大中型沼氣(zhǎoqì)工程

設計和建造共一百零二頁

大中型沼氣(zhǎoqì)工程建設范圍和內容集約化畜禽養殖場沼氣工程工業有機廢水沼氣工程沼氣民用(mínyòng)：集中供氣--炊事沼氣供熱：鍋爐沼氣發電：2共一百零二頁（1）總固體(totalsolid，TS)：又稱干物質，是指原料中除去水分以后剩下的物質。（2）揮發性固體（volatilesolid，VS）：原料中總固體中除去灰分(huīfēn)以后剩下的物質。（3）化學需氧量（chemicaloxygendemand，COD）:指用強氧化劑重鉻酸鉀，在強酸溶液中將有機物氧化為CO2、H2O所消化的氧量，用CODCr

以一般寫成COD，其單位為mg/L。（4）生物需氧量（biochemicaloxygendemand，BOD）：指在有充足氧氣存在的條件下，由于微生物的活動，降解有機物所需的氧量，其單位為mg/L。COD和BOD是目前國際上普遍采用的用來表示水中有機物濃度的指標。BOD/COD的值稱為可被生化指標，用來衡量廢棄物是否適宜于采用生物化學法進行處理。比值越大，表示越容易被生化處理，一般認為BOD/COD>0.3的廢棄物才適用于采用生化處理。基本概念——（1）常用反映(fǎnyìng)原料有機物含量的指標共一百零二頁厭氧處理方法的很多，按消化器的類型分，可分為常規型、污泥滯留型和附著膜型。常規型消化器包括常規消化器（也稱常規沼氣池）、完全混合式消化器（也稱高效消化器）和塞流式消化器（也稱推流式消化器）。污泥滯留型消化器包括厭氧接觸工藝、升流式固體反應器（USR）、升流式厭氧污泥床反應器（UASB）、折流式反應器等。附著膜型反應器包括厭氧濾器（AF）、流化床（FBR）和膨脹(péngzhàng)床（EBR）等。常規型消化器一般適宜于料液濃度較大、懸浮物固體含量較高的有機廢水。污泥滯留型和附著膜型消化器主要適用于料液濃度低、懸浮物固體含量少的有機廢水。基本概念——（2）厭氧消化器的分類(fēnlèi)：共一百零二頁厭氧處理的方法很多，但目前國內在養殖場應用最多的還是完全混合式消化器和UASB工藝兩種：完全混合工藝可使畜禽糞水全部進行厭氧處理，優點是處理量大，濃度高，產沼氣量多，便于管理，易起動，運行費用低；缺點是需消化器容積大，投資多，后處理麻煩。一般適宜于以產沼氣為主，有使用水肥習慣的地區。UASB工藝是先將糞水進行分離(fēnlí)，只處理有機廢水，優點是需消化器容積小，投資少，處理效果好；缺點是產沼氣量相對較少，起動漫，管理復雜，運行費用稍高，一般適宜于以廢水達標排放，減少環境污染為目的的地方。

共一百零二頁升流式厭氧污泥(wūní)床（UASB）有反應區、沉淀區和集氣室三部分組成。廢水從污泥床底部進入，與污泥床中的污泥進行混合接觸，微生物分解廢水中的有機物產生較強烈的攪動，在污泥床上部形成懸浮污泥層。氣、水、泥的混合液上升(shàngshēng)至三相分離器內，沼氣氣泡碰到分離器下部的反射板時，折向氣室而被有效地分離排出；污泥和水則經孔道進入三相分離器的沉淀區，在重力作用下，水和泥分離，上清液從沉淀區上部排出，沉淀區下部的污泥沿著斜壁返回到反應區內。在一定的水力負荷下，絕大部分污泥顆粒能保留在反應區內，是反應區具有足夠的污泥量。共一百零二頁UASB設計(shèjì)主要考慮的幾個參數：（1）廢水水質厭氧污泥的顆粒化：COD含量；總固體濃度TSS高蛋白，高脂肪含量的廢水：消泡設施和裝置（2）反應器容積負荷廢水濃度、不溶性COD比率、出水TSS濃度確定能否采用UASB。表7-5，7-6UASB容積負荷推薦值P176（3）水流上升速度主要取決于反應器的進水流量和反應器的水平截面積。允許出現短時間6m/h和2m/h的高峰值。共一百零二頁（4）反應器容積和其他(qítā)尺寸Vn=QS0/LorgVn：反應器液體部分的有效容積，m3Q：進液流量，m3/hS0：進水COD濃度，kgCOD/m3Lorg：反應器有機負荷率，kgCOD/(m3.d)VL=Vn/EVL反應器液體部分總容積；E：有效系數，在0.8~0.9之間選取。HL=VL/AHL：反應器液體部分高度：HT=HL=HGHT

：反應器總高度，m;HG:反應器集氣部分高度，m。共一百零二頁（5）布水器保證污水和污泥之間充分接觸，一般采用多點進水方式。布水點數量的設計(shèjì)：表7-8UASB反應器布水點數量的計算依據。進水方式設計：分為連續進水和脈沖進水（6）三相分離器功能：1.收集從分離器下的反應區產生的沼氣；2.使在分離器之上的懸浮物沉淀下來。目前所采用三相分離器多為專利產品。共一百零二頁升流式厭氧污泥床工藝

優點：（1）除三項分離器外消化器結構簡單，沒攪拌裝置及填料；（2）長的SRT及MRT使其實現了很高負荷率；（3）顆粒污泥的形成使微生物天然(tiānrán)固定化，增加了工藝的穩定性；（4）出水SS含量低。缺點：（1）需要安裝三項分離器；（2）需要有效的布水器，使進料能均勻布于消化器底部；（3）進水要求低SS含量；（4）在高水力負荷或高SS負荷時易流失固體和微生物，運行技術要求較高。共一百零二頁內循環(xúnhuán)厭氧反應器（IC）1986年由荷蘭派克(paikè)公司研究成功并用于生產內循環厭氧反應器，是目前世界上效能最高的厭氧反應器。該反應器是集UASB反應器和流化床反應器的優點于一身，利用反應器內所產沼氣的提升力實現發酵料液內循環的一種新型反應器。共一百零二頁IC厭氧反應器的基本構造如同把兩個UASB反應器疊加在一起，反應器高度可達16-25m，高徑比可達4-8。在其內部增設了沼氣提升(tíshēng)管和回流管，上部增加了氣液分離器。該反應器啟動時，投加了大量顆粒污泥。運行過程中，用第一反應室所產沼氣經集氣罩收集并提升(tíshēng)管上升作為動力，把第一反應室的發酵液和污泥提升(tíshēng)至反應器頂部的氣液分離器，分離出的沼氣從導管排走，泥水混合液沿回流管返回第一反應室內，從而實現了下部料液的內循環。共一百零二頁

集約化禽畜場沼氣(zhǎoqì)工程利用畜禽糞便制取沼氣的全套工程設施，包括原料的預處理、厭氧消化、沼氣凈化及輸配、發酵殘留物后處理以及工藝流程(ɡōnɡyìliúchénɡ)的控制、監測五個部分組成。共一百零二頁技術(jìshù)特點1.技術模式：熱、電、肥聯產，零排放模式冬季發電機余熱增溫，中溫發酵(fājiào)，無需外加熱源。TS8%:冬季余熱80%用于增溫；TS10%:冬季余熱60%用于增溫；TS12%:冬季余熱40%用于增溫。多余熱量還可用于蔬菜大棚的供暖。夏季利用余熱烘干沼渣；沼液、沼渣全部用于有機肥料，實現零排放。共一百零二頁熱、電、肥聯產，零排放模式(móshì)共一百零二頁2.發酵工藝：高濃度、全混合、中溫發酵、有攪拌TS8%-12%：節省投資、節約增溫能源、降低運輸能耗、產氣率高，池容產氣率可達到1-1.5m3/m3.d。有攪拌裝置，解決含固率高，物料不均，易結殼的問題。3.裝置結構：大型沼氣工程，宜采用(cǎiyòng)分體式厭氧罐和雙模干式貯氣裝置；中小型沼氣工程，宜采用發酵、貯氣一體化沼氣裝置。共一百零二頁4.關鍵設備共一百零二頁工藝(gōngyì)設計——1.分體式沼氣工程生物(shēngwù)脫硫塔雙膜干式貯氣柜沼氣增壓風機沼氣發電機組余熱鍋爐熱水貯藏余熱利用發電并網沼氣火炬雞糞收集沖洗污水集水池水解沉沙池一級厭氧反應罐二級厭氧反應罐后發酵罐固液分離固態有機肥液態有機肥沼液池某雞場沼氣發電工程流程圖沼氣冷水熱水共一百零二頁（1）預處理水解(shuǐjiě)除砂工藝蛋雞糞中砂含量8%，分離難度大。通過中溫水解工藝除砂后可去除80-90%的砂，避免貝殼粉和砂在厭氧罐和管道內的沉積、堵塞(dǔsè)，保證后續工藝正常運行。共一百零二頁（2）發酵(fājiào)工藝a.厭氧發酵罐完全混合厭氧反應器（CSTR）高濃度發酵原料：TS8-12%有攪拌裝置(zhuāngzhì)發酵原料和微生物完全混合處理量大，停留時間長，產沼氣多共一百零二頁b.進料濃度大中型沼氣工程進料TS濃度較高，在8%-12%之間：（1）可以提高裝置利用率和產氣率；（2）減少反應器容積，節省工程投資；（3）減少冬季增溫能耗；（4）減少沼液、沼渣的運輸量，降低運輸成本。c.停留時間中溫發酵為20-25d，高溫(gāowēn)發酵10-15d。d.發酵溫度（1）高溫發酵：最佳溫度范圍50-55℃；（2）中溫發酵：溫度范圍為32-42℃。發酵溫度每升高10℃，厭氧反應速度約增加1倍。共一百零二頁（3）沼氣生物脫硫技術采用生物脫硫工藝，可使沼氣中的H2S含量降至200ppm以下，脫硫效率(xiàolǜ)95%。脫硫成本0.03元/m3，比傳統化學脫硫降低70%。生物脫硫原理H2S+1/2O2S+H2OH2S+3/2O2H2SO3沼氣(zhǎoqì)生物脫硫裝置共一百零二頁（4）雙膜干式(ɡànshì)貯氣柜雙層膜干式貯氣柜由外膜、內膜和底膜組成，外膜構成貯氣柜外部球體形狀，內膜與底膜圍成內腔貯存沼氣。貯氣柜可抵抗強風、積雪(jīxuě)、冰凍等惡劣天氣的影響，在寒冷地區冬季也能安全運行。共一百零二頁工藝設計(shèjì)——2.一體化沼氣工程脫硫塔沼氣(zhǎoqì)發電機組民用燃氣余熱利用發電并網換熱水箱糞便及污水收集勻漿水解池發酵、貯氣一體化厭氧反應罐固液分離沼液池固態有機肥液態有機肥沼氣冷水熱水共一百零二頁沼氣(zhǎoqì)發酵、貯氣一體化

反應器（1）主要優勢：適合于各種高濃度發酵原料；占地面積小，節省占地面積30%；節省工程造價15%；建設工期短，縮短工期50%；寒冷第七冬季也能正常運行；產氣率高：1.0-1.5m3/m3.d；安全可靠，檢修維護(wéihù)方便。共一百零二頁（2）結構特點：裝置下部為發酵(fājiào)部分，上部貯氣。罐體常用徑高比為2：1-3：1。中溫發酵，常年穩定運行罐內安裝側攪拌器或斜攪拌器生物脫硫罐底和罐壁上安裝增溫管。共一百零二頁（3）工作原理：通過支撐鼓風機的充氣，調整并維持內外(nèiwài)膜之間夾層的空氣壓力，以保護維持貯氣柜的結構，并將內膜的沼氣送入輸氣管道。共一百零二頁平整(píngzhěng)地面為建造發酵罐進行(jìnxíng)挖掘共一百零二頁水養護(yǎnghù)第一次灌漿(guàng〃jiāng)鋪設地熱管道共一百零二頁布的熱管道(guǎndào)線順到墻外共一百零二頁使用松木，可以不被硫腐蝕；木條有輕微的間隔(jiàngé)，氣可以緩慢的透過。共一百零二頁使用防護材料防止混凝土被沼氣(zhǎoqì)腐蝕。在墻上制作空洞為管線，傳感器，透視窗等用。寬21米，高6米，共28排加熱管線，在集氣層沒有熱管線。罐頂和中心(zhōngxīn)柱注漿穩固共一百零二頁美觀，提供線路(xiànlù)，內部安全觀察保護。共一百零二頁斜攪拌機貯氣外膜：具有良好的抗紫外線、耐老化的性能，起到保護內膜、保持結構(jiégòu)的作用。內膜具有良好抗甲烷滲透性能，防火性能良好，耐磨，乃褶并且耐硫化氫腐蝕。共一百零二頁共一百零二頁工藝設計(shèjì)——（3）秸稈厭氧發酵制取車用沼氣工程技術機械(jīxiè)收獲秸稈青儲蒸汽爆破兩相高效厭氧發酵壓縮脫二氧化碳高壓儲存加氣機共一百零二頁秸稈蒸汽爆破(bàopò)原理汽爆的物理學基礎是氣體膨脹做功降溫，利用氣體膨脹功去分離纖維素、半纖維素、木質素、糖鏈等，達到生物預處理目的。汽爆過程是將植物（被爆物）置于一直徑相等、徑高比為1：3-4的耐高壓容器內，充入3.5MP、220-250度的蒸汽，保壓90秒，在內外壓差的作用下爆炸，完成膨脹做功，破壞植物組織(zǔzhī)內部結構，從而完成木質素、纖維素、半纖維素等組織(zǔzhī)及糖鏈的分離。物料的物理形態、特性和結構發生了重大變化，物料溫度也由250度降到了20度左右。共一百零二頁物料首先要脫水——自然(zìrán)干燥，約14-17%針式粉碎機效率2-4t/h，每噸耗電2-4度。粉碎顆粒可調整。針式粉碎機共一百零二頁斗式升料機斗式生料上部連接(liánjiē)汽爆倉，下部連接(liánjiē)粉碎機。共一百零二頁反應器共一百零二頁工程(gōngchéng)設備——（1）鋼結構的厭氧消化器共一百零二頁工程設備(shèbèi)——（2）鋼筋混凝土結構厭氧消化裝置共一百零二頁工程設備——（3）各種專用(zhuānyòng)配套設備共一百零二頁工程設備——（3）各種(ɡèzhǒnɡ)貯氣裝置濕式鋼結構貯氣柜球冠型貯氣柜共一百零二頁工程設備——（4）沼氣發電機組及余熱回收裝置

現階段，中國生產(shēngchǎn)的沼氣發電機組規格：24KW,80KW,100KW,120KW,180KW,200KW,300KW，500KW,共一百零二頁潛水(qiánshuǐ)攪拌泵進料泵切碎機糞草進料裝置(zhuāngzhì)共一百零二頁增溫保溫(bǎowēn)裝置

鋼筋混凝土罐體的增溫管一般安裝在罐壁內側的下部。

鋼結構罐體的增溫管一般安裝在罐壁外側。

共一百零二頁氣暖熱電肥聯產的沼氣(zhǎoqì)工程共一百零二頁共一百零二頁共一百零二頁典型案例

（1）北京德青源健康養殖(yǎngzhí)生態園2MW沼氣發電工程（2007）1.雞糞資源量：212t/d，TS30%；2.工程規模：3,000m3厭氧罐×4座；3.設計沼氣產量：20,000m3/d4.設計發電量：40,000kW.h/d5.沼肥18萬噸/年，供4萬畝果園(guǒyuán)、飼料地。6.年減排溫室氣體80,000tCO2當量。7.現該項目已并網發電。共一百零二頁（2）內蒙古蒙牛澳亞牧場1MW沼氣發電(fādiàn)工程（2700）1.牛糞資源量：280t/d，TS20%2.工程規模：2,500m3厭氧罐×4座3.設計沼氣產量：10,000m3/d4.設計發電量：20,000kw.h/d5.年產有機肥：沼渣8,000噸，沼液18萬噸。6.年減排溫室氣體(qìtǐ)30,000tCO2當量。7.該項目現已并網發電。共一百零二頁共一百零二頁（3）厭氧——自然處理達標示范(shìfàn)工程共一百零二頁新農村沼氣(zhǎoqì)集中供熱工程共一百零二頁秸稈沼氣(zhǎoqì)集中供氣示范工程共一百零二頁

杭州燈塔養殖(yǎngzhí)總場沼氣與廢水處理工程技術簡介

設計建造大中型沼氣(zhǎoqì)工程的公司：杭州能源環境工程有限公司北京興星偉業工程有限公司青島天人工程有限公司

共一百零二頁背景(bèijǐng)

Background養殖場地處城郊，環境敏感年出欄200,000頭豬，存欄120,000頭豬日排放185t豬糞和3,000t污水(wūshuǐ)污水性質：CODcr=10,000mg/L，

SS=4,000mg/L，

NH3-N=900mg/L排放標準：《畜禽養殖業污染物排放標準》GB18596-2001

1999年列入UNDP/GEF工業化沼氣與水處理示范項目。

共一百零二頁設計(shèjì)原則Designprinciple減量化清潔生產，將豬糞污染物的排放量減少到最小，實現固體物的充分利用資源化沼氣：鍋爐燃氣、食堂用氣豬糞和分離后的固形物：生產復合有機肥無害化厭氧出水：進行生物脫氮和好氧生物處理(chǔlǐ)，并進行深度凈化，使最終出水達到排放標準，并對處理后的出水回用。共一百零二頁氣水分離器脫硫塔貯氣柜稀污水(wūshuǐ)集水池輸氣泵(qìbèng)、阻火器豬糞污水稀污水燒鍋爐或發電鼓風機SBR池配水池厭氧消化池水解調節池沉淀池濃污水集水池格柵去復合肥料廠達標排放沉淀池污泥濃縮池污泥池脫水機運泥機SBR生物反應池共一百零二頁主要(zhǔyào)工藝單元的技術介紹-1

Thetechnologicalcharacteristicsofmainunits實行清潔生產，改進飼養工藝。優點：1、減少工程投資和運行費用；

2、減少豬舍的沖洗水量，節省水費；

3、新鮮豬糞生產的有機肥肥效高，可提高資源化利用(lìyòng)程度。共一百零二頁主要工藝單元的技術(jìshù)介紹-2

Thetechnologicalcharacteristicsofmainunits豬糞生物堆肥制作復合有機肥生產工藝：新鮮豬糞+生物菌群特點：

1、可機械化連續(liánxù)生產

2、發酵周期：~15d3、能量釋放多，堆肥溫度達650~900C，足以殺滅病原菌

4、有機物總量>35%，氮磷鉀養分含量>6%，水分<18%共一百零二頁生物堆肥(duīféi)生產復合有機肥共一百零二頁預處理——固液分離(fēnlí)

pre-treatment—separator格柵機水力篩分離(fēnlí)出的糞渣用于制作有機肥共一百零二頁預處理——固液分離(fēnlí)

共一百零二頁主要(zhǔyào)工藝單元的技術介紹-3

Thetechnologicalcharacteristicsofmainunits厭氧發酵裝置(zhuāngzhì)anaerobicdigester

工藝：UASB，采用>200C常溫發酵，冬季增溫；包括：布水系統、循環系統、三相分離器、溢流系統等；有效容積：6000m3；

HRT=2d；

CODcr去除率：85%；日產沼氣biogas：8500m3/d共一百零二頁厭氧池（UASB）共一百零二頁主要(zhǔyào)工藝單元的技術介紹-4

ThetechnologicalcharacteristicsofmainunitsSBR生物(shēngwù)反應池aerobicdigester

包括：布氣系統、污泥攪拌器、潷水器等有效容積：每座1500m3，共4座，

PLC控制，交替運行運行周期：8h，進水1h，攪拌、曝氣4h，沉淀1h，排水1h。去除效率：CODcr:90%，NH3-N:99.2%共一百零二頁SBR生化(shēnɡhuà)反應池共一百零二頁主要工藝單元(dānyuán)的技術介紹-5

Thetechnologicalcharacteristicsofmainunits沼氣的利用biogasusage

沼氣（Q=8500m3/d）經氣水分離、脫硫后，主要用于：

1、鍋爐燃氣（67%）

2、肥料(féiliào)烘干（24%）

3、食堂炊事（3%）

4、豬舍生產用能（6%）

共一百零二頁沼氣(zhǎoqì)利用biogasusage共一百零二頁項目(xiàngmù)技術經濟指標

indexoftechnologyandeconomy沼氣(zhǎoqì)產量(biogasproduct)：3,100,000m3/a削減COD：18450t/a復合有機肥(compost)：40,000t/a收益benefit：

1、民用燃氣：6000m3/天×0.6元/m3×365天=131萬元/年

2、有機肥原料：142噸/天×40元/噸×365天=207萬元/年噸污水運行費用：2.27元工程總投資：1497萬元共一百零二頁最終(zuìzhōnɡ)出水

Finaleffluent共一百零二頁共一百零二頁我國大中型沼氣工程(gōngchéng)發展主要障礙初始投資大，自我融資(rónɡzī)能力不夠萬頭豬場沼氣工程初始投入150-200萬元工業2500池容沼氣工程400-500萬元治理成本和沼氣產品成本高工業廢水2.50元/m3廢水，發電＞0.35元/kWh養殖場7.5元/m3糞水，發電＞0.7元/kWh共一百零二頁市場風險大禽畜產品和食品產品不確定因素大，風險大難以吸引各方投資者環保政策執行缺乏(quēfá)力度三同步排污費低于治理費能源產品缺乏法律保障和政策扶持沼氣、電力市場準入和上網經濟激勵政策共一百零二頁

與國外存在一定(yīdìng)差距規模和速度與形勢發展的要求很不適應：

--德國在僅僅過去的3-5年期間，沼氣工程就發展到了約2000處，并且都是商業化運行

--德國的經驗：為實施可持續發展、治理污染、減少(jiǎnshǎo)溫室氣體排放制定了鼓勵發電上網的法律—優惠電價；優惠投資—低息、貼息貸款；環保和資源利用法律保障

--農場主的積極性：新的收入來源共一百零二頁

沼氣是有機物質在厭氧條件下經微生物的發酵作用而生成的一種可燃性氣體(qìtǐ)，其主要產品是沼氣、沼液、沼渣（簡稱“三沼”）。沼氣(zhǎoqì)發酵產物利用共一百零二頁沼氣(zhǎoqì)利用沼肥利用(lìyòng)沼液沼渣貯存糧食電燈做飯保鮮水果提供氣肥孵化噴施防治病蟲害無土栽培養蚯蚓作物栽培種菇喂豬養魚浸種養花育秧共一百零二頁

沼氣是約含60%甲烷、40%二氧化碳和少量氮、氫、氧、氨、一氧化碳、硫化氫等氣體的混合氣體。甲烷和一氧化碳是可以(kěyǐ)燃燒的氣體，人類主要是利用它們來獲得能量。1.沼氣(zhǎoqì)綜