养猪场沼气工程初步设计说明书

养猪场沼气工程初步设计说明书
目录
总论 (3)
一、项目概述 (3)
二、设计项目意义 (3)
三、设计原则 (3)
四、设计依据 (3)
沼气工程技术 (4)
一、处理工艺选择 (4)
1.预处理工艺选择 (4)
2.厌氧消化处理工艺选择 (4)
3.工艺流程 (6)
4.贮气柜 (7)
5.沼净化输送 (7)
二、沼气产量计算 (7)
1.发酵原料 (7)
2.物料总量和补充原料计算 (7)
3.沼气产量计算 (8)
4.发电量 (8)
5. 沼气制备工程中各设备、建筑一览表 (8)
三、沼肥产量估算和利用 (8)
1.干物质减量化计算 (8)
2.沼肥产量的估量 (8)
3.沼液沼渣的利用 (9)
四、增温与保温系统 (9)
1.增温系统设计 (9)
2.保温系统设计 (9)
五、给排水 (10)
1.给水 (10)
2.排水 (10)
负荷计算 (10)
主要设备和建筑 (10)
一、沼气制备工程中的主要设备一览表 (10)
二、沼气制备工程中的主要建筑一览表 (11)
沼气工作人员编制 (11)
参考文献 (11)
养猪场沼气工程初步设计说明书
总论
一、项目概述
对某养猪场的粪便和污水利用沼气工程进行综合处理，以达到能源的充分利用和环境保护的目的。

该规模化的养猪场位于浙江省南部某市郊区内，主要经营种猪、商品育肥猪。

该养殖场占地200亩，养殖场周围有较大规模的农田、果园、蔬菜地或鱼塘，年出栏种猪、商品育肥猪5000头，每天产生粪便约9.0t，产生废水约25t。

二、设计项目的意义
畜禽粪便是一种有价值的资源。

畜禽粪便中含有高浓度的生物质资源，经厌氧发酵后可以产生优质清洁的能源—沼气。

沼气既可用于发电、锅炉、民用燃气等，可节省大量能源；同时沼气发酵的残余物，也称肥沼，含有丰富的营养，特别是含有多种水溶性养分，是一种速效性的优质肥料。

另外，一般通过带有前处理的沼气处理系统，COD、BOD和TS的去除率可达到85%，再经好养和物化处理，污染物去除率可达95%以上，达到污水排放标准【1】。

因此，应用沼气技术对该养猪场的粪便进行处理，可获得可观的经济效益和环境效益。

三、设计原则
减量化—清洁生产，减少污染物的排放。

资源化—制取沼气能源，生产有机肥，实现资源分级利用及最优化合理利用，实现废弃物零排放。

无害化—污水净化达标排放或作为灌溉水回用。

生态化—通过对粪污的治理，控制场区及周边水体污染，改善空气质量。

四、设计依据
1.猪养殖场年饲料量和各类猪的常年存栏数量，如存栏母猪、仔猪的数量；
2.养殖工艺、喂养方式和饲料品种；
3.粪便清扫收集方式；
4.每天用水量和冲洗水量；
5.养殖场所处区域气候条件、环境条件和当地环保部门对养殖场排放水质要
求；
6.沼气项目建设地点的地理位置、地质条件；
7.养殖场的能源供应、消耗和利用方式。

沼气工程技术
一、处理工艺选择
1．预处理工艺选择
预处理包括格栅、集水池、集粪池和配料池等处理单元。

为了能真正做到减量化、资源化、无害化，达到处理结果零排放的目标，本工程采用将粪便和污水收集后投放到预处理单元，与其它污染物一起进入厌氧消化罐进行厌氧发酵处理。

这条工艺路线不仅能获得较大的生物质能转化资源，同时，实现了粪便和污水减量化、无害化处理。

①固定格栅
在小型畜禽场沼气与废水处理系统中可采用固定栅格，再粪水沟进入集粪池之前安装固定格栅栏，用以在粪水进入集粪池和水坝前拦截较大的杂物。

格栅栏可采用不锈钢材料，并且为可移动式以便清洗。

②集水池
集水池的功能是储存沼气工程中需要的补充水，该水来自养殖区冲刷水。

集水池水由提升泵泵入进料池。

③集粪池
集粪池用来暂存猪场输送来的猪粪，通过集水池污水冲洗到进料池。

④进料斗
进料池的功能是将猪粪配比为含固率在6%左右的混合液。

2.厌氧消化处理工艺选择
①进料方式选择
进料池内物料由单螺杆泵向厌氧消化单元进料。

进料方式有若干种选择，可以采用均匀进料，也可采用分批进料方式。

进料方式与沼气释放量密切相关，通过进料方式可以调控沼气释放阶段，一般情况下，强进料阶段沼气释放量会大幅度增大。

本工程设计采取分2批轮流进料方式。

②厌氧处理装置
ⅰ完全混合式反应器（CSTR）
完全混合式反应器（CSTR）是在常规消化器内安装了搅拌装置，是发酵原料和微生物处于完全混合状态的反应器。

污泥或污水定期或连续进入消化池内，经与池内原有的厌氧活性污泥充分接触后，通过厌氧微生物的吸附、吸收和生物降解作用，使污泥或废水中的有机物转化为沼气。

搅拌装置一般每隔2～4h搅拌一次，且常采用中温发酵。

ⅱ厌氧接触工艺反应器（ACR）
厌氧接触工艺反应器是完全混合式的，是在连续搅拌完全混合式厌氧消化反应器（CSTR）的基础上进行了改进的一种较高效率的厌氧反应器。

反应器排出的混合液首先在沉淀池中进行固液分离，污水由沉淀池上部排出，沉淀池下部的污泥被回流至厌氧消化池内。

这样的工艺既保证污泥不会流失，又可提高厌氧消化池内的污泥浓度，从而提高了反应器的有机负荷率和处理效率。

ⅲ升流式厌氧污泥床反应器（UASB）
待处理的废水被引入UASB反应器的底部，向上流过由絮状或颗粒状厌氧污泥的污泥床。

随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应，产生沼气引起污泥床的扰动。

在污泥床产生的沼气有一部分附着在污泥颗粒上，自由气泡和附着在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的上部。

污泥颗粒上升撞击到三相分离器挡板的下部，这引起附着的气泡释放；脱气的污泥颗粒沉淀回到污泥层的表面。

自由状态下的沼气和由污泥颗粒释放的气体被收集在三相分离器锥顶部的集气室内。

液体中包含一些剩余的固体物和生物颗粒进入到三相分离器的沉淀区内，剩余固体物和生物颗粒从液体中分离并通过三相分离器的锥板间隙回到污泥层。

UASB反应器的特点在于可维持较高的污泥浓度，很长的污泥泥龄（30天以上），较高的进水容积负荷率，从而大大提高了厌氧反应器单位体积的处理能力。

但是对于SS含量很高的污水，由于三相分离器泥、气、水分离能力的限制，不可避免地造成出水中含泥量很高，整个系统的投资费用也较大。

③发酵罐结构形式
沼气发酵时畜禽场沼气工程最核心的部分。

其结构性失业从一开始的传统钢筋混凝土结构、钢结构，发展到可机械化施工的利浦结构和搪瓷钢板拼装结构。

结合本工程特点，主体厌氧反应器选择搪瓷拼装制罐，以方便使用和运行管理。

搪瓷拼装制罐技术使用软性搪瓷或其他防腐预制钢板，以快速低耗的现场拼装使之成型，预制钢板采用栓接方式拼装，栓接处加特制密封材料防漏。

此种预制钢板形成的保护层不仅能阻止罐体腐蚀，而且具有抗酸碱的功能。

拼装罐具有技术先进、性能优良、耐腐蚀性好、维修便利、外观美观，可拆迁等特点，其使用寿命达30年。

3.工艺流程
①“能源生态型”沼气工程【2】
“能源生态型”沼气工程其厌氧出水(沼液)依靠土地处理系统。

要求周围有足够的农田消纳厌氧发酵后的沼液、沼渣，养殖业与种植业的规模要配套。

具体工艺如下。

养殖场污水通过排水沟自流到调节池，调节池前设置格栅，以清除污水中较大的杂物。

人工清出的粪便运到调节池内，与污水搅拌后流入计量池，计量池内设泵，定时定量地将料液送进厌氧消化器。

为保持厌氧消化器内的温度控制在35℃左右，在计量池内有蒸汽加热系统，蒸汽由锅炉房引入。

计量池和厌氧消化器内设有温度传感器，调整进入调节池的蒸汽量。

也可使用其它加热方式。

产生的沼气经脱硫、脱水、脱杂净化后进贮气柜，作为生产或生活用能。

沼渣根据情况定期排出并可干化，作为有机肥使用。

沼液进入后处理系统，作为农田的液体有机肥使用。

②工艺特点
ⅰ畜禽粪便污水可全部进入处理系统，进水CODcr在10000～20000mg/L。

ⅱ厌氧工艺可采用全混合厌氧反应器（CSTR）、厌氧接触反应器（ACR）、升流式污泥床反应器（USRB）。

有机负荷1～2.5kgCOD/(m3﹒d),HRT=8～10d,COD 去除率75%～85%，池容气产率0.6～1.0m3/(m3﹒d),厌氧出水COD在1500～3000mg/L。

ⅲ沼气利用方式：民用或小规模集中供气。

ⅳ沼液、沼渣进行综合利用，建立以沼气为纽带的良性循环的生态系统，提高沼气工程的综合效率
③优点
ⅰ工艺简单，管理、操作简单。

ⅱ沼气的可获得量高。

ⅲ公益投资少，运行费用低，投资回收期短。

4.贮气柜
由于厌氧消化装置工作状态的波动及进料量和浓度的变化，单位时间沼气的产量也有所变化，当沼气作为生活用能进行集中供气时，由于沼气的生产是连续的，而沼气的使用是间歇的，为了合理、有效地平衡产气与用气，通常采用贮气的办法来解决。

用于发电项目的贮气柜容积按日产气量的10%计算，用于居民贮气柜的容积按日产量的50%计算。

常见的贮气柜形式有压湿式贮气柜、低压干式贮气柜、双膜干式贮气柜和产气贮气—体式贮气柜等。

本工程使用的是利浦式干式贮气柜。

5.沼气净化输送
沼气，泛指有机物通过厌氧分解产生的混合气体。

其主要化学成分为CH4
和CO2，还含有微量H2、N2、NH3和H2S气体。

沼气净化系统主要设备包括脱硫塔、气水分离器、凝水器、阻火器等。

二、沼气产量估算
1．发酵原料
一般一头猪日排粪便2kg , 猪粪便含固率为20%,排尿量及污水5kg 【3】，该养猪场年出栏量5000头。

粪便量=2x5000=10000kg/d =10t/d
粪便固体量TS=10t/d×0.2=2t/d
污水量=5000×5 =25000kg/d=25t/d
2. 物料总量和补充水量计算
本设计中采用高浓度反应器设计，养殖场产生的10t/d鲜猪粪全部投放到高浓度反应器，并调配成6％干物质浓度，则可配成沼气原料34t,需要配浆水24t,此部分水取自养殖场畜禽尿液和污水，通过上面的计算可知该养殖场每日产生粪、尿液和污水能够保证沼气工程的原料供应，且正好能将每日的产物消耗掉。

3.沼气产量计算
考虑5%的干物质损耗率，每天投TS2000kg，产沼率为0.28～0.32m3/kgTS，取值0.30m3/kg TS，则可产沼气570m3。

日沼气产量计算表
4.发电量
570m3沼气全部用于发电，按照国产发电机组每立方沼气发电量1.7kWh计算【4】，则每日最大可产生电能约969Kwh。

三、沼肥产量估算和利用
1.干物质减量化计算
全天输入干物质量为2000kg，厌氧阶段消耗量为TS的65%为1300kg，该部分TS 消耗是生物质能转化、沼气生产的主体。

厌氧阶段TS的输出量为700kg，其中205kg，由厌氧反应器底部作为沼渣排出，进入沼渣储存池；495kg与厌氧反应器上部出水一并排出。

干物质减量化计算表
2.沼肥产量的估算
一般情况下沼渣含水率为93%，沼液含水率为97%。

沼渣干物质含量0.205t/d，按93%含水率计算，沼渣产量为2.93t/d；沼液干物质含量为0.495/d，按97%含水率计算，沼液产量为16.5t/d。

沼肥产量计算表
3.沼液沼渣的利用
①沼液综合利用
将沼气发酵液作为一般农家有机肥使用已经普及。

沼液作为蔬菜生产肥料起
了重大的作用，他可提高蔬菜产量和品质，作为作物的抗病能力、提高种子发芽率、提高抗冻性等。

沼液成分相当复杂成分相当复杂，在沼液中不仅有沼气未利用的原料，还有微生物的各种代谢产物，这些代谢产物的农业利用开拓了沼气综合利用的新领域。

在此基础上开展一些新的利用方法的研究和实践，例如沼液浸种、沼液叶面喷施、沼液水培、沼液喂猪、沼液养鱼等。

②沼渣利用【5】
沼渣含有较全面的养分和丰富的有机物，除了含有丰富的N、P、K和大量的元素外，还含有对作物生长其重要作用的B、Cu、Fe、Mn、Zn等微量元素，是一种缓速兼备有改良土壤功效的优质肥料。

沼渣制取有机肥提高肥效、方便运输，但有机肥设备投资较大。

4.沼肥生产所需设备和建筑一览表
四、增温与保温系统
1.增温系统设计
为确保在恶劣自然条件下（如长期阴雨天）以及冬季对反应系统的供热，特增设了增温和保温系统，以确保发酵系统温度的恒定。

增温可以采用锅炉供热方式，锅炉供热中常用模式有两种是蒸气锅炉加热和常压热水加热。

蒸气加热锅炉是高压加热方式，在使用的安全系数上存在有隐患的地方，且每年要报检；热水锅炉采用热水盘管循环间接加热方式不仅可以有效利用热量且安全性高，且可使用沼气、煤二者加热方式，能充分利用沼气燃烧的热能，达到节能高效利用的目的。

综上所述，本发酵系统增温采用常压热水锅炉循环间接加热模式，沼气站加热装置主要为热水锅炉。

2.保温系统设计
本项目厌氧处理单元设计为中温 33℃发酵工艺，其温度范围为 30～35℃。

为了保证厌氧反应在冬季正常运行，必须对系统实施增温和整体保温措施，故在罐体外采用聚苯板进行强化保温，其厚度为10cm，以保证罐体内反应温度在30～35℃的发酵温度，在各管道及阀门等处均采用聚氨酯发泡保温，保证隔热保温效
果。

五、给排水
1.给水
沼气站内生产、生活、消防用水接自养殖场内给水管网。

沼气站内进水管由DN25镀锌钢管引入用水点，消防、生产、生活水管共用，业主根据要求，另行建设。

2.排水
①生产、生活污水经污水管道收集后排入集粪池一并处理。

②厂区内雨水经雨水管道收集后排出场外。

负荷计算【6】
沼气站所有用电设备电压等级均为380/220V，全场用电设备总装机容量及计算负荷如下：
主要设备和建筑
一、沼气制备工程中的主要设备一览表
二、沼气制备工程中的主要建筑一览表
沼气工程人员编制
工作人员编制如下：
参考文献
1.席北斗，魏自民，刘鸿亮有机固体废弃物管理与资源化技术【M】
北京:国防工业出版社， 2006.
2.樊京春，赵勇强，秦世平中国畜禽养殖场与轻工业沼气技术指南北京：化学工业出版社，2009.1
3.徐南孙，贾仁安，王禾丘能源系统生态工程研究【M】南昌：江西科学技术出版社， 1998.
4.张岳沼气及其发酵物在生态农业中的综合利用【J】农业环境保护
1998,17(2)：94-95
5.郭强，牛冬杰，程海静等沼渣的综合利用【J】中国资源综合利用
2005(12): 11 一15.
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