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规模化猪场沼气池设计与运行管理

时间:2013-05-10 来源:华夏养猪网 作者:佚名


    1、概述

    伴随着我国畜禽养殖业的快速发展,产生了大量的畜禽养殖废弃物。专家预计,2010年我国产生的畜禽养殖业污染物产量将达到45亿t。如此大规模的废弃物排放,如果得不到妥善的处理将极大地污染大气和水体环境。由于畜禽养殖业的利润较低,养殖企业无法承受污染物工业化处理模式的高额运行费用,因此,绝大多数养殖企业都选用运行费用较低的“厌氧消化(沼气发酵)+氧化塘”工艺或“厌氧消化+沼液综合利用”工艺对养殖废水进行处理。近年来,养殖企业新建了大批的沼气工程,很好地解决了我国畜禽养殖业的环境污染问题,同时回收了清洁能源一沼气。沼气池作为规模化猪场粪污处理的关键构筑物,其设计的优劣直接决定了污染物治理的效果,下面介绍几种应用较广的沼气池的设计与管理,供大家参考。

    2、沼气池的设计

    2.1工艺流程 规模化猪场废水中有机物含量高,可生化性好,适合采用厌氧消化工艺进行处理。我国大部分养殖企业废水处理选用“厌氧消化+氧化塘”或者“厌氧消化+沼液综合利用”工艺。

    为减轻废水处理下艺的负荷,建议各养殖企业在养殖场所可选用于清粪工艺,将收集的干粪进行堆肥处理,减少废水的产生量。干湿分离后的废水经格栅,调节沉淀池后进入沼气发酵池进行发酵处理,产生的沼气储存在储气柜内,经脱硫处理后用于生产和生活供热。沼液的处理一般选用运行费用较低的氧化塘技术,或者作为肥料应用于农田、果园中。厌氧污泥(沼渣)通过污泥浓缩后与干粪一起做堆肥处理。

    2.2沼气池的类型 沼气池作为猪场废水处理的关键构筑物,是一种典型的厌氧反应器,其发展大致经历了3个阶段。第一代沼气池主要为普通的水压式沼气池。

    由于无法将污泥停留时间和水力停留时间分离,无法给甲烷菌提供良好的生长条件,只能依靠增大反心器的容积来提高污泥的停留时间,因此只适应生产规模较小的养殖场。第1代沼气池主要有上流式厌氧污泥床反应器(UASB,图3所示),它实现了污泥停留时间和水力停留时间的分离,使污泥停留时间可以长达上百天而水力停留时间可以缩短至儿小时,因此大大提高反应器的负荷,从而缩小了反应器的容积,可用于大型养殖企业的污水处理。第三代沼气池主要是在第二代沼气池的基础上经过进一步的改进形成的,经过改进后的第三代反应器使废水和反应器内的污泥更加充分的接触,进一步缩短了水力停留时问,使反应器的占地面积更小,处理负荷更高。应用较为广泛的第三代沼气池主要是厌氧内循环反应器。


    2.3构造及工作原理 普通水压式沼气池的结构如图2所示,该池集发酵和储气于一体,废水(发酵原料)从进料口进入发酵间,当发酵产气时,气压使池内的液面下降,水压间的液面随之上升,二者的液面差产生的水压力为沼气输送提供动力,通过沼气管输送至沼气利用装置,沼液通过溢流口流出。

由于规模化猪场设计沼气池时考虑的首要问题是废水的处理问题,因此废水量是沼气池设计的主要参数。对于普通水压式沼气池,废水在沼气池内的停留时间为10~15d。根据猪场的废水量可以得出池体的体积,然后进行设计。

    UASB反应器如图3所示,待处理的废水从UASB反应器的底部进入,向上流过有颗粒状污泥组成的污泥床。随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应,产生的沼气引起污泥床扰动。在污泥床产生的气体中有一部分附着在污泥颗粒上,自由气泡和附着在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的顶部。污泥颗粒上升撞击到三相分离器,这引起附着的气泡释放,脱气的颗粒污泥沉淀回到污泥层。气体被收集在反应器顶部的集气室内。通过处理后的废水经三相分离器分离后经溢流堰流出,从而实现废水中有机物的降解。

    UASB反应器的设计主要根据污染物负荷来确定反应器的容积,UASB反应器处理猪场废水的容积负荷一般可达6—10kgCOD/(m3.d),COD去除率可达85%。

    lC反应器如图4所示,进水通过泵由反应器底部进入第一反应室与该室的厌氧颗粒污泥均匀混合。废水中所含的大部分有机物在这里被转化成沼气,所产生的沼气被第一反应室的集气罩收集,沼气将沿着提升管上升。沼气上升的同时,把第一反应室的混合液提升至设在反应器顶部的气液分离器,被分离出的沼气由企业分离器顶部的沼气排出管排走。分离出的泥水混合液将沿着回流管同到第一反应室的底部,并与底部的颗粒污泥和进水充分混合,实现第一反应室混合液的内部循环。lC反反应器的命名由此而得来。内循环的结果是第一反应窒不仅有很高的牛物量,很长的污泥龄,并具有很大的升流速度,使该室内的颗粒污泥完全达到流态化状态,有很高的传质速率,使生化反应速度率提高,从而大大提高第一反应室的去除有机物的能力。

    lC反应器的设计同样可根据污染物负荷来确定反应器的容积。IC反应器处理猪场废水的容积负荷一般可达10~30kgCOD/(m3.d)。COD去除率高达90%。

    3、沼气池的运行与管理

    沼气池建成后需要进行污泥接种+对于普通水压式沼气池可以选择老沼气池中的悬浮污泥、河流湖泊底层的沉渣和积水粪坑的粪肥等,条件允许的情况下选择城市污水处理厂的厌氧消化污泥为最佳。接种量一般为池体体积的10%—30%。UASB反应器和lC反应器的接种污泥一般选用城市污水处理厂的厌氧消化污泥,条件允许时选择同类型污水处理工艺中的厌氧颗粒污泥为最佳。UASB反应器污泥接种量一般为6~8kgVSS/m3(按反应器总有效容积计)。lC反应器污泥接种量最好大于10kgVSS/m。新建的沼气池从进料开始列能够正常运行的过程为沼气池的启动过程。启动初期一般将反应器的容积负荷控制在设计值的30%左右,当反应器在该负荷条件下稳定运行一段时间后(COD去除率连续3d达到70%以上)将负荷提10%~15%,直到反应器满负荷运行即为启动成功。

    影响沼气池处理效果的因 素主要有温度、pH、碳氮磷的比例等,沼气池启动成功后一般将温度控制在35C左右(普通水压式沼气池在冬季可增加保温措施,设有加热装置的UASB和lC反应器可调节温控装置使微乍物保持良好的活性)。甲烷菌生活的最佳pH为6.8 ~7.2,通过定期检查,当反应器内pH达小到要求时可加酸或加碱进行调节。厌氧反应器内的碳氮磷比例维持有(100—200):5:1时能够使微生物的产气率达到最高,通过定期检测反心器内的碳氮磷含量,实时添加营养元素以保证沼气池在微和物最佳生活条件下运行。

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