新型三段式红泥塑料沼气工艺和沼气红泥塑料贮气袋技术及其应用.doc

新型三段式红泥塑料沼气工艺和沼气红泥塑料贮气袋技术及其应用张 冲（福州北环环保技术开发有限公司 福州35003） 一、新型三段式红泥塑料沼气工艺原理及应用畜禽养殖废水处理过程是一个复杂的物理、生化处理过程，可分为前处理阶段、红泥塑料厌氧发酵阶段、生物好氧净化阶段，亦称“三段式处理工艺”。新型三段式红泥塑料沼气工程TRPD工艺流程：第一阶段：前处理阶段，是畜禽粪污水处理过程中的一个重要阶段。 前处理阶段是采用物理方式对厌氧发酵前的鲜粪水进行分离、沉淀和预处理，为兼性、专性厌氧细菌的生长创造有利条件，达到提高厌氧生物处理效果的目的。畜禽养殖粪污水是一种复杂成分的有机废水。鲜粪水中往往悬浮固体（SS）浓度超过COD浓度的50%，蛋白质、油脂与表面活性剂和Ca+、NH4+、S2-等离子浓度也较高，并且常伴随有毒、有害的高浓度消毒水，这些成分进入厌氧池后将降低厌氧污泥的活性，对厌氧污泥和生物膜造成毒害或抑制作用，降低厌氧处理效果。以往畜禽养殖粪污水治理忽视前处理，造成后续处理设施负荷大、治理效果差。本工艺特别强调畜禽粪污水前处理阶段的充分减量化。通过设置沉砂、分离、沉淀等措施去除粪污水中的粪渣、沉渣、浮渣，均衡调节出水水质、水量，进入厌氧发酵装置的污水初步水解、酸化和充分减量化。前处理阶段的工艺设计主要有以下优点：1、由于水质已初步水解、酸化，所以粪污水进入厌氧池后，兼性、专性厌氧细菌能迅速繁殖、发挥降解作用，缩短了污水厌氧发酵滞留时间。2、由于已充分清除了粪渣、沉渣、浮渣，所以粪污水进入厌氧发酵池后不存在堵塞现象。水路通畅、水力分布均匀，提高了厌氧发酵效果。3、污水中的悬浮固体（SS）浓度和蛋白质、油脂、表面活性剂及Ca+、NH4+、S2-等物质，在前处理阶段通过清除粪渣、沉渣、浮渣过程已充分减量化，同时通过调整水质、均衡出水等措施，有效降低了上述物质（含消毒废水）对厌氧污泥活性造成的冲击和毒害影响，各类厌氧菌群活性强，杜绝了厌氧发酵发生中毒不产气现象，保证了厌氧发酵装置正常工作。4、由于充分减量化，进入厌氧池的粪污水COD浓度降低40%-65%，可降低污水厌氧滞留时间，减少厌氧池容积，减少投资。5、污泥干化场：TRPD工艺在各类处理池（沟）底部均设计了排沉渣（污泥）装置，定期排出的沉渣（污泥）通过管道（沟）集中到干化场，利用自然条件浓缩、干化后处理利用。干化场滤出的污水回流至集水池，进行再次净化处理。清出的粪、沼渣经干化场处理后外运出售，或处理施肥，或生产有机肥料。污 泥 干 化 场干清粪前处理阶段工艺路线：粪渣浮渣粪渣沉渣滤水固液分离机沉淀、酸化调节池集水井沉砂池格 栅雨污分离猪 舍 厌氧发酵第二阶段：红泥塑料厌氧发酵阶段是畜禽粪污水处理的核心，目的是将第一阶段的出水进行高效厌氧发酵反应，降解有机质浓度并产生沼气。国内外对厌氧发酵装置进行了大量的研究，北环环保技术开发有限公司采用新材料在吸收了国内外先进工艺的基础上，成功研发了红泥塑料厌氧发酵装置，该装置主要有以下特点：1、红泥塑料厌氧发酵槽分为发酵前槽和发酵后槽，发酵前槽吸取了高效循环反应器（IC反应器）的原理，底部为斜井结构，可实现单级和多级污泥循环搅拌：发酵后槽则吸取了AF平流方式，整体采用折流板反应器结构，池体结构设计先进，各池厌氧活性污泥菌群优化、分布均匀。2、发酵装置顶部覆盖材料采用红泥塑料覆皮。红泥塑料覆皮具有吸热性好，抗腐蚀、抗紫外线、抗老化等优点，能充分吸收太阳能量，一般日照天气红泥塑料覆皮内温度可达35-55，厌氧发酵温度高、沼气产气量大、污水降解效果好。3、一般地埋式钢筋混凝土氧发酵装置池体内压力在0-8000Pa之间波动（最高压力是红泥塑料覆皮厌氧发酵装置的13倍），由于压力波动幅度大、频繁，会对发酵装置的池壁、池底产生很大的变化应力，池体容易产生漏缝，影响发酵装置正常运行使用，基建必须采用钢筋混凝土结构，施工要求高、复杂、周期长，土建造价高。而红泥塑料厌氧发酵装置由于池内压力恒定（600Pa），载荷稳定，池体应力基本恒定，无上述缺陷，使用寿命长，并且池体构筑物施工简单（砖混结构）、建设工期短。 4、地埋式钢筋混凝土厌氧池，由于池压环境变化大，不利于各类厌氧菌群的健康繁殖、代谢，而红泥塑料厌氧沼气池由于池内压力低，并且压力恒定，避免了因池压环境变化对各类厌氧菌群生长发育的影响。 5、红泥塑料厌氧发酵装置有机质降解效果好、产气率高，污水滞留期短，相同的处理效果，厌氧发酵池容积小，整体投资一般低20%-35%，并且维修管理方便、无动力运行、费用低。6、目前已完成工程该段经检测，污水降解率夏季可达85%，冬季也能达到75%，降解效果均达到国内先进水平。7、利用红泥塑料厌氧发酵装置也适合对旧厌氧池或废池进行改造，费用小，且效果显著。红泥塑料覆皮厌氧发酵装置与地埋式钢筋混凝土厌氧发酵装置投资、使用性能比较一览表 项 目红泥塑料厌氧发酵装置地埋式钢筋混凝土厌氧发酵装置污水滞留期较 短（7-8天）较 长（12-14天）基建费用较 小较 大设备费用较 大较 小总投资较 小较 大基建施工方便、建设工期短较难、建设工期较长设备安装简 单简 单池体密封性好差（易产生缝漏 ）菌种培养易、培养时间短较难、培养时间较长发酵温度吸收太阳能，达到中温发酵不能利用太阳能，常温发酵沼气压力沼气压力恒定（600pa）沼气压力波动大（0-6000Pa）抗消毒剂能力较 强较 弱污水处理效果处理效果好、稳定，产气率高处理效果较差、不稳定，产气率一般产业化水平好差清渣、除泥不需清池，排渣、除泥容易需清池，排渣、除泥困难维护管理方便较难安全性能可 靠较难控制说明：性能比较指在相同的污水量、降解率条件下的投资及使用效果第三阶段：生物好氧净化是最终实现粪污水的无害化、资源化和再生利用的关键环节。生物好氧净化是采用自然生态净化方式，对厌氧出水进行降解处理，通过多道溶氧、升流式渗滤、污泥沉降和植物吸收，使污水中残余的有机物、营养素和其它污染物质进行多级转化、降解和去除。生物好氧净化处理主要包含仿生态氧化沟工艺和三级生物氧化塘工艺。 1、仿生态氧化沟集传统氧化沟与人工湿地的优点，是一种模仿自然生态净化的系统。通过设置多道升流式渗滤屏和污泥回流沉井，利用自然溶氧、UV氧化还原、植物净化等自然降解原理，被处理的污水通过浅层流动溶氧，薄层跌落充氧，渗滤屏微生物吸咐以及水生植物吸收等作用，降解去除有机物和进行脱氮、除磷。整个系统的动力都来源于自然水位落差，不需要任何设备，具有投资少、无能耗、效果好等优点，去除率40%-55%。2、三级生物氧化塘：经过设计施工，在自然条件下，通过藻菌共生系统，进一步净化水质，达到最终排放和利用的目的，每一级出水均采用升流式渗滤。去除率40%55%。生物好氧净化工艺，具有设计结构科学简单、维护管理方便、无运行动力、处理效果明显的优点。并且这种低成本、低能耗、合理利用自然生态系统净化功能的污水处理技术尤其适合于农村、农业养殖污水的后道处理。该工艺目前与福建省农科院生物工程研究所共同研究，经检测总降解率可达60-70%。红泥塑料厌氧发酵装置成套技术主要污染物预期处理效果一览表序号工 序名 称CODcrmg/LSS mg/LNH3-N mg/L进水出水去除率进水出水去除率进水出水去除率1固液分离机15000105003055038530%2沉淀、调节池10500525050%8450380255%38519250%3红泥塑料厌氧池5250131375%380295075%192221-15%4仿生态氧化沟131372245%95042755%22111050%5生物氧化塘72239745%42719255%1105550%6累计去除率97.4%98.6%90%7国家排放标准40020080二、红泥塑料贮气袋及其供气装置的特点和应用沼气的贮存方式一般分为低压干式贮气和低压湿式贮气两种，红泥塑料贮气袋属于低压干式柔性贮气，它与其它常规贮气方式相比具有明显的优点沼 气 水 封 恒压装置 脱硫装置 红泥塑料贮气袋 沼气增压装置 沼气利用（发电、燃料）红泥塑料沼气贮存净化利用流程图红泥塑料贮气袋与常规钢浮罩贮气柜性能比较表 （以储存沼气容积100m3为例） 项 目红泥塑料贮气袋常规钢浮罩贮气柜基建费用小（约0.7万元）大（约2万元）设备费用大（约4.7万元）大（约5.5万元）总投资较 小（5.4万元）较 大（7.5万元）基建施工方 便困 难占地面积较 大（可叠加）较 小设备安装简单、可搬迁、可叠加难、无法搬迁、无法叠加沼气使用方 便一 般贮气方式干式贮气（能适应温度变化）湿式贮气（不能适应温度变化）供气压力稳定、波动小变化、变化大维 护简单、容易难气体密封性能好不易保证使用寿命长短贮气容量大小均可，增容减量容易固定、增容需扩建，难度大安全性能可 靠较难控制设备施工、安装简单、方便复杂、要求高气水分离效果好，大于95%差，温度变化略有提高沼气输气压力配套恒压供气控制装置，供气压力稳定无恒压供气控制装置，供气压力不稳定三、红泥塑料贮气袋及其供气装置的特点和应用特点及应用：1、常规钢浮罩贮气柜，由于贮气柜内压力变化大（压力在0-8000Pa之间波动变化），基建必须采用钢筋混凝土结构和笨重的钢浮罩，施工要求高、复杂、安装难度大、建设周期长，造价高。而红泥塑料贮气柜由于压力低（恒定在200Pa），属于低压柔性干式贮气，设施重量轻，对基础无特殊要求，基建施工简单、造价低，相同的贮气容积，红泥塑料贮气柜比常规钢浮罩贮气柜整体投资一般低20%-30%，而使用寿命提高一倍以上，迁移方便。2、常规钢浮罩贮气柜由于压力波动幅度大、频繁，对基建设施各部位会产生很大的变化应力，对基建设施容易产生破坏，易引发影响贮气柜正常使用的一系列毛病。3、红泥塑料贮气袋气密性好，贮（供）气不受气候影响，避免了湿式贮气因霜冻结冰，无法正常使用的现象。4、红泥塑料贮气袋可根据气量大小采用串联式连接，随时改变贮气容积，维护管理方便、安全性能可靠等优点，农村小户型沼气也适用。四、红泥塑料沼气工艺和红泥塑料沼气贮气袋技术有利于规模化推广，产业化发展。1、红泥塑料厌氧覆皮和沼气贮气袋采用进口35KW双工位大功率高周波熔接设备生产加工，取代了传统手工焊接过程中脱焊、虚焊、漏焊的不足，焊缝强度优于同类原材料强度，确保了产品的使用寿命。通过高周波熔接设备可制造各种不同规格的厌氧覆皮和沼气贮气袋。2、工程部分结构、材料和设备实现了专业化、系列化、工厂化生产，可根据客户不同要求进行工厂制造和加工、现场安装，商品化程度高。养猪场沼气工程土建部分竣工后，安装调试一般七天即可完成。该项技术已获：福建省先进环保实用技术推广使用证书，证书编号：2005021；福建省2005年项目成果转化扶持资金项目，