 mg/L； TS產(chǎn)氣量為 m3/kg，COD產(chǎn)氣量 為 179。 106 m3/kg。 建設(shè)規(guī)模確定 ?沼氣生產(chǎn)量 根據(jù)以上參數(shù)，集約化養(yǎng)殖中心豬場日產(chǎn)鮮糞量為 14230kg/d，產(chǎn)尿13546kg/d，沖洗用水 23900kg/d。合計日糞污總量約為 。詳見表 51。 農(nóng)場集約化豬場設(shè)計規(guī)模糞污量計算表 表 51 名稱 單位 種豬、生產(chǎn)母豬 20kg 以下仔豬 育肥、后備豬 合計 存欄數(shù) 頭 620 2100 2280 5000 產(chǎn)糞指標 kg/頭 .天 5 產(chǎn)尿指標 kg/頭 .天 5 沖洗用水 指標 kg/頭 .天 10 3 5 日產(chǎn)糞量 kg 3100 3150 7980 14230 日產(chǎn)尿量 kg 3100 3150 7296 13546 日用水量 kg 6200 6300 11400 23900 年產(chǎn)糞量 t 5194 年產(chǎn)尿量 t 4944 年用水量 t 2263 2300 4161 8724 項目擬選用 USR工藝 （中溫發(fā)酵） ，項目 水力滯留期按 8d考慮，估算 USR工藝微生物停留時間 12d， 相應(yīng)的豬糞產(chǎn)氣速率為 ；沖洗水、尿收集 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團工程咨詢中心 Page 23 of67 率按 95%，豬糞收集率按 100%考慮。進料量為 +（ +）179。=50m3/d，進料濃度（ TS）為 179。 179。 100%=%。日產(chǎn)氣量為 14230179。 179。 179。 +13546179。 9000179。 179。 。 ?居民生活用氣戶數(shù)確定 項目供氣為城鎮(zhèn)居民，考慮到城鎮(zhèn)居民多為三口之家，每戶用氣量按?？紤]沼氣收集、貯存、傳輸損失 10%，日均實際用量為 860 m3，可 供 717戶居民生活燃氣，占城鎮(zhèn)居民戶數(shù)的 53%。 主要裝置參數(shù)確定 項目規(guī)模按 5000頭計算，日進料量 50m3，沼氣產(chǎn)量 956m3，主要參數(shù)確定如下： ?貯漿池：貯漿池有效容積按日設(shè)計流量的 80100%設(shè)計，為 4050m3，按 50m3設(shè)計。 ?酸化池 :為使 PH值控制在 7左右，去除糞便中的泥砂和浮渣。本工程設(shè)計酸化池 2座，有效容積按日進料量的 200%設(shè)計，單體有效容積 50m3，總?cè)莘e 100m3。 ?調(diào)節(jié)計量池 :為了控制進料量和冬季進料時加溫調(diào)和，本工程設(shè)計調(diào)節(jié)計量池 1座。每天分 2次進料，有效容積為 25m3。 ?厭氧反應(yīng)池：厭氧反應(yīng)池進料濃度 %；水力滯留期控制在 8d。有效容積 V=50179。 8=400m3，考慮到氣體約占總?cè)莘e的 1015%，單體總?cè)莘e取460m3。 ?污泥沉淀池 :目的是及時排出反應(yīng)器的泥砂和污泥，有效容積按厭氧反應(yīng)池有效容積的 1%設(shè)計，有效容積為 5m3。 ?站內(nèi) 儲液池：站內(nèi) 貯液池有效容積按日設(shè)計排出量的 2倍設(shè)計，有效容積為 100m3。 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團工程咨詢中心 Page 24 of67 ? 冬季貯液池： 同時作為冬季貯液池， 貯液天數(shù)按 130天設(shè)計，沼渣和污泥帶走按進料量 10%計算，為 5m3， ， 每天 貯液量，冬季 貯液池有效容積為 2743m3，取 2800m3。 ? 沼氣貯氣柜：沼氣貯氣柜有效容積按日產(chǎn)氣量的 50%設(shè)計，容積為V=956179。 =478m3， 取 500m3。 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團工程咨詢中心 Page 25 of67 6 工藝技術(shù)方案與設(shè)備選型 工藝技術(shù)方案的比選 工藝技術(shù)路線選擇原則 ?資源化原則：即堅持以利用為主，有害糞污經(jīng)過治理達到變廢為寶的目的。經(jīng)過厭氧發(fā)酵治理后沼液中富含溶解氮、磷、鉀和關(guān)閉植物生長細胞的黃腐酸，可直接做葉面肥噴施；沼渣可作為果樹、蔬菜的有機肥。 ?無害化原則：所有污水必須經(jīng)過封閉式的厭氧發(fā)酵工藝，無毒無味運行，經(jīng)過一定時間的無害化處理，使排放的糞便和污水對環(huán)境不會產(chǎn)生污染，再利用時不會對牲畜和作物生長產(chǎn)生不利影響。 ?減量化原則：即通過生產(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，從而降低處理難度及處理成本。具體到本項目，就是加強管理、降低沖洗水使用量，減少豬場糞污治理總量。 工程模式選擇 沼氣工程主要有“能源 +環(huán)?！焙汀澳茉?+生態(tài)”兩種模式?！澳茉?+生態(tài)”模式適合于周邊有一定面積的農(nóng)田、漁塘或水生植物塘的畜禽養(yǎng)殖場，可完全消 納經(jīng)處理后的廢水?！澳茉?+環(huán)?！蹦Ｊ街饕槍χ苓吋葻o一定規(guī)模的農(nóng)田，又無可空閑地供建造漁塘和水生植物塘的畜禽養(yǎng)殖場沼氣工程。 農(nóng)場養(yǎng)豬場 地處小城鎮(zhèn)近郊，周邊有 一定規(guī)模的農(nóng)田，剩余沼液完全可用于灌溉。 因此，本項目沼氣工程選擇“能源 +生態(tài)”模式。 厭氧發(fā)酵工藝技術(shù)方案選擇 厭氧消化工藝是沼氣工程的樞紐，做好發(fā)酵工藝的選擇，是沼氣工程成功的關(guān) 鍵。國內(nèi)養(yǎng)殖場應(yīng)用最多的是完全混合式消化器（ CSTR）和升流式厭氧污泥床（ UASB）兩種工藝（這兩種工藝屬于第二代厭氧反應(yīng)器，技術(shù)成熟），近年大中型養(yǎng)殖場沼氣工程開始采用升流式固體反應(yīng)器（ USR） 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團工程咨詢中心 Page 26 of67 工藝（該工藝屬于第三代厭氧反應(yīng)器，屬國內(nèi)先進工藝）。 CSTR 工藝可使畜禽糞水全部進行厭氧處理（宜采用兩級消化），特征是通過沉淀和回流增加了微生物和未反應(yīng)固體的滯留期。其優(yōu)點是處理量大，濃度高，產(chǎn)沼氣量多，便于管理，易起動，運行費用低；缺點是需消化器容積大，投資高。適宜于以產(chǎn)沼氣為主，有使用水肥習慣的地區(qū)。 UASB 工藝是先將糞水分離，只處理有機廢水。特征是自下而上流動的污水穿流過膨脹的顆粒狀的污泥床。消化器分為三個區(qū)，污泥床、污泥層和氣 /固分離器，分離器將氣體分流并阻止固體漂浮和沖出，使消化器微生物滯留期、固體滯留期比水力滯留期大大延長，提高裝置效率。其優(yōu)點是消化器容積小，投資少，處理效果好；缺點是產(chǎn)沼氣量相對較少，進水要求 SS 含量低，起動慢，管理復雜，運行費用稍高。一般適于低 SS（ TS3%）廢水的處理，以廢水達標排放，減少環(huán)境污染為目的的地方。 USR 工藝消化器采用標準速率消化器的結(jié)構(gòu)，在體外加熱，不采用攪拌措 施。在池內(nèi)同時完成消化反應(yīng)、污泥濃縮和出水澄清等功能。其采用升流的進水方式，高濃度的污泥沉積在反應(yīng)器的底部，在進料時置換出去的是上部含固體量較少的上清液，污泥在自然沉淀作用下下沉，從而在一定程度上加大了固體停留的時間，改善了消化效果。 USR 工藝不需要出水回流和氣 /固分離器，是一種簡單而有低值的反應(yīng)器，自動形成較長的消化器微生物滯留期（ MRT 約為 HRT 的 45 倍），特別適用于糞水（ TS≥ 5%）處理。 養(yǎng)殖場污水屬高濃度、高懸浮固體有機廢水。 采用 UASB 工藝進行處理運行不穩(wěn)，宜發(fā)生浮渣及堵塞現(xiàn)象。因此，本項目選 用 USR 工藝，并結(jié)合北方氣溫特點，增加發(fā)酵設(shè)備和輸氣管路的防寒保溫措施；利用發(fā)電余熱給物料升溫，對發(fā)酵料液實行沼氣反饋增溫的措施，以實現(xiàn)近中溫（ 2532℃）厭氧發(fā)酵，提高處理效果。 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團工程咨詢中心 Page 27 of67 厭氧發(fā)酵工藝流程 總體思路是以沼氣、沼渣、沼液綜合利用為主，沼氣供周圍用戶炊用和發(fā)電，沼液回收后用于圈舍清洗，沼渣干化后生產(chǎn)固態(tài)有機肥。 根據(jù)上述分析，工藝流程如下圖。 圖 61 沼氣工程工藝流程示意圖 工藝流程說明： 豬場污水通過糞污收集系統(tǒng)后進入預處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)除進行水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)外，尚進行溫度、 PH 值的調(diào)節(jié)，并進行適當?shù)乃馑峄⑷コ执蠊腆w物以及無機的可沉固體等。首先自流進入貯漿池，貯漿池定時定量地將糞污輸送到酸化池進行 水解酸化 處理 ，降解部分懸浮物質(zhì)，提高糞污的可生化性能， 然后經(jīng)過調(diào)節(jié)計量，用潛污泵和攪拌泵泵入?yún)捬醢l(fā)酵池。為確保實現(xiàn)中溫發(fā)酵，在調(diào)節(jié)計量池和發(fā)酵池內(nèi)設(shè)加熱系統(tǒng)（蒸汽直接加熱）。糞污厭氧消化后，產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫、脫水、脫雜凈化后進貯氣柜，供集 中供氣和發(fā)電用。沼渣、沼液排入固液分離機房，經(jīng)固液分離后，濾渣作有機肥原料，清液進入沉淀池，沉淀后流入貯液池，回收用作沖洗 用水，余液夏季灌溉，冬季貯存。 主要工藝參數(shù)： 發(fā)酵池有效容積 460m3，發(fā)酵溫度為 2532℃， TS 約 5%，有機糞水 貯漿池 酸化反應(yīng)池 調(diào)節(jié)計量池 厭氧 發(fā)酵池 沼氣 清液 固液分離 污 泥 凈 化 貯存 作能源 沼渣 沼渣肥 沼液 回收利用 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團工程咨詢中心 Page 28 of67 容積有機負荷 178。 d，滯留期 8d。 沼氣接種物的選用與厭氧化器的啟動 ?選取菌種 沼氣發(fā)酵過程是多種微生物共同作用的結(jié)果，應(yīng)注意接種物的產(chǎn)甲烷活性。在確定系統(tǒng)運行溫度后，要選擇同類工程的消化液作接種物（厭氧菌群）。處理同類糞水，接種同類污泥，以保 持沼氣微生物生態(tài)環(huán)境的一致；沼氣發(fā)酵消化器排出的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，在此基礎(chǔ)上逐漸富集。 ?菌種的馴化富集 菌種的馴化富集可在新建成的消化器內(nèi)進行，也可在其它容器內(nèi)進行。取來活性污泥，再加入適量的處理原料，數(shù)量小于菌種 10%份額。馴化富集過程是為沼氣微生物創(chuàng)造沼氣發(fā)酵所必要的生活條件，首要條件是適宜的溫度和 PH 值，每次加入新料液的多少也是由馴化富集起來菌種液 PH 值的高低所確定。 ?厭氧反應(yīng)器的啟動 厭氧反應(yīng)器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，在啟動開始時投入消化器內(nèi)，可以縮短啟動期。 在啟動運行時，裝備監(jiān)測設(shè)施，控制好發(fā)酵料液的溫度和 PH 值在最佳范圍之內(nèi)。監(jiān)測排出液的 COD、 BOD 等含量、去除率及消化器的消化負荷。啟動運行階段 COD 去除率要適當放寬，以滿足最佳 PH 值要求。 待大部分原料被分解去除時，即產(chǎn)氣高峰過后，再進行連續(xù)投料或半連續(xù)投料運行，直至消化器內(nèi)的料液向外溢流，這為該系統(tǒng)起動的第一階段。此后，逐漸縮短每次進料間隔，逐漸增加每次進料量，直至通過實踐得出每天的最大進料量，并能滿足消化器正常運行。 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團工程咨詢中心 Page 29 of67 加熱工藝選擇 在冬季，利用發(fā)電余熱對調(diào)節(jié)計量池（容積 25m3）和厭氧發(fā)酵池加熱進行料液升溫，保證沼氣工程的正常運營。 ①發(fā)酵池料液的耗熱量計算 Qmax=Σ F1179。 K1179。 (TDTA)179。 式中： F1池體總散熱面積， m2；取 360m2 TD消化溫度，℃；取 28℃。 TA池外介質(zhì)溫度，℃；取 22℃。 K1池蓋、池壁和池底的總傳熱系數(shù) W/(m2178。 h178?！?)；取 。 為修正系數(shù) 經(jīng)計算厭氧發(fā)酵罐池和酸化升溫池的耗熱量： Qmax=8640W/h ②冬季加熱酸化池料液熱量計算 Qmax=Q179。 1000179。 (TDTs)179。 4180/86400 式中： Q一次投入糞污量， m3/d；取 25m3 TD消化溫度，℃；取 28℃ Ts入池糞污原有溫度，℃；取 5℃ Qmax=27818W/h ③總耗熱量及需加熱設(shè)備 冬季正常運行總耗熱量為每小時 。加熱方式采用熱水交換間接