沼气工程使用管理手册Word下载.docx
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发展大中小型沼气工程，是实现资源综合利用，提高整体经济效益的有效途径。
总之，随着沼气的推广利用，它的作用和价值将越来越得到人们的重视。
在节约型社会和新农村建设中，在新能源开发和环境治理领域将发挥重要的作用。
因此，开发利用沼气十分必要。
第二部分
沼气基础常识
1.沼气的概念
沼气是有机物质如秸秆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥、工业有机废水等在厌氧的环境和一定条件下，经过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类厌氧微生物的分解代谢而产生的一种气体，因为人们最早是在沼泽地中发现的，因此称为沼气。
沼气在自然界分布很广，凡是有水和有机物质同时存在的地方几乎都有沼气产生。
例如：
海洋、湖泊以及在日常生活中常见的水沟、粪坑、污泥塘等地方冒出的气泡就是沼气。
沼气最早被发现于100多年前，我国是世界上最早制取和利用沼气的国家之一，近几年来，随着人们生活水平的提高，人们对卫生条件和环保的重视，加上各级政府的大力支持和发展生态农业的需要，沼气事业在全国各地得到了快速发展，目前已迎来了又一个历史发展高潮。
到2007年底，我国拥有户用沼气池2623万户左右，大中小型沼气工程约26200处，遍及全国各地，工程涉及到有机化工、酒厂、酒精厂、纸厂、食品厂、垃圾场、污水厂、养殖场等领域。
2004年我国西藏在世界的屋脊上也建成使用了沼气，打破了西藏不能建沼气的观点。
沼气工程的工艺也有了新的突破。
2.沼气的理化性
沼气是一种多组分的混合气体，它的主要成分是甲烷，约占体积的50%～70%；
其次是二氧化碳，约占体积的30%～40%；
此外，还有少量的一氧化碳、氢气、氧气、硫化氢、氮气等气体组成。
沼气中的甲烷、一氧化碳、氢气、硫化氢是可燃气体，氧气是助燃气体，二氧化碳和氮气是惰性气体。
未经燃烧的沼气是一种无色、有臭味（含有的其它气体）、有毒（硫化氢）、比空气轻、易扩散、难溶于水的可燃性混合气体。
沼气经过充分燃烧后即变为一种无毒、无臭味、无烟尘的气体。
沼气燃烧时最高温度可达1400℃，每立方米沼气热值为2.13万～2.51万焦耳，因此说沼气是一种比较理想的优质气体燃料。
沼气中的主要气体甲烷还是大气层中产生“温室效应”的主要气体，其对全球气候变暖的影响率达20%～25%，仅次于二氧化碳气体。
目前大气中甲烷气体的含量已达1.73微升/升，平均年增长率达到0.9%，近年来的增长率是所有温室气体中最高的。
但是甲烷气体在空气中存在的时间较短，一般只有12年。
所以，其浓度的变化比较敏感且快速，比二氧化碳快7.5倍。
当空气中甲烷气体的含量占空气的5%～15%时，遇火会发生爆炸，而含60%的沼气的爆炸下限是9%，上限是23%。
当空气中甲烷含量达25%～30%时，对人畜会产生一定的麻醉作用。
沼气与氧气燃烧的体积比为1∶2，在空气中完全燃烧的体积比为1∶10。
沼气不完全燃烧后产生的一氧化碳气体可以使人中毒、昏迷，严重的会危及生命。
因此，一定要正确的使用沼气，避免发生事故。
3.沼气的生成条件
沼气发酵与发酵原料、发酵原料的浓度、微生物菌、酸碱度、严格的厌氧环境和适宜的温度6个因素有关。
人工制取沼气必须适时掌握和调节好这六个因素。
一、发酵原料
原料是产生沼气的物质基础，只有具备充足的发酵原料才能保证沼气发酵的持续运行。
目前用于沼气发酵的原料十分丰富，数量巨大，主要是各种有机废弃物，如工业的有机废水、生活垃圾、生活废水、农作物秸秆、畜禽粪便、人粪尿、水浮莲、树叶、杂草等。
用不同的原料发酵时要注意碳、氮元素的配比，一般碳氮比（C/N）在20～30∶1时最合适。
高于或低于这个比值，发酵就要受到影响，所以在发酵前应对发酵原料进行配比，使碳氮比在这个范围之中。
同时，不是所有的植物都可作为沼气发酵原料。
例如，桃叶、百部、马钱子果、皮皂皮、元江金光菊、元江黄岑、大蒜、植物生物碱、毒有化合物、盐类和消毒水等，都不能进入沼气池。
它们对沼气发酵有较大的抑制作用，故不能作为沼气发酵原料。
由于各种原料所含有机物成分不同，它们的产气率也是不相同的。
根据原料中所含碳素和氮素的比值（即C/N比）不同，可把沼气发酵原料分为以下类型：
（1）富氮原料
化工有机污水、生活污水、人、畜和家禽粪便为富氮原料，一般碳氮比（C/N）都小于25∶1，这类原料是农村沼气发酵的主要原料，其特点是发酵周期短、分解和产气速度快，但这类原料单位发酵原料的总产气量较低。
（2）富碳原料
酒糟、纸厂废液、生活垃圾、农作物秸秆，这类原料一般碳氮比（C/N）都较高，在30∶1以上，其特点是原料分解速度慢，发酵产气周期长，但单位原料总产气量较高。
根据测试结果显示玉米秸的产气潜力最大，稻、麦草和人粪次之，牛马粪、鸡粪产气潜力较小。
各种原料的产气速度分解有机物的速度也是各不相同的。
在常温条件下猪粪、马粪、青草20天产气量可达产气量的80%以上，60天结束；
作物秸秆一般要30～40天以上的产气量才能达到总产气量的80%左右，60天达到90%以上；
工业有机物一般在中高温条件下，产气较快，滞留期较短。
农村常用原料的含水量、碳氮比和产气率见表1-1：
表1-1
常用发酵原料的构成与产气量
发酵原料
含水量
（%）
碳素比重
氮素比重
碳氮比
（C/N）
产气量
（m3/kg）
干麦秸
干稻草
玉米秸
落
叶
大豆茎
野
草
鲜羊粪
鲜牛粪
鲜马粪
鲜猪粪
鲜人粪
鲜人尿
鲜鸡粪
18.0
17.0
20.0
76.0
83.0
78.0
82.0
80.0
99.6
70.0
46.0
42.0
40.0
41.0
14.0
16.0
7.3
10.0
7.8
2.5
0.4
35.7
0.53
0.63
0.75
1.00
1.30
0.54
0.55
0.29
0.42
0.60
0.85
0.93
3.70
87∶1
67∶1
53∶1
41∶1
32∶1
27∶1
29∶1
25∶1
24∶1
13∶1
2.9∶1
0.43∶1
9.7∶1
0.27～0.45
0.24～0.40
0.30～0.50
0.26～0.44
0.18～0.30
0.20～0.34
0.25～0.42
0.26～0.43
0.30～0.49
在农村以粪便为发酵原料时，其发酵原料提供量可根据下列参数计算，一般来说，一个成年人一年可排粪尿600千克左右；
畜禽粪便的排泄量如下：
猪（体重40～50千克）的粪排泄量为2.0～2.5千克/（天·
头）；
牛的粪排泄量为18～20千克/（天·
鸡的粪排泄量为0.1～0.2千克/（天·
只）；
羊的粪排泄量为2千克/（天·
头）。
用农作物秸秆应采用坑式堆沤：
首先将秸秆粉碎，踩紧堆成约30厘米厚，泼2%的石灰澄清液并加10%的粪水（即100千克秸秆，用2千克石灰澄清液，10千克粪水）。
照此方法铺3～4层，堆好后用塑料薄膜覆盖，堆沤半月左右即可。
在南方由于气温较高，用上述方法直接将秸秆堆沤在地面上即可。
二、发酵浓度
除了上述原料种类对沼气发酵的影响外，发酵原料的浓度对沼气发酵也有较大影响。
发酵原料的浓度高低在一定程度上表示沼气微生物营养物质丰富与否。
浓度越高表示营养越丰富，沼气微生物的生命活动也越旺盛。
在生产实际应用中，可以产生沼气的浓度范围很广，从2%到30%的浓度都可以进行沼气发酵，但一般常温发酵池发酵料浓度以6%～10%为好，发酵原料浓度可以控制在8%左右；
原料浓度可根据工艺结构进行调节。
不同的工艺结构，对浓度的要求不一，浓度高产气量也高。
三、沼气微生物
沼气发酵必须有足够的沼气微生物接种物。
接种物是沼气发酵初期所需要的微生物菌种，接种物来源于阴沟污泥或老沼气池沼渣、沼液等。
也可人工制备接种物，方法是将老沼气池的发酵液添加一定数量的人、畜粪便。
比如，要制备500千克发酵接种物，一般添加200千克的沼气发酵液和300千克的人、畜粪便混合，堆沤在不渗水的坑里并用塑料薄膜密闭封口，1周后即可作为接种物。
如果没有沼气发酵液，可以用农村较为肥沃的阴沟污泥250千克，添加250千克人、畜粪便混合堆沤1周左右即可；
如果没有污泥，可直接用人、畜粪便500千克进行密闭堆沤，可作沼气发酵接种物。
一般接种物的用量应达到发酵原料的20%～30%。
四、酸碱度
发酵料的酸碱度也是影响发酵的重要因素，沼气池适宜的酸碱度（即pH）为6.5～7.5，过高、过低都会影响沼气池内微生物的活性。
在正常情况下，沼气发酵的pH有一个自然平衡过程，一般不需调节，但在配料不当或其他原因而出现池内挥发酸大量积累，导致pH下降，俗称酸化，这时便可采用以下措施进行调节。
（1）如果是因为发酵料液浓度过高，可让其自然调节并停止向池内进料。
（2）可以加一些草木灰或适量的氨水。
氨水的浓度控制在5%（即100千克氨水中，95千克水，5千克氨水）左右，并注意发酵液充分搅拌均匀。
（3）用石灰水调节。
用此方法，尤其要注意逐渐加石灰水，先用2%的石灰水澄清液与发酵液充分搅拌均匀，测定pH，如果pH还偏低，则适当增加石灰水澄清液，充分混匀，直到pH达到要求为止。
发酵料的酸碱度可用pH试纸来测定，将这种试纸条在沼液里浸一下，将浸过的纸条与测试酸碱度的标准纸条比较，浸过沼液的纸条上的颜色与标准纸上的颜色一致的便是沼气池料液的酸碱度数值，即pH值。
五、严格的厌氧环境
沼气发酵一定要在密封的容器中进行，避免与空气中的氧气接触，要创造一个严格的厌氧环境。
六、适宜的温度
发酵温度对产气率的影响较大，农村变温发酵方式沼气池的适宜发酵温度为15～25℃。
为了提高产气率，农村沼气池在冬季应尽可能提高发酵温度。
可采用覆盖秸秆保温、塑料大棚增温和增加高温性发酵料增温等措施。
另外，要提高沼气池的产气量，除要掌握和调节好以上6个因素外，还需在沼气发酵过程中对发酵液进行搅拌，使发酵液分布均匀，增加微生物与原料的接触面，加快发酵速度，提高产气量。
在农村，简易的搅拌方式主要有以下3种：
（1）机械搅拌
用适合各种池型的机械搅拌器对料液进行搅拌，对搅拌发酵液有一定效果。
（2）液体回流搅拌
从沼气池的出料间将发酵液抽出，然后又从进料管注入沼气池内，产生较强的料液回流以达到搅拌和菌种回流的目的。
（3）简单震动搅拌
用一根前端略带弯曲的竹竿每日从进出料间向池底震荡数10次，以震动的方式进行搅拌。
4.沼气的生成过程
沼气是有机物在厌氧条件下（隔绝空气），经过多种微生物（统称沼气细菌）的分解而产生的。
沼气细菌分解有机物产出沼气的过程，叫做沼气发酵。
沼气发酵是一个极其复杂的生理生化过程。
沼气微生物种类繁多，目前已知的参与沼气发酵的微生物有20多个属、100多个种，包括细菌、真菌、原生动物等类群，它们都是一些很小、肉眼看不见的微小生物，需要借助显微镜才能看到。
一般把沼气细菌分为两大类：
一类细菌叫做分解菌，它的作用是将复杂的有机物，如碳水化合物、纤维素、蛋白质、脂肪等，分解成简单的有机物（如乙酸、丙酸、丁酸、脂类、醇类）和二氧化碳等；
另一类细菌叫做甲烷菌，它的作用是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。
沼气的产生需要经过液化、产酸、产甲烷三个阶段。
一、液化阶段
在沼气发酵中首先是发酵性细菌群利用它所分泌的外酶，如纤维酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，对复杂的有机物进行体外酶解，也就是把畜禽粪便、作物秸秆、农副产品废液等大分子有机物分解成溶于水的单糖、氨基酸、甘油和脂肪酸等小分子化合物。
这些液化产物可以进入微生物细胞，并参加微生物细胞内的生物化学反应。
二、产酸阶段
上述液化产物进入微生物细胞后，在胞内酶的作用下，进一步转化成小分子化合物（如低级脂肪酸、醇等），其中主要是挥发酸，包括乙酸、丙酸和丁酸，其中乙酸最多，约占80%。
液化阶段和产酸阶段是一个连续过程，统称不产甲烷阶段。
在这个过程中，不产甲烷的细菌种类繁多，数量巨大，它们的主要作用是为甲烷提供营养和产甲烷菌创造适宜的厌氧条件，消除部分毒物。
三、产甲烷阶段
在此阶段中，将第二阶段的产物进一步转化为甲烷和二氧化碳。
在这个阶段中，产氨细菌大量活动而使氨态氮浓度增加，氧化还原势降低，为甲烷菌提供了适宜的环境，甲烷菌的数量大大增加，开始大量产生甲烷。
不产甲烷菌类群与产甲烷菌类群相互依赖、相互作用，不产甲烷菌为产甲烷菌提供了物质基础和排除毒素，产甲烷菌为不产甲烷菌消化了酸性物质，有利于更多地产生酸性物质，二者相互平衡；
如果产甲烷菌量太小，则沼气内酸性物质积累造成发酵液酸化和中毒；
如果不产甲烷菌量少，则不能为甲烷菌提供足够的养料，也不可能产生足量的沼气。
人工制取沼气的关键是创造一个适合沼气微生物进行正常生命活动（包括生长、发育、繁殖、代谢等）所需要的基本条件。
从沼气发酵的全过程看，液化阶段所进行的水解反应大多需要消耗能量，而不能为微生物提供能量，所以进行的比较慢，要想加快沼气发酵的进展，首先要设法加快液化阶段。
对原料进行预处理和增加可溶性有机物含量较多的人粪、猪粪以及嫩绿的水生植物都会加快液化的速度，促进整个发酵的进展。
产酸阶段能否控制得住（特别是沼气发酵启动过程）是决定沼气微生物群体能否形成、有机物转化为沼气的进程能否保持平衡、沼气发酵能否顺利进行的关键。
沼气池第一次投料时适当控制秸秆用量，保证一定数量的人、畜粪便入池，以及人工调节料液的酸碱度，是控制产酸阶段的有效手段。
产甲烷阶段是决定沼气产量和质量的主要环节，首先要为甲烷菌创造适宜的生活环境，促进甲烷菌旺盛生长。
防止毒害、增加接种物的用量，是促进产甲烷阶段的良好措施。
第三部分
3I沼气新工艺的起源及优点
1.3I新工艺的起源
根据沼气商品化、工厂化、标准化的发展趋势，结合多年来沼气推广中存在的一些问题和难点，近年来，在专家、学者和企业界的努力下，沼气工艺有了新的发展，结构功能有了很大提高。
以北京菲涅尔科技有限公司为主导，开发的SBBR（太阳能仿生沼气反应器）、FBBR（菲涅尔仿生动态沼气反应器）在国内外得到了广泛的推广应用，受到了专家的关注和业内的效仿。
该公司在沼气新工艺开发和应用中总结经验，整合优势，完善功能结构，率先开发出3I沼气新工艺（一体化太阳能与沼气、一体化发酵间与储气间、一体化仿生与动态发酵）。
3I沼气新工艺经过多年的改进和示范，工艺、结构得到了完善，关键设备制造技术已经成熟，功能、性能、自动化程度有了很大的提高，新材料、新设备得到了实践检验。
特别是一体化太阳能沼气，从加温保温的耗能上得到了证实；
一体化发酵与储气结构密封有了可靠的密封方式；
关键设备的工厂化、标准化、批量化、规模化、系列化生产，有了可靠的技术和专用制造设备的保障。
3I沼气新工艺，将太阳能集热装置与沼气工程结合于一体，用太阳能给沼气发酵原料加热保温，克服了沼气在寒冷地区冬季不能运行或高耗能运行的重大难题，确保了沼气在寒冷地区的常年低耗能运行。
大大减少了自身耗能，且减少了运行成本。
将发酵间与储气柜合二为一，克服了发酵罐顶部施工难、易腐蚀、易损坏的难题，且大大减少了发酵罐集气顶部建造成本，还提高了罐体顶部集气部分的寿命。
将沼气工程关键设备由现场施工改为工厂化生产，大大提高了工程质量和技术服务水平，并给用户有了工程质量和运行技术服务的保障。
2.3I新工艺的优点
自身耗能低，运行费用下降了三分之二。
一体化发酵与储气，减少了工程量，建造成本大大降低。
建设周期可缩短二分之一。
自动运行，维护简便，节省工时。
集气储气罩安装方便，无需防腐，气密性好，经久耐用。
开放式进出料，省电省工，设备使用寿命长。
水气混合搅拌，物料不易结壳，不沉渣。
动态仿生发酵，产气率高。
高低浓度物料进出方便，物料适应性广。
工厂化、标准化、批量化生产，可满足市场的大量需求。
3.3I结构简图
标注：
1.日光温室
2.滤渣池
3.主池
4.集气口5.集气储气罩6.破壳喷管
7.输气管
8.调节池
9.进料口
10.沼气灯11.水压式排气阀
12.电动排气阀
13.脱硫塔
14.脱水塔15.压力探头16.16.太阳能集热器或保温帘
17.设备间18.增压机19.增压器20.阻火阀
21.沼气锅炉22.控制柜23.热水循环泵
24.加热管
25.菌床
26.回喷管
27.回喷泵
28.回液泵29.破壳泵
30.好氧池
31.充气管
32.气泵
33.固液分离池（脱水池）
注：
3I沼气工程：
一体化（integrated）太阳能沼气反应器
一体化（integrated）发酵储气新工艺
一体化（integrated）仿生与动态发酵
第四部分
沼气工程安全生产制度
1.严格遵守安全生产规章制度和操作规程的各项规定。
2.沼气站内严禁烟火。
严禁堆放易燃易爆物品，消防器材应确保可用。
3.严禁向发酵池内投放有害气体或刺激性物质。
4.厌氧池及污泥池要进行维修时，首先必须采取通风、换气、放空清理措施，待可燃和有害气体含量排尽时，证明无危险后，方可操作。
5.清理机电设备及周围环境卫生时，严禁接触设备运转部位，冲洗水不得溅到电缆头和电机带电部位及润滑部位。
不允许在设备间长时间停留。
6.日常维护当高空作业时，必须作好防护工作。
7.电器设备、线路发生故障后，立即切断电源，维修各种设备时必须断电作业，并应在开关处悬挂维修标牌后，方可操作。
8.雨天或冰雪天气，操作人员在构筑物上巡视或操作时，应注意防滑。
9.沼气站内的发酵池及设备维护时，不得单人操作或操作时另有陪护人员在场。
10.沼气站内的设备间，必须确保通风，沼气发酵池上的温室应定时换风排气，以免集存沼气造成危险，冬季可根据沼气站内的气味浓度情况安排换气时间，减少排气次数，避免将内部的热量排除。
11.沼气站内应确立专人负责管理，多人值班时应严格执行交接班制度。
交班者应按交班内容详细交接清楚，不得马虎。
1）.交班时如发生事故和不正常情况，由交班者处理，如短时间难以解决，得到接班人同意后，再进行交接。
2）.交班期间发生事故与问题，由交班者负责。
接班后发生事故与问题，由接班者负责。
3）.交接内容：
本班出勤人数、工作情况、交接时间；
整体工程运行产气量等情况及记录；
设备、仪器运转使用情况及检查记录；
发酵原料及沼渣沼液进出情况及记录；
12.沼气系统日常维护管理的原则：
1）精心控制及维护沼气系统，使其稳定正常运行。
2）对进料、出料、PH值、温度、浓度、沼气的硫化氢含量进行实时的监控和检查，使其连续稳定在合理的数值上。
3）定期对沼气厌氧池、储气袋、增压机、进出料泵、加热及热水系统、沼气输气管网进行检查，防止故障发生。
4）及时更换脱硫液。
5）定期对水封、阻火器（水封式）、安全排气阀和输气管网进行检查，以免堵塞影响使用。
6）定时对设备间进行换气，以免燃气成分过高，出现火灾隐患。
7）定期对气阀门、增压机和用器具进行渗漏检查，以免出现漏气现象。
8）在沼气站内（含所有设备间及进出料间）操作时，严禁使用明火。
9）已投入运行的沼气站，严禁在厌氧池周边进行带火花类的作业（如电焊、氧焊等）。
10）新池子投入运行时，严禁在厌氧池周边试火，严禁在输气管道上直接试火。
第五部分
沼气系统的运行管理
认真监测运行参数：
运行参数包括每班、或是每天的进料量、进排料液以及厌氧池内各个采样点料液的温度、PH值、浓度，对浓度、温度值和PH值需要每班监测。
对沼气站内安全需密切定时监视。
1.原料的前处理
原料前处理是保证沼气发酵池稳定正常运行的首要前提条件，其中包括沉砂，去掉大块杂物，清除浮渣等；
把进料温度提到高出正常运行温度的2～3℃
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