沼氣工程技術與工藝

沼氣工程技術與工藝第一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三內容一、沼氣規(guī)模工程分類標準二、沼氣發(fā)酵基本原理三、沼氣發(fā)酵基本條件四、發(fā)酵裝置五、沼氣工程設計工藝參數(shù)的選擇六、沼氣工程建設模式七、沼氣工程建設不容忽視的問題八、沼氣工程相關規(guī)范與標準第二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三五、沼氣工程設計工藝參數(shù)的選擇1.原料的收集充足而穩(wěn)定的原料供應是沼氣發(fā)酵工藝的基礎，不少沼氣工程因原料來源的變化被迫停止運轉或報廢。原料的收集方式直接影響原料的質量，影響到污水的生成量以及濃度。第三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三2.

原料的預處理原料中?；煊懈鞣N雜物，如牛糞中的雜草，雞糞中的雞毛和砂礫等。為了便于用泵輸及防止發(fā)酵過程中出現(xiàn)故障，或為了減少原料中的懸浮固體含量，有的在進入消化器前還要進行升溫或降溫等，因而要對原料進行預處理。預處理階段大中型沼氣工程所設計的相關構筑物必須滿足發(fā)酵工藝要求，才能最終達到總體設計目標。

第四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三3.選擇發(fā)酵溫度

發(fā)酵溫度是影響沼氣發(fā)酵的重要因素。沼氣發(fā)酵菌種在8℃～60℃范圍內都能發(fā)酵產(chǎn)氣。原料的分解消化速度隨溫度的升高而提高，也就是產(chǎn)氣量隨溫度升高而提高。厭氧發(fā)酵原料宜采用盡可能高SS濃度的畜禽糞水，盡量減少沼液產(chǎn)量；厭氧消化宜采用中溫消化(35℃左右)，也可采用近中溫消化(25～30℃)。第五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三消化器的保溫設計

采取中、高溫運行的大中型沼氣工程，消化器內料液的溫度或是35℃，或是54℃。而消化器周圍環(huán)境溫度卻隨著四季更替或晝夜交換而變化，為確保消化器能在恒溫條件下運行，必須以當?shù)刈詈鋾r刻的氣溫條件，確定保溫層的厚度，對消化器進行保溫設計。第六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三4.選擇消化器(沼氣池)

規(guī)模化養(yǎng)殖場大中型沼氣工程項目建設池型選擇：沼氣發(fā)酵裝置是整個沼氣工程的核心部件。沼氣發(fā)酵裝置類型很多，畜禽糞便污水多采用升流式固體反應器（USR）及塞流式消化器，固體物含量低的廢水多采用上流式厭氧污泥床（UASB）厭氧消化器。第七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三消化器的設計消化器容積大小與沼氣發(fā)酵原料的物料特性、消化液濃度和水力滯留期有關。消化器容積V1與每日處理原料量、消化液濃度、消化液密度和水力滯留期有關，公式如下：

消化器總容積＝消化器中消化液容積（V1）＋消化器的儲氣容積（V2），一般取V2＝（8％～10％）V1，即：

V＝V1＋V2第八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三

原料、池型、溫度與產(chǎn)氣率

原料池型溫度/℃產(chǎn)氣率/m3/m3?日畜禽糞便常規(guī)地下池常溫0.1－0.6地面池350.6－1.8第九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三5.選擇厭氧消化器的滯留期（HRT）

滯留期與原料特性、發(fā)酵溫度、裝置類型及預期目的有關。一般地選擇為：常規(guī)地下池采用畜禽糞便為原料時滯留期為20－60天；地面高效裝置采用畜禽糞便為原料時滯留期為8－15天；地面高效裝置采用酒精廢液及高濃度有機廢水為原料時滯留期為0.5－4天。以生產(chǎn)沼氣為主可選擇最佳滯留期，以環(huán)境保護為主，則應適當延長滯留期。第十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三

6.沼氣儲存

大中型沼氣工程一般采用低壓濕式儲氣柜、干式儲氣柜、橡膠儲氣袋儲存沼氣。貯氣容積的確定與用氣情況有關。目前沼氣池設計貯氣量大多考慮能貯存12小時所產(chǎn)的氣，沼氣用于民用時，儲氣柜容積按產(chǎn)氣量的50％～60%計算；民用、發(fā)電或燒鍋爐各一半時，按產(chǎn)氣量的40％計算；也可根據(jù)實際用氣量適當配置貯氣容積。

第十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三7.沼氣的脫水

通常采用重力方法完成沼氣的脫水，或者在輸送沼氣管路的最低點將管路中水蒸氣排除。1.井蓋；2.集水井；3.凝水器；4.自動排水管；5.排水管；a.自動排水b.人工手動排水第十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三8.沼氣脫硫

沼氣脫硫采用干式脫硫、濕式脫硫和生物脫硫。用于能源直接燃燒的沼氣中H2S濃度應低于20毫克/米3，用于直接發(fā)電的沼氣中H2S濃度為300毫克/米3畜禽場的沼氣中H2S濃度在0.028－4.5克/米3之間，平均為1.79克/米3

。第十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三9、沼氣輸配系統(tǒng)第十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三10.沼氣發(fā)電用于發(fā)電的沼氣，其組分中甲烷含量應大于60％，硫化氫含量應小于0.05％，供氣壓力不低于6kPa。以柴油機改裝為全燃沼氣的奧托機時，因為沼氣中含CO2，在不改變原發(fā)動機容積的情況下，由于不能增加混合氣的熱值，所以沼氣發(fā)動機熱效率一般在25％～30％范圍。發(fā)動機的熱效率為35%，發(fā)電機的熱效率為90%時，則每立方米沼氣可發(fā)電約2度。第十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三

沼氣發(fā)酵液不能直接排放，否則會導致二次污染，必須后處理加以資源化利用。沼氣發(fā)酵液作為有機肥應根據(jù)當?shù)赝寥罓顩r和種植施肥情況應用于果樹、養(yǎng)魚、種花和蔬菜、大田種植業(yè)。11、沼肥的綜合利用第十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三厭氧發(fā)酵殘留物的利用沼液中含有氮、磷、鉀、鈣、銅、鋅、鐵、B族維生素、赤霉素、氨基酸和酶活性物質。沼氣厭氧發(fā)酵后約95%的寄生蟲和有害細菌被殺滅。發(fā)酵后的沼液無機元素絡合，進行沼渣、沼液深加工，生產(chǎn)多元復合營養(yǎng)有機復合有機肥，有利于植物的優(yōu)質生產(chǎn)和某些病蟲害防治。第十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三沼氣工程建設內容養(yǎng)殖場大中型沼氣以“一池三建”為基本建設單元，建設沼氣發(fā)酵池、原料預處理、沼氣利用和沼肥利用設施。“一池”：是指沼氣發(fā)酵裝置，即在厭氧條件下，利用微生物分解有機物并產(chǎn)生沼氣的裝置。“三建”：一是建設預處理設施：包括沉淀、調節(jié)、計量、進出料、攪拌等裝置；二是建設沼氣利用設施，包括沼氣凈化、儲存、輸配和利用裝置；三是沼肥利用設施，包括沼渣、沼液綜合利用和進一步處理裝置。第十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三六、沼氣工程建設模式

沼氣工程發(fā)酵流程圖

第十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三循環(huán)系統(tǒng)厭氧反應器沉淀池（出料）一級貯糞池（調節(jié)池）二級貯糞池加熱預混池保溫脫水脫硫儲氣罐燃料

第二十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三應用模式根據(jù)現(xiàn)場條件和對發(fā)酵殘留物處理利用方式和要求的不同，沼氣工程可以有兩大類，即生態(tài)類型和環(huán)保類型。在實際工程設計中，根據(jù)現(xiàn)場條件、沼氣利用和排放等方面的要求，可以選擇模式。第二十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三1、產(chǎn)品方案1)管理實現(xiàn)減量化的原則在污染防治上應強調減通過生產(chǎn)結構調整及開展清潔生產(chǎn)減少污染物產(chǎn)生量，降低處理難度及處理成本。2)處理優(yōu)先資源化的原則資源化和綜合利用結合，堅持以利用為主、利用與污染治理相結合的原則。3)結果達到無害化的原則利用時不會對牲畜和作物的生長產(chǎn)生不良影響；排放的污水和糞便不會對地下水和地表水產(chǎn)生污染等。4)整個系統(tǒng)生態(tài)化的原則以農(nóng)養(yǎng)牧、養(yǎng)漁，以牧、漁促農(nóng)，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。5)運作通過產(chǎn)業(yè)化的原則畜禽糞便收集、生產(chǎn)和銷售，采用產(chǎn)業(yè)化和專業(yè)化運作模式，吸引社會投資。第二十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三2、沼氣工程產(chǎn)品方案

沼氣熱能利用（方式）以產(chǎn)氣為主沼氣發(fā)電（需求和用途）沼渣液的利用（土地承載力）固體有機肥（品種、市場）以肥料為主鮮糞外售（需求）少量沼氣（利用方式）少量沼氣（能量）以污水達標排放為主肥料生產(chǎn)（品種、市場）污水處理（處理方式、排放標準）第二十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三3、三沼的應用沼氣——已經(jīng)開始注重集中供氣系統(tǒng)的建設，利用增壓和減壓調節(jié)裝置，通過輸送管道將沼氣配送到農(nóng)戶，形成了供氣管網(wǎng)，并向農(nóng)民供應沼氣，解決生活燃料問題，。發(fā)電——我國自產(chǎn)單燃料沼氣發(fā)電機技術越來越成熟，能源短缺的現(xiàn)實和可再生能源利用技術的完善，使沼氣發(fā)電已經(jīng)成為沼氣工程中很重要的一部分。沼渣液——沼肥是很好的有機肥料，已被廣泛用作基肥和無土育苗基質，果園和蔬菜大棚有機肥灌溉施用，并作為固體有機肥進入了市場銷售。第二十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三沼氣發(fā)酵的基本工藝流程

畜禽糞污水剩余污泥(可用作肥料)儲存沼氣凈化調節(jié)池預處理厭氧消化器后處理用戶排放第二十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污處理模式（能源－生態(tài)模式）第二十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三養(yǎng)雞場沼氣工程設計（能源生態(tài)模式）規(guī)模蛋雞場糞便雨水沼氣凈化計量貯存沉淀達標排放菜田、糧田澆灌養(yǎng)殖場食堂浴室用能沉渣制花卉肥分離清液厭氧發(fā)酵泵壓蔬菜田或果園噴灌酸化兼氧漫流沉砂固液分離糞草分離分離雜物堆漚發(fā)酵沼氣發(fā)電農(nóng)田基肥寒季加溫及反季節(jié)蔬菜二氧化碳轉換用養(yǎng)殖場沼氣站用電尿沖洗水調節(jié)計量沼液貯存調配池固體物曬干粉碎制飼料添加劑或制有機復合肥第二十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三規(guī)模養(yǎng)牛場沼氣工程設計（能源－生態(tài)型模式）規(guī)模奶牛場牛糞尿水雨水滲透液調節(jié)計量一級二級氧化塘厭氧發(fā)酵達標排放沉淀污泥制花卉肥市場銷售生產(chǎn)生活用能沼氣凈化貯存無公害有機青飼料有機肥制作青飼料滲透液酸化（兼氧）沼液貯存青飼料田噴灌第二十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污處理模式（能源－環(huán)保模式）第二十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三能源環(huán)保型第三十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三規(guī)模養(yǎng)殖場沼氣工程設計（能源－環(huán)保型模式）規(guī)模養(yǎng)殖場干糞堆漚發(fā)酵還田或送有機肥料廠污水羅茨風機雨水SBR池排水池調節(jié)池出水回流達標排放一級二級氧化塘滲透液污泥回流格柵沉砂集水池酸化兼氧池厭氧發(fā)酵缺氧池第三十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三七、沼氣工程建設不容忽視的問題

工程驗收運行管理安全沼渣液消納與綜合利用問題第三十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三1.沼氣的密封問題密封是一道重要工序。施工中應注意建池的密封，不能有縫隙和沙眼，形成漏氣。沼氣池建成后，用純水泥漿打底，抹1：2.5水泥沙漿找平壓實，將基層清理后充分澆水濕潤，接著開始做密封層。第三十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三2.試壓檢驗

為保證安全和沼氣池的正常使用，必須經(jīng)過壓力實驗。沼氣工程建成及輸氣系統(tǒng)安裝后，要參照國標

GB4751中第7－2－1和7－2－2條規(guī)定進行打壓驗收。

第三十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三試壓檢驗--水壓法向沼氣池內注水至溢流高度，穩(wěn)定后觀察12小時，當水位無明顯變化時，表明發(fā)酵池及進料管系統(tǒng)不漏水之后方可進行水壓試驗。關閉池體通向氣空間的所有閥門，在池頂氣空間接好測壓儀表或Ｕ形壓力計，對氣空間做好全面的密封處理，此后繼續(xù)向沼氣池內注水；當壓力達到最大設計壓力時停止加水，記錄好壓力值，穩(wěn)壓觀察２４小時。當壓力下降在3％～10％以內時，可確認沼氣池抗?jié)B性能符合要求。第三十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三試壓檢驗--氣壓試驗法與前面的區(qū)別是在注水穩(wěn)壓觀察后，向罐（池）內不是再注水，當壓力達到最大設計壓力時停止加水，記錄好壓力值，穩(wěn)壓觀察２４小時。而是注氣后觀察沼氣池的壓力降在3％～10％以內，確認抗?jié)B性能符合要求。第三十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三3.沼氣的驗收與沼氣池配套的所有管道、閥門均應根據(jù)其各自的運行壓力，分別用清水進行承壓檢驗。

沼氣的壓力表和流量計要進行質量驗收和調試，以保證其安全、可靠、靈活和準確。運行前的試車是非常重要的工作，否則在投產(chǎn)后再發(fā)現(xiàn)上述先天性缺陷，就會給補救維修工作帶來麻煩。

第三十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三4.沼氣的竣工沼氣池的氣密性驗收完成后，接著進行包括輸配管路的全系統(tǒng)氣密性和防滲漏驗收。單體驗收和分段驗收合格后，進行全系統(tǒng)驗收，確保全系統(tǒng)不滲水、不漏氣后，再進行沼氣工程的發(fā)酵啟動運行工作。隱蔽工程記錄第三十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三

5.溫度變化對厭氧發(fā)酵效率的影響在同一溫度類型條件下，溫度發(fā)生波動會給發(fā)酵帶來一定影響。在35℃中溫發(fā)酵時，于１小時內溫度上下波動不宜超過２～３℃。短時間內溫度升降５℃，沼氣產(chǎn)量明顯下降，波動的幅度過大時，甚至停止產(chǎn)氣。例如一個在35℃下正常運行的沼氣池，若溫度突然下降到20℃，產(chǎn)氣幾乎停止。然而，溫度波動不會使厭氧消化系統(tǒng)受到不可逆轉的破壞，即溫度瞬時波動對發(fā)酵的不利影響只是暫時性的，溫度一經(jīng)恢復正常，發(fā)酵的效率也隨之恢復。第三十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三5.溫度變化對厭氧發(fā)酵效率的影響

如溫度波動時間較長時，效率的恢復所需時間也相應延長。如果將35℃運行溫度降至10℃，并保持15分鐘，然后恢復至35℃，沼氣產(chǎn)率就迅速回升；如果保持2小時，則產(chǎn)氣率恢復至原有水平所需的時間也較長。常溫發(fā)酵的沼氣池發(fā)酵溫度隨氣溫而便，產(chǎn)氣率較低。第四十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三6.pＨ與減度變化對厭氧發(fā)酵效率

沼氣發(fā)酵是在pＨ中性條件下的厭氧發(fā)酵，pＨ下降沼氣發(fā)酵就會終止。而pＨ的變化受發(fā)酵液中揮發(fā)酸濃度和堿度的影響。發(fā)酵料掖溫度在6.5-7.8之間。第四十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三7.選取接種物

在確定系統(tǒng)運行溫度后，要選擇同類工程的活性污泥作接種物（菌種）。是否是相同的菌種，或富集菌種的多少，決定系統(tǒng)啟動速度的快慢。如不具備接種同類污泥條件，需要在馴化上下功夫，啟動的時間要長些，速度會慢些。沼氣池排出的活性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∽1／3，接種量越多，啟動速度越快，在此基礎上逐漸富集。第四十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三8.菌種的馴化富集菌種的馴化富集可在新建成的發(fā)酵罐內進行，也可在其他的容器內進行。取來的活性污泥（菌種）越多越好，再加入適量的處理原料（數(shù)量小于菌種量１０％份額〕。菌種和原料的混合液在裝置內作好保溫，再逐漸升溫到35℃，并調節(jié)使ｐＨ在6.8∽7.2范圍。每隔７～８天加入新料液一次，數(shù)量仍為裝置內料液的5％～10％份額，以此繼續(xù)下去。第四十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三

8.菌種的馴化富集馴化富集過程，是為厭氧發(fā)酵創(chuàng)造必要的條件，首要條件是適宜的溫度和ｐＨ，每次加人新料液的多少也是由馴化富集起來菌種液pＨ的高低所確定。不同溫度的菌種可以馴化第四十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三9、沼氣發(fā)酵啟動沼氣發(fā)酵的啟動是指從投人接種物和原料開始，經(jīng)過馴化和培養(yǎng)，使沼氣池中厭氧活性污泥的數(shù)量和活性逐步增加，直至沼氣池的運行達到設計要求的全過程。這個過程所經(jīng)歷的時間稱為啟動期。沼氣池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，在啟動開始時投人發(fā)酵罐內，可以縮短啟動期。

第四十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三9、沼氣發(fā)酵啟動在啟動運行時，要裝備監(jiān)測手段，做法是控制好發(fā)酵料液的溫度和pＨ在最佳范圍之內。其啟動方式都是將接種物和首批料液投入發(fā)酵罐后，停止進料若干天，在料液處于靜態(tài)下，使接種污泥暫時聚集和生長，等大部分有機物被分解去除時，即產(chǎn)氣高峰過后，料液的ｐＨ在７.0以上，或產(chǎn)氣中甲烷含量在50％以上或COD去除率達到80％左右時，再進行連續(xù)投料或半連續(xù)投料運行。

第四十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三9、沼氣發(fā)酵啟動在啟動過程中，最常見的障礙是負荷過高所引起的發(fā)酵液有機酸含量上升、pＨ降低，這會影響發(fā)酵和沼氣的產(chǎn)生。排除的方法是，首先應停止進料，待pＨ恢復正常水平后，再以較低負荷開始進料。當發(fā)現(xiàn)pＨ已經(jīng)降至5.5以下，需要添加石灰水、碳酸鈉和碳酸氫銨等堿性物質進行中和。同時也可排出部分發(fā)酵液，再加入一些接種物，以起到稀釋、補充緩沖性物質和增加活性污泥的作用。第四十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三10、運行管理啟動后，厭氧消化系統(tǒng)管理的基本要求，在于通過控制各項工藝條件，使沼氣池穩(wěn)定運行。只有穩(wěn)定運行的消化器才會有高的運行效果。如進料量過多或過少，溫度驟然升高或下降等；進水中混人強酸、強堿、農(nóng)藥、抗菌素等有毒物質都會影響產(chǎn)氣量。因此，日常運行隨時注視沼氣池內酸化與甲烷化的平衡，及早發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的問題并迅速解決。第四十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三11、污泥持留量的調節(jié)

沼氣池內保持足夠的污泥量，是保證消化器運行效率的基礎，但經(jīng)較長時間運行后，污泥持留量過度時，不僅無助于提高厭氧消化效率，相反會因污泥沉積使有效容積縮小而降低效率，或者因易于堵塞而影響正常運行。因此，當消化器運行一定時間階段后就應適時、適量地排泥。啟動階段，沼氣池內污泥量不足時，排出的污泥經(jīng)沉砂后可回流人沼氣池內。第四十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三12、攪拌的控制

攪拌的目的主要為了增加微生物與原料的接觸，在沼氣池內，由于進料的沖擊及所產(chǎn)沼氣的逸出形成了一些攪拌作用。因此，在厭氧消化過程中一般不需連續(xù)攪拌，但有時會在沼氣池內產(chǎn)生結殼，則必須采取破殼技術，以獲得較高的產(chǎn)氣率。第五十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三13、維修與安全一般每隔2～3年要有計劃地檢修一次，事先應做好存放厭氧活性污泥的池子，以便檢修后及時將污泥泵回到沼氣池內，可縮短大修后再啟動的時間。大修時應將污水、污泥、浮渣、沉渣和底部泥沙清掃干凈，進行防腐、防滲、防漏處理，最后按沼氣池試漏規(guī)定驗收合格后，才能重新裝入污泥繼續(xù)運行。第五十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三檢修進人應特別注意安全：

（1）檢修人員進池前，必須打開消化器的所有孔口，用鼓風機連續(xù)吹入新鮮空氣24小時以上，測定池內空氣中甲烷、Ｈ2Ｓ、CO2和O2的含量合格后方可進人。也可用動物進行試驗，確保操作人員的安全。

（２）檢修人員進池應戴防毒面具，戴好安全帽、系上安全帶及安全繩，池外必須有人監(jiān)護，整個檢修期間不得停止鼓風。第五十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三檢修進人應特別注意安全：（３）池內所用照明用具和電動工具必須防爆。如需明火作業(yè)。必須符合公安部門的防火要求，同時要有應急措施。

（４）有條件時，應當配備有毒有害氣體及可燃性氣體監(jiān)測器，以保證人身絕對安全。第五十三頁，共五十九頁，編輯于2