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I Xxxx 有限公司有限公司 奶牛养殖废弃物综合利用项目奶牛养殖废弃物综合利用项目 可可 行行 性性 研研 究究 报报 告告 xxxxxxxx 研究设计院研究设计院 2015 年年 6 月月 II 目目 录录 第第 1 章章 概述概述.1 1.1 项目概述 .1 1.1.1 项目名称.1 1.1.2 项目承担单位.1 1.1.3 方案编制单位.1 1.1.4 建设内容.1 1.1.5 工艺方案.1 1.1.6 资金构成.1 1.1.7 效益分析.2 1.2 编制依据 .2 1.3 编制范围 .3 1.4 编制原则及指导思想 .3 第第 2 章章 法人篇法人篇.5 2.1 公司简介 .5 2.2 法人简介 .6 2.3 组织机构 .8 第第 3 章章 社会自然条件和工程建设必要性社会自然条件和工程建设必要性.9 3.1 社会条件 .9 3.1.1 地理位置和交通.9 3.1.2 社会条件.9 3.2 自然条件 .11 3.2.1 气候条件.11 3.2.2 地形地貌.12 3.2.3 水文地质.12 3.3 工程建设必要性 .13 3.3.1 落实国家能源战略和循环经济战略的需要.13 3.3.2 畜禽业废弃物综合利用的示范作用.14 3.3.3 工程建设有助于提高环境质量.15 第第 4 章章 市场分析和建设条件市场分析和建设条件.16 4.1 沼气发电市场分析 .16 4.2 有机肥、沼液市场分析 .16 4.2.1 有机肥、沼液成分及其作用.16 III 4.2.2 有机肥、沼液市场分析预测.17 4.3 建设规模 .18 4.4 厂址确定 .18 第第 5 章章 处理工艺选择处理工艺选择.19 5.1 工艺选择原则 .19 5.2 沼气工程比较和确定 .19 5.2.1 典型能源生态型沼气工程.20 5.2.2 典型能源环保型沼气工程.22 5.2.3 工艺确定.24 5.3 厌氧工艺选择 .24 5.3.1 可选择的厌氧工艺.24 5.3.2 厌氧工艺比较.26 5.3.3 厌氧工艺确定.27 5.4 工艺流程 .28 5.4.1 预处理工段.29 5.4.2 厌氧处理工段.30 5.4.3 有机肥处理工段.30 5.4.4 沼气发电工段.30 5.5 去除效率预测表 .35 第第 6 章章 工程设计工程设计.36 6.1 工艺设计 .36 6.1.1 废水储存池.36 6.1.2 沉砂池.37 6.1.3 计量池.38 6.1.4 升流式固体反应器(USR).39 6.1.5 沉淀池.39 6.1.6 UASB 反应器40 6.1.7 贮液池.41 6.1.8 贮气柜.41 6.1.9 沼气净化间.42 6.1.10 贮渣池.42 6.1.11 发酵车间.42 6.1.12 附属建筑.43 6.2 总图设计 .44 6.2.1 总平布置原则.44 6.2.2 总平面布置.45 6.2.3 竖向设计.46 6.2.4 厂区管线.46 IV 6.2.5 交通运输及通讯.47 6.2.6 厂区绿化.47 6.2.7 土地利用技术指标表.48 6.3 建筑设计 .48 6.3.1 建筑风格.49 6.3.2 装修设计.49 6.3.3 建筑物一览表.49 6.4 结构设计 .50 6.4.1 设计规范.50 6.4.2 建、构筑物的结构形式.50 6.4.3 材料要求.50 6.4.4 抗震设防.51 6.5 电气设计 .51 6.5.1 设计规范及范围.51 6.5.2 供电系统及设置.52 6.5.3 设备选型.54 6.5.4 防雷与接地.54 6.5.5 电缆敷设.54 6.5.6 设计分界.55 6.6 自控及仪表系统设计 .55 6.6.1 设计规范.55 6.6.2 设计范围.55 6.6.3 系统控制.56 6.6.4 现场检测仪表选型.57 6.6.5 系统供电和电缆敷设.58 6.7 暖通设计 .59 6.7.1 气象情况.59 6.7.2 供热设计.59 6.7.3 空调设计.60 6.7.4 通风设计.60 6.8 劳动定员 .60 6.9 主要工程量统计表 .61 第第 7 章章 项目实施计划项目实施计划.65 7.1 实施原则与步骤 .65 7.2 筹建机构与分工 .65 7.3 项目履行单位的选择 .67 7.4 设计、施工及安装 .67 7.5 调试与试运转 .68 7.6 项目实施进度安排 .68 V 第第 8 章章 环保、节能、消防与安全设计环保、节能、消防与安全设计.70 8.1 环境保护 .70 8.1.1 组织管理措施.70 8.1.2 技术管理措施.70 8.1.3 污染物治理措施.70 8.2 节能设计 .72 8.3 消防设计 .72 8.4 安全与卫生 .73 第第 9 章章 工程投资估算及资金筹措工程投资估算及资金筹措.75 9.1 投资估算 .75 9.1.1 建设规模与工程内容.75 9.1.2 编制依据.75 9.1.3 投资估算的组成.77 9.2 资金筹措及投资使用计划 .77 9.2.1 资金来源.77 9.2.2 投资使用计划.77 第第 10 章章 财务评价及工程效益分析财务评价及工程效益分析.78 10.1 财务评价 .78 10.1.1 基础数据.78 10.1.2 总成本费用计算.78 10.1.3 损益表.79 10.1.4 清偿能力分析.80 10.1.5 不确定性分析.80 10.1.6 财务评价结论.81 10.2 主要技术经济指标 .81 10.3 评价结论 .81 10.4 工程效益分析 .82 10.4.1 经济和环境效益.82 10.4.2 社会效益.83 第第 11 章章 结论与建议结论与建议.84 11.1 结 论 .84 11.2 建 议 .84 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 山东省环境保护科学研究设计院山东省环境保护科学研究设计院 1 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院1 第 1 章 概述 1.1 项目概述 1.1.1 项目名称 xxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 1.1.2 项目承担单位 xxxx 有限公司 1.1.3 方案编制单位 单位名称:xxxxxxxx 研究设计院 工程咨询资格证书编号:工咨甲 xxxxxxxxx 发证机关:中华人民共和国国家发展和改革委员会 1.1.4 建设内容 xxxxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目建设规模废水 为 320m3/d,粪便为 250m3/d。 1.1.5 工艺方案 项目采用能源生态型处理利用工艺,主体工艺为:USR沉淀池 UASB,利用沼气发电,沼渣加工成有机肥,沼液作为液体肥料储存。 1.1.6 资金构成 项目总投资 xxxx 万元,其中申请国家环境保护专项资金 xxx 万元, 企业自筹 xxx 万元。 1.1.7 效益分析 1、经济效益、经济效益 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院2 正常年可实现效益 xxxx 万元,年均总成 xxx 万元,项目财务内部 收益率为 xxx,高于行业基准收益率 8%,项目财务净现值为 xxx 万元, 投资回收期 xxx 年(含建设期 1 年) 。 2、社会效益、社会效益 该项目完成后,将成为 xx 市的能源环境示范工程,对当地的畜禽 养殖场废弃物资源化利用起到带头作用,将有效遏制由于畜禽粪乱排放 而造成的生态环境的破坏,提高广大公众保护生态环境意识,促进农业 资源综合利用和地农业和农村经济可持续发展,具有积极作用。 3、环境效益、环境效益 项目建成后,牛场粪便污水经过中温厌氧发酵,进行了无害化处理; 生产的沼气是一种优质能源,主要用作沼气发电, 缓冲牛场周围电能 紧张局面,提高公司内部能源品位。项目生产的沼渣、沼液是优质的有 机肥,用于绿色蔬菜基地施用,减少了化肥、农药的用量,改善了土壤 质量,减轻了农业面源污染,促进基地内水土资源的合理利用和生态环 境的良性循环,为公司经济的可持续发展奠定良好基础。 1.2 编制依据 1、 中华人民共和国环境保护法 ; 2、 山东省环境保护条例 ; 3、中共中央国务院关于推进社会主义新农村建设的若干意见; 4、 能源中长期发展规划纲要(20042020) (草案) ; 5、 “十五”能源发展重点专项规划 ; 6、 大中型畜禽养殖场能源环境工程建设规划农业部; Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院3 7、国家畜禽养殖场标准化生产技术规范; 8、规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范(NY/T1222-2006) ; 9、沼气工程技术规范(NY/T1220-2006); 10、 农村户用沼气发酵工艺规程; 11、建设方提供的其他资料。 1.3 编制范围 依据 xxxx 有限公司的发展目标,就xxxx 有限公司养殖废弃物综 合利用示范项目建设方案进行分析论证,提出可行性研究报告,并对 项目进行完整的投资估算和经济评价。 可行性研究报告的内容具体包括:示范项目的建设规模确定、厂址 论证、处理工艺比选、工艺设计、工程投资估算和经济分析等。 1.4 编制原则及指导思想 xxxx 有限公司养殖废弃物综合利用示范项目不仅具有一定的经 济效益,而且它的社会效益和环境效益也非常显著。鉴于本工程的实际 特点,切合 xxxx 有限公司现状及发展目标,提出本工程可行性研究报 告编制原则和指导思想。 1、结合企业实际情况,合理确定工程建设规模。 2、充分考虑企业实际情况,因地制宜,在同类工程实践经验的基 础上积极稳妥地采用先进技术,以保证工艺设计的合理性、可行性及可 靠性,提高处理效果。 3、贯彻经济性和可靠性并行的设计原则,在保证工程可行性的前 提下,最大限度地降低工程造价和运行管理费用。 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院4 4、项目的选址充分结合企业现状,有利于工程的建设以及进出料 的收集、回用。 5、为提高工程管理水平,实现科学现代化管理,设计采用适合我 国国情的自动化及检测仪表,确保稳定达标的同时,最大限度地优化资 源配置,节约成本。 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院5 第 2 章 法人篇 2.1 公司简介 略 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院6 第 3 章 社会自然条件和工程建设必要性 3.1 社会条件 3.1.1 地理位置和交通 具体见附图一:拟建项目地理位置示意图拟建项目地理位置示意图。 3.1.2 社会条件 3.2 自然条件 3.2.1 气候条件 气温 年平均气温 12.1 月平均最高气温 24.6 月平均最低气温 -1.5 历年极端最高气温 38.4 历年最低气温 -13.8 降雨量 多集中在 7、8、9 月,三个月降水量占全年降水的 62.7,7 月和 8 月降水量最多,冬季和春季降水较少。 年平均降水量 793.4mm 年最多降水量 1192.7mm 年最少降水量 450.5mm 风 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院7 引用 xxx 气象台 1989 年 3 月1990 年 2 月的观测资料统计; 强风向为西北向,频率为 10.35; 常风向为北西向,频率为 14.76; 年最大风速平均 16.2m/s; 极端最大风速为 22.0m/s(1960 年 6 月 3 日) 。 日照 年日照百分率最多 63; 年日照百分率最少 52; 历年逐月平均日照率最高为 64(5 月) ; 历年逐月平均日照率最少为 48(2 月) ; 累计年平均日照时数为 2520.6 小时。 雾 年平均雾日 16 天; 最多年份 30 天(1978 年) ; 最少年份 7 天(1965 年) 。 冻土 最大冻土深度 0.5m。 3.2.2 地形地貌 地形起伏,因西靠山脉,基本上呈西高东低和北高南低的趋势。 属地震 5 度设防区。 3.2.3 水文地质 潮汐性质属不规则半日潮,根据海军验潮站 1990 年的潮位资料进 行统计(以当地理论基准面为准) 。 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院8 最高高潮位 2.76m 最低低潮位 -0.75m 平均高潮位 1.95m 平均低潮位 0.55m 平均潮差 1.40m 平均海面 1.22m 设计高水位(潮峰累计率 0) 2.38m 设计低水位(潮谷累计率 0) 0.18m 校核高水位 3.04m 校核低水位 -0.98m 3.3 工程建设必要性 3.3.1 落实国家能源战略和循环经济战略的需要 农村能源建设,作为缓解农村地区能源短缺,改善农村地区能源结 构,改善农业生态环境的重要措施,对提高农民收入、改善农民生活水 平具有重要的作用。国务院相继发布了关于节约型社会近期重点工作 (国发(2005)21 号)与今明两年能源工作要点 (国发(2005)35 号)这两个文件强调,近两年我国将组织开展生物质能资源调查、评价 和开发利用规划工作,并在沼气工程综合利用等方面要组织开展循环经 济试点。 循环经济,本质上是一种生态经济,它要求运用生态学规律来指导 人类社会的经济活动。循环经济倡导的是一种建立在物质不断循环利用 基础上的经济发展模式,它要求把经济活动按照自然生态系统的模式, 组织成一个“资源产品消费再生资源”的物质反复循环流动的过 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院9 程,使得整个经济系统以及生产和消费的过程基本上不产生或者只产生 很少的废弃物,其特征是自然资源的低投入、高利用和废弃物的低排放, 从而根本上消解长期以来环境与发展之间的尖锐冲突。循环经济是实施 可持续发展战略必然的选择和重要保证。 面对经济发展和生态环境保护之间日益突出的矛盾,我国将大力调 整能源结构,积极开发新能源和可再生能源,努力提高能源利用率,以 实现国民经济的可持续发展。目前,我国新能源和可再生能源年利用最 大约为 300 万吨标准煤,占全国商品能源消费总量的 0.2%,按照国家新 能源产业发展规划,到 2015 年,我国新能源和可再生能源的年开发量 将达到 4300 万吨标准煤,占当时全国能源消费总量的 2%。本工程的建 设可以为新能源的开发和利用摸索出一条可行的道路。 xx 市是能源紧缺市,随着城乡经济的快速发展,各行各业对商品能 源的需求越来越大,一次能源紧缺且价高,而农村对能源的需求将大增。 本工程属于大型沼气能源环境工程建设项目,符合国家产业政策,利用 粪便产沼气发电可用于企业生产及周围农村用电。 3.3.2 畜禽业废弃物综合利用的示范作用 xx 市大力发展畜牧业,虽然在一定程度上带动了农村经济的发展, 增加了农民经济收入,但也产生了一些问题。据统计,全市仅成规模的 畜牧养殖场就有 53 处,年畜禽粪便排放量达 3 万多吨(折干重) ,废水 排放量约 760 万吨,对周边环境造成了一定程度的空气污染或水源污染, 影响到了周围农民的正常生活。 xx 市缺少对畜禽粪便综合利用的经验,处理水平低下,多是直接向 耕地中施肥的粗放型处理方式,不仅利用率极低,还有可能继续对环境 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院10 进行破坏。 本项目的建设可以对畜禽粪便综合利用工艺进行深入的探讨、论证, 最终确定一条具有显著经济效益、环境效益、社会效益的可行性技术路 线,并通过实践发挥项目的示范作用。 3.3.3 工程建设有助于提高环境质量 随着人们环境意识的提高,周边地区农民对畜禽养殖场环境污染反 映日益强烈,纠纷不断增加,以及畜禽养殖污染防治管理办法和 畜禽养殖业污染物排放标准的颁布实施,畜禽养殖业废弃物的处理 日趋严格、规范和必要。 据有关资料统计,我国的能源结构不尽合理,煤炭仍是主要的发电 燃料,大约占总能源投入量的 88。燃煤电厂排放的 CO2、SO2、NOx、烟尘是我国大气污染的主要来源。据不完全统计,燃 煤电厂的 NOx 排放量占我国 NOx 排放总量的 80。1997 年,中国工 业 SO2排放量为 1852 万吨,原电力工业部直属 6 兆瓦及以上火电厂的 SO2排放量达 700 万吨,达 38,而且这一比例还呈进一步增加的趋势。 电厂大气污染物的排放对人体健康、农作物和建筑物都产生了不同程度 的影响,造成了巨大的经济损失。 开展农村能源建设,所产生的沼气可以用来发电。沼气发电可以大 大地减少或消除 SO2、NOx、烟尘的排放,同时由于沼气的生产有效地 降低了有机废弃物自然堆放过程中释放的 CH4的排放,有利于缓和温室 效应。据测算,每减少 1 吨 CH4的排放,相当于减少 25 吨 CO2的排放。 因此,沼气发电被称为“绿色新电”。 可以看出,本工程的建设有助于提高当地环境质量,改善农民生活 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院11 环境。 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院12 第 4 章 市场分析和建设条件 4.1 沼气发电市场分析 随着 xx 市经济的快速发展,电力紧缺状况日趋严重。市政府采取 非连续性生产企业避开高峰期生产,以及限制宾馆饭店空调制冷温度等 措施减少用电量,郊区县农村用电更难得到保证,将严重影响畜禽养殖 的正常生产。同时由于目前集约化养殖步伐加快,现代化养殖技术的利 用,污水和粪便的清理采用机械化,由于停电造成清理不及时,导致养 殖场污水四溢,蚊蝇孳生,严重影响养殖场的防疫和安全生产。通过沼 气发电,可解决养殖场的日常用电,减少电网供电压力,确保集约化畜 禽养殖场正常生产。 4.2 有机肥、沼液市场分析 4.2.1 有机肥、沼液成分及其作用 厌氧发酵过程中,发酵料液中的可溶物主要由分子量不等的有机物 及各种离子组成。沼液中含有氮、磷、钾等营养元素,以及氨基酸、维 生素、蛋白质、赤霉素、生长素、糖类、核酸等对作物及畜禽的生长发 育有调控作用 “生理活性物质”,还含有钙、磷、铁、锌、钼等刺激作 物发芽和生长的离子。 表表 4-1 有机肥、沼液成分表有机肥、沼液成分表 名称名称有机肥有机肥(%)沼液沼液(PPM) 有机质有机质203360 腐殖酸腐殖酸100.18 TN1.792980 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院13 TP4.84128 TK0.761265 从沼液成分分析可看出沼液能起到多种作用,这些作用主要表现在 调节作物生长、增长肥效和抗病虫害三个方面。 1)沼液经过充分发酵,其中富含有多种作物所需的营养物质,因 而极宜作根外施肥,特别是当农作物以及果树等进入花期、孕穗期、灌 浆期、果实膨大期,喷施效果明显。沼液作为叶面肥可调节作物生长代 谢,补充营养,促进生长平衡,增强光合作用能力,尤其是施用于果树, 有利于花芽分化,保花保果,果实增重快,光泽变好,成熟一致,品质 好,商品果率显著提高; 2)由于沼液含有丰富的有机质和较多的腐殖酸,既是一种优质的 基肥,也是良好的土壤改良剂。沼液的施用可增加土壤团粒结构,增加 土壤中的空隙度,协调土壤中水、肥、气、热条件;同时沼液养分全面, 缓急相济,可以提高协调植株内激素平衡的作用; 3)沼液中含有多种生物活性物质,如氨基酸、微量元素、植物生 长剌激素、B 族维生素及某些抗生素等。其中有机酸中的丁酸和植物激 素中的赤霉素、吲哚乙酸以及维生素 B12 对病菌有明显的抑制作用。沼 液中的氨和铵盐及某些抗生素对作物的虫害有着直接抑制作用。因此, 沼液在我国部分地区用于防治病虫害。 4.2.2 有机肥、沼液市场分析预测 xxxx 周围有大量的饲料草和农田基地。本项目建成后,预计年生产 有机肥 2.3 万 t,沼液 9.4 万 t。根据有关资料统计,饲料草基地每亩需 要固体有机肥 0.5t/年, 50t/年以上。本项目生产的固体肥仅能满足 4.6 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院14 万亩饲料草基地,沼液肥仅能满足 1900 亩饲料草基地,可以说,远远 不能满足需要。因此本项目产生的沼渣、沼液市场前景良好。 4.3 建设规模 xxxx 有限公司现饲养奶牛 6000 头奶牛,经统计本工程处理粪污产 生量如下: 粪便产生量:250 m3/d(含水率为 80) ; 废水产生量:320m3/d。 4.4 厂址确定 本项目厂址选择在 xxxx 有限公司厂区内,占地 14.4 亩,具体参见 附图二附图二。 该选址符合养殖场整个生产系统的规划和要求,并能满足以下要求: a)在畜禽养殖场和附近居民区主导风向的下风侧; b)在畜禽养殖场的标高较低处; c)有较好的工程地质条件; d)能够满足防疫要求; e)有方便的交通运输和供水供电条件。 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院15 第 5 章 处理工艺选择 5.1 工艺选择原则 (1)资源化原则)资源化原则 畜禽粪污是一种有价值的宝贵资源,充分利用畜禽粪污资源是污染 防治的重要原则。畜禽粪污经处理后,可以产出再生资源(沼气、电能) 、有机肥(固态、液态)具有较好的经济价值。 (2)生态化原则)生态化原则 遵循循环经济指导思想,依据物质循环、能量流动的生态学基本原 理,强化种养平衡,促进种植业与养殖业结合,实现生态系统的良性循 环。 (3)综合效益原则)综合效益原则 兼顾环境效益、社会效益、经济效益,将治理污染与资源开发有机 结合起来,使养殖场粪污治理工程产出大于收入,提高治理工程的综合 效益。 (4)可靠性原则)可靠性原则 遵循技术先进、工艺成熟、质量可靠的原则,在设计中吸取国内外 先进的处理工艺和施工技术,使工程达到国内先进水平。 (5)管理简便原则)管理简便原则 合理处理人工操作和自动控制的关系,对不便人工操作,且人工成 本高的工艺,采用自动化技术,提高系统运行管理水平。 5.2 沼气工程比较和确定 生产工艺的确定是沼气工程建设的关键。工艺是否合理直接关系到 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院16 工程的处理效果、运转稳定性、投资、运转成本。因此,必须结合养殖 场粪污特征和沼气利用特点,综合考虑粪便资源、配套土地和能源需求 等因素,慎重选择适宜的生产工艺,以达到最佳的处理效果和经济效益。 目前比较成熟、适用的生产工艺有两大类,一类是以综合利用为主 的“能源生态型”沼气工程,另一类是以污水达标排放为主的“能源环 保型” 沼气工程。 “能源生态型” 沼气工程是指畜禽养殖场污水经厌 氧无害化处理后不直接排入自然水体,而是作为农作物的有机肥料的处理 利用工艺。 “能源环保型” 沼气工程指的是畜禽养殖场的畜禽污水处理后 直接排入自然水体或以回用为最终目的的处理工艺,该工艺要求最终出 水达到国家或地方规定的排放标准。 5.2.1 典型能源生态型沼气工程 1、工艺条件和特点、工艺条件和特点 “能源生态型”沼气工程指畜禽养殖场污水经厌氧消化处理后作为 农田水肥利用的处理利用工艺。 工艺适宜的条件: (1)养殖业和种植业的合理配置,即周围有足够的农田或市场能 够消纳厌氧发酵后的沼液、沼渣,使沼气工程成为能源生态农业的纽带。 (2)畜禽养殖场日污水排放量不大于日粪便排放量的 3 倍。 (3)项目建设点周边环境容量大,排水要求不高的地区。 工艺特点: (1)畜禽养殖场污水、粪便可全部进入厌氧消化器; Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院17 (2)沼气、沼肥产量大; (3)主体工程投资少、运行费用低; (4)操作简单、管理。 2、工艺说明、工艺说明 采用“能源生态型”沼气工程,项目建设目标是尽可能的多产沼气, 并通过对沼渣、沼液的综合利用实现沼气工程社会效益和经济效益双丰 收。 畜禽粪便、废水在经厌氧消化处理后,沼渣、沼液作为优质有机肥 料,用于绿色食品生产,使粪便得到能源、肥料多层次的资源化利用, 生态农业得以持续发展,并最终达到区域内畜禽养殖场粪污的“零排放” 。这种工艺遵循了生态农业原则,具有良好的经济效益和环境效益。 3、典型工艺流程、典型工艺流程 典型“能源生态型”工艺流程为: 炊用、发电等 贮气柜 沼气净化 液态肥 畜禽场污水 酸化池 搅拌池 集水池 厌氧消化器 沼液池 上清液 畜禽场粪便 蒸汽等加热 贮渣池 固液分离机 固体肥料用于农田 图图 5-15-1 能源生态型生产工艺流程图能源生态型生产工艺流程图 畜禽场的畜舍冲洗水与畜尿先汇集到系统集水池,再与畜粪在搅拌 池中搅拌均匀,将粪污调配成高浓度的发酵液(TS 浓度在 310左 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院18 右) ,然后集中到集水池内冬季向集水池内增温,确保厌氧反应器进料 的温度。厌氧消化器产生的沼气经净化后贮存到贮气柜,供发电或炊用。 沼渣排入贮渣池后经过固液分离机将含水率为 75的沼渣作为固体肥料 施用于农田,上清液与沼液共同排入沼液池作为液态肥适用于农田。 5.2.2 典型能源环保型沼气工程 1、工艺要求及特点、工艺要求及特点 “能源环保型”沼气工程指畜禽养殖场的畜禽污水处理后达标排放 或以回用为最终目标的处理工艺。 工艺适宜的条件: (1)规模化养殖场,最小污水处理量每天 50t; (2)项目建设点周边排水要求高,污水需要达标排放。 工艺特点: (1)在工艺前期尽可能通过物理方法去除污水中的固形物,降低 厌氧消化器工作负荷; (2)舍内清出的粪便以及固液分离机分离的粪渣可制作有机肥; (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)操作与管理水平要求较高。 2、工艺说明、工艺说明 采用“能源环保型”沼气工程,项目建设目标是实现污水的达标排 放。固体粪便制作有机肥,并通过对沼气的利用降低工程运行费用,此 类工程项目具有良好的社会效益。目前该工艺一般采用高效厌氧反应池 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院19 (UASB)与先进的好氧反应池(SBR)相结合的典型工艺路线。 3、典型工艺流程、典型工艺流程 典型能源环保型工艺流程为: 畜禽场污水 炊用、发电等 贮气柜 沼气净化 沉淀池 集水池 固液分离机 酸化调节池 UASB 反应器 畜禽场粪便 发酵车间 干化场 中间水池 加工车间 SBR 好氧池 固体肥料用于农田 达标排放 稳定塘 图图 5-25-2 能源环保型生产工艺流程图能源环保型生产工艺流程图 畜禽场的畜舍冲洗水与畜尿先汇集到集水池,用污水泵提升至固液 分离机,分离出的污水自流入沉淀池,进一步去除水中的杂物。沉淀后 污水经酸化调节池进入 UASB 厌氧消化器。经厌氧消化后污水自流入调 节池,通过污水泵泵入 SBR 池。为进一步达到节能和有效去除氨氮的 目的,一般设置稳定塘,以确保水质达标排放。沉淀池、UASB 反应池 和 SBR 池的污泥排入干化场,经干化后和畜舍清出的鲜粪经好氧发酵 后可作为优质有机肥料使用。UASB 池在进行厌氧生物反应过程中产生 的沼气经过净化送入贮气柜供发电或炊用。 5.2.3 工艺确定 综合分析前述可利用资源量、沼气量、产品供需平衡分析,本工程 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院20 具备建设“能源生态型”条件。 选择“能源生态型”沼气工程的原因在于: 1)牛场每天为沼气工程提供 250t 粪便,为工程提供了稳定的发酵 原料。 2)在调节发酵原料浓度时,能够完全利用其每天 320m3废水,不 需要再对污水进行处理。 3)工程产生的沼气用于发电。 4)周边农田基地可完全消纳工程产生的沼液、沼渣。 5)选择“能源生态型”工艺,投资少,运行费用低,管理操作简 单。 因此,沼气工程设计类型确定为“能源生态型” 。 5.3 厌氧工艺选择 在“能源生态型”沼气工程建设中,关键环节就是厌氧工艺的选择。 选用适合畜禽粪便处理的厌氧反应器是决定整个沼气工程投资与收益的 重要条件。下面就目前应用较多的厌氧工艺进行比较和确定。 5.3.1 可选择的厌氧工艺 1、厌氧接触工艺反应器、厌氧接触工艺反应器 厌氧接触工艺反应器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,与普通厌氧消化池相比,可大大缩短水力停留时间。 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院21 目前,全混合式的厌氧接触发应器已经被广泛应用于 SS 浓度较高的废 水处理中。 2、升流式固体反应器(、升流式固体反应器(USR) 升流式固体反应器是一种结构简单、适用于高悬浮固体原料的反应 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。未消化的生物质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。 3、厌氧滤器(、厌氧滤器(AF) 厌氧滤器是采用填充材料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器, 厌氧菌在填充材料上附着生长,形成生物膜。生物膜与填充材料一起形 成固定的滤床。厌氧滤床可分为上流式厌氧滤床和下流式厌氧滤床两种。 污水在流动过程中保持与充满厌氧细菌的填料接触,因为细菌生长在填 料上将不随出水流失,在短的水力停留时间下可取得较长的污泥泥龄。 厌氧滤器的缺点是填料载体价格较贵,反应器建造费用较高,此外,当 污水中 SS 含量较高时,容易发生短路和堵塞。 4、上流式厌氧污泥床反应器(、上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的厌氧反应,产生 沼气引起污泥床的搅动。在污泥床产生的沼气有一部分附着在颗粒污泥 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,这引起的附着的气泡释放;托起 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院22 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。 5、膨胀颗粒污泥床反应器(、膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB) EGSB 是与 UASB 反应器的结构相似,所不同的是在 EGSB 反应器 中采用相当高的上流速度,因此,在 EGSB 反应器中颗粒污泥处于完全 或部分“膨胀化”的状态,即污泥床的体积由于颗粒之间的平均距离的 增加而扩大。为了提高上升速度,EGSB 反应器采用较大的高度与直径 比和很大的回流比。在高速上升速度和产气的搅拌作用下,废水与颗粒 污泥间的接触更充分,因此可允许废水在反应器中有很短的水力停留时 间,从而 EGSB 可以高效的处理浓度较高的有机废水。 5.3.2 厌氧工艺比较 上述几种典型的厌氧工艺适用性能比较见下表 5-1: 表表 5-1 厌氧工艺性能比较厌氧工艺性能比较 反应器名称反应器名称优点优点缺点缺点适用范围适用范围 厌氧接触厌氧接触 反应器反应器 投资较省、运行管理简 单、容积负荷率较高,耐 冲击负荷能力强 停留时间相对较 长、出水水质相对 较差 适用于 SS 含量 较高的有机废水 升流式固体反升流式固体反投资较省、运行管理简停留时间相对较适用于 SS 含量 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院23 应器(应器(USR)单、容积负荷率较高,耐 冲击负荷能力强 长、出水水质相对 较差 较高的有机废水 厌氧滤器厌氧滤器 (AF) 处理效率高,耐负荷能 力强,出水水质相对较好 投资相对较大, 对废水 SS 含量要 求严格 适用于 SS 含量 较低的有机废水 上流式厌氧污上流式厌氧污 泥床反应器泥床反应器 (UASB) 处理效率高,耐负荷能 力强,出水水质相对较好 投资相对较大, 对废水 SS 含量要 求严格 适用于 SS 含量 较低的有机废水 膨胀颗粒污泥膨胀颗粒污泥 床反应器床反应器 (EGSB) 处理效率高,负荷能力 强,出水水质相对较好 投资相对较大, 对废水 SS 含量要 求严格 适用于 SS 含量 较少、高浓度的有 机废水 5.3.3 厌氧工艺确定 从表 5-1 可知,各种类型的厌氧工艺各有其优缺点和使用范围,在 一定的条件下选择适当的工艺形式是厌氧处理成功的关键所在。对于畜 禽养殖场废水而言,其废水中含固量很高,因此选择的厌氧反应器应适 用于进水 SS 较高的有机废水,由上表可以看出,升流式固体反应器 (USR)是比较适宜的。该反应器形式有利于节约投资;较长的水力停 留时间有利于的充分消化与降解,沼气的产量相对较高且相对稳定;有 利于项目的顺利实施与运行管理。 留民营鸡粪污水中温沼气发酵工程、房山区琉璃河猪粪废水沼气发 酵工程、房山区南韩继和平谷县南独乐河猪粪废水沼气工程的厌氧消化 器均采用 USR 工艺,运行稳定,效果较好。 但是,畜禽养殖场废水有机物浓度高,采用一级厌氧工艺出水中有 机物浓度仍较高,为进一步充分回收沼气,降低沼液的有机物浓度,在 USR 增加二级厌氧工艺上流式厌氧污泥床反应器(UASB)是较为合 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院24 适的。 5.4 工艺流程 根据 xxxx 有限公司奶牛场现状与其周边农村环境,确定本项目采 用能源生态型,工艺流程如下: 粪尿及冲洗废水 牛 粪 格栅渠 废水储存池 长草 电力输出 细砂 沉 砂 渠 有机肥 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院25 发电机 沼气加热 计 量 池 发酵车间 泵 贮气柜 沼气净化系统 USR 反应器 沼渣固液分离机 沉 淀 池 UASB 反应器 贮 渣 池 贮 液 池 泵 回用 图图 5-35-3 养殖废弃物综合利用工艺流程图养殖废弃物综合利用工艺流程图 本工程工艺流程主要包括四大部分,即:预处理工段、厌氧处理工 段、有机肥处理工段和沼气发电工段。 5.4.1 预处理工段 预处理工段主要由格栅渠、废水储存池、沉砂渠和计量池组成。 鲜牛粪采用专用运输设备运至沼气工程堆放场。牛尿和生产污水则 通过场内的污水管线泵入到废水储存池,作为调配粪污的用水。废水储 存池前设置格栅渠,以清除污水中较大的杂物。废水储存池内采用机械 搅拌方式,将含水率 80的牛粪与废水调配成含水率 9394的高浓 度有机废水。由于鲜牛粪中含有大量的细砂和长草,在搅拌调浆过程中 采用禽草分离器将漂浮在池面的长草人工清除。调制好的粪便废水在通 过沉砂渠时将细砂沉淀下来,并定期清除。沉砂池出水进入计量池,池 内安装蒸汽换热系统提高废水水温以满足中温厌氧要求。计量池设有温 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院26 度传感器,调整进入调节池的蒸汽量。 5.4.2 厌氧处理工段 由 USR 反应器、沉淀池、UASB 反应器和贮液池组成。 本项目采用二级厌氧处理工艺(USRUASB) ,在无氧条件下,借 兼性菌及专性厌氧细菌降解有机污染物,分解的主要产物是以甲烷为主 的沼气。产生的沼气经脱硫、脱水、脱杂净化后进贮气柜,利用热电联 供机组发电。由于厌氧反应过程需要在一定的温度下进行,为了保证厌 氧罐的温度,对厌氧反应器也要采取适当的保温措施。 UASB 排出废水和固液分离机上清液,排出沼液进入沼液池储存。 5.4.3 有机肥处理工段 由贮渣池、发酵车间组成。 USR、UASB、沉淀池排出的沼渣排入贮渣池储存,在发酵车间设 置挤压式固液分离机,分离沼渣,沼渣制成有机肥,滤液进入沉淀池。 5.4.4 沼气发电工段 由贮渣池、沼气净化间组成。 1、沼气的产生、沼气的产生 沼气含 5070%的 CH4,2540%的 CO2,15%的硫化氢和氮硫化 物,其中硫化氢含量约为 0.51.0%。USR、UASB 厌氧反应器产生的沼 气先通过沼气净化系统,再进入贮气柜储存,然后送往发电机组发电, 发往沼气锅炉以备加热,余热回收作为厌氧反应器加热热源。 1)贮气柜 由于产气量和用气量之间存在着一个平衡,所以必须设置贮气柜进 行调节。贮气柜体积应按最大调节容量决定。对于采用连续用户的情况, Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院27 如锅炉和发电,可以适当减少沼气贮柜的尺寸。根据业主的要求,沼气 贮气柜设计 1000m3。贮气柜有多种形式,目前常用的是浮罩式贮气柜。 浮罩式贮气柜有低压柜和中压柜两种,低压柜在国内应用最广,其由水 封池和浮罩组成。浮动罩下的水室在冬季时应有防冻措施,应设置热水 盘管或吹入蒸汽。 2)水封罐 在沼气管道上的适当地点应设置水封罐,以便调整和稳定压力,在 消化池、贮气柜、压缩机、锅炉房等构筑物之间起隔绝作用。水封罐也 可兼作排除冷凝水之用。由于沼气含有水分,沼气柜下沼气管道上的两 个水封罐中经常积存过多的水分,导致沼气柜与消化池内的压力异常, 也应定时从沼气柜下水封罐放水,以保持合适的水位。因此,应定时地 补充到所需要的水位。冬季应有切实可行的防冻措施。 3)安全装置 贮气柜应设置安全阀,进、出气管道上应安装阻火器。阻火器的作 用是防止明火沿沼气管道流窜,引起贮气柜、集气室及其他重要附属设 施的爆炸。一般在贮气柜的进出气管上以及压缩机或鼓风机前后,均应 设置阻火器,有时为了安全,可串联设置干式和湿式阻火器。由于沼气 柜的频繁升降,钢柜壁经常常时间与水封接触,从而造成比较严重的锈 蚀。因此,应根据实际运行情况,对沼气柜的表面定期进行除锈上漆工 作。 2、沼气的脱硫、沼气的脱硫 沼气中硫及硫化物(H2S)对发动机具有很强的腐蚀性,如其成分 超出规定标准(20mg/Nm3) ,必将影响机体、缸盖、活塞、中冷器及进 Xxxxx 有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目有限公司奶牛养殖废弃物综合利用示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 xxxxxxxxx 研究设计院研究设计院28 气管系的正常使用寿命,严重的会造成部件无法使用,影响机组性能。 同时也需考虑硫化物对沼气柜的腐蚀。因此,沼气在进入机组前应采取 必要的脱硫措施。 1)干法脱硫 一般采用常压氧化铁法脱硫,选用经过氧化处理的铸铁屑作脱硫剂, 疏松剂一般为木屑,放在脱硫罐中。气体以 0.40.6m/min 的速度通过。 当沼气中硫化氢含量较低时,气速可适当提高,接触时间一般为 23min。吸收塔设两组,以便交换使用。设计温度为 2535,脱硫 装置应有保温措施。脱硫装置前应有凝结水疏水器。 2)湿法脱硫 由两部分组成,一为吸收塔,一为再生塔。含 23的碳酸钠溶液, 由吸收塔塔顶下喷淋,沼气由下而上逆流接触,除去硫化氢。碳酸钠溶 液吸收硫化氢后,经再生塔,通

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