【正文】 禽糞便生物質(zhì)可再生能源的開發(fā)與利用，提高能源利用效率，減少環(huán)境污染。改變農(nóng)村居民生后能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，緩解能源供應(yīng)，提高農(nóng)村居民生活水平。本項(xiàng)目總體建設(shè)方案是：利用康各莊村及河北莊村兩個(gè)奶牛養(yǎng)殖基地所產(chǎn)生的糞便及污水作為原料進(jìn)行發(fā)酵制成沼氣，將沼氣凈化后用壓縮氣槽車送至西田各莊鎮(zhèn)8個(gè)沼氣儲氣分站儲氣柜中。主要內(nèi)容包括沼氣總站建設(shè)、沼氣儲氣分站建設(shè)及燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)三部分。生產(chǎn)出的沼氣甲烷純度68%，1m3甲烷完全燃燒可產(chǎn)生37840KJ，68%。生產(chǎn)出的沼氣經(jīng)凈化處理后，再用壓縮氣槽車送至西田各莊鎮(zhèn)8個(gè)沼氣儲氣分站儲氣柜中。本項(xiàng)目新建8個(gè)沼氣分站，主要為16個(gè)行政村9974個(gè)農(nóng)戶提供生活用氣。（1）康各莊沼氣總站產(chǎn)品方案①日產(chǎn)沼氣量計(jì)算康各莊奶牛養(yǎng)殖基地飼養(yǎng)規(guī)模10000頭，日產(chǎn)牛糞量為：25kg/頭*10000頭=250噸 /天；鮮牛糞含水率83%,總固體物TS為17%，每天產(chǎn)生的牛糞干物質(zhì)總量=250噸*17%=；，選擇水力滯留期為20天，實(shí)際產(chǎn)氣量可達(dá)到理論產(chǎn)氣量的74%；因此，每天產(chǎn)出的牛糞的生產(chǎn)出沼氣量為：**74%=11951m3/天通過上述計(jì)算，康各莊沼氣總站每天沼氣產(chǎn)量可達(dá)11951m3。②日產(chǎn)沼渣、沼液產(chǎn)量計(jì)算根據(jù)厭氧消化器水力滯留期20d，每次排放沼渣沼液為500t。（2）河北莊沼氣總站產(chǎn)品方案①日產(chǎn)沼氣量計(jì)算河北莊奶牛養(yǎng)殖基地飼養(yǎng)奶牛規(guī)模3000頭，采用人工清糞，每天收集的糞污可達(dá)到實(shí)際產(chǎn)生糞污量的90%。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)1個(gè)發(fā)酵罐，有效發(fā)酵容積3000 m3。固液分離后，干沼渣15t，沼液135t。第6章 工藝技術(shù)方案厭氧發(fā)酵生物處理技術(shù)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(yīng)用較多的是全混合厭氧消化反應(yīng)器（CSTR）、升流式固體反應(yīng)器（USR）和上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）。各種工藝技術(shù)方案比選具體情況如下：工藝技術(shù)方案比選技術(shù)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USRAFUSRCSTRUASB反應(yīng)器技術(shù)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(yīng)器污泥滯留型反應(yīng)器技術(shù)成熟度與應(yīng)用 成熟的新技術(shù)產(chǎn)品，北京市政府采購產(chǎn)品技術(shù)成熟，應(yīng)用較廣技術(shù)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。612%，或更高濃度固體有機(jī)污染物無害處理和沼氣生產(chǎn)。僅用于低濃度可溶性固體物的有機(jī)污水。2℃中溫或高溫中溫或高溫投料方式連續(xù)投料，運(yùn)行穩(wěn)定，連續(xù)投料，運(yùn)行穩(wěn)定半連續(xù)投料運(yùn)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(jī)械攪拌持續(xù)性升力攪拌，附帶機(jī)械攪拌持續(xù)性機(jī)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)殼發(fā)酵管理運(yùn)行工藝運(yùn)行效果反應(yīng)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(yīng)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。.d68kgCOD/m179。.d產(chǎn)氣效率m179。.dCH4%vol/vol66%5055%5060%運(yùn)行加溫方式太陽能集熱+沼氣煤或電煤或電運(yùn)行能耗，運(yùn)行穩(wěn)定。節(jié)省煤，電能耗。根據(jù)國內(nèi)北方大型沼氣站考察經(jīng)驗(yàn)，冬季每天消耗燃煤量1噸/1000m179。全年運(yùn)行過程中需要使用煤或電持續(xù)加溫，運(yùn)行能耗極高。每天消耗1噸燃煤，則冬季每天要消耗近33噸燃煤。，工作時(shí)間8h/d，6。進(jìn)料泵11kw6臺，滯留期20天，每天進(jìn)料近1000m179。一天內(nèi)根本無法完成進(jìn)料工作。本方案要滿足居民用氣需求，建設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)?？蹈髑f至少14000m179。共計(jì)18300m179。建設(shè)規(guī)模是產(chǎn)氣量需求的23倍，以上兩處建設(shè)項(xiàng)目至少要建設(shè)32500m179。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建設(shè)費(fèi)用高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(yīng)器從反應(yīng)器技術(shù)類別、科技先進(jìn)性、發(fā)酵管理運(yùn)行工藝、微生物滯留期MRT、產(chǎn)氣效率m3/、CH4%vol/vol、運(yùn)行能耗、建設(shè)規(guī)模上，均先進(jìn)于USR升流式固體反應(yīng)器、全混合厭氧消化反應(yīng)器（CSTR）和上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）。從而提高了厭氧生物反應(yīng)器中參與厭氧反應(yīng)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(jī)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。夏季采用太陽能加熱，冬季在太陽能加熱的基礎(chǔ)上輔助以沼氣或電加熱，使厭氧反應(yīng)器發(fā)酵運(yùn)行溫度穩(wěn)定在35177。完全杜絕了沼氣工程運(yùn)行的化石能源消耗。以牛糞作為發(fā)酵原料為例，中溫條件下利用此項(xiàng)技術(shù)，～。2℃，降低冬季能源消耗70%；節(jié)約用水50%；減少建設(shè)用地15%。（1）工藝流程圖本項(xiàng)目沼氣生產(chǎn)工藝流程圖設(shè)計(jì)如圖61所示：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(yù)處理，預(yù)處理間內(nèi)設(shè)攪拌池、沉淀池和回流加溫池。沼渣沼液部分作為回流稀釋液回流進(jìn)入到預(yù)處理環(huán)節(jié)，繼續(xù)參與發(fā)酵；其余部分沼渣沼液進(jìn)入到沼渣池完成固液分離生產(chǎn)有機(jī)肥料。①原料預(yù)處理預(yù)處理包括初步發(fā)酵池、一次沉淀池、粉碎攪拌機(jī)、回流加溫池、沼液回流池、集糞池等處理單元?！窦S污先流入預(yù)處理間。2℃?！窦訙?cái)嚢韬笞詣恿魅氲饺壋恋沓?，在沉淀池?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(yùn)行?！窕亓髡右褐粱亓骷訙爻兀皇怯糜诩S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(jìn)行加溫，減少加熱能耗。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(gè)、3000m3一個(gè)，水利滯留時(shí)間20d，容積產(chǎn)氣率1m3/；[5]發(fā)酵罐正常運(yùn)行發(fā)酵溫度35177。[7]發(fā)酵罐運(yùn)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。凈化沼氣進(jìn)入壓縮機(jī)前應(yīng)達(dá)到如下性能指標(biāo)：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(jī)中進(jìn)行壓縮，提升壓力至20Mpa，進(jìn)入高壓儲氣柜中儲存。另一路為主管線，連接專用高壓加氣機(jī)，在槽車與加氣機(jī)連接后啟動加氣機(jī)，將高壓沼氣泵入槽車中。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?xì)獗?，用于精確計(jì)量每戶的沼氣用量。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(jìn)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(gè)較高的水平。提高發(fā)酵過程的控制精度，對提高產(chǎn)氣率至關(guān)重要，所以，發(fā)酵過程中，對工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)測量與控制是關(guān)鍵性技術(shù)。其次，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生變化而影響到控制精度時(shí)，要有合適的手段進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到精度要求。最后，由于生產(chǎn)中的實(shí)際情況，控制設(shè)備要求操作方便，易于維護(hù)，成本低廉。根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)需求及現(xiàn)場各采集點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)且位置分散的特點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)均采用無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，?xiàng)目建設(shè)初期擬實(shí)現(xiàn)8個(gè)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：安裝8套沼氣產(chǎn)量采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各個(gè)沼氣站內(nèi)的沼氣瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、工況溫度、工況壓力4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，所有信息通過GSM短信/GPRS網(wǎng)絡(luò)定時(shí)發(fā)送的方式上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和集中顯示；安裝8套安全生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各個(gè)沼氣站視頻信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控，所有圖像信息均可通過3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的匯總、統(tǒng)一控制和管理。系統(tǒng)整體工作流程如下：各采集系統(tǒng)采集沼氣流量計(jì)數(shù)據(jù)，通過GSM短信/GPRS網(wǎng)絡(luò)定時(shí)發(fā)送的方式將上述數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心；遠(yuǎn)程監(jiān)控中心接收到數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，通過聲光報(bào)警的方式提醒監(jiān)控中心工作人員注意異常指標(biāo)，接收到異常指標(biāo)后工作人員可通過安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場的實(shí)時(shí)視頻信息，實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場情況，發(fā)現(xiàn)異狀后可及時(shí)通知現(xiàn)場相關(guān)人員檢查設(shè)備運(yùn)行狀況以保障設(shè)備高效、穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖63：圖63：系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖遠(yuǎn)程監(jiān)控中心是整個(gè)系統(tǒng)的核心，向下通過GSM短信/GPRS網(wǎng)絡(luò)獲取沼氣產(chǎn)量采集系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)流量、累計(jì)流量、工況溫度、工況壓力4個(gè)沼氣生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)，通過3G網(wǎng)絡(luò)獲取安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)視頻信息，對外通過Internet發(fā)布上述信息，方便用戶隨時(shí)、隨地遠(yuǎn)程查看上述信息。（1)系統(tǒng)拓補(bǔ)圖圖65：監(jiān)控中心系統(tǒng)拓?fù)鋱D（2)系統(tǒng)組成①數(shù)據(jù)采集部分（各項(xiàng)參數(shù)）●傳感器及采集器部分根據(jù)本系統(tǒng)的要求，做如下配置：河北莊沼氣總站紅外甲烷傳感器2個(gè)，沼氣凈化室內(nèi)輸氣管路，監(jiān)檢測甲烷純度。沼氣流量計(jì)發(fā)酵罐出氣口各1個(gè)，檢測沼氣產(chǎn)量。流量傳感器2個(gè)，監(jiān)測2個(gè)發(fā)酵罐每天進(jìn)料量。壓力傳感器3個(gè)，每個(gè)行政村入口處主管道，檢測管道壓力傳感器，監(jiān)測沼氣泄露?？蹈髑f沼氣總站紅外甲烷傳感器2個(gè)，沼氣凈化室內(nèi)輸氣管路，監(jiān)檢測甲烷純度。沼氣流量計(jì)發(fā)酵罐出氣口各1個(gè)， 檢測沼氣產(chǎn)量。流量傳感器2個(gè)，監(jiān)測2個(gè)發(fā)酵罐每天進(jìn)料量。壓力傳感器3個(gè)，每個(gè)行政村入口處主管道，檢測管道壓力傳感器，監(jiān)測沼氣泄露。②本地控制中心控制中心設(shè)PC主機(jī)，路由器ADSL Modem，打印機(jī)，顯示器各一臺，聯(lián)網(wǎng)組成控制中心。監(jiān)控中心對內(nèi)通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各監(jiān)控點(diǎn)關(guān)鍵參數(shù)及1組視頻信息的匯總、顯示、存儲及集中處理。其中環(huán)境信息采集系統(tǒng)上位機(jī)軟件采用組態(tài)軟件開發(fā)，人機(jī)界面友好，操作簡單，并可實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)列表顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)下載、歷史數(shù)據(jù)列表顯示、歷史數(shù)據(jù)曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)分析等功能。圖66：監(jiān)控中心現(xiàn)場安裝效果圖③監(jiān)控軟件主要用于本地工作人員監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)高效管理。④視屏監(jiān)控視屏監(jiān)控主要采集六個(gè)點(diǎn)，6個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過交換機(jī)組成局域網(wǎng)。交換機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)延長器可以把圖像傳輸?shù)礁h(yuǎn)的本地控制中心。本項(xiàng)目新建8個(gè)儲氣分站，每個(gè)儲氣分站分別建立一套監(jiān)測監(jiān)視系統(tǒng)，每天對村級儲氣站進(jìn)行24小時(shí)數(shù)據(jù)及視頻信息收集傳輸，所有數(shù)據(jù)及視頻信息由監(jiān)測中心系統(tǒng)進(jìn)行記錄分析。（1）沼氣產(chǎn)量采集系統(tǒng)沼氣產(chǎn)量采集系統(tǒng)由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集器、智能渦街式沼氣流量計(jì)（含溫壓補(bǔ)償）及防護(hù)外殼組成。圖67為沼氣產(chǎn)量采集系統(tǒng)拓?fù)鋱D：圖67：沼氣產(chǎn)量采集系統(tǒng)拓?fù)鋱D（2）安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)由攝像頭、3G視頻服務(wù)器及防護(hù)外殼組成，是一套相對對立的系統(tǒng)。圖68為安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D：圖68：安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D（1）設(shè)備選型原則設(shè)備選型原則為：考慮設(shè)備的安全性、操作性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保型等各方面因素，選擇成本價(jià)格低、操作簡單、投資回報(bào)高、能耗低、維修費(fèi)用低的設(shè)備產(chǎn)品。[2]潛水電機(jī)的防護(hù)等級不低于IP68，其他配套電機(jī)和就地控制箱防護(hù)等級不低于IP55。（2）設(shè)備內(nèi)容設(shè)備主要預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧發(fā)酵系統(tǒng)、沼氣儲存系統(tǒng)、沼氣凈化系統(tǒng)、有機(jī)復(fù)合肥生產(chǎn)系統(tǒng)及其他設(shè)備。本項(xiàng)目主要內(nèi)容包括沼氣總站建設(shè)、沼氣儲氣分站建設(shè)及燃?xì)馔夤芫W(wǎng)敷設(shè)三部分。[1]《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB500032001
[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB500072002
[3]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》 GB500092002
[4]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB500102010[5]《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB 500162006[6]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB500112010
[7]《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 GBJ5019193[1]功能分區(qū)明確，建、構(gòu)筑物布置緊湊，減少占地面積。[3]建筑物盡可能布置在南北朝向。[5]交通順暢，使施工、管理操作方便。（1）總體布置說明場區(qū)占地面積為68342m2。根據(jù)生產(chǎn)工藝流程和運(yùn)輸需要，將不同的建筑物和構(gòu)筑物按其功能緊密地聯(lián)系在一起，滿足消防和安全規(guī)范要求。場區(qū)設(shè)置一個(gè)入口設(shè)置。（2）建設(shè)內(nèi)容根據(jù)康各莊沼氣總站建設(shè)目標(biāo)及規(guī)模，土建工程包括預(yù)處理間、固液分離間、沼氣凈化間、鍋爐房、控制室、沼渣處理車間、沼渣庫房、勻漿池、沼液池、調(diào)節(jié)池等。②構(gòu)筑物●勻漿池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土采用C25抗?jié)B混凝土加膨脹劑UEA，池壁和罐體基礎(chǔ)均設(shè)置雙層鋼筋網(wǎng)?！駞捬醢l(fā)酵罐基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土采用C25混凝土。●儲氣柜基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土采用C25混凝土。●沼液池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土采用C25抗?jié)B混凝土加膨脹劑UEA，池壁和罐體基礎(chǔ)均設(shè)置雙層鋼筋網(wǎng)，深3m。（5）公用工程①給水●水源：引自康各莊養(yǎng)殖基地現(xiàn)有機(jī)井，機(jī)井出水量為20m3/h。●供水系統(tǒng)：場區(qū)內(nèi)輸配管線采用生產(chǎn)與消防共用的管線系統(tǒng)。場區(qū)平均供水能力為每小時(shí)20m3。②排水排水分污水和雨水兩種。管徑為De400，管材采用PVC管，埋地敷設(shè)。③消防場區(qū)的消防系統(tǒng)與給水系統(tǒng)合用，消防用水為室外消火栓用水。根據(jù)消防要求及建筑情況設(shè)立室外消火栓，室外地下消防栓按間距不大于120m設(shè)立?！裼秒娏坑?jì)算：全場主要用電負(fù)荷為設(shè)備用電，經(jīng)計(jì)算。配電室供電采用樹干式與放射式相結(jié)合供電的方式。場區(qū)低壓供電線路采用埋地敷設(shè)，電纜采用銅芯交聯(lián)聚乙烯