规模化养猪场沼气工程应用技术

规模化养猪场沼气工程应用技术中国农业大学林聪2006年8月20日内容一.沼气技术的发展二.养殖场沼气工程的应用模式三.沼气工程的内容四.沼气发酵装置五.综合利用一、沼气技术的发展

1866年，勃加姆波（Bechamp）首先指出甲烷的形成是一种微生物学的过程。1896年在英国埃克塞特市，用马粪发酵制取沼气点燃街灯。1936年，英国首先在泰晤士河畔的废水工厂中应用厌氧消化技术，并将回收的沼气作为补充能源。1950年洪格特创造了厌氧技术。1958年全国不少省市曾推广过沼气。20世纪70年代，又一次重视并大力推进沼气建设，再次掀起了沼气建设高潮。

20世纪八十年代以后，开展了大量有关沼气发酵的理论和应用技术的研究，并取得了可喜的研究成果，我国的沼气建设开始稳步发展。90年代以来，经过多年的研究、开发、试点示范沼气建设技术获得重大突破。

一.沼气技术的发展

农村沼气发展生态模式南方“猪-沼-果”、北方“四位一体”西北“五配套”养殖场沼气工程建设模式能源环保模式能源生态模式。形成了“种植业（饲料）—养殖业（粪便）—沼气池—种植业（优质农产品、饲料）—养殖业”循环发展的农业循环经济基本模式。三沼的应用沼气——已经开始注重集中供气系统的建设，利用增压和减压调节装置，通过输送管道将沼气配送到农户，形成了供气管网，并向农民供应沼气，解决生活燃料问题，。发电——我国自产单燃料沼气发电机技术越来越成熟，能源短缺的现实和可再生能源利用技术的完善，使沼气发电已经成为沼气工程中很重要的一部分。沼渣液——沼肥是很好的有机肥料，已被广泛用作基肥和无土育苗基质，果园和蔬菜大棚有机肥灌溉施用，并作为固体有机肥进入了市场销售。沼气的性质沼气是有机物质在厌氧条件下经过多种细菌的发酵作用而最终生成的一种混合气体。它的主要成分是甲烷（CH4），通常占总体积的50％～70％；其次是二氧化碳，约占总体积的30％～40％；其余硫化氢、氮、氢和一氧化碳等气体约占总体积的5％左右。沼气是一种良好的气体燃料，燃烧时火焰呈蓝色，最高温度可达1200℃左右。沼气中因含有二氧化碳等不可燃气体，其抗爆性能好，辛烷值较高，又是一种良好的动力燃料。甲烷与沼气的主要理化性质

理化性质甲烷（CH4）标准沼气（CH460%，CO2<40%）体积百分百（%）热值（千焦／米３）密度（克/生标准状态）比重（与空气相比）临界温度（０Ｃ）临界压力（ｘ105帕）爆炸范围（与空气混合的体积百分比）气味54～80358200.720.55-82.546.45～15无100215201.220.94-25.7～-48.4259.35～53.938.80～24.4微臭沼气发酵原料及厌氧微生物各种有机的生物质，如秸秆、杂草、人畜粪便、垃圾、污水、工业有机废物等都可以作为生产沼气的原料。沼气微生物（产甲烷菌群）广泛存在于自然界里，诸如湖泊和沼泽的底层污泥中，有机物质经沼气微生物的发酵作用而产生出可燃气体，自水中冒出来。所以，人们称它为“沼气”。有些反刍动物的胃里（如牛胃），有时也能有沼气发生。人们有意识地建造的沼气发生器，就叫“沼气池”。沼气池中为保证细菌的厌氧消化过程，就要使厌氧细菌能够旺盛地生长、发育、繁殖和代谢，这些细菌的生命越旺盛，产生的沼气就越多。因此造成良好的厌氧分解条件，为厌氧细菌的生命活动创造适宜的环境是多产沼气的关键。二、养殖场沼气工程的应用模式

不同规模、不同特点、不同生产工艺的规模养殖场粪污水处理工艺是将厌氧生物技术、好氧生物技术、水肥耦合灌溉和喷施技术和有机肥料生产技术等单项技术的最优化组合，通过工程手段将等技术有机地结合在一起，建立了能源生产和利用模式，厌氧发酵与污水处理结合的粪污水达标排放模式，实现了各种资源的最大利用度和最佳转换生态链，实现了种植——养殖结合一体化生态循环平衡系统，从根本上解决养殖场环境污染与资源利用的问题。综合利用农村生物质资源，发展循环经济.沼气发酵的基本工艺流程

有机废物剩余污泥(可用作肥料)储存沼气净化调节池预处理厌氧消化器后处理用户排放养殖殖场场沼沼气气工工程程的的应应用用模模式式各种种适适宜宜模模式式根据据现现场场条条件件和和对对发发酵酵残残留留物物处处理理利利用用方方式式和和要要求求的的不不同同，，沼沼气气工工程程可可以以有有两两大大类类，，即即生生态态类类型型和和环环保保类类型型。。在在实实际际工工程程设设计计中中，，根根据据现现场场条条件件、、沼沼气气利利用用和和排排放放等等方方面面的的要要求求，，可可以以选选择择模模式式。能源源－－环环保保型型主要要应应用用于于周周边边既既无无一一定定规规模模的的农农田田，，又又无无闲闲暇暇空空地地可可供供建建造造鱼鱼塘塘和和水水生生植植物物塘塘的的畜畜禽禽场场。。该该模模式式特特点点是是，，畜畜禽禽废废水水在在经经厌厌氧氧消消化化处处理理后后，，必必须须再再经经过过适适当当的的好好氧氧处处理理，，如如曝曝气气、、物物化化处处理理等等，，使使其其达达到到国国家家规规定定的的相相关关环环保保排排放放标标准准。。能源－环环保模式式能源－生生态型主要适用用于周边边有适当当规模的的农田、、鱼塘或或水生植植物塘的的畜禽场场。该模模式特点点是，畜畜禽废水水在经厌厌氧消化化处理后后，排灌灌到农田田、鱼塘塘或水生生植物塘塘，经过过多层次次的资源源化利用用，既为为无公害害农产品品生产提提供充足足的肥源源，又实实现了粪粪污的““零排放放”。能源－生生态模式式沼气工程程规模分分类指标标工程规模单体容积(m3)总体容积(m3)沼气产量(m3/d)配套系统的配置大型≥300≥1000≥300完整的原料预处理系统；沼渣、沼液综合利用系统；沼气贮存、输配和利用系统；中型300＞V≥501000＞V≥100≥50原料预处理系统；沼渣、沼液综合利用系统；沼气贮存、输配和利用系统；小型50＞V≥20100＞V≥50≥20原料计量、进出料系统；沼渣、沼液综合利用系统；沼气贮存、输配和利用系统；备注沼气产量是指在发酵温度大于25℃总体装置的沼气产量沼气工程程适用于于高浓度度有机粪粪污水厌氧发酵酵能量转转化率高高，有机机物去除除率高达达80－－90％％发酵过程程无需能能耗，运运行费用用低发酵过程程产出沼沼气－清清洁能源源产生污泥泥量少具有降解解某些难难降解物物质和有有毒的有有机物的的能力三、大中中型沼气气工程建建设的内内容1、粪污污水的收收集、饲饲养种类类、饲养养工艺、、清粪工工艺、养养殖规模模、粪污污排污量量等；2、所选选厌氧发发酵工艺艺、发酵酵池型；；3、储气气系统；；4、沼气气利用系系统，输输配气系系统、发发电系统统；5、沼气气净化系系统、监监测系统统；6、沼渣渣、沼液液综合利利用系统统，周围围土地承承受和消消纳能力力，周围围种植结结构、品品种、对对水肥的的需求；；7、固体体肥料生生产。粪污水的的处理原原则根据饲养养工艺、、排污量量的大小小和排污污浓度的的特点，，按照清清洁化生生产的原原则，在在饲养工工艺方面面进行可可操作的的调整，，结合废废弃物处处理、环环境保护护、资源源综合利利用和生生态农业业生产的的要求选选择最适适宜的处处理工艺艺与综合合利用模模式，粪粪污水的的处理原原则要满满足：1、减量量化：2、无害害化:3、资源源化：4、生态态化：1、减量量化：要治理好好畜粪污污染，必必须从污污染的源源头抓起起，必须须有效的的削减污污染总量量。实行行干清粪粪工艺，，并将冲冲圈水减减少到最最低限度度，从而而减少治治理经费费，达到到将污染染源控制制在最低低限度的的目的。。2、无害害化:选用先进进工艺技技术，结结合猪场场周围的的环境、、粪污消消纳能力力和能流流物流生生态平衡衡的特征征，因地地制宜，，消除污污染，消消除蚊蝇蝇孳生，，杀灭病病菌，实实现污水水达标排排放和能能源生态态综合利利用的““零排放放”。3、资源源化：有害粪污污经过治治理，达达到变废废为宝的的目的。。粪便治治理后可可作为花花卉、蔬蔬菜、大大田作物物的有机机肥或深深加工成成有机复复合肥。。厌氧发发酵残余余物沼渣渣沼液除除含有ＮＮ、Ｐ、、Ｋ外,还含有有钙、铜铜、锌、、铁等多多种微量量元素、、氨基酸、、维生素素、生长长素和有有益微生生物，是是一种速速、迟效效兼备的的有机肥肥料。利利用沼肥肥对果树树、蔬菜菜及作物物进行灌灌溉或喷喷施，节节省大量量农药和和化肥，，节约生生产成本本，改善善土壤理理化结构构，提高高土壤肥肥力，调调节作物物生长，，抑制病病虫害，，能够增增产增质质增值。。污水处处理后的的灌溉和和回用可可使水资资源得到到进一步步的利用用，是粪粪污处理理工程可可持续发发展的基基础。4、生态态化：建成“畜畜→污→→沼→饲饲→菜→→畜”和和“畜→→污→水水→菜→→果→田田→畜””的生态态平衡系系统，通通过污染染防治为为有机农农业的发发展提供供重要依依托。利利用现代代科学技技术，通通过人工工设计生生态工程程，以协协调发展展与环境境之间、、资源开开发利用用与生态态保护之之间的关关系。粪污资源源化的关关键干清粪，，固液前前分离，，减少处处理难度度与处理理量消灭虫卵卵、致病病菌，处处理后的的污水回回用与灌灌溉大力推进进有机肥肥产业化化进程加强工程程技术手手段的研研发和支支持力度度与其它农农业生产产技术结结合四、沼气气发酵装装置按储气方方式，可可分为水水压式、、浮罩式式和气袋袋式；按几何形形状，可可分为圆圆筒形、、球形、、椭球形形、拱形形、长方方形、坛坛形等；；按发酵机机制，可可分为常常规型、、污泥滞滞留型和和附着膜膜型三大大类；按埋设位位置，可可分为地地下式、、半埋式式和地上上式三大大类；按建池材材料，可可分为砖砖结构、、混凝土土结构、、钢筋混混凝土结结构、玻玻璃钢、、塑料和和钢丝网网水泥、、Lipp罐和和搪瓷钢钢板罐等等；按发酵温温度，可可分为常常温发酵酵、中温温发酵和和高温发发酵。按阶段划划分可为为两阶段段发酵，，一级发发酵和两两级或多多级发酵酵等。1．水力力滞留期期(HRT)厌氧消化化器的HRT是是指一个个消化器器内的发发酵液按按体积计计算被全全部置换换所需要要的时间间．通常常以天(d)或或小时(h)为为单位。。当消化器器在一定定容积负负荷条件件下运行行时，其其HRT与发酵酵原料有有机物含含量呈正正比，有有机物含含量越高高，HRT则越越长，这这有利于于提高有有机物的的分解率率。HRT（（d）=消化器的的有效体体积÷每每天的进进料量处理牛粪粪时HRT与甲甲烷产气气率的关关系牛粪不同同滞留期期的产气气率与原原料利用用率(高高温发酵酵)甲烷产率/L/（L·d）HRT/d

HRT与甲烷产气率的关系曲线滞留期（d）产气率(m3/m3·d)原料利用率%46.2939.864.9646.1122.8952.82．固体体滞留期期(SRT)SRT是是指悬浮浮固体物物质从消消化器里里被置换换的时间间。在一一个混合合均匀的的完全混混合式消消化器里里，SRT与HRT相相等。SRT在非完完全混合消化化器里与HRT无直接关关系试验表明，固固体有机物的的分解率与SRT呈正相相关。因此，，延长SRT是提高固体体有机物消化化率的有效措措施。3.微生物滞滞留期(MRT)微生物滞留期期指从微生物物细胞的生成成到被置换出出消化器的时时间。在一定条件下下，微生物繁繁殖一代的时时间基本稳定定，如果MRT小于微生生物增代时同同，微生物将将会从消化器器里被冲洗干干净，厌氧消消化将被终止止。如果微生生物的增代时时间与MRT相等，微生生物的繁殖与与被冲出处于于平衡状态，，则消化器的的消化能力难难以增长，消消化器则难以以启动。如果果MRT大于于微生物增代代时间，则消消化器内微生生物的数量会会不断增长。。延长MRT不不仅可以提高高消化器的处处理有机物的的效率，厌氧消化器分分类类型滞留期特征消化器举例常规型MRT=SRT=HRT常规消化器塞流式完全混合式污泥滞留型（MRT和SRT）>（HRT）厌氧接触工艺升流式固体反应器生流式厌氧污泥床附着膜型MRT>（STR和HRT）折流式厌氧滤器流化床和膨化床常规型消化器器常规消化器模模式图连续搅拌罐反反应器塞流式消化器器污泥滞留型消消化器厌氧接触工艺艺升流式厌氧污污泥床(UASB)污泥滞留型消消化器内循环反应器器(IC)升流式固体反反应器(USR)污泥滞留型消消化器折流式反应器器附着膜型消化化器厌氧滤器流化床和膨胀胀床升流式固体反反应器沼气工程沼气

工程沼气工程推流式厌氧消消化器储气柜沼气发酵液不不能直接排放放，否则会导导致二次污染染，必须后处处理加以资源源化利用。沼沼气发酵液作作为有机肥应应根据当地土土壤状况和种种植施肥情况况应用于果树树、养鱼、种种花和蔬菜、、大田种植业业。五、综合利用用厌氧发酵残留留物的利用沼液中含有氮氮、磷、钾、、钙、铜、锌锌、铁、B族维生素、赤赤霉素、氨基基酸和酶活性性物质。沼气厌氧发酵酵后约95%的寄生虫和有有害细菌被杀杀灭。发酵后的沼液液无机元素络络合，进行沼沼渣、沼液深深加工，生产产多元复合营营养有机复合合有机肥，有有利于植物的的优质生产和和某些病虫害害防治。以沼气为纽带带的物质资源源利用模式图图生态系统能流流与物流动态态平衡转化系系统厌氧发酵综合合利用系统工工艺流程Thankyou2006年8月20日9、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。20:47:4120:47:4120:4712/29/20228:47:41PM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2220:47:4120:47Dec-2229-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。20:47:4120:47:4120:47Thursday,December29,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2220:47:4120:47:41December29,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。29十十二二月月20228:47:41下下午午20:47:4112月月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月228:47下下午午12月月-2220:47December29,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/2920:47:4120:47:4129December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。8:47:41下午8:47下下午20:47:4112月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多事情努努力了未必有有结果，但是是不努力却什什么改变也没没有。。20:47:4120:47:4120:4712/29/20228:47:41PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2220:47:4120:47Dec-2229-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。20:47:4120:47:4120:47Thursday,December29,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2220:47:4120:47:41December29,202214、意意志志坚坚强强的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥块块一一样样任任意意揉揉捏捏。。29十十二二月月20228:47:41下下午午20:47:4112月月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荆门门九派派通。。。。十二月月228:47下下午午12月月-2220:47December29,202216、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2022/12/2920:47:4220:47:4229December202217、空山新新雨后，，天气晚晚来秋。。。8:47:42下午午8:47下午午20:47:4212月-229、杨柳散和风风，青山澹吾吾虑。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、阅