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前言
随着经济发展和人民生活水平的提升,全国各地的畜禽养殖业获取了迅猛的发展。但由
于畜禽养殖场产生的粪污等污染物对环境的不利影响,使我国畜禽养殖业面对着发展与环保的双重压力。在不以牺牲环境质量为代价的前提下,实现畜禽养殖的迅速增加,改变传统的能源生产方式和花销方式,利用畜禽粪水开发利用生物质产生干净的能源是最好的选择之
一。利用厌氧消化技术办理畜禽养殖废水,制取干净能源——沼气,在治理污染的同时变废为宝,减少温室气体的排放量,从而实现公民经济的可连续性发展。
受居民的饮食构造、畜禽产品的增殖性能、生产投资等因素影响,中国猪肉食用量在肉
食花销中素来据有重要地位,养猪业在畜禽养殖中据有很大的比重。1983年到2005年猪肉
花销占肉食品比率均大于60%。,,猪
,居世界第一位,,/
人,。,,%,随着养猪业的发展,必然以致更大量的粪便荒弃物,因此猪场粪污水的治理成为畜禽污染治理的重点。
随养殖数量的增加,我国规模化养殖场的数量和规模不断扩大,“十五”时期,畜牧业
的规模化、地区化和产业化进度表现出加快发展的趋势。2005年生猪规模化达饲养水平达
%。在“十一五”畜牧业发展目标中预计,畜牧业规模化、标准化、产业化程度将进
一步提升,畜牧业连续向集约型、资源高效利用型和环境友好型转变,到2010年主要畜禽
品种合适规模以上的标准化养殖场的产品比率分别提升10个百分点。
养猪业的发展为人们供应了大量高质量的肉食本源,提升了人们的生活质量;同时带动了地
方农牧副业的发展,吸引了大量社会劳动力,增加了社会就业,实现了农民增收;大型养殖场的建设提升了养猪业的整体科技水平,带动了养猪业的发展。
但是,养猪生产过程中产生大量有机荒弃物,这些有机荒弃物中含有大量的生物质能和
有机肥资源,如不进行办理和综合利用而直接排放,不但严重污染了水源、生态自然环境,
对生产产生不利影响,也造成资源的极大浪费;同时,粪水四溢,将以致病菌流传,对企业
扩大再生产和安全生产也将产生限制。因此,必定对大中型养猪场生产过程中产生的荒弃物、
废水进行综合利用和有效办理。开发生物质能源,回收有机肥资源,将治理污染、净化环境、
回收能源、综合利用、改进生态环境有机的结合起来,走生态畜牧业产业化可连续发展的道
路,在正常生态环境条件下组织畜牧生产,使之成为绿色生态型养猪场。经过该项目的推行,
发挥当地龙头企业的示范和辐射作用,渐渐将项目所在的地区建设成为“自然环境优美、人
民生活满意、绿色畜牧业兴隆、农村经济发达”的现代化生态畜牧业和绿色食品生产的示范地区。
本工程项目的目的就是在国家政策的激励下,采用科学与全面的办理方法对养殖场的废
弃物进行有效的办理,使其转变成适用的资源,实现无害化、资源化办理的最后目标,为该
..
地区养猪场荒弃物的办理成立一个样板。
第一章项目背景和设计思想
循环经济思想
循环经济,实质上是一种生态经济,它要求运用生态学规律来指导人类社会的经济活动。
随着上个世纪50、60年代以来生态学的勃兴,令人们产生了模拟自然生态系统的梦想,按
照自然生态系统物质循环和能量流动规律重构人类的经济系统,使得经济系统友好地纳入到自然生态系统的物质循环过程中,成立起一种新形态的经济。
传统经济与循环经济的不相同之处在于:传统经济是一种由“资源—产品—花销—污染排
放”所组成的物质单向流动的线形经济。在这种经济中,人们以越来越高的强度把地球上的
物质和能源开采出来,在生产加工和花销过程中又把污染和废物大量地排放到环境中去,对
资源的利用常常是粗放的和一次性的,经过把资源连续不断地变成废物来实现经济的数量型
增加,以致了好多自然资源的短缺与枯竭,并酿成了灾祸性环境污染结果。与此不相同,循环
经济提议的是一种成立在物质不断循环利用基础上的经济发展模式,它要求把经济活动依照
自然生态系统的模式,组织成一个“资源—产品—花销—再生资源”的物质屡次循环流动的
过程,使得整个经济系统以及生产和花销的过程基本上不产生也许只产生很少的荒弃物,其
特点是自然资源的低投入、高利用和荒弃物的低排放,从而根本上消解长远以来环境与发展之间的尖锐矛盾。
从提议一些荒弃资源回收和综合利用到循环经济的提出,是经济发展理论的重要打破,
它打破了传统经济发展理论把经济和环境系统人为割裂的缺点,要求把经济发展成立在自然
生态规律的基础上,促使大量生产、大量花销和大量荒弃的传统工业经济系统转轨到物质的合理使用和不断循环利用的经济系统,为可连续发展的经济供应了新的理论范式。
在西方国家,循环经济已经成为一股潮流和趋势,有些国家甚至以立法的方式加以推进。
循环经济是推行可连续发展战略必然的选择和重要保证,而在世界上呼声很高的干净生产,
则是实现循环经济的基本形式。
生态农业是以物质循环和能量转变规律为依照,以科学技术为支撑,以经济、生态、社
会效益有机一致为目标的良性循环的新式农业综合系统。发展生态农业,一是抓好无公害农
产品生产基地建设。应经过科学规划、突出重点、成片开发、综合治理,把农业产业化基地
建成农业生态园;二是积极发展有机农业;三是积极研究循环农业。依照生态循环再利用、
再生产的循环链原理发展农业,不但能够净化生活环境,解决能源与照明问题,而且还可以够
有效转变利用荒弃物,促使种养业的良性循环,实现农业生产无害化。
“猪——沼——农”三位一体经济模式架构
为满足人们对肉食品的需求,拟成立万头猪场,常年向市场供应优秀商品猪。而为实现
养殖发展与环境保护的协调发展,本养殖场建设中引进能源生态工程思想,采用沼气工程技
..
术治理养猪场粪污水,利用污水办理过程中的主要产物沼气作为能源供应养殖场利用,副产
物沼肥供应四时茶园使用,成立“猪——沼——农”三位一体生态系统,实现猪场粪污水的
综合利用。
沼气工程作为三位一体生态农业系统的纽带,其功能主要有两点。一是以生物质能转变
技术为中心,将养殖业粪污资源充分利用,并将有机质转变成能源(沼气);第二,保留污
水中对植物生长有利的成分,使之转变成优秀有机肥(固态、液态)。
第二章项目资源/产物计算
干物质量计算
猪场基础母猪存栏量500头,猪场总存栏量为5354头,设计采用干清粪工艺,按《畜禽
养殖业污染物排放标准》计算,夏季污水排放量为
/(百头?d),冬季污水排放量为
/(百头?d),
~
。
日产粪便量为
,猪粪含水率按
82%设计,干物质(TS)量计算见表2-1。本项目
中,干物质量依照
进行设计。
表2-1
猪粪干物质量计算表
猪粪产量(t/d)(含水率
78%)
猪粪产量(t/d)(含水率
80%)
猪粪产量(t/d)(含水率
82%)
猪粪产量(t/d)(含水率
84%)
猪粪产量(t/d)(含水率
86%)
猪粪产量(t/d)(含水率
88%)
干物质量(t/d)
含固率
10%粪污总量(t/d
)
物料总量和补充水量计算
..
本设计中采用高浓度反应器设计,
鲜猪粪全部投放到高浓度反应器,
并分派成10%干物质浓度,约需要
,余下猪场排放的污水经过水力筛,将部分
存留在污水中的猪粪渣筛除,投入到配料池,与鲜猪粪一同分派(该部分物料包括在
鲜猪粪中),过筛后污水进入储肥池,进行厌氧办理储蓄。物料总量和水量分派计算见表
2-2。
表2-2
补充水量计算表
季节
粪便筛渣量(t/d)
污水总量
(m3/d)
高浓度物料量(t/d)
含固率
高浓度污水量
(t/d
)
低浓度污水量
(m3/d)
夏季
10%
冬季
10%
沼气产量计算
考虑2%的干物质耗费率,每天投TS902kg,~,
m3/kg
TS,可产沼气271m3。
表2-3
日沼气产量计算表
干物质量(t/d)
920
干物质耗费率
2%
干物质投产量(kg/d)
902
产沼率(m3/kg)
产沼量(m3/d)
271
污水量(m3/d)
干物质减量化计算
全天输入干物质量为902kg。厌氧阶段耗资量为586kg,该部分TS耗资是生物质能转变、
..
沼气生产的主体。厌氧阶段TS的输出量为316kg,,进入沼渣储蓄池;。干物质减量化计算详
见2-4。
表2-4干物质减量化计算表
物料量(t/d)TS量(t/d)生化耗资率生化耗资量(t/d)
TS节余量
(t/d)沼渣TS含量(t/d)沼液TS含量(t/d)
%
沼肥产量估计
一般情况下沼渣含水率为93%,沼液含水率为97%。,按93%含水率计算,;,按97%含水率计算,。详见表2-5。
表2-5沼肥产量计算表
沼渣沼液水耗资(t/d)
沼渣量(t/d)干物质(t/d)含水率沼液量(t/d)干物质
(t/d)含水率
%%
第三章产物供需平衡解析和解决方案选择
能环工程日产沼气270m3,计划全部作为燃气使用。
(含水率93%)、。消纳该部分沼肥必定有相应量的土地承载。
沼肥优势解析
..
沼肥是沼气发酵的节余物,含有较全面的养分和丰富的有机质,是拥有改进土壤功能的
优秀有机肥料。沼肥中含有丰富的氮磷钾等大量营养元素和多种微量营养元素,据测定,沼
肥中含有全氮(N)%~%,全磷(P2O5)%~%,全钾(K2O)%~%,
,沼肥的速效营养能力强,能迅速
被作物吸取,养分可利用率高,是多元的速效复合液体肥料。其他,沼肥中还富含多种氨基酸和维生素等,因此,沼肥也是畜禽饲料的优秀增加料。
依占相关研究表示,沼肥作为优秀有机肥料与化肥或其他有机肥对照,能明显提升作物
的产量和质量,并防病抗逆,其机理在于沼肥的养分构造易于吸取,有改土培肥、创立良性
土壤微生态系统作用,其生命活性物质有助于提升抗逆能力。一般沼肥主要有两个办理去向:
第一个是在农耕施肥季节,沼肥直接输送(管道、车辆)到果园、苗圃、农田等施肥用地,
作为液态有机肥使用;第二个是在非农耕施肥季节,沼肥进入有机肥生产区,与畜禽粪便混杂后加入50%左右的作物秸秆、稻壳等,加工成固体有机肥储蓄销售。
沼肥不但养分全、肥效快,而且易吸取,残留少,便于改进土壤的根际环境,
松懈土壤,
是无公害种植的首选肥料。沼肥作为一种优秀的有机肥料能够部分或全部代替化学肥料,
大
量试验说明沼肥是一种优秀、全效的液体有机肥料。在生产中,沼肥有机肥能够用作基肥、
追肥和叶面肥。
沼肥用作基肥灌溉果树,使其结果大,果实色鲜、味美、甜度好。沼肥用于稻田,作物生长
强壮,植株挺拔翠绿,分蘖多、苗高且根系粗壮发达,
有效穗、穗粒数、结实率都有所提升。
据四川农业科学院在水稻、玉米、棉花等作物上的试验表示,亩施沼肥
1500~2500kg,可
%~%,每100kg沼肥增产水稻
,
,
沼肥用作追肥,收效也很明显。依照肥料养分含量计算,每
100kg沼肥的N、P、K养
分总含量相当15:15:15的三元素复合肥
60kg。依照科学配方,合理施肥的原则,一般
作物每亩每次追施三元素复合肥
20kg左右,折合施沼肥
330kg,一般7~15天追施一次,
顺水追施收效好。和相同养分含量的无机肥料对照,沼肥作追肥的作物,长势强壮,病虫害
少,果实大且有光彩,质量好,产量和产值分别高出比较
10%~20%。追施沼肥有机肥的小
麦亩产增产20kg,用沼肥灌溉大白菜,较化肥比较提前
5~7天包心,增产30%。
沼肥内含有作物需要的多种营养物质,微量元素、生长素、抗生素,
极宜作叶面追肥使
用,收效有时比单纯的化肥还要明显。特别是在日光温室蔬菜、果树、
花卉等反季节的种植
中使用,有明显的壮秧、保果增产优秀收效。能给作物补充营养,调治代谢,促使生长,增
强光合作用,有利花芽分化,保花保果,果实膨大,产品光明度好,质量优秀。作叶面肥,
沼肥可单用也可与农药化肥混用。在作物上,
可用温室大棚内种植的反季节蔬菜、
黄瓜、西
红柿、青椒、茄子、豆角、西胡等,保花、保果收效明显。叶菜可用于芹菜、韭菜、甘蓝,
生长迅速;果树可用于油桃、樱桃、杏、李等,口胃极佳,糖度增加;花卉方面的非洲菊、
百合、玫瑰,表现花朵大、娇艳、枝粗等。
长远使用沼肥有机肥能够促使土壤团粒构造的形成,
改进土壤构造,增强土壤保水保肥
能力,提升土壤温度,改进土壤的理化特点,提升土壤中有机质、全氮、全磷以及土壤速效
养分的含量,从而提升了土地肥力,
而且减少化肥对环境的污染,
降低用肥成本。依照试验
研究,施用沼肥有机肥的土地与施用一般化肥的土地比较,土壤有机质含量增加
%~
..
%,%左右,土壤速效氮、速效钾的含量分别提升60%左右,其中,沼肥
有机肥对土壤速效磷增加最为明显,施用沼肥有机肥的土壤速效磷含量是施用一般化肥的
7~8倍。
沼肥承载土地量解析
依占相关资料,猪粪沼肥的养分组成与含量分别为:%,%,速
%,,每天产出的沼肥所含有的氮、磷、钾养重量分别为:,,。若是以一季作物施用氮肥(N)150~180kg/hm2、磷肥(P2O5)45~75kg/hm2、钾肥(K2O)60~120kg/hm2来计
算的话,:,~
hm2,~。按双季耕作,如冬小麦和夏玉米或大豆轮作来计算,则所需消纳这些沼肥的土地量将减少一半。
依照试验,沼肥用水稀释5~10倍后,能够直接灌溉农田,且拥有必然的增产作用。基
于此,土肥专家在设计设施蔬菜营养液肥料、滴灌肥料和蔬菜、果树专用液体肥料的浓度时,
稀释倍数一般为10~20倍。目前,国内拥有较成熟的设施蔬菜有机活性基质无土种植技术、
滴灌种植的技术和敞穴施肥技术;掌握各种蔬菜、果树和农作物的养分需求规律和施肥的最
佳养分派比;完好能够把沼肥转变成各种肥料。
第四章工程设计范围和办理能力
1、《中华人民共和国水污染防治法推行细则》(环发[1999]214号))
2、《污水办理设施环境保护督查管理方法》((88)国环水字第187号)
3、《畜禽养殖污染防治管理方法》(国家环境保护总局,2001年5月8日宣布)
4、《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》(NY/T1222-2006)
5、《大中型畜禽养殖场能源环境工程建设规划》(农业部,1999)
6、《蓄禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)
7、《污水综合排放标准》(GB8978-1996)
8、《给水排水设计手册》
9、业主供应的相关基础资料。
..
1、资源化原则。
畜禽粪污是一种有价值的难得资源,充分利用畜禽粪污资源是污染防治的重要原则。畜
禽粪污经办理后,能够产出再生能源(沼气)、有机肥(固态、液态),拥有较好的经济价值。
2、生态化原则。
依照循环经济指导思想,依照物质循环、能量流动的生态学基本源理,增强种养平衡,促使种植业与养殖业结合,实现生态系统的良性循环。
3、综合效益原则。
兼顾环境效益、社会效益、经济效益,将治理污染与资源开发有机结合起来,使猪场粪
污治理工程产出大于投入,提升污水办理工程的综合效益。
4、可靠性原则
依照技术先进、工艺成熟、质量可靠的原则,在设计中吸取国内外先进的办理工艺和施工技术,使工程达到国际先进水平。
5、管理简略原则
合理办理人工操作和自动控制的关系,对不便人工操作,且人工成本较高的工艺,采用自动化技术,提升系统运转管理水平。
本设计范围包括:能环工程工艺设计;机械设施设计;建筑与构造设计;电气设计;控制及仪表设计;平面与高程设计;消防、劳动生产保护与人员编制设计。
本设计范围不包括场区全部道路铺设、绿化等。
本工程污水齐集管线、自来水管线、电线电缆均由业主送至项目界区内。
总资源量为含固率18%,变化幅度较小,因此,高浓度厌氧反应器有机负荷变化较小。
..
第五章能环工程工艺流程设计
预办理工艺选择
预办理包括格栅、集水池、集粪池、配料池、等办理单元。
为了真切做到减量化、资源化、无害化,达到办理结果零排放的目标,本工程采用将粪
污收集后投放到预办理单元,与其他污染物一同进入厌氧消化罐进行厌氧发酵办理。这条工艺路线不但能获取较大的生物质能转变资源,同时,实现了粪污减量化、无害化办理。
粪污水由齐集管网运送至预办理单元,经与场区冲刷水混杂后进行厌氧办理。
格栅
格栅的作用是去除废水中的大粒径固体物质,如悬浮物、飘扬物、纤维物质和固体颗粒物质,以保证后续办理单元和水泵的正常运转。
集水池
集水池的功能是储蓄能环工程中需要的补充水,该水来自养殖区冲刷水。集水池水由提升泵泵入进料池。
集粪池
集粪池用来暂存猪场输送来的猪粪,经过集水池污水冲刷到进料池。
进料池
进料池的功能是将猪粪配比为含固率在10%左右的混杂液。
进料料时间阶段安排有几种选择,最好的时间安排为全天24小时平均分派,但客观上几
乎不能能实现。我们选择批次配比方式,每天24小时内分2批完成配比操作,每次1小时
进行。
厌氧消化办理工艺选择
厌氧消化工艺包括进料单元、厌氧消化单元、保温增温单元、以及沼肥运输管网等组成。
进料方式选择
进料池内物料由提升泵向厌氧消化单元进料。由于物料浓度高,提升泵采用单螺杆泵。
..
进料方式有若干种选择,能够采用平均进料,也可采用分批进料方式。进料方式与沼气释放
量亲近相关,经过进料方式能够调控沼气释放阶段,一般情况下,强进料阶段沼气释放量会
大幅度增大。本工程设计采用分2批轮流进料方式。
厌氧办理工艺选择
1、各种厌氧工艺性能归纳
(1)完好混杂厌氧工艺(CSTR)
传统的完好混杂厌氧工艺(CSTR)是借助消化池内厌氧活性污泥来净化有机污染物。有
机污染物进入池内,经过搅拌与池内原有的厌氧活性污泥充分接触后,经过厌氧微生物的吸附、吸取和生物降解,使废水中的有机污染物转变成沼气。完好混杂厌氧工艺池体体积较大,负荷较低,其污泥停留时间等于水力停留时间,因此不能够在反应器内累积起足够浓度的污泥,一般仅用于城市污水厂的节余好氧污泥以及粪便的厌氧消化办理。
(2)厌氧接触工艺反应器
厌氧接触工艺反应器是完好混杂式的,是在连续搅拌完好混杂式厌氧消化反应器(CSTR)
的基础进步行了改进的一种较高效率的厌氧反应器。反应器排出的混杂液第一在积淀池中进
行固液分别,污水由积淀池上部排出,积淀池下部的污泥被回流至厌氧消化池内。这样的工
艺既保证污泥不会流失,又可提升厌氧消化池内的污泥浓度,从而提升了反应器的有机负荷率和办理效率,与一般厌氧消化池对照,可大大缩短水力停留时间。目前,全混杂式的厌氧接触反应器已被广泛应用于SS浓度较高的废水办理中。
(3)厌氧滤器(AF)
厌氧滤器是采用填充资料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器,厌氧菌在填充资料上
附着生长,形成生物膜。生物膜与填充资料一同形成固定的滤床。厌氧滤床可分为上流式厌
氧滤床和下流式厌氧滤床二种。污水在流动过程中生长并保持与充满厌氧细菌的填料接触,
由于细菌生长在填料大将不随出水流失,在短的水力停留时间下可获取较长的污泥泥龄。厌
氧滤器的缺点是填料载体价格较贵,反应器建筑花销较高,其他,当污水中SS含量较高时,简单发生短路和拥堵。
(4)上流式厌氧污泥床反应器(UASB)
待办理的废水被引入UASB反应器的底部,向上流过由絮状或颗粒状厌氧污泥的污泥床。
随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应,产生沼气引起污泥床的扰动。在污泥床产生的沼气
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上部。污
泥颗粒上升撞击到三相分别器挡板的下部,这引起附着的气泡释放;脱气的污泥颗粒积淀回
到污泥层的表面。自由状态下的沼气和由污泥颗粒释放的气体被收集在三相分别器锥顶部的
集气室内。液体中包括一些节余的固体物和生物颗粒进入到三相分别器的积淀区内,节余固
体物和生物颗粒从液体中分别并经过三相分别器的锥板缝隙回到污泥层。
..