牛场沼气工程设计中的关键问题研究
来源： 点击量：发表时间：2020-02-26 作者：电子商务员
[摘 要]做好牛场沼气工程的设计，要从设计的问题出发，找到此前设计的不足之处，并有针对性的做好解决措施，才能够提高设计的效果。本文主要研究了牛场沼气工程的关键问题，从关键问题出发进行探讨，提出更好的设计思路和措施，供今后的设计工作参考。
前言
研究牛场沼气工程的设计关键问题，有利于今后的设计工程进行有效规避，并结合设计的各个环节，提高设计的整体质量，这是当前牛场沼气工程的设计工作需要明确的工作要点。
1、牛场粪污概况及特点
1.1 粪污概况
每头牛（体重500kg），每昼夜排泄粪便约25kg，含水率为80%左右，含TS18%～20%，年排泄粪便可达7～8t/头。
每头牛每昼夜排泄牛尿25～30kg，加上挤奶中心的污水，每头牛产生尿水与污水40～45kg，收集按80%计算，年排放可达14～16t/头。此污水COD值一般大于2000mg/L，NH3-N值则在100mg/L以上。
1.2 粪污特点
（1）草渣多。牛以草与青饲料为主食，粪便中除混有少量长草、杂物外，未能充分消化的短纤维物特别多，约占粪重的15%，这种短纤维与水混合后以浮渣出现，极易引起粪坑结蓄，影响装置的正常运行。
（2）需厌氧处理，周期效益较长。牛粪中含有机体未能充分消化的物质，沼气发酵时厌氧微生物也极难予以分解利用，因此，厌氧消化周期较长。试验与实践表明，32°C中温发酵须30d才能转化牛粪中80%的有机质，而南方地区的常温发酵则要60d以上才能达到类似的效果。有的二次发酵工艺，采用近中温（20～25°C）发酵，15d内便达到利用有机物85%以上。沼气产率的明显提高为牛粪处理效率的提高显示出了良好前景。
2、沼气发酵工艺流程和关键设备
项目实施中，牛场必须实行雨污分流以避免雨水进入粪污处理工程，针对牛粪浮渣多、难降解物质较多的特点，选用二步发酵工艺，在酸化阶段加入纤维素、果胶、木质素分解菌，制取的酸化液再通入厌氧池进行沼气转化，为获得高产沼气、稳定运行打下良好的基础。
2.1 沼气发酵塔
沼气发酵塔为厌氧发酵核心设备，微生物的繁殖、有机物的分解转化、沼气的生成都是在发酵塔中进行，因此发酵塔的结构和运行情况是沼气发酵工程的重点。
UASB-3C型装置是专用于动物畜禽粪便厌氧沼气发酵的专利设备。该技术是根据实践需求，对传统上流式污泥床反应器UASB进行若干改良而成，该设备能够有效存留微生物菌种，无需搅拌装置，在实际工程中的应用证明其具有防堵、防爆、稳压、高产沼气等特点。发酵罐可采用钢、搪瓷等结构，均须进行严格保温。
2.2 沼气净化
沼气发酵会产生水和硫化氢，容易引起管路堵塞以及设备腐蚀，所以，大型沼气工程特别是集中供气沼气工程，必须采用脱水和除硫装置进行沼气净化。
沼气脱水多采用重力法分离设备，而在管路上多采用冷凝器。沼气除硫目前多采用化学法，其主要脱硫剂为氧化铁，脱硫反应为：
Fe2O3·H2O+3H2S→Fe2S3·H2O+3H2O+63kJ
再生反应为：
Fe2S3·H2O+1.5O2→Fe2O3·H2O+3S+609kJ
经过多年运行经验并结合成型脱硫剂特点，总结出脱硫的主要运行参数：
（1）温度控制在15～30℃；（2）脱硫剂的水分在10%～15%；（3）脱硫剂的pH大于9；（4）脱硫剂的床层阻力小于100Pa/m；（5）通过脱硫塔的压力为常压。
2.3 沼气贮存
对于大型沼气工程，由于厌氧产沼气工作状态的波动以及进料量和浓度的变化，单位时间沼气的产量有所变化。当沼气作为生活用能或者发电，需要集中供气时，为了合理有效地平衡产气与用气，通常需要采用贮气方式。目前采用的贮气方式多为低压湿式气柜，它主要由水槽、钟罩、塔节以及导向装置组成。该气柜结构简单、容易施工，可提供较为恒定的压力，但在冬季寒冷地区使用需要注意保温。
3、沼气发酵产品利用
3.1 沼气发电
沼气利用是一项节能环保项目，根据国家有关能源政策和发展方针，各地政府十分重视沼气产业的利用和发展。厌氧产生沼气有两种利用方式，一是作为燃料，供牛场及周边居民生活用能，二就是沼气发电。目前沼气发电作为缓解我国能源紧缺状况的有效手段，成为了我国完善新能源和可再生能源开发和综合利用的重要内容。随着常规能源的日益减少以及环境问题的日趋严重，新能源的开发利用（尤其是可再生能源的开发和综合利用）越来越受到重视，目前国家已出台了相关能源利用的方针政策。
3.2 沼液与沼渣利用
沼液与沼渣都是经厌氧发酵所产生的附属产品。经厌氧处理后寄生虫和害虫的虫卵多数被杀死，减少了病虫害的来源，它们都可以作为有机肥料替代化肥，根据实际情况施用于农作物。大量实践证明，沼液中含有吲哚乙酸、赤霞素等杀虫成分，可以有效杀死蚜虫、红蜘蛛等害虫，具有抗病、杀虫、增肥效作用。
4、社会效益分析
4.1 对新农村建设起到了积极的促进作用。建设小沼工程，能提供清洁优质能源，美化村庄环境，将村民从落后的能源利用方式中解脱出来，提高了村民生活质量，促进了农村美好家园建设，符合“乡风文明、村容整洁”的新农村建设目标要求。
4.2 密切干群联系，改善邻里关系。建设小沼工程表明政府在协调环境保护与经济发展关系方面的一种负责任态度，村民普遍认为政府是在办实事办好事，打心里赞同。小沼工程将养殖场业主与农户结成利益共同体，因污染产生的纠纷消失，邻里关系变得和睦，养殖场也有了一个较健康的发展空间。
4.3 提高环保意识。小沼工程既是能源环保设施，也是一项公益事業，村民在享受能源环保设施带来的便利生活的同时，也切身体会到发展清洁能源、促进环境保护的现实意义，各级政府、养殖企业和村民的环保意识有了较大幅度的提高。
结束语
综上所述，明确牛场沼气工程的设计要点，找到设计的关键环节，才能够有的放矢的进行设计，设计人员才能够将注意力放在最为关键的环节，从而提高设计的整体质量。
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