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常规的养殖场,每天需消耗大量的水来冲粪便。污染物浓度高,COD约为12000~15000 mg/L,BOD为约5000~6000 mg/L,SS约为17000~20000 mg/L。排出的粪尿污水,必然造成粪污漫溢,臭气熏天,蚊蝇滋生,如果其中含有病原微生物,将会给畜禽带来二次污染;如果随意将粪污未经处理直接排入江、河、池塘内,则可使水质发生营养化污染,有时在污水中还含有超标得酸、碱、醛和氧化物等残留的消毒液。一旦忽视或者没有搞好养殖场的粪尿污水处理,不仅直接影响养殖业的可持续发展,也影响到其他养殖业和种植业的可持续发展,甚至会破话附近居民的健康生活环境。
养殖场粪尿污水中含有大量的氮、磷、微生物、药物和超量使用饲料添加剂残留的微量元素及其他有害物资,是污染周围水源和土壤的主要污染物。每克粪尿污水中还含有700-800万个大肠杆菌、600-700万个肠球菌以及数量不等的寄生虫卵、活性较强的沙门氏杆菌,由于大量有机物的排放使养殖场粪尿污水中的生化需要氧量(BOD)和化学需氧量(COD)值高度上升,一些猪场的生化需氧量(BOD)和化学需氧量(COD)值每升甚至分别高达5000-6000毫克和11000-13000毫克,严重超过国家规定的污水排放标准(BOD60-80毫克/升,COD150-200毫克/升)。同时,养殖生产过程中使用的药物、微量元素添加剂超量部分也随着粪尿排出体外,用于养殖场清洗消毒的化学剂又直接进入污水,还有养殖场自身产生的氨气、硫化氢、二氧化碳、氛、甲烷、粪臭素和硫醇类的有害气体。这些污染物如果得不到科学而又有效的治理,将会对养殖场自身环境和周围空气、土壤、水源造成严重的污染,粪尿是微生物的主要载体。
如前所述,每克粪尿污水中含有大量大肠杆菌、肠球菌以及数量不等的寄生虫卵、活性较强的沙门氏杆菌,这些有害病菌如果得不到妥善的处理,不仅会污染养殖场自身环境,直接威胁本养殖场畜禽的健康生存,而且还会使养殖场周边环境受到威胁,导致疫病自由传播,甚至还会引发人畜共患传染病,严重危害人体健康。粪尿中含有大量未被消化吸收的碳水化合物和含氮化合物,碳水化合物克分解成甲烷、有机酸和醇类,含氮化合物主要是蛋白质,在有氧条件下蛋白质较终 被分解成硝酸盐类,在无氧条件下可分解成氨、二甲基硫醚、氧化氢、甲胺、二甲胺等恶臭气体。刚排泄出来的粪尿中含有NH3、H2S、胺等有害气体,如果不能将其及时清除或清除后不能及时处理,其臭味将会成倍增加,产生甲级硫醇、二甲基硫醚、甲硫醚、二甲胺及多种低脂肪酸等有恶臭气体,加上高密度饲养呼出的二氧化碳等,其臭味成分多达160多种,这些有害气体不但给畜禽的生长发育造成危害,还会造成周围居民的健康,加剧空气污染。
我国是水资源和肥料自由都非常缺乏的国家,畜牧场的粪便污水如果处理得当也就自然转化为宝贵的资源,形成废物资源利用,同时也解决了环保问题,更有利于养殖场环境卫生及形象。
一.1000立方沼气池概况:
(1)根据我们多年对养殖场的了解,现在养殖场实行了雨污分流,养殖模式基本分为:水冲清粪、水泡粪、干清粪三种。本项目提供的养殖模式采用的是水冲粪养殖。冲洗圈舍的污水TS浓度经过固液分离机后TS浓度还在2-2.5%,有利于在污水处理厌氧过程中产生沼气,同时在沼气发生过程中产生大量降解COD等有害物质,为后续的灌溉、综合利用铺垫良好基础。
(2)为贯彻我国的环境保护政策,执行养殖行业粪污染治理规范,河南青奎环保设备能源工程有限公司,设计污水处理,使得污水达到能源化、减量化、生态化的综合利用标准;同时有利于提高企业自身形象,扩大影响力,保护地区地表水及环境质量,**养殖场周围居民的身心健康,对改善养殖场自身员工的生活环境都会产生明显的效果。经我公司的经验和参照同行业标准,我公司拟定初步方案。
该工艺系统的优点有以下几点:
1、厌氧后的沼渣、沼液经过发酵,杀灭了各种病菌、虫卵、没有蚊蝇滋生;可很好的避免场区蚊蝇的细菌传播,减轻防疫负担。同时增加了各种生长激素和氨基酸。用作肥料可增加土地费力,改良土壤。沼液还具有强烈的灭菌作用,可使瓜果、蔬菜免遭虫害,从而避免使用农药对生态造成危害,使蔬菜、瓜果变为绿色无公害食品。鱼池使用沼肥后,改善了鱼池的营养条件,促进了浮游生物的繁殖和生长。因此,提高了鲜鱼产量。改善鲜鱼的品质:施用沼肥的鱼池,水中解氧增加10-15%,改善了鱼池的生态环境。因此,不但是各类鱼体的蛋白质含量明显增加,而且对影响蛋白质质量的氨基酸组成也有明显的改善,并使农药留量明显下降。所以,营养价值高,食用更加安全可靠。减少鱼病的发生:沼肥经腐熟和发酵,消除了其中的虫卵和病菌。因此,减少了鱼病的发生,烂鳃,赤皮,肠炎,白嘴等鱼类常见和多发病得到了有效控制,节约精饲料,降低养鱼成本。这些都是对净化环境,美化家园,改善居住条件,减少疾病传播,改善养殖区环境卫生具有重大意义。
2、厌氧后的沼液是很好的有机液态肥料,可对外出售或无偿供给当地农户用来对农田,果树,鱼塘使用。
3、解决了污水没经过厌氧直接外排对地表水和周边环境潜在的危害。
4、鲜粪经过固液分离机分离后和作为鱼饲料出售,同时还可以经过干发酵后作为有机肥出售,为公司增加效益。
5、厌氧过程中产生大量沼气,可用于发电和公司员工的生活燃料,同时降到了污水中的COD,NA等有害物质含量。
6、我公司设计的畜禽污水处理工艺是:用红泥覆皮做厌氧密封,该材料具有吸热性能,密封效果好的特点,冬季稍加改造即可解决寒冷季节沼气工程保温增温措施,使厌氧阶段能正常运行。该设计比建设地上厌氧池节约投资,减少运营费用,因地上厌氧罐冬季运行必须要用锅炉对其加温才可运行,如此也就加大了运营成本;比全地埋式混凝土沼气池的优点是:其半地埋状态,又可以靠太阳的能量对红泥厌氧覆皮增温,红泥塑料自身有铝粉作为填充料,铝的导热性能强,只要有太阳光,下面沼气池内的温度就会迅速上升,同时利用沼气反冲搅拌工艺,较大限度的对养殖污水进行降解。而全地埋式只能靠地温发酵。
7、粪污水经厌氧后去除大量的COD,储存在厌氧池后端的储液池,经自然消耗、沉淀、溢流可直接作为液体有机肥对周边农田和生态种植区施用,也可直接把处理过的水进行二次回用(作为养殖场冲洗养殖区使用)。 二:1000立方沼气池设计方案编制依据
(1)GB18596-2001《畜禽养殖业污染物排放标准》;
(2)HJ/T81-2001《畜禽养殖业污染防治技术规范》;
(3)NY/T 1222-2006《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》;
(4)NY/T 1221-2006《规模化畜禽养殖场沼气工程运行、维护及其安全技术规程》;
(5)GB50003-2001《砌体结构设计规范》;
(6)GB50013-2006《室外给水设计规范》;
(7)GB50101-2005《室外排水设计规范》;
(8)GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》;
(9)CECS138:2002《给水排水工程结构设计规范》;
(10)GB50010-2002《混凝土结构设计规范》;
(11)中国环境保护总局令第9号《畜禽养殖污染防治管理办法》;
(12)当地政府有关畜禽养殖污染防治管理的相关规范和规定;
(13)《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》;
(14)方案设计参数根据业主提供的饲养方式及经验确定,具体粪污基础数据(水质情况)希望业主提供检测数据。三、设计目标 100—1000立方米的沼气容积,日均产气约为40—400立方,可发电64—KW——640KW,有机肥1—9.5吨,沼液15—150立方。本项目以污染治理为出发点,以物质和能源循环利用为特征,以社会、环境、经济可持续发展为较终目标,较大限度利用资源和能源,提高综合效益,并实现污染物的无害化排放。由于治理为了养殖场的粪污水,净化了环境,同时变废为宝,获得优质气体燃料和优质有机肥料,充分发挥该项目的经济、能源、社会、生态、环境效益的显着作用,带动和促进生态农业发展和农业增效、农民增收,有利于社会主义新农村的建设和可持续循环经济的发展。
四、设计参数
(1)设计日处理水量:18—180立方/天
(2)设计原水TS浓度:2.5%
(3)设计厌氧池容积负荷:≤2.5kg CODCr/m3.d
(4)红泥塑料沼气池污水综合滞留期(HRT):15天
(5)沼液储存池污水滞留期:7天(即200立方)
(6)设计密封厌氧系统运行水温:≥20℃
(7)沼气发电:64KW——640KW
(8)有机肥1—9.5吨/日五、沼气池工艺技术方案本项目设计建设能源生态型的沼气工程,所谓能源生态型即为以处理后的畜禽污水综合利用起来为较终目标的处理方式。因此要求养殖场应尽量做好养殖场区的雨污分离,减少冲洗水量以控制污水的水质,以免造成污水处理系统的超负荷运行。通过综合措施对禽畜养殖污水进行处理达到减量化资源化、对粪沼渣进行无害化堆肥处理,沼气可用于发电、职工和周边村民生活燃料、养殖场区保温等。处理后的排放水可回用,也可用以养鱼,形成“猪-沼-渔(林)”立体生态农业生产模式,实现能源回收、环境治理和废弃物综合利用。污水处理沼气工程采用青奎环保设备能源工程有限公司设计的三段式畜禽粪污水处理工艺,厌氧采用红泥塑料厌氧发酵工艺或混凝土结构厌氧工艺。该工艺技术,工艺成熟,运行稳定,目前已完成多处示范工程采用青奎环保设备能源工程有限公司设计的前期物理处理法、SBR生物处理法结合及后期CRI工艺系统,厌氧采用红泥塑料密封工艺。该工艺技术,成熟,运行稳定。
按照养殖场的基本存量,根据我公司的常年积累经验计算和推算污水数据,建设粪污水处理系统100—1000m3的初始方案。
1、养殖场区基本都设计有一套全自动供水系统。
2、固液分离坪设计在集污井旁,高度1.8m,让其自然落差进入厌氧池进行厌氧处理、同时产生沼气。
3、厌氧池设计推流、升流工艺,池底部设计斜底并且安装气体搅拌系统;出渣槽设计锥形泥槽 。
4、固液分离设在集污井旁。沼气工程采用青奎环保设备能源工程有限公司自主设计研发的新型畜禽污水处理工艺,厌氧系统采用红泥塑料密封厌氧发酵工艺。池体结构设计以推流、升流、折流、气体搅拌等循环工艺,技术,工艺成熟,运行稳定,整套系统综合性能良好。污水净化达标优,厌氧阶段沼气产量高。粪污水首先经过格栅进入集污池,经固液分离后进入红泥塑料反应器进行厌氧处理,厌氧出水间接进入储液池,以备综合利用。厌氧发酵产生的沼气经过气水分离器、脱硫塔处理后进入沼气贮气袋,然后通过增压装置进入缓冲罐,缓冲罐中的沼气经过阻火净化分配器后输入送至利用。
1、场区及猪舍实行雨污分流。
2、格栅:拦截污水中比较大的颗粒杂物等。
3、集污池:所有污水汇集在一起经搅拌装置搅拌后再通过固液分离机进行干湿分离减轻厌氧池运营负荷。
4、红泥塑料厌氧池设计方案的核心是:红泥塑料厌氧反应器。厌氧发酵是在无氧气的环境中,利用厌氧微生物的生命活动,将各种有机物转化成甲烷、二氧化碳等过程,细胞合成及产生的能量很少,由于其主要产物是甲烷,因此也称为甲烷发酵或沼气发酵。所产沼气甲烷含量大于50%,可作为燃料和发电供日常使用,无污染、热值高,是一种清洁无害的燃源。所产沼液用来灌溉(或净化后回用),沼渣可做有机肥。 红泥塑料厌氧反映器采用废水预先加热和辅助加热的措施,在反应器内进行沼气搅拌,达到增温和搅拌,提高发酵效果的目的。其采用升流、推流、折流相结合的进水方式,从而改善了消化效果。
四、1000立方沼气池主要工艺技术特点与国内现行的工艺技术比较,该工艺技术的主要特点:
(1)红泥塑料厌氧池系卧式半地下式外水封钢筋混凝土结构,构造简单,建池容易。红泥塑料厌氧覆皮气密性好,安装、拆卸容易,进出料方便,避免了常规沼气池进出料困难的问题。
(2)红泥塑料耐腐蚀、气密性好、吸热性能优。红泥塑料厌氧覆皮能充分利用太阳能,加热池内污水,提高发酵温度,从而提高了发酵速率、降解率和产气率。
(3)利用恒压装置确保红泥塑料厌氧覆皮内的沼气压力恒定,实现红泥塑料厌氧发酵装置无骨架支撑。
(4)红泥塑料厌氧覆皮和红泥塑料贮气袋采用大功率专用高频熔接机加工,解决传统手工焊接工艺操作过程中脱焊、漏焊、虚焊的不足,焊缝强度明显提高,产品使用寿命10年以上。
(5)红泥塑料贮气袋属低压干式柔性贮气,沼气通过恒压、脱水、脱硫净化、增压调节,可实现供气系统自动控制,供气稳定,安全可靠,比湿式贮气柜减少投资。
(6)工程部分结构、材料和设备可实现产业化生产,商品化程度高。沼气工程土建部分竣工后,安装调试工期短,施工简单、管理方便。
(7)后续净化系统建设投资少,利润化运行。
七、沼气池建设内容
(一)收集系统
(1)格栅:拦截污水中比较大的颗粒杂物等。
(2)集污池:1口,容量约为5—20m3,设有泵井、搅拌装置。搅拌起到解决污水在收集过程中悬浮物和沉积物不易被分离机提入的问题。其集污井的目的是把所有污水汇集在一起经搅拌装置搅拌后再通过固液分离机进行干湿分离减轻厌氧池运营负荷。
(3)固液分离机坪:1座,约为6m2,砖混结构。安装固液分离机的设备。
(4)固液分离机:1台,采用全自动全效固液分离机,型号:HB-GY133,单台功率:3.5kw,处理能力40吨/小时。整机为不锈钢结构,可实现启动、过滤、出渣、停机全自动工作。
(5)管道安装及预埋:采用直径90-160管道,安装采用地下300mm,并在适合的位置建设检修井。
(二)1000立方沼气池厌氧处理系统厌氧处理系统是畜禽粪污水处理沼气工程的核心部分,采用的是国家农业部发布的农业行业标准(NY/T1220.1—2006)中《沼气工程技术规范》所推荐的CSTR-ABR-AF的工艺。在厌氧条件下,污水通过微生物作用降解转化,达到污水的减量化、资源化与无害化的目的。红泥塑料厌氧发酵装置根据有机废水的悬浮物浓度和有机物浓度在厌氧发酵装置中消化过程的梯度设置成多级(前、中、后)发酵槽。
① 厌氧前槽为高负荷区,采用CSTR结构。根据厌氧进水的高悬浮物浓度和高有机浓度,采用多池并联进水,以达到较合理的容积负荷;池底设置有沼气搅拌装置使高浓度的有机废水在此阶段形成完全混合的状态以达到较好的去除效果,池顶部设置有回流喷淋系统以达到内循环搅拌及防止浮渣结壳。每级前槽末端顶部设置有出水口,底部设置有剩余污泥排放口、剩余污泥沉淀槽,剩余污泥沉淀槽底部设置有排泥斜底和锥形排泥斗,厌氧消化过程中产生的剩余厌氧污泥及发酵底物通过剩余污泥排放口排到剩余污泥沉淀槽沉淀经污泥泵抽至污泥干化场。
②厌氧中槽为中负荷区,采用多级串联的ABR结构。厌氧中槽每级均设有上下折流板,底部进水、上部出水进入下一级,污水经过多次的上下折流,使污水中有机物与厌氧微生物充分接触,有利于有机物的分解;并且在中槽可形成沉淀性能良好、活性高的厌氧颗粒污泥,可维持较多的生物量;能保证较高厌氧降解效率。
③厌氧后槽为低负荷区,采用多级串联的AF结构。厌氧后槽每级均设有设有导流墙,底部进水、上部出水,底部为配水层,设置有排斜底和排泥斗,中部设有弹性填料,用于附着厌氧微生物而形成生物膜,可保留高浓度的厌氧污泥,能保证较高厌氧降解效率;填料底部设有反冲洗沼气搅拌系统;厌氧消化过程中脱落的老化生物膜及发酵底物经沉淀收集到排泥斗经污泥泵抽至污泥干化场,上部为清水层,出水效果好。
④ 红泥塑料是一种改性塑料合金材料,具有抗老化、耐腐蚀、阻燃、使用寿命长,吸热性能优,充分利用太阳能,提高发酵温度,增强厌氧菌活性,而采用低压-恒压-厌氧工艺,有利于沼气的释放,提高产气率。设计多级厌氧发酵、砖混结构,施工容易,布水合理,消除污水分层现象,同时水流沿程形成良好的优势菌群分布,厌氧效果好,使用可靠,寿命长。
⑤ 考虑到该地区降雨集中,避免了雨水进入厌氧发酵槽;以及便于冬季的保温,红泥塑料厌氧覆皮设计采用外水封。并建议对主体工程建造保温大棚,保证冬季的发酵温度,利于沼气工程冬季的正常运行。 ⑥ 沼气搅拌装置:在厌氧前槽底部设计搅拌管,采用压力气体间歇搅拌的方法(搅拌气体为沼气),较好的解决了沼渣沉淤、沼液分层、沼气释放等问题并提高了厌氧菌活性,达到了提高厌氧发酵效果的目的。
(1)红泥塑料厌氧槽:采用CSTR工艺,池内设置沼气搅拌系统,有效容积约108m3 共1—10口,半地埋式砖混结构。拱顶采用1.8mm红泥塑料覆皮, HB-YZ100型外封式。
(2)沼气恒压装置:装置采用2mm厚度的SUS304不锈钢和其它防腐材料,保证红泥塑料沼气池的工作压力恒定在300Pa,型号:HB-HY300S。
(3)水封装置:型号:HB-SF160。
(4)设备房:10m2,砖混结构,安置沼气净化设备,曝气系统控制装置的场所。
(三)、后处理系统(即污水处理,暂不设计)
(四)、1000立方沼气净贮供气系统红泥塑料贮气袋为低压干式柔性贮气,不受季节、气候影响,可采用串、并联连接,随时改变贮气容积,易搬迁、维护方便、施工简单、安全可靠、使用寿命长。沼气净化采用低压脱硫和高压脱水技术,整套系统能实现可调恒压供气、容易控制、方便使用,用气效果稳定。
(1)沼气气水分离器:1套,型号:HB-QS300/1000S。装置采用10mm的PP防腐材料,内填充冷凝材料,底部设置排水阀。将厌氧产生的沼气(特点是温度高、水分多)通过冷凝法除去沼气中的大部分水分。
(2)沼气脱硫装置:1套,型号:HB-TL630。采用干式脱硫技术,装置采用12mm厚度的PP防腐材料,内设散气孔和排水阀。沼气采用低压脱硫和内循环均匀布气,沼气与脱硫剂可缓慢、充分接触,脱硫效果好,一次装料可用60~90天。
(3)沼气卸压装置:1套,型号:HB-XY300S。装置采用10mm厚度的PP防腐材料,保证红泥塑料贮气系统压力在300Pa正常工作范围内。
(4)红泥塑料贮气袋:100m3,共1-5个。型号HB-ZQD100。两边封头材料厚度1.8mm,其余材料厚度1.2mm。贮气压力为300Pa,具有防腐抗老化、使用寿命长的特点。
(5)沼气增压装置:1套,型号:HB-ZY100,为80m3/h。
(6)沼气贮压装置:1套,型号:HB-CY2——HB-CY5,材料碳钢,厚度6mm,内外部均进行严格防腐处理,底部设有排水阀门。该装置可缓冲系统压力,降低增压机的启动频率。
(7)沼气阻火净化分配器:型号:HB-ZJF426/50A。材料碳钢,厚度4mm,内外部均进行严格防腐处理,配有净化过滤阻火器和50A沼气专用减压阀、压力表、排水阀,使沼气能够充分净化过滤。控制回火,调节压力范围在8~13kPa,供应燃烧器的使用。
(8)贮气袋水泥坪:8m2—80m2安放和防护红泥塑料贮气袋的场地。(9)沼气增压机房:可以放在电气化房。
(五)发电系统(如果安装发电系统)
(1)发电机房:安置沼气发电机及配电控制系统
(2)发电机:2.5—25KW沼气发电机组
(六)有机肥加工系统:1—9吨/日