大型沼工程的几种常用沼气生产工艺流程设计

大型沼工程的几种常用沼气生产工艺流程设计一、总述在为规模化畜禽养殖场、屠宰场设计大型沼气工艺流程时，首先要明确工程最终要达到的目标。最终目标基本上有三种类型：一是以生产沼气和利用沼气为目标；二是达到环境保护要求，排水符合国家规定的标准为目标；三是前两个目标相结合，对沼气、沼液和沼渣进行综合利用，实现生态环境建设。沼气工程的工艺类型选择主要是依据沼气工程的建设目的和环境条件。工艺选择原则是在生产沼气同时，必须满足环境要求，不能造成二次污染。通常沼气工程工艺可分为能源生态型和能源环保型两种类型。能源——生态型工艺流程：能源生态型就是沼气工程周边有足够面积的农田、鱼塘、植物塘等，来消纳经沼气发酵后的沼渣、沼液，是沼气工程成为生态农业园纽带。能源生态型沼气工程可以合理配置养殖业与种植业，既不需高额的沼液后处理，又可促进生态农业发展。能源——环保型工艺流程：能源环保型就是沼气工程周边环境无法消纳沼气发酵后的沼渣、沼液，必须将沼渣制成商品肥料，将沼液经过好氧发酵等一系列后处理达到国家排放标准进行排放。厌氧消化器是沼气工程的核心，常根据工艺类型和原料的特点进行设备选型和工艺流程的确定。常用于我国大型沼气工程的厌氧消化器主要包括：“能源——生态型”沼气工程所用厌氧消化器主要有升流式固体反应器（USR）、全混合厌氧消化器（CSTR）和塞流式反应器（PFR）。“能源——环保型”沼气工程所用厌氧消化器主要有升流式厌氧污泥床（UASB）、复合厌氧反应器（如UBF）。二、沼气工程工艺流程设计（一）使用升流式固体反应器（USR）的能源——生态型沼气工程工艺流程1、升流式固体厌氧反应器（USR）升流式固体厌氧反应器（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。未消化的有机物固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出，这样可以得到比水力滞留期高得多的固体滞留期（SRT）和微生物滞留期（MRT），从而提高了固体有机物的分解率和消化器的效率。在当前畜禽养殖行业粪污资源化利用方面，有较多的应用。许多大中型沼气工程，均采用该工艺。经过USR处理后产生的沼液属于高浓度有机废水。该废水具有有机物浓度高、可生化性好、易降解的特点，不能达到排放标准，因此除用于花卉蔬菜等的肥料外，剩余沼液须回流至集水池，经过好氧处理后达标回用或排放。针对该沼液含氨氮较高的特点，通过预处理可将溶于水的挥发性氨氮部分去除。沼液中的有机物则通过生物法进行处理。即利用水中微生物的新陈代谢作用，将有机污染物降解，达到净化水质、消除污染的目的。图2-1使用升流式固体反应器（USR）的沼气生产工艺流程图GYGYGYGYGYGASGASGASGASGASGASRHRHNGASNGYGYGYGYGYGYRHRHGASGASRJRJNNGYGYGYRJRJGASGASGASGYNGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGY2、工艺说明厌氧消化的主要粪源为厂区的畜禽粪便或其他含高固体悬浮物的废液或生活污水，对于含固量高的原料需加水稀释至一定浓度，污水首先经进料斗过格栅入调节池搅拌稀释，进行自然沉淀去除粪便中的泥沙和悬浮物等大颗粒无机物（存留下来的上层杂草和底部砂子定期清除），待物料充分混均后,粪污经提升泵提升至一体化厌氧发酵罐进行厌氧处理，一体化发酵产生的沼气经过气水分离器、脱硫塔处理后进入贮气柜，然后经沼气流量计计量后，用变频增压装置加压，送至发电机房或其他沼气利用。厌氧发酵罐产生的沼液、沼渣排入沼液塘存储。沼液施用于苗木、果园、无公害蔬菜基地等综合利用，多余沼液回流至集水池中进行好氧处理，沉淀的底部沼渣施用于无公害农田或堆肥，场区的冲洗水和生活污水经地下管网进入到集水池，供稀释粪污使用。稀释用水首选厂区冲洗污水，其次是自来水。3、工艺设计参数温度(℃)35℃左右水力滞留期(d)8～15TS浓度(%)3～5CODcr去除率(%)60～80CODcr负荷(kg/(m3·d))5～10投配率(%)7～124、相关设备的选择（1）格栅a）格栅设于调节池前，其数量不宜少于二道，一道粗格栅栅条间隙为20mm～40mm去除大型杂物，一道细格栅栅条间隙为5mm～15mm去除中小型杂物。格栅应便于清除杂物和清洗；b）污水过栅流速一般为0.5m/s～0.8m/s，格栅倾角为45°～75°；c）格栅处设置工作平台，其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m。（2）泵泵的选择应根据其用途和输送介质的种类、流量、扬程和工作性质等因素确定，应符合下列要求：a）泵应尽量选用同一型号；b）进料泵应设置一台备用泵与工作泵并联。（4）污泥脱水机（5）脱水设备（6）脱硫设备（5、相关构筑物的计算（1）集水池集水池容积不应小于该池水泵30min的出水量（2）调节池调节池容积应按式(1)计算：V=Q/n…………………………………………………………(1）式中：V—调节池有效容积，单位为立方米（m3）；Q—畜禽养殖场每日排污水量，单位为立方米每日（m3/d）；n—畜禽养殖场每日排污次数。（3）USR反应器厌氧消化器的总有效容积，可按式(2)计算：V=TQ……………………………………………………………(2）式中：V－厌氧消化器的总有效容积，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）（中温，PFR取15d～20d、USR取8d～15d）；（7）贮气柜（8）沼液调蓄塘（9）（二）使用升流式厌氧污泥床（UASB）的能源——环保型沼气工程工艺流程升流式厌氧污泥床（UASB）由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。图2-2使用升流式厌氧污泥床（UASB）的沼气生产工艺流程图GYGYGYNNGYGYGYGYRJRJRHRHGASGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYGYNNGASGASGASGASRHRHGASGASRJRJNNGYGYGY工艺说明：厌氧消化主要原料来源于低悬浮固体的有机废水，废水进入调节池后在调节池内酸化、稀释，然后进入计量增温池被热交换器加热后由提升泵送入UASB厌氧消化器，产生的沼气经脱水脱硫后进入贮气柜，然后经过变频增压装置加压，送至发电房及其他用途，发电后的余热可用来给料液加热，排除的沼液被送入SBR反应池内进行好氧处理，处理后达标的废水一部分进入集水池回用，其余排放，UASB厌氧消化器及SBR反应池排除的污泥脱水后可制成有机肥料。如果污水中含泥沙量较高则需要在调节池后设置沉砂池，可采用平流式或旋流式，设备如下图所示。如果污水中SS浓度大于2000mg/L且污水量大于50m3/d时，则需要在调节池前设置固液分离机，设备如下图所示。设计参数：项目参数温度(℃)25水力滞留期(d)1.5～3TS浓度(%)＜1CODcr去除率%)70～85CODcr负荷(kg/(m3·d))3～5（1）格栅a）格栅设于调节池前，其数量不宜少于二道，一道粗格栅栅条间隙为20mm～40mm去除大型杂物，一道细格栅栅条间隙为5mm～15mm去除中小型杂物。格栅应便于清除杂物和清洗；b）污水过栅流速一般为0.5m/s～0.8m/s，格栅倾角为45°～75°；c）格栅处设置工作平台，其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m。GB50014-20066.3即原GBj14-876.2GBj14-876.2啤酒废水处理第三章污水处理构筑物的计算3.1格栅3.1.1设计说明格栅的作用：格栅安装在废水渠道、集水井的进口处，用于截流较大的悬浮物或漂浮物,主要对水泵起保护做用。另外,可以减轻后续构筑物的处理负荷。由于处理水量较大，栅渣应用机械清除。3.1.2参数选取○1格栅过栅流速一般采用0.6～1.0m/s○2格栅前渠道内的水流速度，一般采用0.4～0.9m/s○3格栅倾角，一般采用45～60o，人工清渣的格栅倾角小时较省力，但占地多○4通过格栅的水头损失，一般采用0.08～0.15m○5格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m○6机械清渣不小于0.2m本次设计选取中格栅；栅条间隙e=20mm；栅前水深h=0.3m；过栅流速v=0.8m/s；安装倾角a=60o设计流量Qmax=5800m3/d=241.7m3/h=0.067m3/s3.1.3设计计算BBBαL500H/tgα1000L=1/2L12160°hHhhhHh进栅条工作平台水2111111α2图3—1格栅计算草图1．栅条间隙数（n）0sin0.067sin6012.980.020.30.8Qnehv，取n=13条验算：0sin0.067sin600.599/0.6/0.020.413Qvmsmsehn，符合要求。2．栅槽有效宽度（B）设计采用20圆钢为栅条，即S=0.02mB=S（n-1）+en=0.02×(13-1)+0.02×13=0.5m3．进水渠道渐宽部分长度设进水渠道内的流速为0.7m/s进水渠道宽取B1=0.319m渐宽部分展开角012011010.50.3190.252220BBLmtgtg4．栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度120.1252LLm5．过栅水头损失3k1.790.8/vms44223310.020.8()sin31.79()sin600.1520.0229.8osvhkegm6．栅槽总高度(H)取栅前渠道超高20.3hm，栅前槽高120.6Hhhm120.30.150.30.75Hhhhm7．栅槽总长度（L）112000.750.51.00.360.180.51.02.224560HLLLmtgtg8．栅渣量：取1W=0.07，ZK=1.2，则1864000.0671000ZWWK864000.0670.0710001.20.343/md〉0.23/md用机械清渣，根据栅槽宽度B选型为GH-800型链式旋转格栅除污泥机。表3—1GH－800型链式旋转格栅除污泥机格栅宽度800mm有效栅宽500设备总宽1090mm电动机功率kw0.75～2.2有效间隙20mm安装角度°60～80（2）泵泵的选择应根据其用途和输送介质的种类、流量、扬程和工作性质等因素确定，应符合下列要求：a）泵应尽量选用同一型号；b）进料泵应设置一台备用泵与工作泵并联。（4）污泥脱水机（5）脱水设备（6）脱硫设备5、相关构筑物的计算（1）集水池集水池容积不应小于该池水泵30min的出水量（2）调节池调节池容积应按式(1)计算：V=Q/n…………………………………………………………(1）式中：V—调节池有效容积，单位为立方米（m3）；Q—畜禽养殖场每日排污水量，单位为立方米每日（m3/d）；n—畜禽养殖场每日排污次数。（3）USR反应器厌氧消化器的总有效容积，可按式(2)计算：V=TQ……………………………………………………………(2）式中：V－厌氧消化器的总有效容积，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