原種豬場大型沼氣工程設計方案前言 隨著經濟發展和人民生活水平的提高，全國各地的畜禽養殖業得到了迅猛的發展。但由于畜禽養殖場產生的糞污等污染物對環境的不利影響，使我國畜禽養殖業面臨著發展與環保的雙重壓力。在不以犧牲環境質量為代價的前提下，實現畜禽養殖的快速增長，改變傳統的能源生產方式和消費方式，利用畜禽糞水開發利用生物質產生清潔的能源是最好的選擇之一。利用厭氧消化技術處理畜禽養殖廢水，制取清潔能源沼氣，在治理污染的同時變廢為寶，減少溫室氣體的排放量，從而實現國民經濟的可持續性發展。 受居民的飲食結構、畜禽產品的增殖性能、生產投資等因素影響，中國豬肉食用量在肉食消費中一直占有重要地位，養豬業在畜禽養殖中占有很大的比重。1983年到2005年豬肉消費占肉食品比例均大于60%。2004年中國肉豬存欄48189.1萬頭，出欄61800.7萬頭，豬肉產量4701.6萬噸，居世界第一位，肉類人均占有量達55.73kg/人，其中豬肉36.17kg/人，超過世界豬肉人均的15.74kg/人。2004年我國全年畜禽養殖業糞便廢棄物的產生量為25.76億噸，其中豬年排泄糞便為12.31億噸，占總糞便量的47.8%，隨著養豬業的發展，必然導致更大量的糞便廢棄物，因此豬場糞污水的治理成為畜禽污染治理的關鍵。 隨養殖數量的增多，我國規?；B殖場的數量和規模不斷擴大，“十五”期間，畜牧業的規?；?、區域化和產業化進程呈現出加快發展的趨勢。2005年生豬規模化達飼養水平達到37.2%。在“十一五”畜牧業發展目標中預計，畜牧業規模化、標準化、產業化程度將進一步提高，畜牧業繼續向集約型、資源高效利用型和環境友好型轉變，到2010年主要畜禽品種適度規模以上的標準化養殖場的產品比例分別提高10個百分點。 養豬業的發展為人們提供了大量高品質的肉食來源，提高了人們的生活品質；同時帶動了地方農牧副業的發展，吸引了大量社會勞動力，增加了社會就業，實現了農民增收；大型養殖場的建設提高了養豬業的整體科技水平，帶動了養豬業的發展。然而，養豬生產過程中產生大量有機廢棄物，這些有機廢棄物中含有大量的生物質能和有機肥資源，如不進行處理和綜合利用而直接排放，不僅嚴重污染了水源、生態自然環境，對生產產生不利影響，也造成資源的極大浪費；同時，糞水四溢，將導致病菌傳播，對企業擴大再生產和安全生產也將產生限制。因此，必須對大中型養豬場生產過程中產生的廢棄物、廢水進行綜合利用和有效處理。開發生物質能源，回收有機肥資源，將治理污染、凈化環境、回收能源、綜合利用、改善生態環境有機的結合起來，走生態畜牧業產業化可持續發展的道路，在正常生態環境條件下組織畜牧生產，使之成為綠色生態型養豬場。通過該項目的實施，發揮當地龍頭企業的示范和輻射作用，逐步將項目所在的地區建設成為“自然環境優美、人民生活滿意、綠色畜牧業興旺、農村經濟發達”的現代化生態畜牧業和綠色食品生產的示范地區。本工程項目的目的就是在國家政策的鼓勵下，采用科學與全面的處理方法對養殖場的廢棄物進行有效的處理，使其轉化為有用的資源，實現無害化、資源化處理的最終目標，為該地區養豬場廢棄物的處理樹立一個樣板。第一章 項目背景和設計思想 1.1循環經濟思想 循環經濟，本質上是一種生態經濟，它要求運用生態學規律來指導人類社會的經濟活動。隨著上個世紀50、60年代以來生態學的勃興，使人們產生了模仿自然生態系統的愿望，按照自然生態系統物質循環和能量流動規律重構人類的經濟系統，使得經濟系統和諧地納入到自然生態系統的物質循環過程中，建立起一種新形態的經濟。傳統經濟與循環經濟的不同之處在于：傳統經濟是一種由“資源產品消費污染排放”所構成的物質單向流動的線形經濟。在這種經濟中，人們以越來越高的強度把地球上的物質和能源開采出來，在生產加工和消費過程中又把污染和廢物大量地排放到環境中去，對資源的利用常常是粗放的和一次性的，通過把資源持續不斷地變成廢物來實現經濟的數量型增長，導致了許多自然資源的短缺與枯竭，并釀成了災難性環境污染后果。與此不同，循環經濟倡導的是一種建立在物質不斷循環利用基礎上的經濟發展模式，它要求把經濟活動按照自然生態系統的模式，組織成一個“資源產品消費再生資源”的物質反復循環流動的過程，使得整個經濟系統以及生產和消費的過程基本上不產生或者只產生很少的廢棄物，其特征是自然資源的低投入、高利用和廢棄物的低排放，從而根本上消解長期以來環境與發展之間的尖銳沖突。從提倡一些廢棄資源回收和綜合利用到循環經濟的提出，是經濟發展理論的重要突破，它打破了傳統經濟發展理論把經濟和環境系統人為割裂的弊端，要求把經濟發展建立在自然生態規律的基礎上，促使大量生產、大量消費和大量廢棄的傳統工業經濟體系轉軌到物質的合理使用和不斷循環利用的經濟體系，為可持續發展的經濟提供了新的理論范式。在西方國家，循環經濟已經成為一股潮流和趨勢，有些國家甚至以立法的方式加以推進。循環經濟是實施可持續發展戰略必然的選擇和重要保證，而在世界上呼聲很高的清潔生產，則是實現循環經濟的基本形式。生態農業是以物質循環和能量轉化規律為依據，以科學技術為支撐，以經濟、生態、社會效益有機統一為目標的良性循環的新型農業綜合系統。發展生態農業，一是抓好無公害農產品生產基地建設。應通過科學規劃、突出重點、成片開發、綜合治理，把農業產業化基地建成農業生態園；二是積極發展有機農業；三是積極探索循環農業。根據生態循環再利用、再生產的循環鏈原理發展農業，不僅可以凈化生活環境，解決能源與照明問題，而且還可以有效轉化利用廢棄物，促進種養業的良性循環，實現農業生產無害化。1.2“豬沼農”三位一體經濟模式架構 為滿足人們對肉食品的需求，擬建立萬頭豬場，常年向市場供應優質商品豬。而為實現養殖發展與環境保護的協調發展，本養殖場建設中引進能源生態工程思想，采用沼氣工程技術治理養豬場糞污水，利用污水處理過程中的主要產物沼氣作為能源供應養殖場利用，副產物沼肥供應四季茶園使用，建立“豬沼農”三位一體生態系統，實現豬場糞污水的綜合利用。1.3沼氣工程節點功能沼氣工程作為三位一體生態農業系統的紐帶，其功能主要有兩點。一是以生物質能轉化技術為核心，將養殖業糞污資源充分利用，并將有機質轉化為能源（沼氣）；第二，保留污水中對植物生長有利的成分，使之轉化為優質有機肥（固態、液態）。第二章 工程概述xxxxxxx有限責任公司擬新建一個原種豬生產線和3個生產二元種豬生產線。新增母豬2400頭，年繁殖原種豬4336頭，二元雜種母豬11564頭，商品豬31680頭規模。 豬場污水主要包括豬尿、部分豬糞和豬舍沖洗水，屬高濃度有機污水，且懸浮物和氨氮含量較高。如不進行有效處理和綜合利用而直接排放，不僅嚴重污染了水源、生態自然環境，對生產產生不利影響，也造成資源的極大浪費；同時，污水中還含有大量的病原微生物將通過水體或通過水生動植物進行擴散傳播，危害人畜健康。為了做到經濟效益、社會效益和環境效益的三者有機結合，使企業走可持續發展的道路，必須對其污水進行有效的治理。利用厭氧消化技術處理畜禽養殖廢水，制取清潔能源沼氣，在治理污染的同時變廢為寶，減少溫室氣體的排放量，從而實現國民經濟的可持續性發展。受業主委托，我公司本著實事求是、真誠合作的原則，在了解相關情況的基礎上，結合本公司技術特點，對該污水處理工程進行整改技術方案，供參考選用。第三章 設計依據及設計原則3.1設計依據（1）、中華人民共和國水污染防治法實施細則（環發1999214號)）（2）、污水處理設施環境保護監督管理辦法（(88)國環水字第187號）（3）、畜禽養殖污染防治管理辦法（國家環境保護總局，2001年5月8日）（4）、規?；笄蒺B殖場沼氣工程設計規范（NY/T1222-2006）（5）、大中型畜禽養殖場能源環境工程建設規劃（農業部，1999）（6）、蓄禽養殖業污染物排放標準（GB18596-2001）（7）、污水綜合排放標準（GB8978-1996）（8）、給水排水設計手冊（9）、業主提供的有關基礎資料。3.2設計原則3.2.1資源化原則畜禽糞污是一種有價值的寶貴資源，充分利用畜禽糞污資源是污染防治的重要原則。畜禽糞污經處理后，可以產出再生能源（沼氣）、有機肥具有較好的經濟價值。 3.2.2生態化原則遵循循環經濟指導思想，依據物質循環、能量流動的生態學基本原理，強化種養平衡，促進種植業與養殖業結合，實現生態系統的良性循環。3.2.3綜合效益原則 兼顧環境效益、社會效益、經濟效益，將治理污染與資源開發有機結合起來，使豬場糞污治理工程產出大于投入，提高污水處理工程的綜合效益。3.2.4可靠性原則遵循技術先進、工藝成熟、質量可靠的原則，在設計中吸取國內外先進的處理工藝和施工技術，使工程達到國際先進水平。3.2.5管理簡便原則合理處理人工操作和自動控制的關系，對不便人工操作，且人工成本較高的工藝，采用自動化技術，提高系統運行管理水平。第四章 設計范圍本設計范圍包括：1）沼氣工程工藝設計；2）機械設備設計；3）建筑與結構設計；4）電氣設計；5）控制及儀表設計；6）平面與高程設計；7）消防、勞動生產保護與人員編制設計。本設計范圍不包括場區所有道路鋪設、綠化等。本工程污水匯集管線、自來水管線、電線電纜均由業主送至項目界區內。第五章 設計參數5.1水質狀況 該養豬場采用干清糞方式，由人工清掃豬舍收集糞便，再用斗車運到集糞場堆放出售。污水主要來自豬尿和豬舍沖洗水，其中含有部分糞便。廢水水質參考同類單位相關資料進行設計。污水水質情況見下表 ：廢水水質 單位：mg/L污染物CODCrBOD5SS總磷(以P計)NH3-N濃度700030003000503005.2處理水量根據甲方提供的資料，該豬場日污水排放量最大為760m3/d ，生活污水日排放量約40m3/d。污水總排放量為800m3/d。本方案設計處理能力800m3/d，平均處理流量33.4 m3/h ,全天24h連續運行。5.3排放標準出水水質達處理后的水質應達到畜禽養殖業污染物排放標準GB18596-2001中表5標準,具體標準值見下表：排放標準 單位:mg/L污染物CODCrBOD5SS總磷(以P計)NH3-N濃度400150200880第五章 沼氣工程工藝流程設計5.1廢水水質特征分析豬場廢水主要由尿液、殘余糞便、飼料殘余和沖洗水組成。另，本項目還包含少量生活污水。種豬場外排廢水的主要特征是：(1)、豬場污水排放時間主要集中在豬舍清洗時間段，其余時間段排水量較少,或污水排放。(2)、有機物濃度高、懸浮物多、色度深，并含有大量的細菌，因含有大量動物的屎尿而使NH3-N濃度很高。(3)、廢水中的污染物主要以固態、溶解態存在的碳水化合物形式存在，使廢水表現出很高的BOD5 、CODcr 、SS和色度等，污染物可生物降解性好，此外廢水中含有大量的N、P等營養物質。5.2工藝的選擇5.2.1預處理工藝的選擇廢水中的固體殘渣主要為有機物質，如不進行有效固液分離，就會給后續處理帶來困難，增加處理負荷，影響處理效果。因此在工藝上必須強化預處理。采用物理方法作為強化預處理工藝，對廢水進行固液分離是降低有機物負荷最有效方法，預處理包括格柵、集水沉渣池、水力篩、酸化調節池。5.2.1.1格柵格柵的作用是去除廢水中的大粒徑固體物質，如懸浮物、漂浮物、纖維物質和固體顆粒物質，以保證后續處理單元和水泵的正常運行。5.2.1.2集水沉渣池由于場區排水管水位5.2.1.3水力篩 水力篩主體為由楔形鋼棒經精密制成的不銹鋼弧形或平面過濾篩面，待處理廢水通過溢流堰均勻分布到傾斜篩面上，由于篩網表面間隙小、平滑，背面間隙大，排水順暢,不易阻塞;固態物質被截留，過濾后的水從篩板縫隙中流出，同時在水力作用下，固態物質被推到篩板下端排出，從而達到固液分離目的。 水力篩能有效地降低水中懸浮物濃度，減輕后續工序的處理負荷。同時也用于工業生產中進行固液分離和回收有用物質，是一種優良的過濾或回收懸浮物、漂浮物、沉淀物等固態或膠體物質的無動力設備。 5.2.1.4酸化調節池酸化調節池調節水質、水量的緩沖后續處理工序時間，同時起到進一步沉淀和水解酸化的作用。5.1.2厭氧消化處理工藝選擇豬場廢水處理方法可簡單地歸納為物理處理法、物理化學處理法、化學處理法和生物處理法，應用最廣泛的是生物處理法，即主要通過微生物的生命代謝過程把污水中的有機物轉化為新的微生物細胞以及簡單形式的無機物，從而達到去除有機物的目的。5.1.2.1、各類厭氧工藝性能概述（1）完全混合厭氧工藝（CSTR）傳統的完全混合厭氧工藝（CSTR）是借助消化池內厭氧活性污泥來凈化有機污染物。有機污染物進入池內，經過攪拌與池內原有的厭氧活性污泥充分接觸后，通過厭氧微生物的吸附、吸收和生物降解，使廢水中的有機污染物轉化為沼氣。完全混合厭氧工藝池體體積較大，負荷較低，其污泥停留時間等于水力停留時間，因此不能在反應器內積累起足夠濃度的污泥，一般僅用于城市污水廠的剩余好氧污泥以及糞便的厭氧消化處理。（2）厭氧接觸工藝反應器厭氧接觸工藝反應器是完全混合式的，是在連續攪拌完全混合式厭氧消化反應器（CSTR）的基礎上進行了改進的一種較高效率的厭氧反應器。反應器排出的混合液首先在沉淀池中進行固液分離，污水由沉淀池上部排出，沉淀池下部的污泥被回流至厭氧消化池內。這樣的工藝既保證污泥不會流失，又可提高厭氧消化池內的污泥濃度，從而提高了反應器的有機負荷率和處理效率，與普通厭氧消化池相比，可大大縮短水力停留時間。目前，全混合式的厭氧接觸反應器已被廣泛應用于SS濃度較高的廢水處理中。（3）厭氧濾器（AF）厭氧濾器是采用填充材料作為微生物載體的一種高速厭氧反應器，厭氧菌在填充材料上附著生長，形成生物膜。生物膜與填充材料一起形成固定的濾床。厭氧濾床可分為上流式厭氧濾床和下流式厭氧濾床二種。污水在流動過程中生長并保持與充滿厭氧細菌的填料接觸，因為細菌生長在填料上將不隨出水流失，在短的水力停留時間下可取得較長的污泥泥齡。厭氧濾器的缺點是填料載體價格較貴，反應器建造費用較高，此外，當污水中SS含量較高時，容易發生短路和堵塞。（4）上流式厭氧污泥床反應器（UASB）待處理的廢水被引入UASB反應器的底部，向上流過由絮狀或顆粒狀厭氧污泥的污泥床。隨著污水與污泥相接觸而發生厭氧反應，產生沼氣引起污泥床的擾動。在污泥床產生的沼氣有一部分附著在污泥顆粒上，自由氣泡和附著在污泥顆粒上的氣泡上升至反應器的上部。污泥顆粒上升撞擊到三相分離器擋板的下部，這引起附著的氣泡釋放；脫氣的污泥顆粒沉淀回到污泥層的表面。自由狀態下的沼氣和由污泥顆粒釋放的氣體被收集在三相分離器錐頂部的集氣室內。液體中包含一些剩余的固體物和生物顆粒進入到三相分離器的沉淀區內，剩余固體物和生物顆粒從液體中分離并通過三相分離器的錐板間隙回到污泥層。UASB反應器的特點在于可維持較高的污泥濃度，很長的污泥泥齡（30天以上），較高的進水容積負荷率，從而大大提高了厭氧反應器單位體積的處理能力。但是對于SS含量很高的污水，由于三相分離器泥、氣、水分離能力的限制，不可避免地造成出水中含泥量很高，整個系統的投資費用也較大。（5）膨脹顆粒污泥床反應器（EGSB）EGSB是在UASB反應器的結構相似，所不同的是在EGSB反應器中采用相當高的上流速度，因此，在EGSB反應器中顆粒污泥處于完全或部分“膨脹化”的狀態，即污泥床的體積由于顆粒之間的平均距離的增加而擴大。為了提高上升速度，EGSB反應器采用較大的高度與直徑比和很大的回流比。在高速上升速度和產氣的攪拌作用下，廢水與顆粒污泥間的接觸更充分，因此可允許廢水在反應器中有很短的水力停留時間，從而EGSB可以高速地處理濃度較低的有機廢水。 （6）升流式厭氧固體反應器（USR）升流式厭氧固體反應器是一種新型的專用以處理固體物含量較大的反應器，其構造特點是反應器內不設三相分離器和其它構件。含高有機物固體含量（大于5%）的廢液由池底配水系統進入，均勻地分布在反應器的底部，然后上升流通過含有高濃度厭氧微生物的固體床。使廢液中的有機固體與厭氧微生物充分接觸反應，有機固體被液化發酵和厭氧分解，約有60%左右的有機物被轉化為沼氣。而產生的沼氣隨水流上升具有攪拌混合作用，促進了固體與微生物的接觸。由于重力作用固體床區有自然沉淀作用，比重較大的固體物（包括微生物、未降解的固體和無機固體等）被累積在固體床下部，使反應器內保持較高的固體量和生物量，可使反應器有較長的微生物和固體滯留時間。通過固體床的水流從池頂的出水渠溢流至池外。在出水溢流渠前設置擋渣板，可減少池內SS的流失，在反應器液面會形成一層浮渣層，在長期穩定運行過程中，浮渣層達到一定厚度后趨于動態平衡。不斷有固體被沼氣攜帶到浮渣層，同時也有經脫氣的固體返回到固體床區。由于沼氣要透過浮渣層進入到反應器頂部的集氣室，對浮渣層產生一定的“破碎”作用。對于生產性反應器由于浮渣層表面積較大，浮渣層不會引起堵塞。集氣室中的沼氣經導管引出池外進入沼氣貯柜。反應池設排泥管可將多余的污泥和下沉在底部的惰性物質定期排除。5.1.2.2集中典型的厭氧反應器適用性能比較幾種典型的厭氧反應器適用性能比較見下表：厭氧反應器適用性能比較表反應器名稱優點缺點適用范圍完全混合厭氧反應器（CSTR）投資小、運行管理簡單容積負荷率低，效率較低，出水水質較差適用于SS含量很高的污泥處理厭氧接觸反應器投資較省、運行管理簡單，容積負荷率較高，耐沖擊負荷能力強停留時間相對較長，出水水質相對較差適用于高濃度、高懸浮物的有機廢水厭氧濾器（AF）處理效率高，耐負荷能力強，出水水質相對較好投資較大，反應器容易短路和堵塞適用于SS含量較低的有機廢水上流式厭氧污泥床反應器（UASB）處理效率高，耐負荷能 力強，出水水質相對較好投資相對較大，對廢水SS含量要求嚴格適用于SS含量適低的有機廢水膨脹顆粒污泥床反應器（EGSB）處理效率較高，負荷能力強，出水水質相對較好投資相對較大，對廢水SS含量要求嚴格適用于SS含量較少和濃度相對較低的有機廢水升流式厭氧固體反應器（USR）處理效率較高，投資較省、運行管理簡單，容積負荷率較高對進料均布性要求高，當含固率達到一定程度時，必須采取強化措施。適用于含固量高的有機廢水5.1.2.3厭氧工藝的選擇確定 從以上列表可知，各種類型的厭氧工藝各有其優缺點和使用范圍，在一定的條件下選擇適當的工藝型式是厭氧處理成功的關鍵所在。對于本項目而言，由于需將全部豬糞和部分沖洗水一起混合均勻后進入厭氧罐進行厭氧發酵處理，其廢水中含固量很高，因此，選擇升流式厭氧固體反應器（USR）是較為合適的。 本項目設計含固率為10%。對于高含固率來料，為避免進料分布不均勻問題，必須強化其進料的局部混合性。設計上底部配置攪拌機，以間歇混合攪拌方式來實現。我們定義該方式為USR-PM。 選擇USR-PM處理工藝，反應器的固體滯留期（SRT）和微生物滯留期（MRT）遠大于水力滯留期（HRT）。厭氧罐頂部在出水溢流渠前設置擋渣板，可以減少罐內內懸浮固體物質的流失，提高了固體滯留期（SRT）。固體有機物的分解率與SRT呈正相關，固體滯留期（SRT）加長，消化效率就大幅度提高；剩余厭氧微生物在重力的作用下沉淀下來，累積在固體床下部，使反應器微生物滯留期（MRT）加長，既提高處理效率，又降低微生物對外加營養物質的需求，減少污泥的量。本設計方案選擇USR-PM為厭氧處理工藝。5.1處理工藝選擇5.1.1預處理工藝選擇5.1.2.3厭氧反應器結構選擇 普通的厭氧反應器均采用鋼砼結構。近年來為了縮短施工周期，節省建筑材料，提高反應池的施工質量，建設美觀大方的沼氣工程處理裝置，也多有采用新材料、新技術建造的厭氧反應器。典型的有德國的利普（Lipp）公司的利普罐和德國Farmetic公司的搪瓷拼裝罐。這些技術應用金屬朔性加工中的加工硬化原理和薄殼結構原理，通過專用技術和設備將鍍鋅或搪瓷拼裝建造成。1、鋼筋混凝土制罐技術 鋼筋混凝土技術利用鋼筋的抗拉強度和混凝土的抗壓強度上各自的優勢，實現優勢互補，通過現場澆注，可以得到較好的強度和防水性能的罐體，由于混凝土具有耐酸堿，耐溫便等的性能，能夠很好的保護內部鋼筋，使之免受腐蝕，因此結構具有很好的防腐性能，結構成型后，進行簡單的防腐和防滲處理就可以滿足工程需要，使用壽命長，可達50年，后期維護和運行管理費用較低。2、搪瓷拼裝制罐技術 拼裝制罐技術使用軟性搪瓷或其他防腐預制鋼板，以快速低耗的現場拼裝使之成型，預制鋼板采用栓接方式拼裝，栓接處加特制密封材料防漏。此種預制鋼板形成的保護層不僅能阻止罐體腐蝕，而且具有抗酸堿的功能。拼裝罐具有技術先進、性能優良、耐腐蝕性好、維修便利、外觀美觀，可拆遷等特點，其使用壽命達30年。 3、利浦制罐技術 利浦制罐技術利用金屬塑性加工中的加工硬化原理和薄殼結構原理，通過專用技術和設備，將一定規格的鋼板，應用“螺旋、雙折邊、咬合“工藝來建造圓型的LIPP池、罐。由于是機械化、自動化制作和采用薄鋼板作為建筑材料，LIPP技術具有施工周期短，造價較低，質量好等優點。 結合本工程特點，主體厭氧反應器選擇鋼筋混凝土結構，以方便使用和運行管理。5.1.2.4厭氧反應器配置選擇 高濃度厭氧反應器內設置一臺攪拌器，使進料均勻分布于罐體底部并充分與厭氧微生物接觸。低濃度靠沼氣產氣過程以及進料過程并增加物料內循環泵實現物料的攪拌。罐底設排渣系統，定期將罐底惰性污泥排出。排出的污泥進入沼肥儲存池，然后運送到下一個處理單元。反應器上部設排水系統。排水采用堰槽出水方式，溢流進入下一個處理單元。5.1.2.5保溫與增溫選擇 厭氧消化反應過程受溫度影響很大，本項目厭氧處理單元設計為中溫，其最佳溫度范圍為3538。為了保證厭氧反應在冬季仍可正常運行，必須對系統實施整體保溫措施，同時還需對厭氧消化罐進水進行增溫處理。1、 保溫系統整體保溫包括管道、閥門保溫；配料池、厭氧消化罐以及儲氣柜的保溫。對于各種管路能地埋的則地埋，地上管路采用北方地區常規保溫方式實現；對厭氧消化罐、沼氣儲氣柜，采用聚苯乙烯和聚氨酯等材料進行強化保溫。另外，在厭氧反應器旁邊設置一個沼氣凈化間，盡可能地將管路、閥門設置在該房間內，起到保溫作用。2、增溫 增溫能耗主要分為兩部分，一部分為把參與反應物料的溫度由常溫提升到反應溫度，這一過程主要在進料池中進行，另一部分是保證USR反應器在相對穩定的溫度下運行，補償其運行過程中散失到環境中的能量。為降低反應過程中的能耗，在本設計中一方面采用較高的物料濃度，在保證有機負荷不變的情況下，降低水的含量，降低物料增溫能耗，另一方面，在反應器池體外增設一層保溫層，以降低反應器的熱量散失。為保證反應器的正常啟動以及熱源的穩定性，本系統中采用自廠區燃煤鍋爐產生的熱水作為熱源。5.2沼氣應用系統工藝選擇5.2.1沼氣凈化工藝選擇 厭氧反應器剛產出的沼氣是含飽和水蒸氣的混合氣體，除含有氣體燃料CH4和惰性氣體CO2外，還含有H2S和懸浮的顆粒狀雜質。H2S不僅有毒，而且有很強的腐蝕性。因此新生成的沼氣不宜直接作燃料，還需進行氣水分離、脫硫等凈化處理，其中沼氣的脫硫是其主要問題。對于畜禽糞污產生的沼氣，其中H2S氣體含量約為2000mg/m3，而沼氣作為燃氣要求沼氣中含H2S氣體含量小于100mL/m3，沼氣的脫硫凈化處理是必須的。 沼氣脫硫主要有生物脫硫、化學脫硫兩種方法。 生物脫硫法是利用無色硫細菌，如氧化硫硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌等，在微氧條件下將H2S氧化成單質硫。這種脫硫方法已在德國沼氣脫硫中廣泛使用，在國內某些工程已有采用，其優點是：不需要催化劑、不需處理化學污泥，產生很少生物污泥、耗能低、可回收單質硫、去除效率高。這種脫硫的技術關鍵是如何根據H2S的濃度來控制脫硫塔中氧化還原反應過程。 化學脫硫是將沼氣通過脫硫劑床層，沼氣中的H2S與活性氧化鐵接觸，生成三硫化二鐵，然后含有硫化物的脫硫劑與空氣中的氧接觸，當有水存在時，鐵的硫化物又轉化為氧化鐵和單體硫。這種脫硫再生過程可循環多次，直至氧化鐵脫硫劑表面的大部分空隙被硫或其它雜質覆蓋而失去活性為止。再生后的氧化鐵可繼續脫除沼氣中的H2S。上述均為放熱反應，但是，再生反應比脫硫反應要緩慢。為了使硫化鐵充分再生為氧化鐵，工程上往往將上述兩個過程分開進行。 本工程擬采用生物脫硫的方法對沼氣進行脫硫處理。 厭氧罐中輸出的含飽和水蒸氣的沼氣經過生物脫硫塔、氣水分離器和凝水器等專用設備凈化處理后貯存在儲氣柜中。5.2.2沼氣儲存工藝選擇 由于沼氣產用速率之間的不平衡，所以必須設置儲氣柜進行調節。沼氣主要用于鍋爐燃燒使用，儲氣柜的容積按日產量的60%設計。儲氣柜結構形式有多種，包括混凝土結構、壓力容器、膜結構等，本工程選擇鐘罩結構儲氣柜。5.2.3沼氣輸配工藝選擇 沼氣輸配系統指從沼氣儲氣柜至沼氣使用前一系列沼氣輸配設施的總稱。對于該大型沼氣工程來說，主要指沼氣由儲氣柜輸送到沼氣用戶的輸氣管路和相關的閥門組成。沼氣輸配管道在工程建設中占有相當重要的位置，因此，合理選擇性能可靠、施工方便、經濟耐用的管材，對安全供氣和降低工程造價有著重要意義。沼氣輸配過程中使用的主要管材是鋼管和聚乙烯管。相關的沼氣輸送管網需要根據當地具體情況進行設計。5.3沼肥利用工藝選擇 沼肥有三個去向：第一個是在農耕施肥季節，沼肥輸送（管道、車輛）至果園、苗圃、農田等施肥用地，作為液態有機肥使用；第二個是在非農耕施肥季節，將沼肥輸送至農田附近的大型儲存池，以備施肥季節使用；第二個是將沼肥運至有機肥生產區，與常規農用肥料如尿素、復合肥等按一定營養比例配比混合后，加工成高肥效的商品肥出售。5.4工藝流程設計 見附圖初設方案：1-工藝流程框圖；2-分區定位圖；3-平面布置圖；4-工藝高程圖。5.5工藝流程描述5.5.1預處理階段描述 格柵集水池豬舍沖洗水由污水匯集管網（或污水渠）經人工格柵匯集到集水池；提升泵按配比時間安排將其提升至調節池和配料池。 集糞池由豬場清理出來的豬糞，運輸到集糞池，并通過集糞池由集水池內污水沖洗到進料池。 進料池將由集糞池流過來的豬糞及污水進行調配，使物料達到10的干物質濃度，以供應高濃度厭氧反應器使用。配料池內配有加溫設施，實現冬季時的物料加溫。5.5.2厭氧消化處理階段描述 進料-攪拌-反應循環過程。物料經提升泵提升進入厭氧反應器，進行厭氧消化處理。本工程設計采取分2批輪流進料方式進行，進料時間根據豬場清糞方式安排，一般間隔不小于6小時，兩組進料先后進行，1小時以內完成進料過程，進料結束后啟動攪拌，攪拌1小時后停止。厭氧罐按進料（1小時）-攪拌（1小時）-反應（4小時）-攪拌（1小時）-反應（4小時）這個循環過程進行。 產沼物料進入厭養反應器與厭養活性污泥混合接觸，通過厭養微生物的吸附、吸收和生物降解作用，使有機污染物轉化為CH4和CO2為主的氣體（沼氣）。厭氧反應器內設置一臺攪拌機，使物料與厭養活性污泥充分混合。厭氧罐罐體外部設增溫管網系統以及保溫層。 集氣厭氧反應器產生的沼氣由集氣室收集，經沼氣輸送管路送入后續沼氣凈化處理單元。排料厭氧罐采用上部益流出水方式，出水自流進入沼肥儲存池。排渣排渣系統定期排渣，保持反應器內污泥活性。沼渣排放可以是每天一次，或者是數天一次，將根據實際情況確定。5.5.3沼氣凈化儲存階段描述沼氣凈化系統厭氧消化罐產出的沼氣經集氣室收集進入沼氣凈化系統。沼氣經過生物脫硫塔、氣水分離器、凝水器等專用設備凈化處理后貯存在濕式儲氣柜中。 沼氣儲存柜用于貯存凈化后的沼氣。柜體結構鐘罩式儲氣柜。沼氣輸配系統用于沼氣的輸送。主要通過調壓閥、管路等完成沼氣的輸配。沼氣利用系統沼氣全部作為燃料使用。5.5.4沼肥處理階段描述 厭氧反應器出水溢流進入沼肥儲存池，然后運輸車輛在農耕季節將沼肥運輸至農田或蔬菜大棚使用，在非農耕季節，運輸至儲存池待農耕時節使用。第六章工藝參數設計6.1物料負荷平均設計物料流量：Q平9.2m3/d 6.2預處理階段工藝參數設計6.2.1格柵槽（1）功能：用于安裝格柵，攔截水中大的懸浮物質 （2）結構：地下鋼砼結構（3）尺寸：0.5mx0.8m（4）池數：1池6.2.2人工格柵（1）設備寬度：W0500mm（2）渠寬：W1500mm（3）有效柵隙：b10mm（4）格柵傾角：60（5）設備臺數：1 6.2.3集水池（1）功能：儲存補充水（2）池體結構：地下鋼砼結構（3）尺寸：0.90mx2.08mx2.00m（4）有效容積：3.74m3（5）池數：1池6.2.4集水池污水提升泵（1）功能：將補充水從集水池提升至配比軟化池（2）流量：20m3/h（3）揚程：7m（4）電機功率：0.75kW（5）設備類型：潛污泵（6）設備數量：2臺（1用1備）6.2.5集糞池（1）功能：暫存由豬場輸送來的豬糞 （2）池體結構：地下鋼砼結構 （3）尺寸：1.30mx2.08mx0.5m （4）容積：1.35m3 （5）池數：1池 6.2.8進料池 （1）功能：豬糞與來水充分攪拌混合后進料 （2）池體結構：地下鋼砼結構 （3）尺寸：2.20m2.20m2.00m （4）高度：2.0m （5）容積：9.68m3 （6）池數：1池 6.2.9配料池攪拌機 （1）功能：將配料池內糞與水攪拌、混合 （2）功率：7.5Kw （3）數量：1臺 6.3厭氧消化處理階段工藝參數設計 6.3.1厭氧消化罐1 （1）功能：低濃度厭氧消化處理主體反應器 （2）尺寸：6.00mx8.10m （3）有效水深：6.60m （4）有效容積：187m3 （5）停留時間：20d （6）發酵溫度：常溫 （7）材質結構：鋼筋混凝土結構，外設保溫層，圓臺形保溫頂結構 （8）數量：1座 6.3.2厭氧反應器進料泵 （1）功能：將糞污從調節池提升至厭氧反應器 （2）流量：10m3/h （3）揚程：15m （4）電機功率：3.0kW （5）設備類型：螺桿泵 （6）設備數量：2臺（1用1備） 6.4沼氣凈化儲存階段工藝參數設計 6.4.1沼氣凈化系統 功能：沼氣凈化。設計參數和主要設備參數： （1）生物脫硫塔 脫硫效果：大于90% 處理能力：20m3/h 數量：2套 （2）氣水分離器 型號：非標 數量：2臺（1用1備） （3）水封 型號：非標 數量：1臺 （4）凝水器 型號：非標 數量：2臺 （5）干式阻火器 型號：非標 數量：1臺 （6）沼氣流量計 型號：非標 數量：1臺 6.4.2沼氣貯存系統 （1）鐘罩儲氣柜 功能：貯存厭氧消化罐產生的沼氣 構造形式：碳鋼焊接結構 尺寸：8.00x3.3m 有效容積：165.79m3 數量：1個 （2）儲氣柜水封 功能：貯存厭氧消化罐產生的沼氣 構造形式：鋼筋混凝土結構 尺寸：8.80mx3.80m 有效容積：231.00m3 數量：1個 6.5沉淀池參數設計 6.5.1沉淀池 （1）功能：沼液沉淀 （2）構造形式：鋼筋混凝土結構 （3）尺寸：1.00mx4.38mx2.0m （4）有效容積：8.76m3（5）池數：1池第七章其它設計7.1建筑與結構設計7.1.1設計原則1、根據工藝流程的要求，在滿足廠區內工藝要求、交通運輸、環保、防火等前提下，使廠區建筑物、構筑物、道路、綠化有機地結合在一起。2、注重環境保護，使沼氣工程成為環境優美的示范項目。 7.1.2工程地質情況 項目所在地的地質情況為雜地，要求項目所在地原土承載力不小于8噸/m2。以鉆探地質報告為準。 本沼氣工程項目的主要構筑物厭氧消化罐的體積較大，高度較高，對不均勻沉降極為敏感，在地基處理當中要選擇合適的持力層。 當場地空間開闊時，基坑可以按一定坡度進行放坡開挖。當構筑物距離很近且埋深不同時，可采用一些措施進行臨時支護。對深基坑，施工中還應考慮降水及護坡處理。 7.1.3主要構（建）筑物結構設計 7.1.3.1構筑物 主要構筑物名稱、尺寸、結構形式等見下表。 表7-1主要構筑物尺寸表 序 號構筑物名稱結構尺寸 （mm）規模 （m3）數量總規模 （m3）結構形式 1格柵集水池900*2080*20003.7413.74鋼砼結構 2集糞池1300*2080*5001.3511.35鋼砼結構 3進料池2200*2200*20009.6819.68鋼砼結構 4厭氧反應器6000*8100211.291211.29鋼砼結構 5厭氧反應器底板8000*50025.12225.12鋼砼結構 6沉淀池1000*4380*20008.7618.76鋼砼結構 7泵房3300*2800*200018.48118.48鋼砼結構 其他構筑物體積不大，擬采用普通鋼筋混凝土結構或磚混結構。所有構筑物的抗滲問題，均以混凝土本身的密實性來滿足抗滲要求。根據構筑物的重要性及水力梯度來確定其抗滲標號，混凝土強度等級一般不小于C25，抗滲等級不小于S6，水灰比不大于0.55。宜采用普通硅酸鹽水泥，骨料應選擇良好級配，嚴格控制水泥用量。為提高混凝土的抗滲能力，滿足工藝使用要求，盡量減少伸縮縫。建議在混凝土中加入適量的添加劑，用以補償混凝土的收縮變形，提高混凝土的密實度及抗滲能力。 7.1.3.2建筑物 主要建筑物名稱、尺寸、結構形式見下表。 表7-2主要建筑物尺寸表 序 號構筑物名稱結構尺寸 （mm）規模 （m2）數量總規模 （m2）結構形式 1沼氣凈化間3000*3000*33009.0019.00磚混結構 2辦公控制室3000*6000*330018.00118.00磚混結構 3宿舍3600*3000*330010.80110.80磚混結構 4衛生間3600*3000*330010.80110.80磚混結構 7.1.4抗震設計遵照國家“建筑抗震設計規范”（GBJ11-89）及“構筑物抗震設計規范”（GB50191-93）的有關規定。所有構（建）筑物按地震烈度6級設防。 7.1.5反應器設計 表7-2反應器結構尺寸表 序 號反應器名稱結構尺寸 （mm）規模 （m3）數量總規模 （m3）結構形式 1厭氧反應器6000*8100918.451918.90鋼筋混凝土 2儲氣柜鐘罩8000*3300165.791165.79碳鋼焊接 3儲氣柜水封8800*3800231.001231.00鋼筋混凝土 7.2機械設備設計 機械設備設計及選型設計原則如下： （1）各設備的選型力求經濟合理滿足工藝的要求，并配合土建構筑物形式的要求。 （2）潛水電機的防護等級不低于IP68，其它配套電機和就地控制箱防護等級不低于IP55。 （3）考慮到污水介質的特性，設備材料選用的原則是與介質接觸部分采用耐腐蝕的不銹鋼材料或鑄鐵和高強度塑料材料，其余材料可以是碳鋼材料但必須防腐處理。 主要設備見下表： 表7-3主要設備表 序號設備名稱功率單位數量 1人工格柵1 2集水池污水提升泵0.75臺2 3進料池攪拌機15臺1 4進料池熱交換器 5厭氧反應器進料泵臺2 6厭氧反應器混合攪拌機臺1 7生物脫硫塔臺2 8氣水分離器臺2 9水封臺1 10凝水器臺2 11干式阻火器臺1 12沼氣流量計臺1 7.3電氣設計 7.3.1設計依據 （1）低壓配電設計規范GB50054-95 （2）建筑物防雷設計規范GB50057-942001版 （3）建筑設計防火規范GBJ16-872001版 7.3.2設計范圍 本沼氣工程電氣設計包括以下內容： （1）用電設備供電及控制設計 （2）厭氧消化罐防雷設計 7.3.3供電電源 沼氣站供電電源接自養殖場內總電源配電箱。 7.3.4負荷計算 沼氣站所有用電設備電壓等級均為380/220V，全場用電設備總裝機容量110KW，用電負荷45KW左右。 7.3.5供電系統 7.3.5.1電氣系統 低壓電源接自場內總配電箱，單路供電。380V低壓供電系統采用單母線分段運行。 7.3.5.2控制方式 所有工藝設備均在管理房內控制箱上現場控制，在現場控制箱上設“手動-停-自動”控制轉換開關，手動控制。 7.3.5.3設備選擇 戶內電纜采用電纜溝敷設，電纜采用聚氯乙烯護套電纜。 戶外電纜采用直埋敷設、橋架明敷或電纜溝，電纜采用鎧裝電纜。 7.3.6保護方式 7.3.6.1繼電保護 低壓進線總開關設過負荷長延時、短路速斷保護、低壓用電設備及饋線設短路及過載保護。 7.3.6.2接地保護 接地系統均利用建筑物基礎采用共用接地系統，其接地電阻應小于1歐姆，低壓饋線距離超過50m時，設重復接地裝置，其接地電阻不大于10歐姆。同時各單體金屬管道均應作為等電位聯結。 7.3.6.3防雷保護 厭氧消化罐需按二類防雷建筑設防，采用共用接地系統接地電阻小于1歐姆。 7.3.7啟動方式 全部用電設備均采用直接啟動。 7.3.8計量方式 在配電間場內總配電箱上設有電度表。 7.4控制及儀表設計 7.4.1控制系統 全場控制均采用在管理房內現場控制柜上現場控制的方式。 7.4.2儀表 厭氧消化罐上附設溫度計，并在管理房內顯示厭氧消化罐內的料液溫度。 7.5平面設計 7.5.1平面布置原則 沼氣站平面布置應遵循以下原則：