环境工程毕设答辩-畜禽养殖粪便及沼渣沼液处理工艺设计

答辩人：XXX导师：XX近年随着人们对肉蛋奶产品的需求的增长，畜禽养殖业发展迅速，尤其是集约式畜禽养殖业。养殖业的发展必然产生大量的粪便，其处理一直是很大的问题。畜禽粪便由于还有大量的有机物质和营养元素，如果能将其进行有效利用，则是一种很好的资源；另一方面如利用不合理，则会对环境造成很大的污染和危害。资源污染潜力分析工程设计展望沼气生产潜力产生量养分潜力污染风险种类存栏量（万头/只）牛4828.3猪71557.4羊27586.7家禽1190459总量1294432数据源：国家统计局2013年主要畜禽存栏量计算公式：畜禽粪便产生量=存栏量×日排泄系数（kg/d）×365（d）种类存栏量（万头/只）粪（万吨）尿（万吨）粪尿总量（万吨）牛4828.335246.5917623.352869.89猪71557.452236.986190.89138427.8羊27586.726179.78—26179.78家禽119045954314.7—54314.7总量1294432167978103814.2271792.227亿吨！！！2013年主要畜禽粪便产生量计算各类畜禽排泄物N、P、BOD、COD等污染物产生量时，采用以下计算方法：污染物产生量=畜禽粪便产生量×污染物浓度种类粪/尿量（万吨）COD（万吨)BOD（万吨)TP（万吨)TN（万吨)牛粪35246.51092.64864.6041.59154.03牛尿17623.3105.7470.497.05140.99猪粪52236.92716.322979.07178.13307.15猪尿86190.8775.72430.9544.82284.43羊粪26179.7121.21107.3451.31196.35家禽粪54314.72479.472115.01314.48565.96总量2717927291.106567.47637.3816482013年主要畜禽排泄物污染物产生量种类粪/尿量（万吨）TN（万吨)TP（万吨)牛粪35246.59154.0341.59牛尿17623.30140.997.05猪粪52236.90307.15178.13猪尿86190.89284.4344.82羊粪26179.78196.3551.31家禽粪54314.70565.96314.48总量271792.151648.90637.382013年我国主要畜禽粪便N、P养分产生量2013年农用氮肥和磷肥的施用折纯量分别达到了2394.24万吨和830.61万吨。若畜禽粪便中氮和磷能得到充分利用，就可以节约68.9%的氮肥和76.7%的磷肥。计算公式：沼气生产潜力=畜禽粪便产生量×单位沼气生产潜力种类粪尿量（亿吨）沼气生产潜力/亿m3牛粪（尿）5.2869885317.219猪粪（尿）13.84277903622.925羊粪2.61797783162.314家禽粪5.431469644434.517总量27.1792151536.9762013年我国主要畜禽粪便沼气生产潜力沼气是一种清洁的能源，既可以作燃料使用，也可以用于发电。养分潜力沼气生产潜力污染风险畜禽粪便资源化利用工程计算工程设计工程绘图工艺比选沼气工程是利用厌氧发酵作用，将畜禽粪便中的有机物经过厌氧消化转化为沼气和C02，在产生优质燃料的同时，无污染化处理畜禽粪便和养殖场污水，实现污染减排、保护生态环境的目的，是处理畜禽粪便污染成熟和有效的方法，也是畜禽规模养殖场处理粪便污染最常用的方法。沼气工程的工艺流程是指从原料发酵到沼气生产的整个过程所采用的技术和方法，包括原料的收集、预处理、厌氧发酵、厌氧发酵后产物的预处理，沼气的净化、贮存、运输以及利用等环节。某万头养猪场项目粪尿冲洗水（干清粪方式）猪（kg/（头·d）23.38合计（t/d）203380养猪场粪尿及冲洗水排放量本工程设计水量为133t/d。预处理粪便收集预处理主要是清除较大的杂物，对于原料中的塑料袋、畜禽毛发等一般采用格栅去除；对于泥沙一般采用沉砂池处理；而当有秸秆加入时需要用粉碎机将秸秆切碎。参数值栅前流速0.7m/s过栅流速v0.8m/s栅条宽度S0.01m栅条间隙b0.01m栅前部分长度0.5m栅后部分长度1m格栅倾角60°栅槽渐宽展开角度20°单位栅渣量0.10m3/103m3（1）栅前水深：根据最优水力断面：211max2BvQ113max2.3220.01080.7QBmv10.042Bhm其中：maxQ--最大设计流量，3/ms，32.3103/ms；1v--栅前流速，m/s，取0.7m/s；1B--进水渠道宽度，mh--栅前水深。（2）栅条间隙数x3masinsin606.20.012.310.040.08Qnehv，取7。其中：n—格栅间隙数；e—栅条净间隙，mm，10mm=0.01m；maxQ--最大设计流量，3/ms--格栅倾角，60°；h—栅前水深，m；v—过栅流速，m/s，最大设计流量时为0.8~1.0m/s，平均设计流量时为0.3m/s，取0.8m/s；sin--经验系数。（3）栅槽宽度10.0160.0170.13BSnenm其中：B—栅槽宽度，m；S—格条宽度，m，取0.01m；e—栅条净间隙，mm，10mm=0.01m；n—格栅间隙数；设计计算如下：（1）池子长度设最大流量时的水平流速0.1/vms，最大设计流量盛行时间30ts0.1303Lvtm（2）水流断面32max2.3100.0230.1QAmv（3）池总宽设有效水深20.25hm20.0230.10.25ABmh。（4）沉砂斗容积设2Td366864001403020.00841010pQXTVm碳氮比是指发酵原料中所含的碳素和氮素量之比，用C/N符号表示。微生物对碳素和氮素的需求有一定的比例要求。因此一般当原料的C/N介于（15~30）：1，即可正常发酵，一些试验研究表明，投入原料的C/N以（20~30）：1为宜。原料碳素占原料质量/%氮素占原料质量/%碳氮比鲜猪粪7.80.6013:1鲜牛粪7.30.2925:1鲜羊粪160.5529：1鲜鸡粪35.73.709.65:1干稻草420.6367:1干麦草460.5387:1玉米秆400.7553:1常用沼气发酵原料的碳氮比（近似值）根据猪粪和稻草的C/N值，及所需要的总C/N比，可求得每天需要多少稻草。计算公式如下：1121122CWCCNNWNW其中：C/N为中C/N比，取28:1；C1为猪粪碳素含量，取7.8%；C2为稻草碳素含量，取42%；W1为每天产生的猪粪量，kg/d；W2为每天需要添加的稻草量，kg/d；N1为猪粪氮素含量，取0.6%；N2为稻草氮素含量，取0.63%。代入数据：227.8%2000042%280.6%200000.63%WW求得W2=7000kg/d计算公式为：11223341234TSWTSWTSWWTS其中：TS为总固体浓度;TS1为猪粪总固体含量，取18%；TS2为稻草总固体含量，取85%；TS3为猪粪总固体含量，取4%；W1为每天产生的猪粪量，kg/d；W2为每天需要添加的稻草量，kg/d；W3为每天产生的猪尿量，kg/d；W4为每天所用的清洗用水量，kg/d；代入数据：18%2000085%70004%330002000033000700080000TSTS=7.7%，符合要求。所以每日进料量为：20+33+7+80=140t/d预处理粪便收集厌氧发酵核心：厌氧发酵反应器工艺类型适用条件与特点优点缺点USR适用于较高悬浮物固体原料（TS浓度为5%~8%）。无需搅拌，结构简单；固体滞留期（SRT）和微生物滞留期（MRT）较高；有机物分解率较高。水力滞留期（HRT）比较短；出料时带走灌内热量；原料与微生物混合不充分，原料发酵不完全。CSTR适用于高悬浮物固体原料（TS浓度为8%~12%）；采用搅拌和加温技术。浓度、温度分布均匀；处理量大，产气快，产气量高。固体滞留期（SRT）和微生物滞留期（MRT）较低，HRT、SRT和MRT完全相同；动力消耗高，运营成本高；搅拌设备磨损，操作要求高。（1）消化池有效容积采用平均细胞停留时间计算消化池容积：cVQ其中：V--为消化池有效容积，m3；Q--污泥量，m3/d；c--平均细胞停留时间，d。代入数据得：3101401400Vm（2）消化池尺寸直径一般为6~35m，柱体高与直径之比为1:2，池总高与池径之比为0.8~1.0，池盖、池底倾角一般取15°，池顶集气罩直径取2~5m，高1~3m。本设计中选池径D为15m，柱体高h为7.5m，池盖、池底倾角为15°，池顶集气罩直径d为3m，高h1为2m。池顶和池底椎体圆台的高度h2153tan151.62m池总高度H7.51.62313.7m池总高与池径之比为13.70.915，符合要求。（2）消化池尺寸直径一般为6~35m，柱体高与直径之比为1:2，池总高与池径之比为0.8~1.0，池盖、池底倾角一般取15°，池顶集气罩直径取2~5m，高1~3m。本设计中选池径D为15m，柱体高h为7.5m，池盖、池底倾角为15°，池顶集气罩直径d为3m，高h1为2m。池顶和池底椎体圆台的高度h2153tan151.62m池总高度H7.51.62313.7m池总高与池径之比为13.70.915，符合要求。（3）柱体的容积为：231157.51325.362Vm池顶及池底椎体圆台的容积为：2232127.57.5tan151.51.5tan15234.863Vm集气罩容积为：2331.5214.14Vm消化池有效容积为301325.36234.861560.22Vm，大于1400，符合要求。消化池总容积为301325.36234.8614.141574.36Vm（4）消化池各部分表面积圆柱体表面积：213.14157.5353.25FDhm上下椎体表面积均为：215323.146.2175.22222DdFlm集气罩表面积：222313.1433.143225.944dFdhm预处理粪便收集厌氧发酵沼气容积（m3）公称600有效458直径（mm）水槽13324钟罩12500高（mm）水槽6070钟罩5290总高（mm）H10800d/h1.25外导架立柱数（个）6耗钢量（t）15Kg/m3储气33备注钢筋混凝土水槽沼气的产量和用气量通常不会平衡，必须设置贮气柜进行贮存调节。贮气柜的容积取日平均产气量的40%。无外导架直升式贮气柜参数从发酵装置中出来的沼气中含有二氧化碳，硫化氢、水蒸气及固体杂质颗粒。二氧化碳和水的存在会降低沼气的热值，阻碍沼气的燃烧；而硫化氢的存在，不仅加速运输管道的腐蚀，还会对人身安全造成威胁。因此在沼气应用之前必须经过净化。沼气用途净化方法沼气供热脱水、脱硫沼气发电脱水、脱硫、脱有机卤化物沼气作汽车燃料脱水、脱硫、脱有机卤化物、脱二氧化碳沼气并网脱水、脱硫、脱有机卤化物、脱二氧化碳、去除金属锅炉加热反应器发电余热回收供应厂区用电沼气能源燃料发电预处理粪便收集厌氧发酵沼气沼渣沼渣含有丰富的有机质成分和营养元素，作为肥料还田是最好的选择。未经处理的沼渣并不适于直接土地利用，而采用好氧堆肥方式处理沼渣，可以弥补传统沼渣消纳方式的缺陷，提高有机肥品质，是一直以来最常用的处理沼渣的方法。关于沼渣堆肥方面的研究相对较多，主要争议部分在于堆肥过程中氮素损失问题上，从营养成分的角度考虑，堆肥方法并不完全适宜。此外沼渣也有一些其他应用方法，比如提取纤维成分、制吸附剂、做固体燃料等，但暂时都处于研究水平，还未实现工程应用。堆肥预处理粪便收集厌氧发酵沼气沼渣沼