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通过项目的建设把**蓝藻和人畜粪厌氧发酵转化为沼气并发电,同时产生有机肥料,实现废弃物的减量化、无害化和资源化利用,达到减少水污染源、治理水环境的目的。
本项应用沼气技术对**蓝藻和人畜粪类资源化开发和多层次利用,既制取了优质气体燃料,又可开发再生优质有机肥料,同时治理了污染,净化了环境,通过沼气这个纽带,多层次循环利用有机物资源,把种植业和加工业各项生产中的能量转换和物质循环有机地结合进来,提高了能源和资源的利用率。
使蓝藻、人畜粪类与能源—沼气、蓝藻与肥料—沼液、作物与肥料在微生物作用下,形成协调、转化、再生、增殖的良性循环,从而建立起以沼气为纽带的良性生态循环。
通过建设大型蓝藻沼气发电工程,对**蓝藻进行减量化、资源化、无害化处理利用,达到开发资源、再生能源、治理污染、净化环境之目的,有助于实现**水环境治理工程的持续顺利进行。
同时本项目瞄准**打捞上岸蓝藻的及时、高效、低成本处理,开展无害化、能源化并农肥化利用的核心技术应用及工程设备示X,将蓝藻变为沼气、肥料,不仅实现蓝藻毒素迅速降解和消纳,而且实现了蓝藻细胞所含氮磷、有机物等养分资源的高效利用,产生一定经济效益,为蓝藻利用提供一条低成本有效的技术途径。
沼气发酵是蓝藻无害化处理技术上的一个突破,项目实施中建设罩式高温预处理池,快速高效厌氧反应器是蓝藻处理的一个创新,使打捞出来的蓝藻迅速进入密闭状态,不会造成空气和景观污染。
厌氧发酵处理蓝藻的最大优点是可以迅速降解藻毒素,臭味熏天的蓝藻经发酵后,沼气几乎没有气味,沼液、沼渣气味远低于畜禽粪便等有机肥;
处理量大,适合工程化大规模处理;
就近处理,管道输送,大幅度降低了运输成本,同时还可以生产能源与肥料。
**市主管**治理的现市委常委原分管领导原黄副市长在会上曾说过“我们不担心2008年**蓝藻打捞问题,即使没有先进打捞设备,采用07年措施也可以及时将蓝藻打捞出来,最让**市担心的是打捞后蓝藻无害化处置问题”。
具体负责蓝藻打捞和后期处理的职能部门**市水利局领导也表达了同样的担忧。
显然,及时、有效地对蓝藻进行无害化处理具有重要的社会意义。
近几年,**蓝藻的暴发出现了新特点,即规模越来越大,暴发期越来越长,造成危害及损失程度越来越高。
如1998年7月**蓝藻大规模爆发,致使**梅园水厂停产。
2005年以来,**夏季出现严重蓝藻水华的面积大幅南扩和东扩;
2006年**首次出现超厚蓝藻水华,沿岸带几百米水面上的蓝藻厚度达10厘米左右,湖面上如同盖了个厚厚的绿色泡沫棉被。
2007年5月,**出现了历史上规模最大的蓝藻暴发,不仅比往年提前了近3个月,而且因蓝藻暴发使整个**城大多数水厂无法供应清洁水,500万居民中近一半人的自来水供应被迫中断数日,引发了饮用水危机,给**市造成严重的生态灾难。
预计2008年**还将大规模暴发蓝藻,而打捞并及时将蓝藻无害化处理仍是治理**的一个重要措施。
本项目技术放大规模,可解彻底决蓝藻打捞出水的后顾之忧,实现蓝藻及时、有效地处理,避免蓝藻搁置所产生的二次污染,特别是通过无害化处理,使藻体氮和磷转化当地农业生产的新型优质有机肥料,不仅减少**流域化肥用量,从而降低农业面源污染的比例为,而且还可推动当地无公害农业生产的发展,社会效益和生态效益显著。
1.8建设内容及规模
项目拟建1座一体化厌氧发酵罐1500m3+800m3贮气柜、沼液池1000m3,以及配套的300kW发电机组1套,日处理(藻泥+人畜粪、干物质15~20%)50吨的沼气工程。
项目建成后日产最大沼气1500m3,沼气用来发电,日最大发电量2400kWh,沼液、沼渣还田。
1.9项目概算
本项目初步设计总投资为:
440.77万元,其中土建费用
万元。
其中土建费、设备费详见初步设计概算书。
1.10资金来源
项目总投资440.77万元,其中农业部国债项目资金80万元,地方配套40万元,企业自筹资金共320.77万元。
第二章设计依据与原则
2.1设计依据
(1)**省发改委、**省农林厅《关于**市**粪类·
蓝藻大型沼气工程项目可行性研究报告》立项批复。
(2)《中华人民XX国固体废物污染环境保护防治法》
(3)《粪便无害化卫生标准》(GB7959-87)
(4)《建筑设计防火规X》(GBJ16-2001)
(5)《生物有机肥标准》农业部2005年1月
(6)《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)
(7)《建设项目经济评价方法与参数》(第二版)
(8)《中华人民XX国可再生能源法》2005年2月
(9)《中华人民XX国畜牧法》2006年7月
(10)《农业部沼气工程行业标准》(暂)2005年
(11)《沼气工程技术规X》NY/T1220-2006
2.2设计指导思想及设计原则
(1)建设内容、建筑面积及投资控制以农业部批复要求为指导思想;
(2)遵守国家及地方有关环保法律法规和技术政策;
(3)贯彻执行经济、适用、安全、美观的建设方针,以生产设施为主,辅助和服务设施尽量配套为原则,节约投资,加快建设速度;
(4)工艺方案上采用国内先进成熟的生产工艺及设备,选用性能优良,经济实用的设备,充分发挥其优势,满足设计要求,确保稳定运行;
(5)在设计中贯彻节能的原则,最大限度降低污水和污泥的处理成本和运转费用,实现资源化利用,争取获得最大的经济效益;
(6)充分考虑工程操作、管理、维护的方便,降低劳动强度;
(7)采取必要措施,尽量减少环境影响,避免二次污染,设计中注重外观设计和绿化美化,使站区与厂区总体环境协调统一;
(8)合理降低工资造价和运行费用,提高工程效益,同时最大限度地提高系统的可靠性;
(9)在厂区总体规划指导下,结合实际情况,尽量减少投资和占地。
第三章项目建设地概述
3.1自然条件
项目所在地为项目所在地为。
**市全市总面积为4787.61平方公里(市区1659平方公里,其中建成区面积188.14平方公里),其XX区和丘陵面积为782平方公里,占总面积的16.8%,水面面积为1502平方公里,占总面积的31.4%。
2006年耕地面积为2180535亩。
3.2建设单位基本情况
第四章总体布局
4.1总体设计指导思想
沼气站平面布置应遵循以下原则:
1、功能分区明确,构筑物布置紧凑,节约用地,减少占地面积。
2、流程力求简短、顺畅,避免迂回重复。
3、建筑物应尽可能布置在南北朝向。
4、站内绿化面积不小于35%,总平面布置满足消防的要求。
5、交通顺畅,使运行、管理方便。
4.2布局划分
沼气站根据其功能分为五个区:
1、预处理区。
主要包括水解匀浆池、预处理间等。
2、厌氧发酵区。
主要包括一体化厌氧发酵罐,该部分是沼气站的核心。
3、沼液、沼渣后处理区。
主要包括沼液暂存池和沼液池等。
4、沼气净化贮存及利用区。
该部分包括沼气净化、沼气发电机房。
5、管理办公区。
4.3沼气站布置
沼气站布置见总平面布置图。
第五章工艺设计
5.1工艺参数设计
扩建新增日处理能力粪类藻泥50吨(含量15~20%),生产沼气、电、沼渣(液)有机肥。
本工程设计规模日处理藻泥50吨,进料藻泥浓度为TS12%,即总进料量为62.5吨。
混合藻泥COD=40000mg/L左右。
每日最大产气量=62.5m3/d×
40×
85%×
0.5=1000m3/d
厌氧发酵罐1500m3+800m3气柜,厌氧总停留时间HRT=24天。
5.2工艺流程
本沼气工程工艺路线如图5-1所示。
图5-1****生态农业集团公司粪类·
蓝藻大型沼气工程工艺流程
5.3工艺设施(构筑物)设计说明
**蓝藻在浓度高时便于打捞,打捞后的蓝藻由于含水量较大难以燃烧,因此用蓝藻发酵产沼气是解决蓝藻难以处置的一种较理想的方法。
打捞的蓝藻在经过絮凝剂浓缩后,TS=12%通过提升进入厌氧发酵罐。
藻泥经预处理和厌氧发酵后,产生的沼气经净化后通过热电联产的沼气发电机组用来发电;
沼气发电机组所产生的余热用于厌氧进料的增温和保温;
厌氧发酵所产生的沼液和沼渣用于农作物、果园、饲料地和无公害蔬菜基地的有机肥料。
(1)预处理阶段的藻毒素一级降解和人畜粪类酸化:
打捞上岸的蓝藻进入预处理池,预处理池内表层蓝藻温度可以达到40度以上,高温下藻细胞壁被破坏,毒素释放并得到一定程度降解,进入酸化阶段(pH值4.5以下)部分藻毒素被降解,在好氧微生物作用下藻毒素进一步降解(藻毒素含量20μg/L左右)。
(2)厌氧发酵阶段的藻毒素二级降解:
酸化阶段蓝藻的蛋白质等有机物转化为有机酸,有机酸在厌氧微生物作用下转化为沼气、二氧化碳等。
藻毒素在好氧微生物、酶等作用下进行了二级降解,此时藻毒素含量接近自来水标准(1μg/L),符XX料标准。
(3)为了加速蓝藻处理速度,在已有处理技术基础上,采用缩短前处理周期的快速酸化、细胞壁快速破壁技术;
厌氧阶段果胶酶、纤维素酶和木聚糖酶等高效复合酶解技术;
秸秆浮床等载体富集甲烷细菌的微生物与底物接触最大化的干发酵耦合技术。
(4)处理产物的利用:
沼气作为燃料和发电;
沼液沼渣经安全性试验以后,制定其技术标准,作为肥料利用。
(5)将上述技术进行集成,形成无害化及资源化利用技术体系。
1、预处理工艺
打捞的蓝藻通过絮凝后TS=12%,进入处理系统。
在集水匀浆池进行调节水质和水量。
用提升泵将上述经过预处理的藻泥污水泵入厌氧罐内。
集水匀浆池
设计总容积:
100m3
设计尺寸:
φ6m×
4m
HRT:
38h
结构形式:
钢砼
设置提升泵一台,用于向厌氧罐进料,Q=15m3/h,H=10m,N=4kW。
设置搅拌机一台,N=4kW。
2、厌氧消化工艺
厌氧消化工艺包括进料单元、厌氧消化单元、保温增温单元等构成。
(1)进料方式
藻泥污水由提升泵向厌氧消化单元分批进料。
进料方式可有多种选择,可以采取连续进料,也可采取间歇进料方式。
本工程采取分批间歇进料。
(2)厌氧反应器工艺
本工程采用完全混合厌氧反应器。
完全混合厌氧反应器(CSTR)适用于**蓝藻的发酵工艺。
它在沼气发酵罐内采用搅拌和加温技术,这是沼气发酵工艺中的一项重要技术突破。
搅拌和加热,使沼气发酵速率大大提高,完全混合式厌氧反应器也被称为高速沼气发酵罐。
其特点是:
固体浓度高,TS8~12%,可使藻泥和粪污水全部进行沼气发酵处理。
优点是处理量大,产沼气量多,便于管理,易启动,运行费用低。
一般适宜于以产沼气为主,有使用液态有机肥(水肥)习惯的地区。
由于这种工艺适宜处理含悬浮物高的藻泥粪污和有机废弃物,具有其他高效沼气发酵工艺无可比拟的优点,现在欧洲等沼气工程发达地区广泛采用。
本工程采用产气、贮气一体化结构厌氧罐,是目前欧洲推广应用最多的一种新型、高效、实用的工艺。
由于其可靠性、安全性、低成本和适应寒冷地区冬季正常运行的优势,推广程度已经大大超过其他结构形式的沼气工程。
结构特点:
一体化沼气发酵装置下部为发酵部分,罐内安装侧搅拌器或斜搅拌器,罐壁上安装增温管,利用发电机余热增温。
罐体上部为双膜式柔性贮气柜,用于收集、贮存和输送沼气。
其中外膜保护并维持贮气柜的结构,内膜收集并贮存沼气。
通过支撑鼓风机的充气,调整并维持内外膜之间夹层中的空气压力,并将内膜内的沼气送入输气管道,供发电机使用。
图5-2一体化沼气发酵外形装置
主要优势:
适合有机物原料:
TS=8%-12%;
安全可靠:
低压产气,低压贮气,有效防止沼气泄漏;
成本低:
无需分体式气柜,可降低工程造价;
占地面积小:
减小装置规模,可节省占地面积;
工期短:
采用模块化组装施工,可缩短建设周期;
冬季也能运行。
(3)厌氧罐配置
厌氧反应器内设置斜搅拌器及破壳搅拌器各一台,使进料均匀分布并破除浮渣,使原料充分与厌氧微生物接触。
并使厌氧罐内料液温度均匀,有利于提高产气率。
罐底设排渣系统,定期将罐底污泥排出。
反应器上部设出料系统,自流进入下一个处理单元。
(4)保温与增温
厌氧消化反应过程受温度影响很大,如图5-4所示。
本项目厌氧处理单元设计为中温,其最佳温度X围为35~38℃。
为了保证厌氧反应在冬季仍可正常运行,必须对系统实施增温和整体保温措施。
a.保温
系统整体保温包括管道、阀门保温;
厌氧消化罐体的保温。
对厌氧消化罐采用挤塑板进行强化保温。
b.增温
增温包括厌氧消化罐增温。
增温的热源来自热电联供发电机组产生的余热;
在厌氧罐罐体与保温层之间设置余热交换管,发电机余热经交换管交换热量,实现对罐体的增温。
发电机余热给厌氧消化罐进行增温后,热交换后的水再回到发电机系统。
图5-4温度对厌氧中温发酵产气率的影响
本工程采用一级厌氧工艺:
(1)厌氧罐:
设计体积:
1500m3
φ15m×
8m
停留时间HRT=24d
钢结构
设置搅拌机一台,可使池内粪污温和浓度均匀,防止分层和形成浮渣,缓冲池内碱度,减少生物的抑制现象,从而提高有机物的分解速度和速率,功率N=11kW。
收集沼气采用在厌氧罐顶加装贮气膜(一体化厌氧装置),1层内膜,由特殊加工聚酯材质制造,两面皆涂覆聚氯乙烯,具有抵抗紫外线及各种微生物的能力,非常耐磨,切口为熔接缝合;
1层内膜,由特殊加工聚酯材质制造,两面内衬聚氯乙烯,两面涂覆特殊塑化亮漆,容积800m3。
增压风机一台,N=1kW。
回流泵一台,用于厌氧罐的回流,进行进一步处理。
Q=15m3/h,H=10m,N=3kW
(2)保温:
中温沼气发酵,反应器必须加热。
为了减少加热费用,反应器必须保温。
按此设计,综合散热系数约0.25w/㎡·
K,在冬季,环境日平均温度为-8℃,反应器散热量合计约为:
14×
104kJ/d(3.3×
104kcal/d)
厌氧反应器外壁用挤塑板保温,保温层厚100mm,外饰彩钢板;
室外地面管道用聚氨酯外敷白铁皮保温层,保温层厚30mm。
(3)加热量
发电机的余热量:
在标准状态下(0℃,101.325kpa),每立方米沼气含热量为5500kcal,其中用于发电热量为1.5kW.h×
860kcal/kW.h=1290kcal,占总能量的23.45%;
总能量40%左右可以以余热的形式回收,则可回收的余热量为5500×
0.4=2200kcal;
其余的能量以各种形式被损失掉。
本工程可产生余热量为:
1500×
2200=3300000kcal=3300000×
4.2KJ=1.4×
107kJ,每小时可提供热量=1.4×
107kJ/24=5.8×
105用于发酵罐增温。
热量计算如下:
根据当地蓝藻只在气温较高时爆发,混合液温度取25℃。
假设粪水比热容和清水相当,上述物料需增温至35℃,效率按70%计,则需要热量为:
62.5×
(35-25)×
1000÷
0.7×
4.2=3.75×
106kJ
若24小时连续增温,则需要热量为3.75×
106kcal÷
24=1.56×
105kcal/h<5.8×
105kJ(发电机可提供的余热)
发电机余热足够该沼气工程厌氧发酵增温加热需要。
3、沼液处理工艺
本工程设计半地下式1座沼液贮存池。
1000m3
φ14m×
7m
结构形式:
沼液用途:
农庄所在地X围内有5000亩无公害种植基地,可以消化本沼气工程产生的沼渣沼液优质有机肥。
此外,沼液输送管道将是封顶的并且与排水渠是分开的,以确保在雨季时沼液不满溢,以免对周边环境构成二次污染。
4、沼气净化与贮存工艺
(1)沼气净化工艺
厌氧发酵罐刚产出的沼气是含饱和水蒸气的混合气体,除含有气体燃料CH4和CO2外,还含有H2S和悬浮的颗粒状杂质。
H2S不仅有毒,而且有很强的腐蚀性。
过量的H2S和杂质会危及发电机组的寿命,因此需进行脱硫、气水分离等净化处理,其中沼气的脱硫是其主要问题。
对于蓝藻废水产生的沼气,其中H2S气体含量约为1500ppm,而沼气发电机组要求沼气中含H2S气体含量不大于300ppm,沼气的脱硫净化处理是必须的。
(2)沼气贮存工艺
本工程选择产气、贮气一体化厌氧罐,沼气在厌氧罐上部双膜结构的贮气柜中贮存。
5、热电联供沼气发电机配置
沼气利用有三种选择:
第一种是沼气全部用于燃气使用;
第二种是沼气全部用于发电;
第三种是沼气部分用于发电部分用于燃气。
本工程依据前述分析,选择沼气全部发电。
图5-2沼气利用效率
由蓝藻厌氧消化处理后所产生的沼气是一种优质的生物气体能源。
在标准状态下(0℃,101.325KPa),每立方米沼气可产生热量约为5500Kcal(23.1MJ),理论上相当于电量6.4kW·
h(1kW·
h=3.6MJ)。
目前,国产沼气发电机对沼气的利用效率为80%(如图5-2所示)。
而进口的效率较高的沼气发电机可把沼气中总含能量的35~40%左右的能量转化成电能,40~48%左右可以以余热的形式回收,总效率最高可达80%以上。
沼气发电机组所发出的电力可以上网销售。
余热回收换热器回收的余热可以用于厌氧发酵罐的增温、保温。
目前,国内生产沼气热点联产供机组的企业有济柴、宝驹和胜动等。
国外有Caterpillar、DEUTZ、Jenbacher等知名专业厂家,还有Tedom、Schnell、ElectroHagl等厂家。
考虑到成本及售后服务的便捷,本工程选用300kW国产发电机组。
第六章设备选型
6.1设备选型原则
1、设备性能先进
2、设备生产率与生产规模相匹配
3、节能高效
4、操作安全、稳定可靠、维修方便
5、环保、噪音小
6.2所选设备型号
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
2
匀浆池搅拌机
N=4kW
台
1
5
一体化厌氧反应器
罐体φ15×
8,气柜800m3
座
7
厌氧进料泵
Q=15m3/h,H=10m,N=4KW
8
厌氧罐斜搅拌机
非标N=11kW
厌氧回流泵
10
脱硫系统
套
11
增压风机
N=1KW
12
干式阻火器
ZHQ-B
13
热水循环泵
50HG25-32
14
脱水装置
非标
15
凝水器
NS-600
4
16
操作平台
17
工艺管道及阀门
18
防腐及保温工程
19
电气与控制
20
沼气发电机组
300kW
21
余热回收利用热交换器
第七章建设设计说明
7.1设计依据
1、《建筑内部设计防火规X》GB50222-95(2001版)
2、《建筑设计防火规X》GBJ16-87(2001版)
3、《建筑物防震设计规X》GB50057-1994
4、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规X》GB50058-1992
5、《工业与民用电力装置接地设计规X》GBJ65-83
6、《建筑抗震设计规X》GB50011-2001
7、《98系列建筑标准设计图集》
8、城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准CJJ31-1989
9、城镇粪便处理厂设计规XCJJ64-1995
10、城镇燃气设计规XGB50026-1993
11、国家现行的有关标准和规X
7.2设计X围
1、集水匀浆池
2、厌氧发酵罐
3、沼液池
4、综合管理房
7.3建筑设计
1、平面布置
沼气站的平面布置是整个建筑设计中最重要的部分,其布置将影响到整个项目的合理性。
本着节省投资、布置紧凑、工艺流畅、便于建设实施的原则,根据地形、地貌、道路、环境等自然条件,考虑原料的运输、沼渣的外运、工艺流程的走向、外界环境的风向、朝向和外观等因素,沼气站按功能区分区布置,一次规划用地,充分考虑到建设地的远期发展的需要。
2、道路及绿化
为节省占地面积,减少投资,沼气站内的车行道与场区保持一致,站内车行道路设计为4.0m宽,道路系统能满足防火及运输要求,车行道采用混凝土路面。
道路能满足防火及运输要求。
沼气站路面坡度控制在0.5%左右,使雨水能及时排出沼气站,保证站内不积水。
主要道路两侧设绿篱,距绿篱1米处种植乔木,场区周围建3m的绿化带,其他空地铺草坪。
道路各控制点之间纵向、横向坡度均大于1.0%,场区双车道路边转弯半径为6m。
3、建筑装修标准
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- 沼气 工程 初步设计 方案