畜禽场废弃物厌氧发酵制取沼气技术_老木一支笔专业编制可行性研究分析报告_资金项目立项申请报告

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畜禽场废弃物厌氧发酵制取沼气技术

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1　范围
本标准规定了畜禽场废弃物厌氧发酵沼气工程的工艺设计、建造、运行维护、安全管理等。
本标准适用于规模化畜禽养殖场和养殖小区的废弃物厌氧发酵制取沼气。
2　规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB 18596 畜禽养殖业污染物排放标准
GB 50014 室外排水设计规范
GB 7959 粪便无害化卫生要求
NY 525 有机肥料
NY/T 466 户用农村能源生态工程北方模式设计施工与使用规范
NY/T 667 沼气工程规模分类
NY/T 1220 沼气工程技术规范
NY/T 1221 规模化畜禽养殖场沼气工程运行、维护及其安全技术规程
NY/T 1222 规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范
NY/T 1704 沼气电站技术规范
3　术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1　
畜禽场废弃物
本标准指畜禽养殖场产生的动物粪便、尿液及冲洗废水。
3.2　
厌氧发酵
在无氧条件下，微生物分解有机物并产生沼气的过程。
3.3　
滞留期
指发酵原料在厌氧反应器中发酵停留时间，单位为天（d）。
3.4　
总固体
又称干物质，是指发酵原料除去水分以后剩下的物质，包括可溶性固体和不可溶性固体。原料中的总固体含量（干物质浓度）常用百分率来表示，单位为百分率（%）。液体样品单位为毫克/升（mg/L）或克/升（g/L）。
3.5　
升流式厌氧固体反应器（USR）
是一种结构简单、适用于高悬浮固体有机物原料的反应器，原料从底部进入消化器内，与消化器里的活性污泥接触，使原料得到快速消化。
3.6　
完全混合式厌氧消化器（CSTR）
安装有搅拌装置的消化器，反应器内发酵原料和微生物处于完全混合状态。
3.7　
升流式厌氧污泥床（UASB）
由底部的污泥区和中上部的气、液、固三相分离区组合为一体的厌氧消化装置。
3.8　
复合厌氧反应器（UBF）
由底部升流式厌氧污泥床和上部厌氧过滤器组合为一体的厌氧消化装置。
3.9　
高浓度发酵
物料TS浓度5 %～12 %的厌氧发酵为高浓度发酵。
3.10　
低浓度发酵
物料TS浓度低于5 %的厌氧发酵为低浓度发酵。
4　工艺设计
4.1　设计原则
4.1.1　沼气工程的设计应以无害化、减量化、资源化为目标，充分考虑沼气、沼液和沼渣的有效利用。
4.1.2　沼气工程的工艺设计应采用经过鉴定的新技术、新工艺、新材料、新设备。
4.1.3　沼气工程的工艺设计应与实际结合，正确处理集中与分散、处理与利用、近期与远期的关系。
4.1.4　沼气工程的工艺应根据畜禽养殖场废弃物的特性及实测数据进行设计。
4.2　前处理
4.2.1　沼气工程前处理含集水设施、物料混合设施、沉砂及除渣等预处理设施及加热保温等。
4.2.2　当以鸡粪为原料时，应在调节池后设沉砂池；以牛粪为原料时应有粪草分离装置；以鸭粪为原料时应去除稻壳或预处理对稻壳进行腐解。
4.3　厌氧消化工艺选择
4.3.1　对于高浓度发酵，厌氧消化器的总有效容积，可按式（1）计算：
                              (1)
式中：
V ——厌氧发酵罐的总有效容积，单位为立方米（m³）；
Q ——设计处理量，单位为立方米每天（m³/d）；
T ——设计水力滞留期，单位为天（d）。
对于固体含量较低的养殖废水，厌氧消化器的总有效容积，可按式（2）计算：
                              (2)
式中：
——厌氧发酵罐的总有效容积，单位为立方米（m³）；
——设计处理量，单位为立方米每天（m³/d）；
——进水有机物质量浓度，mgCODCr/L ；
——容积负荷，kgCODCr/m³•d 。（查标准）
4.3.2　适合高浓度粪污发酵的厌氧消化器主要有：完全混合式厌氧消化器（CSTR）、升流式厌氧固体反应器（USR）等。各种消化器的主要设计参数如下：
a) 升流式厌氧固体反应器一般采用立式圆柱形，有效高度6 m～12 m，应选用合理的布水方式避免短路、勾流，以保证液体均匀上升。其设计应满足下列要求：
1) 布水器的喷水孔应朝池底，与水平面夹角不大于40 º；
2) 布水器设置于厌氧发酵罐底部，距池底的距离应不大于1 m。
b) 完全混合厌氧发酵罐的高径比宜为1.5～2；宜采用连续搅拌，搅拌功率宜为0.001 kW/m³～0.005 kW/m³。
4.3.3　适合低固体浓度养殖废水的厌氧消化器主要有：升流式厌氧污泥床（UASB）、复合厌氧反应器（UBF）等。
各种消化器的主要设计参数如下：
a) 升流式厌氧污泥床平面形状有矩形和圆形，高度不宜超过10 m；反应器的设备有三相分离器、布水系统、排泥装置和沼气收集系统等。
b) 复合厌氧反应器填料宜填充在反应器上部的1/3处，填料厚度以0.5 m～2 m为宜。
4.3.4　厌氧消化器主要技术参数宜符合表1的规定。
表1　表厌氧消化中温发酵主要技术参数
项目单位 CSTR USR UASB UBF
温度 ℃ 33～35 33～35 33～35 33～35
水力滞留期 d 15～30 10～20 1.5～3 2～4
TS浓度 % 5～10 5～6 ＜1 ＜1
COD负荷 kg/m³•d 3～8 5～10 5～10 2～10
COD去除率 % 55～75 60～80 70～85 70～85
4.3.5　厌氧发酵罐应有保温措施，宜采用外保温；加热可采用罐外热交换或池内热交换。
4.3.6　养殖小区发酵工艺
a) 规模较小的养殖场和养殖小区可建设地下式的中小型沼气工程，以圆形池和拱形沼气池为主。
b) 养殖小区沼气工程以“一池三建”为建设单元，包括沼气发酵池、原料（粪便或秸秆）预处理（沉淀、调解、进出料、搅拌等装置）、沼气供气（沼气净化、储存、输配、计量和利用装置）和沼肥利用设施（沼渣、沼液处理及综合利用装置）等。土建工程主要包括沼气发酵池、贮气水封池、前处理池、沼液贮存池、保温室、沼气管网等；设备主要包括泵、流体管网、电器控制、脱硫塔、沼气灶具、检测设备等。养殖小区集中供气沼气工程以供气（10～50）户为基本建设单元。
c) 中小型沼气工程根据畜禽养殖场发酵原料的数量、一定温度下发酵原料在装置内停留的时间和投料浓度等工艺条件确定，沼气发酵装置的容积，可按式（3）计算：
                (3)
式中：
b-单位畜禽每天的平均排粪量（kg、湿重）；
n-养殖畜禽的数量（头、只）；
TS-畜禽粪便原料中干物质含量的百分比（%）；
HRT-原料在池中的滞留天数（d）；
r-发酵原料浓度（%）；
m-池内装料有效容积（%）；
t-发酵料液比重（kg/m³ ）；
d) 修建的沼气池要达到结构牢靠、不漏水、不漏气的要求，除了合理设计以外，必须按照设计图纸要求，认真细致地进行施工，确保施工质量。
4.4　后处理
4.4.1　沼渣沼液暂存池
沼气工程须配套建设足够容量的沼渣沼液暂存池。暂存池容积应结合沼液产生量、作物种类及种植面积、运输距离、沼液施用量及频率等因素综合确定。沼液池的容积应不小于最大利用间隔期内厌氧消化装置沼液的排放量，且沼液在施用前应储存5 d以上时间。沼渣沼液暂存池应设置安全防护栏。
4.4.2　固液分离
厌氧消化后的沼渣、沼液需做进一步的固液分离，分离后的沼渣可以用于生产固态有机肥。分离出的沼液进贮液池后可以作为液态有机肥用于农田。
4.4.3　后处理工艺
沼液后处理一般采用好氧处理系统或稳定塘，好氧处理应选择有较高脱氮除磷能力的工艺，如SBR（序列间歇式活性污泥法）、氧化沟等。
4.5　沼气净化储存
4.5.1　厌氧消化产生的沼气应经过脱水、脱硫处理后进入沼气储存和输配系统。
4.5.2　沼气中水分宜采用重力法脱除；在沼气输送管路的最低点设置凝水器，将管路中的冷凝水排出。
4.5.3　沼气脱硫可以采用干法脱硫或生物脱硫，使沼气中的硫化氢含量小于20 mg/m³；化学脱硫须定时更换脱硫剂。
4.5.4　沼气贮存系统包括贮气柜、流量计等。贮气柜可采用低压湿式贮气柜，也可采用低压干式贮气柜、高压贮气柜等方式储气。低压干式贮气柜（工作压力小于10 kPa）可采用双膜气柜和活塞式贮气柜；高压干式贮气柜（工作压力大于0.4 MPa）须设置安全阀、放散管、排污管以及压力检测装置，有效贮气量宜按照NY/T 1220.2第6.3条的规定计算。贮气柜须做好防腐、防冻处理。
4.5.5　沼气用于民用炊事时，贮气柜的容积按日产气量的50 %～60 %计算；沼气用于烧锅炉或发电时，应根据沼气供求平衡曲线确定贮气柜的容积。
4.5.6　沼气贮气柜出口应设阻火装置。
4.6　沼气利用
4.6.1　集中供气
a) 沼气输配系统设计优先考虑沼气供应的安全性和可靠性，保证不间断向用户供气。
b) 沼气管网宜采用低压供气。
c) 沼气输配管网的使用寿命应不小于集中供气工程的设计使用寿命。
d) 室外输配管网的干管和支管材质宜选用PE管及防腐镀锌钢管、焊接钢管等。
4.6.2　沼气发电
a) 沼气发电设施装机容量应根据沼气产量及其低热值按式（4）进行计算：
(4)
式中：
——总装机容量，单位为千瓦（kW）；
——装机余量与发电机效率的综合比率系数，根据需求k=1.08～1.20；
——每小时最大沼气产量换算为标准状况下的体积，单位为立方米每小时（m³/h）；
——沼气的低热值，单位为千焦每标准立方米（kJ/m³）。
——发电机组热耗率，单位为千焦每千瓦时（kJ/kW•h）。沼气发电供气压力和气量应保持稳定，供气系统应有调节气量和压力的设施。
b) 沼气发电供气压力和气量应保持稳定，供气系统应有调节气量和压力的设施。
c) 沼气发电利用余热时，余热的回收量应与利用量、利用途径合理匹配，优先考虑能够全年使用的方案。利用余热加热的系统和设备需要有备用的加热设施。
4.6.3　沼气工程应安装火炬燃烧设施。
4.7　沼肥利用
4.7.1　沼肥农用必须充分腐熟，重金属允许范围指标应符合NY 525中5.8规定的要求，卫生指标应符合GB 7959中表2规定的要求。
4.7.2　沼液可用作浸种、根际追肥或叶面喷施肥。
4.7.3　沼渣可用作农作物的底肥、育苗栽培基质以及有机复合肥的原料。
5　建设要求
5.1　根据沼气工程的特殊性，建设中应确保构筑物的抗渗性能，厌氧消化器和储气柜的气密性能。厌氧消化器主体完工后须进行试水试压检验。
5.2　沼气工程土建、钢结构、设备、管道、仪表、给水配电等建设安装质量须满足相关规范要求。
6　运行维护
6.1　运行管理人员必须熟悉沼气工程工艺和设施、设备的运行要求与技术指标。
6.2　操作人员必须熟悉本岗位设施、设备的运行要求和技术指标。
6.3　各岗位应有工艺系统网络图、安全操作规程等，并应示于明显部位。
6.4　运行管理人员和操作人员应按要求巡视检查构筑物、设备、电器和仪表的运行情况。操作人员发现运行不正常时，应及时处理。
6.5　各岗位的操作人员应按时做好运行记录。数据应准确无误。
6.6　沼气发酵罐排泥应该定期进行，排泥开始前必须使罐顶储气空间与大气连通和畅通，排污阀渐渐开启，一定避免罐内形成负压。
6.7　沼气发酵罐排空清理时，必须使罐底人孔与罐顶安全人孔敞开，经过充分通风换气，注意安全防火和人身安全，进入罐内作业要有安全防护措施和他人监护措施。沼气罐恢复正常工作要按启动时的准备工作进行。
6.8　应定期对供气工程的沼气产量、沼气中甲烷含量、罐内沼气压力、料液温度、液位、pH等主要参数进行检测，并建立工作档案。
7　安全管理
7.1　严格遵守安全生产规章制度和操作规程的各项规定。
7.2　沼气站内严禁烟火。有电气设备的车间和易燃易爆的场所，应按消防部门的有关规定设置消防器材。
7.3　凡对具有有害气体或可燃气体的构筑物（如集水池、厌氧池以及污泥池）进行防空清理和维修时，必须采取通风、换气措施，待可燃与有害气体含量符合安全规定时，证明无危险后，方可操作。
7.4　清理机电设备及周围环境卫生时，严禁擦拭设备运转部位，冲洗水不得溅到电缆头和电机带电部位及润滑部位。不允许在运转设备周围更换衣服。
7.5　高空作业时，必须做好防护工作。
7.6　电气设备、线路发生故障后，立即切断电源，各种设备维修时必须断电，并应在开关处悬挂维修标牌后，方可操作。
7.7　雨天或冰雪天气，操作人员在构筑物上巡视或操作时，应注意防滑。
7.8　各岗位操作人员应穿戴齐全劳保用品，做好安全防范工作。
7.9　具有有害气体、易燃气体、异味和环境潮湿的地点，必须通风。
7.10　工作地点与通行道路应保持整齐、清洁，工作场所不得堆放一切不稳定的物品。

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