沼气工程大中型沼气工程

大中型沼气工程

设计和建造当前第1页\共有91页\编于星期五\3点（1）总固体(totalsolid，TS)：又称干物质，是指原料中除去水分以后剩下的物质。（2）挥发性固体（volatilesolid，VS）：原料中总固体中除去灰分以后剩下的物质。（3）化学需氧量（chemicaloxygendemand，COD）:指用强氧化剂重铬酸钾，在强酸溶液中将有机物氧化为CO2、H2O所消化的氧量，用CODCr

以一般写成COD，其单位为mg/L。（4）生物需氧量（biochemicaloxygendemand，BOD）：指在有充足氧气存在的条件下，由于微生物的活动，降解有机物所需的氧量，其单位为mg/L。一、基本概念1、常用反映原料有机物含量的指标当前第2页\共有91页\编于星期五\3点厌氧处理方法的很多，按消化器的类型分，可分为常规型、污泥滞留型和附着膜型。A、常规型消化器包括常规消化器（也称常规沼气池）、完全混合式消化器（也称高效消化器）和塞流式消化器（也称推流式消化器）。B、污泥滞留型消化器包括厌氧接触工艺、升流式固体反应器（USR）、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）、折流式反应器等。C、附着膜型反应器包括厌氧滤器（AF）、流化床（FBR）和膨胀床（EBR）等。常规型消化器一般适宜于料液浓度较大、悬浮物固体含量较高的有机废水。污泥滞留型和附着膜型消化器主要适用于料液浓度低、悬浮物固体含量少的有机废水。一、基本概念2、厌氧消化器的分类：当前第3页\共有91页\编于星期五\3点厌氧处理的方法很多，但目前国内在养殖场应用最多的还是完全混合式消化器和UASB工艺两种：完全混合工艺可使畜禽粪水全部进行厌氧处理，优点是处理量大，浓度高，产沼气量多，便于管理，易起动，运行费用低；缺点是需消化器容积大，投资多，后处理麻烦。一般适宜于以产沼气为主，有使用水肥习惯的地区。UASB工艺是先将粪水进行分离，只处理有机废水，优点是需消化器容积小，投资少，处理效果好；缺点是产沼气量相对较少，起动漫，管理复杂，运行费用稍高，一般适宜于以废水达标排放，减少环境污染为目的的地方。

当前第4页\共有91页\编于星期五\3点升流式厌氧污泥床（UASB）有反应区、沉淀区和集气室三部分组成。废水从污泥床底部进入，与污泥床中的污泥进行混合接触，微生物分解废水中的有机物产生较强烈的搅动，在污泥床上部形成悬浮污泥层。气、水、泥的混合液上升至三相分离器内，沼气气泡碰到分离器下部的反射板时，折向气室而被有效地分离排出；污泥和水则经孔道进入三相分离器的沉淀区，在重力作用下，水和泥分离，上清液从沉淀区上部排出，沉淀区下部的污泥沿着斜壁返回到反应区内。在一定的水力负荷下，绝大部分污泥颗粒能保留在反应区内，是反应区具有足够的污泥量。当前第5页\共有91页\编于星期五\3点UASB设计主要考虑的几个参数：（1）废水水质厌氧污泥的颗粒化：COD含量；总固体浓度TSS高蛋白，高脂肪含量的废水：消泡设施和装置（2）反应器容积负荷废水浓度、不溶性COD比率、出水TSS浓度确定能否采用UASB。（3）水流上升速度主要取决于反应器的进水流量和反应器的水平截面积。允许出现短时间6m/h和2m/h的高峰值。当前第6页\共有91页\编于星期五\3点（5）布水器保证污水和污泥之间充分接触，一般采用多点进水方式。（6）三相分离器功能：1.收集从分离器下的反应区产生的沼气；2.使在分离器之上的悬浮物沉淀下来。目前所采用三相分离器多为专利产品。当前第7页\共有91页\编于星期五\3点升流式厌氧污泥床工艺

优点：（1）除三相分离器外消化器结构简单，没有搅拌装置及填料；（2）长的SRT及MRT使其实现了很高负荷率；（3）颗粒污泥的形成使微生物天然固定化，增加了工艺的稳定性；（4）出水SS含量低。缺点：（1）需要安装三相分离器；（2）需要有效的布水器，使进料能均匀布于消化器底部；（3）进水要求低SS含量；（4）在高水力负荷或高SS负荷时易流失固体和微生物，运行技术要求较高。当前第8页\共有91页\编于星期五\3点内循环厌氧反应器（IC）1986年由荷兰派克公司研究成功并用于生产内循环厌氧反应器，是目前世界上效能最高的厌氧反应器。该反应器是集UASB反应器和流化床反应器的优点于一身，利用反应器内所产沼气的提升力实现发酵料液内循环的一种新型反应器。当前第9页\共有91页\编于星期五\3点

二、集约化禽畜场沼气工程利用畜禽粪便制取沼气的全套工程设施，包括原料的预处理、厌氧消化、沼气净化及输配、发酵残留物后处理以及工艺流程的控制、监测五个部分组成。当前第10页\共有91页\编于星期五\3点技术特点1.技术模式：热、电、肥联产，零排放模式冬季发电机余热增温，中温发酵，无需外加热源。TS8%:冬季余热80%用于增温；TS10%:冬季余热60%用于增温；TS12%:冬季余热40%用于增温。多余热量还可用于蔬菜大棚的供暖。夏季利用余热烘干沼渣；沼液、沼渣全部用于有机肥料，实现零排放。当前第11页\共有91页\编于星期五\3点2.发酵工艺：高浓度、全混合、中温发酵、有搅拌TS8%-12%：节省投资、节约增温能源、降低运输能耗、产气率高，池容产气率可达到1-1.5m3/m3.d。有搅拌装置，解决含固率高，物料不均，易结壳的问题。3.装置结构：大型沼气工程，宜采用分体式厌氧罐和双模干式贮气装置；中小型沼气工程，宜采用发酵、贮气一体化沼气装置。当前第12页\共有91页\编于星期五\3点4.关键设备当前第13页\共有91页\编于星期五\3点工艺设计——1.分体式沼气工程生物脱硫塔双膜干式贮气柜沼气增压风机沼气发电机组余热锅炉热水贮藏余热利用发电并网沼气火炬鸡粪收集冲洗污水集水池水解沉沙池一级厌氧反应罐二级厌氧反应罐后发酵罐固液分离固态有机肥液态有机肥沼液池某鸡场沼气发电工程流程图沼气冷水热水当前第14页\共有91页\编于星期五\3点（1）预处理水解除砂工艺蛋鸡粪中砂含量8%，分离难度大。通过中温水解工艺除砂后可去除80-90%的砂，避免贝壳粉和砂在厌氧罐和管道内的沉积、堵塞，保证后续工艺正常运行。当前第15页\共有91页\编于星期五\3点（2）发酵工艺a.厌氧发酵罐完全混合厌氧反应器（CSTR）高浓度发酵原料：TS8-12%有搅拌装置发酵原料和微生物完全混合处理量大，停留时间长，产沼气多完全混合式消化器示意图当前第16页\共有91页\编于星期五\3点b.进料浓度大中型沼气工程进料TS浓度较高，在8%-12%之间：（1）可以提高装置利用率和产气率；（2）减少反应器容积，节省工程投资；（3）减少冬季增温能耗；（4）减少沼液、沼渣的运输量，降低运输成本。c.停留时间中温发酵为20-25d，高温发酵10-15d。d.发酵温度（1）高温发酵：最佳温度范围50-55℃；（2）中温发酵：温度范围为32-42℃。发酵温度每升高10℃，厌氧反应速度约增加1倍。当前第17页\共有91页\编于星期五\3点（3）沼气生物脱硫技术采用生物脱硫工艺，可使沼气中的H2S含量降至200ppm以下，脱硫效率95%。脱硫成本0.03元/m3，比传统化学脱硫降低70%。生物脱硫原理H2S+1/2O2S+H2OH2S+3/2O2H2SO3沼气生物脱硫装置当前第18页\共有91页\编于星期五\3点（4）双膜干式贮气柜双层膜干式贮气柜由外膜、内膜和底膜组成，外膜构成贮气柜外部球体形状，内膜与底膜围成内腔贮存沼气。贮气柜可抵抗强风、积雪、冰冻等恶劣天气的影响，在寒冷地区冬季也能安全运行。当前第19页\共有91页\编于星期五\3点工艺设计——2.一体化沼气工程脱硫塔沼气发电机组民用燃气余热利用发电并网换热水箱粪便及污水收集匀浆水解池发酵、贮气一体化厌氧反应罐固液分离沼液池固态有机肥液态有机肥沼气冷水热水当前第20页\共有91页\编于星期五\3点沼气发酵、贮气一体化

反应器（1）主要优势：适于各种高浓度发酵原料；占地面积小，节省占地面积30%；节省工程造价15%；建设工期短，缩短工期50%；寒冷第七冬季也能正常运行；产气率高：3/m3.d；安全可靠，检修维护方便。当前第21页\共有91页\编于星期五\3点（2）结构特点：装置下部为发酵部分，上部贮气。罐体常用径高比为2：1——3：1。中温发酵，常年稳定运行罐内安装侧搅拌器或斜搅拌器生物脱硫罐底和罐壁上安装增温管。当前第22页\共有91页\编于星期五\3点（3）工作原理：通过支撑鼓风机的充气，调整并维持内外膜之间夹层的空气压力，以保护维持贮气柜的结构，并将内膜的沼气送入输气管道。当前第23页\共有91页\编于星期五\3点平整地面为建造发酵罐进行挖掘当前第24页\共有91页\编于星期五\3点水养护第一次灌浆铺设地热管道当前第25页\共有91页\编于星期五\3点布的热管道线顺到墙外当前第26页\共有91页\编于星期五\3点使用松木，可以不被硫腐蚀；木条有轻微的间隔，气可以缓慢的透过。当前第27页\共有91页\编于星期五\3点使用防护材料防止混凝土被沼气腐蚀。在墙上制作空洞为管线，传感器，透视窗等用。宽21米，高6米，共28排加热管线，在集气层没有热管线。罐顶和中心柱注浆稳固当前第28页\共有91页\编于星期五\3点美观，提供线路，内部安全观察保护。当前第29页\共有91页\编于星期五\3点斜搅拌机贮气外膜：具有良好的抗紫外线、耐老化的性能，起到保护内膜、保持结构的作用。内膜具有良好抗甲烷渗透性能，防火性能良好，耐磨，乃褶并且耐硫化氢腐蚀。当前第30页\共有91页\编于星期五\3点当前第31页\共有91页\编于星期五\3点工艺设计——（3）秸秆厌氧发酵制取车用沼气工程技术机械收获秸秆青储蒸汽爆破两相高效厌氧发酵压缩脱二氧化碳高压储存加气机当前第32页\共有91页\编于星期五\3点物料首先要脱水——自然干燥，约14-17%针式粉碎机效率2-4t/h，每吨耗电2-4度。粉碎颗粒可调整。针式粉碎机当前第33页\共有91页\编于星期五\3点斗式升料机斗式生料上部连接汽爆仓，下部连接粉碎机。当前第34页\共有91页\编于星期五\3点反应器当前第35页\共有91页\编于星期五\3点工程设备——（1）钢结构的厌氧消化器当前第36页\共有91页\编于星期五\3点工程设备——（2）钢筋混凝土结构厌氧消化装置当前第37页\共有91页\编于星期五\3点工程设备——（3）各种专用配套设备当前第38页\共有91页\编于星期五\3点工程设备——（3）各种贮气装置湿式钢结构贮气柜球冠型贮气柜当前第39页\共有91页\编于星期五\3点工程设备——（4）沼气发电机组及余热回收装置

现阶段，中国生产的沼气发电机组规格：24KW,80KW,100KW,120KW,180KW,200KW,300KW，500KW,当前第40页\共有91页\编于星期五\3点潜水搅拌泵进料泵切碎机粪草进料装置当前第41页\共有91页\编于星期五\3点增温保温装置：

钢筋混凝土罐体的增温管一般安装在罐壁内侧的下部。

钢结构罐体的增温管一般安装在罐壁外侧。

当前第42页\共有91页\编于星期五\3点气暖热电肥联产的沼气工程当前第43页\共有91页\编于星期五\3点当前第44页\共有91页\编于星期五\3点当前第45页\共有91页\编于星期五\3点四、两个典型案例

——北京德青源健康养殖生态园2MW沼气发电工程（2007）1.鸡粪资源量：212t/d，TS30%；2.工程规模：3,000m3厌氧罐×4座；3.设计沼气产量：20,000m3/d4.设计发电量：40,000kW.h/d5.沼肥18万吨/年，供4万亩果园、饲料地。6.年减排温室气体80,000tCO2当量。7.现该项目已并网发电。当前第46页\共有91页\编于星期五\3点（2）内蒙古蒙牛澳亚牧场1MW沼气发电工程1.牛粪资源量：280t/d，TS为20%2.工程规模：2,500m3厌氧罐×4座3.设计沼气产量：10,000m3/d4.设计发电量：20,000kw.h/d5.年产有机肥：沼渣8,000吨，沼液18万吨。6.年减排温室气体30,000tCO2当量。7.该项目现已并网发电。当前第47页\共有91页\编于星期五\3点当前第48页\共有91页\编于星期五\3点（3）厌氧——自然处理达标示范工程当前第49页\共有91页\编于星期五\3点新农村沼气集中供热工程当前第50页\共有91页\编于星期五\3点秸秆沼气集中供气示范工程当前第51页\共有91页\编于星期五\3点

杭州灯塔养殖总场沼气与废水处理工程技术简介

设计建造大中型沼气工程的公司：1、杭州能源环境工程有限公司2、北京兴星伟业工程有限公司3、青岛天人工程有限公司

当前第52页\共有91页\编于星期五\3点背景Background养殖场地处城郊，环境敏感年出栏200,000头猪，存栏120,000头猪日排放185t猪粪和3,000t污水污水性质：CODcr=10,000mg/L，

SS=4,000mg/L，

NH3-N=900mg/L。

当前第53页\共有91页\编于星期五\3点设计原则Designprinciple减量化清洁生产，将猪粪污染物的排放量减少到最小，实现固体物的充分利用资源化沼气：锅炉燃气、食堂用气猪粪和分离后的固形物：生产复合有机肥无害化厌氧出水：进行生物脱氮和好氧生物处理，并进行深度净化，使最终出水达到排放标准，并对处理后的出水回用。当前第54页\共有91页\编于星期五\3点气水分离器脱硫塔贮气柜稀污水集水池输气泵、阻火器猪粪污水稀污水烧锅炉或发电鼓风机SBR池配水池厌氧消化池水解调节池沉淀池浓污水集水池格栅去复合肥料厂达标排放沉淀池污泥浓缩池污泥池脱水机运泥机SBR生物反应池当前第55页\共有91页\编于星期五\3点生物堆肥生产复合有机肥当前第56页\共有91页\编于星期五\3点预处理——固液分离

pre-treatment—separator格栅机水力筛分离出的粪渣用于制作有机肥当前第57页\共有91页\编于星期五\3点预处理——固液分离

当前第58页\共有91页\编于星期五\3点主要工艺单元的技术介绍-3

厌氧发酵装置

工艺：UASB，采用>200C常温发酵，冬季增温；包括：布水系统、循环系统、三相分离器、溢流系统等；有效容积：6000m3；

HRT=2d；

CODcr去除率：85%；

日产沼气：8500m3/d当前第59页\共有91页\编于星期五\3点厌氧发酵池（UASB）当前第60页\共有91页\编于星期五\3点SBR生化反应池当前第61页\共有91页\编于星期五\3点沼气利用：当前第62页\共有91页\编于星期五\3点项目技术经济指标

沼气产量：3,100,000m3/a削减COD：18450t/a复合有机肥：40,000t/a收益：

1、民用燃气：6000m3/天×0.6元/m3×365天=131万元/年

2、有机肥原料：142吨/天×40元/吨×365天=207万元/年1吨污水运行费用：2.27元工程总投资：1497万元当前第63页\共有91页\编于星期五\3点最终出水

当前第64页\共有91页\编于星期五\3点当前第65页\共有91页\编于星期五\3点五、我国大中型沼气工程发展主要障碍初始投资大，自我融资能力不够万头猪场或千头牛场沼气工程初始投入150-200万元2500池容沼气工程总投资400-500万元治理成本和沼气产品成本高工业废水2.50元/m3废水，发电＞0.35元/kWh养殖场7.5元/m3粪水，发电＞0.7元/kWh当前第66页\共有91页\编于星期五\3点市场风险大禽畜产品和食品产品不确定因素大，风险大难以吸引各方投资者环保政策执行缺乏力度三同步排污费低于治理费能源产品缺乏法律保障和政策扶持沼气、电力市场准入和上网经济激励政策当前第67页\共有91页\编于星期五\3点

与国外存在一定差距规模和速度与形势发展的要求很不适应：

--德国在仅仅过去的3-5年期间，沼气工程就发展到了约2000处，并且都是商业化运行。

--德国的经验：为实施可持续发展、治理污染、减少温室气体排放制定了鼓励发电上网的法律—补贴电价；优惠投资—低息、贴息贷款；环保和资源利用法律保障

--农场主的积极性：新的收入来源当前第68页\共有91页\编于星期五\3点

沼气是有机物质在厌氧条件下经微生物的发酵作用而生成的一种可燃性气体，其主要产品是沼气、沼液、沼渣（简称“三沼”）。沼气发酵产物利用当前第69页\共有91页\编于星期五\3点沼气利用沼肥利用沼液沼渣贮存粮食电灯做饭保鲜水果提供气肥孵化喷施防治病虫害无土栽培养蚯蚓作物栽培种菇喂猪养鱼浸种养花育秧当前第70页\共有91页\编于星期五\3点

沼气是约含60%甲烷、40%二氧化碳和氨、水、硫化氢等气体的混合气体。甲烷是可以燃烧的气体，人类主要是利用它们来获得能量。1.沼气综合利用当前第71页\