规模养牛场粪污厌氧发酵制沼气工程设计研究_杨明珍

规模养牛场粪污厌氧发酵制沼气工程设计研究杨明珍1，2(1．辽宁省环境科学研究院，辽宁沈阳110031;2．辽宁省流域污染控制重点实验室，辽宁沈阳110031)摘要对畜禽养殖粪污治理技术进行简要综述，以规模化养牛场粪污治理为实例，开展厌氧发酵制沼气工程设计研究。最后，指出厌氧发酵制沼气工程设计过程中重点注意的问题。关键词沼气工程;设计;牛粪中图分类号X713文献标识码A文章编号0517－6611(2011)18－11072－02ResearchonBiogasEngineeringDesignforCattleFarmYANGMing-zhen(LiaoningAcademyofEnvironmentalSciences，Shenyang，Liaoning110031)AbstractThetechnologyofanimalmanuretreatingwasanalyzed，andthedesignofbiogasengineeringforcattlefarmhadbeenputoutasanexample．Someadvicesforthedesignofbiogasengineeringwereputforwardintheend．KeywordsBiogasengineering;Design;Cattlemanure基金项目国家科技重大专项(2008ZX07208-005)。作者简介杨明珍(1980－)，男，内蒙古赤峰人，工程师，硕士，从事污水处理技术研究与工程设计，E-mail:yangmz100@126．com。收稿日期2011-05-03畜禽养殖所产生的污染物主要来源于畜禽排泄物，主要污染物质有粪便、尿液及冲洗水等。近年来，在畜禽养殖业的迅猛发展过程中人们忽视了畜禽养殖业的管理问题。大量的畜禽排泄物没有得到合理处理与综合利用，对环境造成严重污染。1畜禽养殖粪污常用治理技术概述畜禽粪便中有机物、氨氮、磷等污染物浓度高，单纯从污染治理的角度对其进行处理，投资、运行成本都很高，无法实现长期稳定的运行。从资源化角度考虑，畜禽粪便中有机物、氨氮、磷等是宝贵的资源，在处理畜禽粪污的过程中对这些资源进行回收，从而在实现污染治理的同时可获取一定的收益。采用资源化技术处理畜禽养殖粪污已经成为主流［1－2］。目前畜禽养殖粪污治理的主导技术主要有:①饲料化技术，包括用新鲜粪便直接作为饲料，与青草(切短的青玉米秸)和麸皮混合青贮后作为饲料，利用优良品种的蝇、蚯蚓和蜗牛等低等动物分解畜禽粪便后作为饲料等;②肥料化技术，常采用的方法有厌氧发酵方法、快速烘干法、微波法、充氧动态发酵法;③能源化技术，主要是以厌氧发酵制沼气为核心的能源化技术。2牛场养殖场粪污厌氧发酵制沼气工程设计2．1养牛场粪污的基本特性一般，奶牛和肉牛每天产生粪便量分别为25和15kg(含水率为87%)，COD31g/kg，NH3-N1．7g/kg，TN4．37g/kg，TP1．18g/kg。尿液、冲洗水量与养殖场清粪工艺有关，且各养牛场差异较大，设计应尽可能以实测为依据。2．2工艺选择采用以厌氧发酵制备沼气为核心的能源化技术。利用养殖场尿液、冲洗水对新鲜牛粪进行稀释，稀释成固形物(SS)浓度在4%左右，然后进入厌氧反应器进行厌氧发酵，发酵产生的沼气经净化后进入沼气储柜。净化后的沼气一部分进入供气管道供周边居民炊用，剩余部分进入沼气锅炉燃烧，回收的余热用于厌氧发酵罐增温、进罐前原料增温以及冬季厂区办公厂房、牛舍采暖。发酵后沼液作为有机肥料施于周边农田。2．3单元设计2．3．1原料预处理。原料中的长草会引起管道堵塞，原料中的砂粒进入发酵罐会在罐体内堆积，减少发酵罐的有效容积。设计采用粉碎格栅去除牛粪中的长草，可以收到较好的效果;同时，配用切割泵进一步切短残留的较长纤维和杂草，可有效地防止管路堵塞。对粪污中的砂粒，采用沉砂井进行沉砂，沉砂井底部安装输送螺旋，将沉砂输送至预处理池外。2．3．2厌氧消化器选择与设计。对于畜禽养殖粪污治理大中型沼气工程，目前最常见的厌氧反应器类型有全混式厌氧反应器、塞流式反应器、升流式厌氧污泥床反应器、升流式固体反应器以及内循环反应器。各种反应器各具特点。在工程设计中，应针对不同类型的发酵原料合理地选择反应器类型。(1)塞流式反应器(PlugFlowReactor，简称PFR)。亦称推流式反应器，径高比很小(1/50)，非完全混合，高浓度悬浮固体原料从一端进入，从另一端流出，原料在消化器内的流动呈活塞式推移状态。优点有:①不需搅拌，结构简单，能耗低;②适用SS浓度高的物料处理;③运转方便，故障少，稳定性高。缺点有:①固体物质可能沉于底部，影响消化器的有效体积，使水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)降低;②需要固体和微生物的回流作为接种物;③