沼气的产生Word文档格式.docx

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1、原料有机物含量和沼气产量评价指标

（1）总固体（TS）

又称干物质浓度，指将一定量的原料放置在100~105℃烘箱内，烘干至恒重，烘干物质占总重的百分比。

单位：

%

（2）悬浮固体含量（SS）

是指水中不能通过过滤器的固体物。

测定方法：

定量滤纸过滤水样，将滤渣于100~105℃烘干称重得出。

g/L或mg/L

（3）挥发性固体（VS）和挥发性悬浮固体（VSS）

将测过TS和SS的残留物进一步放于马弗炉中，于550±

50℃灼烧至恒重，挥发部分占原烘干物的质量百分比。

% 

（4）总有机碳（TOC）

样品中有机碳（物质）的含量，CH4的物质来源。

mg/L或mg/kg；

（5）化学需氧量（COD）

指在一定条件下，水中的有机物被强氧化剂（重铬酸钾）完全氧化，消耗氧化剂的量，以氧气（O2）表示。

mg/L

（6）生化需氧量（COD）

由于微生物活动，将水中的有机物氧化分解所消耗的氧的量。

通常用在20℃恒温培养5d，所消耗的溶解氧的量来衡量，用BOD5。

（7）BOD5/COD

反应水中有机物被微生物分解程度。

最大0.58。

（8）原料产气量（产气潜力）

指单位质量或单位体积的原料，在适宜条件下经厌氧微生物完全消化所产生的沼气量。

L/（kg·

TS）或L/（kg·

VS）

（9）产气速率

指单位时间的产气量。

L/h

（10）池容产气率

指单位时间、单位发酵罐容积的产气量。

m3/m3·

d

2、厌氧反应器的运行参数

（1）容积负荷

消化器单位体积每天所承受（能消化分解）的有机物的量，通常以kgCOD/m3·

d表示。

沼气工程上常用kgTS/m3·

d或kgVS/m3·

容积负荷是消化器设计和运行的重要参数。

（2）厌氧反应器污泥负荷

指每千克厌氧活性污泥每天所承受的有机物的量，单位：

kgCOD/（VSS·

d）。

是衡量厌氧活性污泥活性（对有机物分解能力）的重要指标。

（3）水力滞留时间（HRT）

指进入消化器的水在反应器内的平均停留时间，单位d或h。

HRT（d）=消化器有效容积（m3）/每天进料量（m3）

（4）污泥停留时间（SRT）

单位生物量在处理系统中的平均停留时间。

（5）污泥体积指数（SVI）

曝气池出口处的混合液在静置30min后，每克悬浮固体所占的体积（mL）。

或单位体积水样在静置30min后，污泥的体积数（mL）。

是衡量污泥沉降性能的重要指标。

（6）污泥的比产甲烷活性

指单位质量的厌氧活性污泥产甲烷的最大速率。

m3·

CH4/（kgVSS·

该参数表示了厌氧活性污泥所具有的潜在产甲烷能力。

3、沼气发酵的特点

沼气发酵是一个复杂的生物化学过程，具有以下特点：

（1）参与发酵微生物种类繁多，混菌发酵。

（2）发酵原料复杂，来源广泛，可处理高浓度有机废水（COD大于50000mg/L）；

（3）厌氧发酵自身能耗低，相同条件下仅为好氧分解的1/30~1/20；

（4）沼气发酵装置（厌氧反应器）种类繁多，条件适合，均可产气；

（5）产甲烷菌要求氧化还原电位-330mv以下，即严格厌氧环境。

4、参与沼气发酵的细菌（沼气发酵的微生物类群）

（1）发酵性细菌

水解纤维素、蛋白质、脂类为可溶性糖类、肽、氨基酸和脂肪酸等。

水解菌（大多为厌氧菌，也有兼性菌）：

梭状芽孢杆菌、拟杆菌、丁酸菌、嗜热双歧杆菌、产气梭状芽孢杆菌、产琥珀酸梭状菌、北京丙酸杆菌和产氢螺旋体等。

（2）产氢产乙酸菌

将上述分解物（主要为有机酸）进一步分解为乙酸、H2和CO2

（3）耗氢产乙酸菌

将H2和CO2合成为乙酸，以及代谢糖类产生乙酸。

（4）产甲烷菌

甲烷形成是由一群生理上高度专化的细菌——产甲烷菌所引起的。

产甲烷菌是厌氧消化过程中所形成的食物链中的最后一组成员。

将乙酸和H2/CO2转化为沼气。

（5）不产甲烷菌

沼气发酵系统中不直接产生甲烷的微生物，主要包括一些好氧菌、兼性厌氧菌和专性厌氧菌。

主要作用为将复杂的大分子有机物降解成简单小分子有机物。

二者的关系：

①不产甲烷菌为产甲烷菌提供食物；

②不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的厌氧环境；

③不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质；

④产甲烷菌为不产甲烷菌清除代谢废物，解除反馈抑制；

⑤不产甲烷菌与产甲烷菌共同维持发酵环境的pH值。

5、沼气发酵的基本条件

（1）严格厌氧环境

（2）适宜、稳定的发酵温度（8℃~65℃）

常温：

15~30℃；

中温：

35℃左右；

高温：

55℃左右

（3）充足、质优的发酵原料

粪便、秸秆等农业有机废弃物及酒糟、糖渣、高浓度有机肥水等工业有机废弃物。

（4）适宜的料液浓度（以TS浓度计算）

6%~12%，南方偏低、北方偏高，夏天偏低、冬天偏高。

（5）适宜的酸碱度

沼气微生物最适宜的pH值范围是6.8~7.5。

（6）合适的C、N、P等营养元素比例

C：

N一般（20~30）：

1为佳；

N：

P比例以10：

4：

0.8为宜。

（7）添加剂和抑制剂（毒性物质）

（8）搅拌

液体回流搅拌、气体回流搅拌、机械搅拌、自搅拌作用或升流式反应器。

（9）接种物（活性污泥）

正常发酵沼气池发酵液、阴沟底泥或自行培养等厌氧环境下的含有沼气发酵微生物菌群的微生物体系（厌氧菌群、悬浮物质、胶体物质）。

厌氧消化过程生成的H2S使污泥呈黑色，因此发育良好的污泥一般为油亮的黑色。

一般采用每克VSS的每天最大甲烷产量750mL的污泥作为标准厌氧活性污泥。

（10）消化器容积负荷（P32）

6、几种常见厌氧反应器的优缺点

（1）常规厌氧反应器（常规沼气池）

密闭池体，无搅拌装置，结构简单、应用广泛；

原料在消化器内自然沉降分层：

浮渣层、上清液层、活性层、沉渣层；

P38图2-3、图2-4。

厌氧消化活动旺盛场所只限于活性层，因而效率低。

多于常温下运行，批量或半批量发酵。

我国农村水压式沼气池属于此类。

（2）全混式反应器

在常规厌氧反应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，因此活性区遍布整个消化器，其效率比常规消化器明显提高，故又名高速消化器。

（图2-5）

运行方式上常采用恒温连续投料或半连续投料，适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理。

HRT=SRT=MRT=10~15d，中温发酵负荷3~4kgCOD/（m3·

d），高温发酵5~6kgCOD/（m3·

优点：

（1）可进入高悬浮固体原料；

（2）消化器内物料混合均匀，增加了底物和微生物的接触机会；

（3）消化器内温度分布均匀；

（4）进入消化器的物料能够迅速分散，保持较低的浓度水平；

（5）避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象；

缺点：

（1）消化器体积较大；

（2）要有足够的搅拌，因此能耗较高；

（3）生产用大型消化器难以做到完全混合；

（4）底物流出该系统时未完全消化，微生物随出料而流失；

（3）塞流式反应器（厌氧折流板反应器ABR）

亦称推流式反应器或活塞流反应器，是一种径高比很小（1/50）的非完全混合的消化器，高浓度悬浮固体原料从一端进入，从另一段流出，原料在消化器内的流动呈活塞式推移状态。

实际应用中，为减少反应器占地及工程施工方便，常采用消化器内设置挡板的方式。

（图2-6）

（1）不需搅拌，结构简单，能耗低；

（2）除适用于高SS的废物处理外，尤其适用于牛粪的消化；

（3）运转方便，故障少，稳定性高；

（1）固体物质可能沉于底部，影响消化器的有效体积，使HRT和SRT降低；

（2）需要固体和微生物的回流作为接种物；

（3）由于径高比（体积/面积）较小，难以保持温度恒定；

（4）易产生结壳；

（4）上流式厌氧污泥床反应器（UASB）

目前国内广泛应用于酒醪滤液、啤酒废水、豆制品加工废水等。

特点：

自下而上流动的污水通过膨胀的颗粒状污泥床被消化分解，消化器分为三个区，即污泥床、污泥层和三相分离器。

（1）除三相分离器外，消化器结构简单，无搅拌装置及填料；

（2）有机负荷大大提高；

（3）颗粒污泥的形成使厌氧微生物天然固定化，增加了工艺的稳定性；

（4）出水SS含量低；

（1）需要安装三相分离器；

（2）需要安装布水装置；

（3）要求进水SS含量低；

（4）在水力负荷较高或SS负荷较高时易流失活性污泥和微生物，运行技术要求较高。

（5）内循环厌氧反应器

IC（InternalCirculation）反应器。

如同把两个UASB反应器叠加在一起，高度可达16~25m，高径比可达4~8。

容积负荷率高、占地面积小、不需外加动力、抗冲击负荷、启动时间短、缓冲pH值能力强、出水稳定性好；

不适用于悬浮物较多的物料处理。

（6）升流式反应器（USR）

图2-13；

能够自动形成比HRT较长的SRT和MRT，未反应的生物固体和微生物靠自然沉淀滞留于反应器内，可进入高SS原料，而且不需出水回流和特定的气/固/液三相分离器装置。

TS可达12%以上，容积负荷可达10.5kgCOD/（m3·

d）（周孟津等）。

（7）附着膜型消化器

A、厌氧滤池（AF）：

加入填料的USR。

图2-15。

①不需搅拌，运行费用低；

②效率高，可缩小反应器体积；

③微生物固定化，MRT相当长，微生物浓度高，运转稳定；

④具有较高的抗有机负荷能力；

①填料费用过高（可达总造价60%）；

②由于微生物积累，增加了运转期间料液的阻力；

③易发生堵塞和短路；

④启动时间过长；

⑤不适用于高SS原料处理。

B、厌氧流化床和膨胀床反应器（AFBR）图2-16.

大的比表面积供微生物附着，可达300m2/m2；

容积负荷更高；

运行稳定；

消化器内物料混合状态良好；

颗粒膨胀或流态化需较高的能耗和运行费用；

介质可能被带出，损坏设备；

不能接受高固体含量的原料；

三相分离不易实现。

第三章

沼气发酵工艺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。

根据投料方式不同，分为连续发酵、半连续发酵和批量发酵工艺；

根据发酵温度不同，分为高温发酵工艺、中温发酵工艺、常温发酵工艺；

根据发酵料液浓度不同，分为液态发酵工艺（TS＜12%）、干发酵工艺（TS＞20%）；

根据发酵的不同阶段，分为单相发酵工艺、两相发酵工艺。

大中型沼气工程基本工艺流程：

一、原料的收集

原料是沼气工程正常运行的物质基础。

一个规模化养猪场，自动化冲洗粪便，其废液TS浓度一般为1.5~3.5%

若采用刮粪板刮出，可达到5%~6%；

如手工清运则可达20%。

原料收集及沼气工程处理的的重要标准：

减量化、无害化、资源化！

在畜禽场设计时应根据当地条件合理安排废物的收集方式及集中地点。

收集到的原料要先进入调节池贮存，调节池大小一般要能贮存24h废水量。

在温暖季节，调节池可兼有酸化作用（亦兼有沉砂池作用），这对改善原料性能和加速厌氧消化有好处。

二、原料的预处理

原料中常混有各种杂物，如牛粪中的杂草、沙子，鸡粪中的毛、沙砾。

为了便于用泵输送及防止发酵过程中出现故障，有时还为了减少原料悬浮固体含量。

在进入消化器前常对原料进行预处理。

预处理方法有：

升温、降温、固液分离（格栅、离心、压滤）、沉砂、酸化、添加剂（促进剂、调pH值、外加N源等）

三、厌氧消化

厌氧消化是沼气发酵的核心，微生物的生长繁殖、有机物的分解转化、沼气的产生，都是在这一环节进行，因此，厌氧消化的工艺类型及消化器的设计及运行，是一个沼气工程设计及管理的重点！

消化器的类型（常规型、污泥滞留型、附着膜型，表3-1）；

工艺流程：

厌氧消化+好样处理，二者相辅相成！

四、厌氧消化液的后处理

目前对厌氧消化液的后处理已是大中型沼气工程不可缺少的组成部分。

资源浪费，二次污染！

厌氧消化液处理途径：

五、沼气的净化、贮存和输配

1、净化

净化的主要目的：

去除沼气当中H2O、H2S气体。

沼气发酵时会有水分蒸发，与沼气一同进入管路。

易造成管路、流量计等堵塞；

蛋白质在硫酸盐还原菌作用下，会产生一定量H2S气体。

H2S有毒、腐蚀管路、阀门及设备；

35℃中温运行时，沼气中含水量为40g/m3左右；

20℃时含水量19g/m3左右；

H2S含量一般在1~12g/m3（城市煤气标准≤20mg/m3）。

H2O的去除方法（除水）：

冷却、吸附（化学、物理）、缓冲；

H2S的去除方法（脱硫）：

化学（Fe2O3）、生物（绿色硫细菌、氧化亚铁硫杆菌、脱氮硫杆菌、排硫硫杆菌、氧化硫硫杆菌）。

脱硫的最终结果都是将H2S变为单质S。

脱硫塔一般设置两个，交替使用。

图3-4沼气净化工艺流程P87

2、贮存

浮罩式贮气柜和高压钢性贮气柜。

贮气柜的作用是调节产气和用气的时间差，保证沼气用气压力恒定。

贮气柜大小一般为日产沼气量的1/3~1/2。

3、输配

沼气的输配系统是指在沼气用于集中供气时，将其输送分配直各户（点）的整个系统。

一般采用金属管道或高压聚乙烯塑料管道。

远距离输配可考虑采取加压措施。

另外还有灌装贮存、输配。

六、畜禽养殖场“能源环保型”沼气工程

1、概念：

是指畜禽养殖场的粪污经处理后直接排入自然水体或以回用为最终目的的工程，该工程要求最终出水达到国家或地方规定的排放标准。

此类型沼气工程一般用于畜禽养殖场周边环境无法消纳或无法完全消纳厌氧消化液，必须对其进行再处理以实现达标排放。

2、建设目标：

实现污水达标排放、固体粪便制作有机肥，并通过沼气的利用降低工程运行费用。

此类工程具有良好的环境、社会效益。

一般采取“厌氧消化（UASB/USR/EGSB/ABR）+好氧反应（SBR）”这一典型的工艺路线。

3、适宜条件：

规模化养殖场，污水处理量大于50t/h；

项目周边排水要求高，污水需达标排放。

4、工艺特点：

（1）前处理时尽可能去除固形物，降低厌氧池工作负荷；

（2）固体粪便/粪渣可制作有机肥或直接外卖；

（3）污水达标排放，有效防止二次污染；

（4）沼气产量小；

（5）主体工程投资大，运行费用高；

（6）操作和管理水平要求较高。

5、工艺流程：

七、畜禽养殖场“能源生态型”沼气工程

是指畜禽场污水经厌氧消化处理后消化液不直接排入自然水体，而是作为农作物的有机液体肥料的工程，这类沼气工程适用于畜禽场周边有足够的农田、鱼塘、植物塘等，能够完全消纳经沼气发酵后的沼液、沼渣，使沼气工程成为生态农业园区的纽带。

尽可能多的生产沼气，并实现沼渣、沼液综合利用。

沼渣、沼液可作为优质有机肥料，用于生产绿色食品，并实现多层次利用，最终达到区域内畜禽场粪污的“零排放”。

这种工艺遵循了循环农业原则，具有良好的经济、环境和社会效益。

（1）养殖业和种植业合理配置，沼气工程有条件成为能源生态农业的纽带；

（2）原则上畜禽场日污水排放量不大于日粪便排放量的3倍；

（3）工程周边环境容量大，排水要求不高；

（1）畜禽场粪污可全部入池（TS浓度在9%左右）；

（2）沼气产量大，沼液产量相对较少；

（3）运行费用低；

（4）操作简单、管理方便；

八、两步厌氧消化工艺

基于沼气发酵二阶段理论（产酸阶段、产甲烷阶段），也称“两段式厌氧消化工艺”。

将厌氧消化过程分解进行，分别在两个独立的反应器内进行，第一个反应器完成产酸阶段，第二个反应器完成产甲烷阶段。

第一步可采用简易、非密闭装置，第二步则要求严格密封，严格控制温度及pH值等条件。

工艺特点：

（1）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法有机酸积累的缺陷；

（2）两阶段处于不同反应器，互相影响小，工艺条件容易调控；

（3）消化效率高，尤其适用于处理高悬浮、难消化等高浓度有机肥水；

（4）设备较多，流程和操作较繁复。

九、温度两相厌氧消化工艺

美国衣阿华州立大学Dugba等开发出的新工艺。

将高温厌氧消化和中温厌氧消化组合在一起，其目的是充分发挥高温段高的反应速率、良好的去除致病菌、病虫卵的能力和中温段低的能量需求、好的出水水质。

十、沼气工程工艺设计原则

1、沼气工程的工艺设计应根据沼气工程规划年限、工程规模和建设目标，选择投资省、占地少、工期短、运行稳定、操作简便的工艺路线。

做到技术先进、经济合理、安全实用。

2、工艺设计应在不断总结生产实践经验和吸收科研成果的基础上，积极采用经过实践证明行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备。

3、在经济合理的原则下，对经常操作且稳定性要求较高的设备、管道及监控系统，应尽可能采用机械化、自动化控制，以方便运行管理，降低劳动强度。

4、工艺设计要充分考虑邻近区域内的污泥处置及污水综合利用系统，充分利用附近的农田，同时要与邻近区域的给水、排水和雨水收集、排放系统及供电、供气系统相协调。

沼气工程工艺设计的主要内容

十一、沼气工程设计主要内容：

1、整体工艺技术流程的选择、确定及设计；

2、各个处理单元的工艺技术参数的选择与确定；

3、全系统的物料及能量的变化和平衡计算；

4、各构筑物、建筑物、设施及设备单元的工艺设计；

5、工艺设计说明、工艺平面布置图、工艺纵向流程图、各处理构（建）筑物及设备的工艺条件图等；

预处理系统设计：

粗格栅、细格栅（或水力筛）、沉砂池、调节（酸化）池、营养盐和pH调控系统。

厌氧消化器设计：

水力滞留时间（HRT）、有机负荷、容积负荷、污泥负荷、消化器容积等。

第四章

搅拌的四种方式：

1、水泵循环搅拌：

泵搅拌、水射器搅拌；

功率0.005kW/m3

2、机械搅拌：

功率0.0065kW/m3

3、沼气搅拌：

功率0.005~0.008kW/m3

4、生物能搅拌

第五章

一、施工组织设计编制内容

由施工单位编制施工组织设计。

主要内容包括：

工程概况、施工部署、施工方法、材料、主要机械设备的供应、质量保证、安全、工期、降低成本和提高经济效益的技术组织措施；

施工计划、施工总平面图及保护周围环境的措施；

同时为主要的施工方法编制施工设计。

沼气池施工质量的检测方法

二、沼气工程气密性检查方法

适用于新建及大换料后沼气池。

1、直接检查法

混凝土强度养护至70%时，检查沼气工程是否存在裂纹、孔隙、空鼓、翘壳等，管件有无松动，池壁有无浸水等。

主要可参考建筑方面相关方法及内容。

2、试压检查法

直接检查基础之上进行，主要为密闭性检查。

（1）“灌水+加压”

观察24h，水位下降小于2cm，视为不漏水；

然后加压至压力表慢50%，观察4h，压力不下降，继续加压至压力表100%，观察24h，表压下降3%以内，视为不漏气。

（GB4751-84）

（2）直接充气试压法

与上述充气试压相同。

检查中如果发现有漏气、漏水现象，要仔细查明原因，维修后再进行复查，合格后方能投料启动。

三、厌氧消化器的启动过程及注意事项

1、启动

新建成的沼气池或是换料后重新启动的沼气池，从向沼气池内投入发酵原料和接种物起，到沼气池能正常稳定地产生沼气为止，这个过程成为沼气池的发酵启动。

（1）优质、充足的原料并做堆沤处理；

碳氮比20：

1~30：

1，宜用牛粪或马粪（本身产甲烷菌含量高），或1/2猪粪+1/2牛、马粪，切忌用鸡粪和人粪（含N偏高）。

（2）添加质优量足的接种物；

（10%~30%）

（3）加入温度较高的水；

（4）低浓度启动；

（TS6%~8%，避免启动时有机负荷过高）

（5）调节好酸碱度（pH值），（6.5~7.5）

（6）仔细密封活动盖；

（7）放气试火；

（CH4含量40%以上即可点燃）。

2、启动过程注意事项

（1）固态污泥应融化，去除杂质；

（2）接种污泥量充足；

（3）启动过程批量发酵与连续发酵均可，以批量法为宜；

（4）逐步升温（每天升温2℃为宜）；

（5）启动开始阶段，有机负荷不宜太高，以0.5~1.5kgCOD/（m3·

d）为宜；

（6）当料液COD去除率达到80%时，可逐步提高负荷；

（7）对于UASB类上流式反应器，生流速度宜控制在0.25~1.0m/h，以促进污泥颗粒化；

（9）启动时，应采取措施将系统中空气置换出去，以迅速形成厌氧环境。

四、沼气工程运行需注意的问题

“三分建池，七分管理”

1、安全发酵（抑制剂）；

2、搅拌3、浓度

4、pH值 

5、保温

第六章

沼气发酵系统的产物主要包括：

沼气和沼肥（沼液和沼渣，或称沼气发酵残留物）。

第一节沼气综合利用

沼气的综合利用形式，主要是基于其燃烧能够产生光能和热能，以及沼气不支持有氧呼吸、化学性质稳定的特点。

一、沼气施二氧化碳肥

沼气中含有55%~65%的甲烷（CH4）和30%~45%的二氧化碳（CO2），燃烧1m3标准沼气（60%甲烷，40%二氧化碳）可产生0.975m3的二氧化碳，同时释放21520kJ的热量。

根据光合作用原理，植物生长过程中，温度的升高和环境中二氧化碳浓度的增加，可有效促使蔬菜增产。

1、二氧化碳施肥原理

植物通过光合作用，将二氧化碳和水分固定为自身的有机质，并将太阳能转化为自身化学能。

光合作用形成的有机物约占植物干重的90%~95%。

自然界中二氧化碳浓度约0.03%（即300mg/kg）。

而日光温室中，特别是冬季生产时，温室内二氧化碳浓度随光合作用的强弱变化较大。

其浓度不足，将直接影响作物的生长和产量。

实践证明，施用二氧化碳的蔬菜植株生长健壮，叶绿素含量高，叶色深绿有光泽，开花早，雌花多，花果脱落少，