沼气工程规划设计与工程验收                                 中国农业大学    林聪 主要内容 一、大中型沼气工程规划建设的内容 1、粪污水的收集、饲养种类、饲养工艺、清粪工艺、养殖规模、粪污排污量等； 2、所选厌氧发酵工艺、发酵池型； 3、储气系统； 4、沼气利用系统，输配气系统、发电系统； 5、沼气净化系统、监测系统； 6、沼渣、沼液综合利用系统，周围土地承受和消纳能力，周围种植结构品种、对水肥的需求； 7、固体肥料生产。  沼气工程的建设目标 （一）明确工程最终目标，选定技术路线 三种类型： 一是以生产沼气和利用沼气为目标： 二是以达到环境保护要求，排水符合国家规定的标准为目标； 三是沼气、沼渣和沼液进行综合利用，实现生态环境建设。  沼气工程产品方案 二、沼气工程建设模式  沼气工程发酵流程图  建设内容 养殖场大中型沼气以“一池三建”为基本建设单元，建设沼气发酵池、原料预处理、沼气利用和沼肥利用设施。 “一池”：是指沼气发酵装置，即在厌氧条件下，利用微生物分解有机物并产生沼气的装置。 “三建”： 一是建设预处理设施：包括沉淀、调节、计量、进出料、搅拌等装置 二是建设沼气利用设施，包括沼气净化、储存、输配和利用装置 三是沼肥利用设施，包括沼渣、沼液综合利用和进一步处理装置 建设内容 一、主体工程：主要包括发酵原料预处理单元、沼气生产单元、沼气净化及储存单元、沼气利用单元、沼渣沼液综合利用单元的生产设备及设施； 二、配套工程：主要包括沼气站内供配电系统、工艺控制系统、给排水系统、增温系统、照明系统、消防系统、保安监视系统、道路、大门、围墙、通信、运输车辆等； 三、生产管理与生活服务设施：主要包括办公室、值班室、门卫、公用卫生间等，寒冷地区还应包括采暖设施。 应用模式 根据现场条件和对发酵残留物处理利用方式和要求的不同，沼气工程可以有两大类： 生态类型和环保类型。在实际工程设计中，根据现场条件、沼气利用和排放等方面的要求，可以选择模式。 工程效益 通过选择适宜的处理模式，可以降低工程投资和运行成本 ；通过选择好的技术和设备，可以提高产气率、发电和余热利用率。  充分利用沼气的共生产品(热、电、肥), 增加收入，实现沼气工程的循环经济。 养殖场规模和环境容量因地制宜地选择适宜的技术和处理模式，以达到粪污减量化、能源高效化、资源利用最大化、处理费用最小化。    规划原则 农业大中型沼气工程的建设，必须遵守国家有关经济建设的法律、法规，执行国家节约用水、节约能源、节约土地、保护环境、消防安全等政策，符合国家农村能源主管部门制定颁布的有关规定。  农业大中型沼气工程的建设应统筹规划，与城乡发展规划相协调，做到近远期结合，以近期为主，兼顾远期发展。  规划原则 农业大中型沼气工程的建设水平，应根据我国农村经济发展现状，综合考虑农业规模化生产和科学技术发展的实际状况，以农业有机废弃物的有效处理和综合利用为目标，结合当地实际需求，因地制宜地确定，做到技术先进、经济合理、不造成二次污染，实现节能减排。  农业大中型沼气工程项目的建设，应在不断总结生产实践经验的基础上，从实际情况出发，首先采用成熟可靠的技术，积极稳妥地选用行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备。 三、沼气工程建设规模分类标准 新的农业大中型沼气工程建设规模 以日产沼气量为主要划分指标： 特大型：5000ｍ３／ｄ及以上； 大  型：500～4999ｍ３／ｄ； 中  型：150～499ｍ３／ｄ； 小  型：50～149ｍ３／ｄ；  大中型沼气工程建设用地参照指标 厌氧反应器容积产气率限定指标 沼气工程的劳动定员（人） 四、沼气工程设计工艺参数的选择 1、沼气发酵原料的收集 充足而稳定的原料供应是沼气发酵工艺的基础，不少沼气工程因原料来源的变化被迫停止运转或报废。原料的收集方式直接影响原料的质量，影响到污水的生成量以及浓度。   2、主要有机物沼气产量与成分 1Kg糖（C6H12O6）理论产甲烷量约为350升。 如果按所产沼气中甲烷含量为60％计算，则每KgCOD的沼气产量为0.583m3,而实际上消耗每KgCOD只有0.45～0.5升沼气产生。 不同原料产气量的实测值表           万头猪场干清粪：每天约排放COD高达6000-8000mg/L的冲洗水约60 m3，而相同规模养鸡场的粪水排放量低于15m3，牛场的粪水排放量为45m3。 3. 发酵温度的选择 发酵温度是影响沼气发酵的重要因素。沼气发酵菌种在8℃～60℃范围内都能发酵产气。 原料的分解消化速度随温度的升高而提高，也就是产气量随温度升高而提高， 沼气发酵可分为3个温度范围，45～60℃ ℃称高度温发酵；30～45℃称中温发酵；20℃以下称低温发酵。 高温发酵 高温发酵工艺指发酵料液温度维持在50 ～ 60℃的范围，实际控制温度多在53±2℃。 该工艺的特点是微生物生长活跃，有机物分解速度快，产气率高、滞留时间短。采用高温发酵可以有效地杀灭粪便中各种致病菌和寄生虫卵，具有较好的卫生效果，  中温发酵     中温发酵工艺指发酵料液温度维持在 35±2℃的范围。与高温发酵相比，这种工艺消化速度稍慢一些，产气率要低一些，但维持中温发酵的能耗较少，沼气发酵能总体维持在一个较高的水平，产气速度比较快，料液基本不结壳，可保证常年稳定运行。这种工艺因料液温度稳定，产气量也比较均衡。     高温发酵消耗的热能太多，发酵残余物的肥效较低，氨态氮损失较大，这使中温发酵工艺得到了比较普遍的应用。   常温发酵  常温发酵也称为“自然温度”发酵，是指在自然温度下进行的沼气发酵，发酵温度受气温影响而变化。 其特点是发酵料液的温度随气温、地温的变化而变化，其好处是不需要对发酵料液温度进行控制，节省保温和加热投资，沼气池本身不消耗热量；缺点是在同样投料条件下，一年四季产气率相差较大。 冬季料液温度仅达到5℃，无论是产酸菌和产甲烷菌都受到了严重抑制，产气率不足0.01m3/(m3·d),当发酵温度在15℃以上时，产甲烷菌的代谢活动才活跃起来，产气量明显升高，产气率可达0.1～0.2 m3/(m3·d)。  温度对产气速度的影响      温度的突然变化会对产气发生很大影响。 温度变化超过3℃，产气就会发生明显的变化。  大中型沼气发酵工程应维持恒温发酵，温度是必需的监控指标。 将水温提高10℃，每吨水要消耗3～4m3沼气。  5、厌氧消化器的滞留期（HRT） 厌氧消化器的HRT是指一个消化器内的发酵液按体积计算被全部置换所需要的时间．通常以天(d)或小时(h)为单位。 当消化器在一定容积负荷条件下运行时，其HRT与发酵原料有机物含量呈正比，有机物含量越高，HRT则越长，这有利于提高有机物的分解率。 　HRT（d）=  消化器的有效体积÷每天的进料量 5、厌氧消化器的滞留期（HRT）       滞留期与原料特性、发酵温度、装置类型及预期目的有关。一般地选择为： 常规地下池采用畜禽粪便为原料时滞留期为  20－60天； 地面高效装置采用畜禽粪便为原料时滞留期为8－15天； 地面高效装置采用酒精废液及高浓度有机废水为原料时滞留期为0.5－4天。 以生产沼气为主可选择最佳滞留期，以环境保护为主，则应适当延长滞留期。  6、有机负荷和发酵浓度 厌氧消化时的负荷通常是指发酵器的容积有机负荷，即每单位消化

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