規(guī)模化飼養(yǎng)場(chǎng)沼氣工程應(yīng)用技術(shù)

她山之石

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onlybrook

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國(guó)外奶牛場(chǎng)糞污處理沼氣工程技術(shù)與模式
　　在歐洲、美國(guó)等養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，奶牛糞污最常規(guī)的處理方法是囤集較長(zhǎng)時(shí)間后還田（半年以上），稱為自然處理。但是近年來(lái)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，污染問(wèn)題并沒有很好解決。據(jù)資料顯示，在養(yǎng)殖業(yè)集中的區(qū)域，附近農(nóng)田的氮、磷和重金屬元素超標(biāo)的情況已經(jīng)非常普遍。在歐洲國(guó)家，如德國(guó)、荷蘭、比利時(shí)，25％以上的地下水的硝酸鹽超過(guò)50mg/L。在美國(guó)雖然有較多的農(nóng)田供糞污消納，但是50％以上的湖泊和27％以上的河水養(yǎng)分超標(biāo)。一旦雨季，地表水被畜禽養(yǎng)殖糞污污染，導(dǎo)致BOD超標(biāo)的現(xiàn)象比比皆是。尤其引起發(fā)達(dá)國(guó)家加強(qiáng)畜禽養(yǎng)殖污染治理的原因是衛(wèi)生問(wèn)題。近年來(lái)由于人畜共傳病，如瘋牛病、禽流感、血吸蟲病的猖獗傳播，促使這些國(guó)家加強(qiáng)污染治理力度，而沼氣技術(shù)被認(rèn)為是一種符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效模式。
　　歐洲是目前農(nóng)場(chǎng)沼氣工程技術(shù)最發(fā)達(dá)、推廣數(shù)量最多，技術(shù)最成熟的地區(qū)。歐洲沼氣工程數(shù)量較多的國(guó)家是德國(guó)、丹麥和英國(guó)。歐洲處理農(nóng)村廢物的沼氣裝置分為兩類。一類稱為農(nóng)場(chǎng)沼氣池（on?farm AD plants）,另一類稱為集中厭氧消化系統(tǒng)（Centralized Anaerobic Digestion, 簡(jiǎn)稱CAD），后一類近年來(lái)發(fā)展很快。集中厭氧消化系統(tǒng)代表了目前歐洲沼氣工程的發(fā)展趨勢(shì)。即將一定區(qū)域內(nèi)相臨的農(nóng)場(chǎng)畜禽糞便和其他有機(jī)廢物收集、運(yùn)輸?shù)揭惶幷託庹炯刑幚?，集中厭氧消化裝置的優(yōu)點(diǎn)是具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益、可采用較先進(jìn)的厭氧消化處理工藝和裝置設(shè)備從而處理效率更高。
　　集中厭氧消化系統(tǒng)最早于在1980年代末從丹麥開始運(yùn)作，目前已經(jīng)建成20座大型的CAD沼氣裝置，運(yùn)行良好。每座裝置規(guī)模在2 000~4 000m3，中溫或者高溫，厭氧消化工藝主要是全混合沼氣發(fā)酵（CSTR）和推流式發(fā)酵工藝（Plug flow），停留時(shí)間在12~20天，在對(duì)發(fā)酵原料預(yù)處理或后處理中，還包括一個(gè)巴氏滅菌高溫消毒過(guò)程，以防止處理過(guò)程中病菌傳播。沼氣一般用于當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)集中供熱，或熱電聯(lián)用（CHP）。
　　美國(guó)發(fā)展沼氣工程起步較晚，目前約有40個(gè)農(nóng)場(chǎng)沼氣工程投入運(yùn)行（主要是處理奶牛場(chǎng)糞污。
　　印度是繼中國(guó)之后戶用沼氣數(shù)量最多的國(guó)家，已經(jīng)建成約300萬(wàn)口戶用沼氣裝置。此外還實(shí)施了近2000個(gè)大中型沼氣工程。印度的戶用沼氣裝置主要用作生產(chǎn)農(nóng)村能源，以牛糞為主要原料，沼渣沼液用作有機(jī)農(nóng)肥。
　　國(guó)外奶牛場(chǎng)沼氣工程發(fā)酵裝置主要采用以下三種工藝：
　　1?推流式發(fā)酵工藝
　　近年來(lái)美國(guó)農(nóng)場(chǎng)沼氣工程發(fā)展很快，多數(shù)是采用的推流式發(fā)酵工藝。這類沼氣裝置多數(shù)采用半地埋式、上部用復(fù)合橡膠袋覆蓋，主要用于處理干清糞式的奶牛糞污。沼氣裝置容積一般為2?5m3/頭奶牛左右。進(jìn)料濃度在10％~13％TS，HRT20天以上。沼氣發(fā)酵后的沼液經(jīng)過(guò)固液分離后，固體部分用于堆肥，液體部分經(jīng)過(guò)氧化塘處理后排放或用于農(nóng)業(yè)灌溉。處理工藝見圖2。 目前在美國(guó)北方寒冷地區(qū)（紐約州、明尼蘇達(dá)州，這里冬季平均氣溫低于攝氏零度）運(yùn)行良好的6座奶牛場(chǎng)沼氣工程中，有5座采用的是推流式發(fā)酵工藝，處理規(guī)模分別是1 000-2 400頭牛，多數(shù)是2001年后建成的。全部采用了熱電聯(lián)用技術(shù)，發(fā)電機(jī)的規(guī)模在130-200kW，發(fā)電余熱用于發(fā)酵裝置增溫。被認(rèn)為，關(guān)于寒冷地區(qū)沼氣裝置的設(shè)計(jì)有幾個(gè)要點(diǎn)，
（1）原料池要防凍；
（2）要有熱電聯(lián)用系統(tǒng)；
（3）可以通過(guò)原料加溫和罐體熱交換兩種方式加溫、保溫；
（4）要加強(qiáng)進(jìn)出水管道保溫。
　　圖2推流式沼氣發(fā)酵處理系統(tǒng)流程示意圖2?全混合發(fā)酵工藝
　　德國(guó)和丹麥的農(nóng)場(chǎng)沼氣工程大多數(shù)采用全混合發(fā)酵工藝、裝置為鋼板結(jié)構(gòu)、熱電聯(lián)用為主要沼氣利用形式。由于解決了攪拌、輸送等機(jī)械設(shè)備問(wèn)題，現(xiàn)在歐洲沼氣裝置的發(fā)酵濃度越來(lái)越高，可以達(dá)到11％TS以上。為了提升沼氣裝置的衛(wèi)生效果，新建設(shè)的沼氣裝置多數(shù)采用高溫發(fā)酵，HRT5天以上，這樣有利于對(duì)人畜共患病菌的消毒和滅活雜草種子。中溫發(fā)酵裝置的最短HRT為15天。
　　美國(guó)奶牛場(chǎng)沼氣裝置采用全混合發(fā)酵工藝的不多，被認(rèn)為主要適用于處理水沖式糞污，原料濃度在3％~8％TS范圍。裝置造價(jià)比推流式發(fā)酵裝置高。在紐約的Matlink奶牛場(chǎng)2001年建設(shè)了一座全混合沼氣發(fā)酵裝置，中溫發(fā)酵，HRT20天。除了處理700頭奶牛糞污外，還有部分原料來(lái)自食品加工廢水。該裝置配置了1套130kW的發(fā)電機(jī)組，從2001年啟動(dòng)以來(lái)一直運(yùn)行良好。發(fā)酵后出水的后處理方法與推流式發(fā)酵裝置相似。
　　加拿大近年來(lái)也建造了處理幾千頭牛糞污的大型全混合沼氣發(fā)酵裝置。
　　3?厭氧過(guò)濾器發(fā)酵工藝
　　奶牛糞污水質(zhì)的特點(diǎn)是懸浮物（SS）含量很高。如果沼氣發(fā)酵前先經(jīng)過(guò)固液分離，則可以采用厭氧濾器（AF），甚至采用UBF、UASB等發(fā)酵工藝。采用這些高效工藝可以縮短原料HRT，從而提高發(fā)酵效率，但是也存在一些問(wèn)題，比如能源化程度不高（部分原料未進(jìn)入裝置），衛(wèi)生效果不好 （滯留時(shí)間太短）。
　　在美國(guó)弗羅里達(dá)州有一處500頭奶牛場(chǎng)糞污沼氣處理工程，455m3厭氧濾器、進(jìn)料濃度大約為1％, HRT≤3d, COD去除率≥50％。

longmeier1945

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