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某生态牧场沼气工程中沼液处理工艺及系统设计研究
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2019/8/13 8:57:53  

摘要:近年来,随着养殖业的发展,粪污问题形式愈发严重,粪污对环境的污染和破坏非常大,而且粪污对动物和人的生理机能也有很大的影响。在生态牧场沼气工程中,沼液处理是非常重要的,沼液处理工艺的深化可以推进沼气工程的进步。本文通过对沼气工程中的发酵工艺进行探究, 对沼液处理设计进行了相应深化, 并通过运行调试证实了该系统设计方案的可靠性, 期望能为相关工程提供一定的思考。

关键词:沼气工程; 沼液处理; 设计深化;

0 引言

畜牧业的发展是非常重要的,它是农业发展的一个重要标志。而在畜牧业的发展中,粪污的出现是不可避免的。然而,粪污的集中处理方案不当,会对环境造成很大的破坏和污染。通过利用沼气技术,可以让粪污实现循环利用,对实现环境改善、提升能源利用率、助推卫生条件发展、减少温室气体排放等方面都有很重要的作用。

1 项目概况

本项目以某生态牧场为实际案例展开相关分析,该生态牧场原有一套CSTR无害化处理,在原设计中,沼液主要用于还田,然而随着该牧场的奶牛数量的不断增加,田地已经不能消纳养殖的奶牛所产生的粪污的总量。基于上述情况,本项目主要是对无害化沼液进行深度的处理方案设计,使沼液可以达到纳管排放标准,得以排放到市政管网中。

该项目目前的污水量是250立方米每天,在扩建之后,污水量达到了600立方米每天。目前,该牧场已有一套沼气罐发酵设备,该设备的主体是两个2000立方米的沼气罐,在扩建之后将新增一个2000立方米的沼气罐。目前该项目的沼渣在烘干后被制作成牛床垫料,供牧场使用。为使沼液达到纳管的标准,该牧场需要新建一套后续生化处理系统,保证沼液中的氮、磷、COD等污染物的出水可以达到相应,从而大幅降低沼液排放到市政管网中所耗费的费用。本项目难点主要在于厌氧罐的加热和沉淀池出水的时候带有大量的SS,通过混凝池加药之后,会形成物化污泥,需采取一定措施进行针对性优化。

2 奶牛粪污的环境污染特点及产气能力

没有处理的奶牛粪污会产生大量的醇类、醛类、酰类、氨、硫化氢等污染物,而且粪尿中甚至含有容易传播的疾病病原体。这些未经处理的奶牛粪污在排入到河流中的时候,会让水的硬度发生改变,让水中的细菌数量和硝态氮超标,导致水体发臭。而且奶牛粪污中磷和氮的成分都比较高,将其排入到土地中的时候,这些物质会转化成磷酸盐和硝酸盐,对土质造成污染和破坏。除此之外,奶牛的饲料中还有添加剂,这些添加剂中都含有重金属,奶牛自身所能吸收的量非常少,大部分都会随着粪便排出来,没有经过处理的奶牛粪污排放到河流和土地中,会让水体和土地中的重金属含量增加。

奶牛粪污对于沼气工程来说是很好的原料,根据相关资料,得出奶牛粪污的产期潜力和原料的产期率的范围如表1。

表1 奶牛粪污的产气能力

3 沼气工程中发酵工艺探究

3.1 推流式发酵工艺

推流式发酵工艺中一般是上部用复合橡胶袋覆盖,进行半地埋式,推流式发酵工艺主要是来处理干清粪式的奶牛粪污。在推流式发酵工艺中,沼气装置的容积在2.5立方米每头左右,进料的浓度是在10%到13%之间,HRT在20天以上,沼液需要进行固液分离,分离之后液体进行氧化塘处理,让直接排放或者进行农业灌溉,固体则用来堆肥。在寒冷地区,对沼气装置的要求有以下几个方面:第一,沼气装置中要有热点联用系统。第二,对进出水的管道要进行保温处理。第三,原料池要进行防冻处理。第四,可以利用罐体的热交换和原料加热这两种方式进行保温[1]。

3.2 全混合发酵工艺

对于全混合发酵工艺,主要适用于水冲式粪污的处理,原料的浓度在3%到8%TS之间,它的热电联用、钢板结构是沼气的主要利用形式。在全混合发酵工艺中,解决了输送和搅拌等机械设备上的问题,而且全混合发酵素工艺的沼气装置的发酵浓度也在不断增加,可以高达11%TS以上。在全混合发酵工艺中,新建设的沼气装置一般是用高温发酵,这样可以有效的提高沼气装置的卫生,同时HRT是不低于5天,这样可以对人畜共患病菌进行有效的消毒,对一些杂草种子可以达到很好的灭活效果。在全混合发酵工艺中中温发酵的最短HRT不低于15天。

3.3 厌氧过滤器发酵工艺

在奶牛粪粪污水质中,含有大量的悬浮物,要在奶牛粪污进行沼气发酵前将其处理,一般是进行固液分离,在固液分离中利用厌氧过滤器发酵工艺,利用厌氧过滤器发酵工艺可以让原料的HRT有效的缩短,让发酵效率大幅度提升。不过厌氧过滤器发酵工艺还有一些不足之处,它的卫生效果比较差,滞留的视角较短,能源化的程度也较低,有一分部原料没有进入到沼气发酵装置中[2]。

4 沼液处理设计深化

4.1 处理流程设计

沼液处理的流程主要如下:将沼液排入氧化塘,进行氨吹脱,然后用泵打入高位厌氧反应器中,在厌氧反应产生的剩余污泥排入到生化污泥储存池中进行处理,将其上清液溢流回氧化塘,其他部分排到污泥脱水机进行污泥脱水。高位厌氧反应器处理后自流到到接触氧化池中,进行生物吸附及降解,之后再自流到硝化反应池中进行反应,连泥带水流入澄清沉淀池中,大部分污泥回流到接触氧化池,剩余污泥排入生化污泥存储池待打入污泥脱水机进行脱水,上清液溜到二级沉淀池中进行除磷处理,然后排放到市政管网中,其产生的物化污泥排入到物化污泥储存池待打入污泥脱水机进行脱水。

在沼液处理流程的设计中,包括预曝气、高位厌氧、二级好氧处理以及除磷等处理,上述方案可以有效且稳定地将沼液中的高浓度有机物去除。预曝气是在氧化塘中进行的,在局部安装曝气设备,可以对高氨氮原水进行初步的吹脱处理,将后期的脱氮压力和负荷减轻。高位厌氧可以确保污水处理系统中活性污泥的高度生物活性,有很好的处理效果和有机物的降解效率。高位厌氧发酵技术可以把有机废弃物转变成清洁能源,给循环经济的发展给与了有力的保障,在将有机废弃物转化成清洁能源的过程中要对病原微生物的传播和扩散进行有效的控制,发酵之后的残留物是很好的有机肥料,完全可以代替环肥,有效改善土质的理化性状,让土质发生改变[3]。

4.2 厌氧罐加热优化

对于厌氧反应罐的加热,主要针对两方面展开加热优化设计。一方面,罐体可以在外部使用保温层进行隔热,从而降低外界环境的冷热变化对厌氧反应罐产生的影响。另一方面,当冬季来临,或出现突发情况,致使外界的温度处于比较低的情况时,可以将沼气作为热源之一,对发酵系统进行加热,保持发酵温度在正常的范围内。

4.3 沼液处理物化加药系统设备更换

该加药系统可选择使用自动加药系统,这样可以根据污水的指标值对加药量进行自动调节,可以有效的节约药剂的使用量,节约成本[4]。此外,在更换粪污处理物化加药系统设备的时候,要充分考虑到节能降耗,在选择设备的过程中尽量选择节能型、标准型的专用设备。在选择合适的系统设备后,需要指定专人针对粪污处理物化加药系统设备进行保养工作,定期检查维修,保证设备可以正常运转避免设备出现空载情况。

5 运行调试及检测情况

设备安装完成后要对设备进行试运行,使其满足工程需求,其中,水质要连续监测3天以上,监测水样应送到各方都认可的第三方监测机构进行检测,要是检测的结果小于设计的出水标准,则视为合格,同时设备要运行15天以上[5]。在设备安装完成后要进行整体检测,主要检测在运行过程中设备是否有漏气等密闭性不严的情况,一旦发现问题,要及时找出密封不严的地方,进行再次密封。

此外,以某生态牧场沼气工程为例,在其调试阶段对数据检测进行了记录,并对各单元去除率进行了计算。经过计算,CODcr、BOD5、氨氮、总磷去除效果较好,最终出水情况符合出水标准,详细情况请见表2。

表2 各单元去除率计算

6 结论

近年来,随着养殖业的发展,粪污问题形式愈发严重,粪污对环境的污染和破坏非常大,而且粪污对动物和人的生理机能也有很大的影响。在生态牧场沼气工程中,沼液处理是非常重要的,沼液处理工艺的深化可以推进沼气工程的进步。本文通过对沼气工程中的发酵工艺进行探究, 对沼液处理设计进行了相应深化, 并通过运行调试证实了该系统设计方案的可靠性, 期望能为相关工程提供一定的思考。

参考文献

[1] 王耀华, 叶俊, 朱洪光, 等.中小型养殖场粪污集中处理沼气工程点区域优化布局研究[J].中国农机化学报, 2015, 36 (1) :266-271.

[2] 谢恒, 王昶, 张相龙.蒙牛澳亚示范牧场粪污处理工艺路线的研究[J].时代报告:学术版, 2012 (2X) :307-308.

[3] 华磊, 徐泽君, 周永亮, 等.自然处理系统-厌氧发酵工艺处理养猪场粪污的实践与探索[J].河南畜牧兽医:市场版, 2014, 35 (11) :28-29.

[4] 钟珍梅, 黄勤楼, 翁伯琦, 等.以沼气为纽带的种养结合循环农业系统能值分析[J].农业工程学报, 2012, 28 (14) :196-200.

[5] 张一心, 赵吉, 尹雪峰, 等.内蒙古地区畜牧场沼气工程的调查评估[J].内蒙古大学学报 (自然版) , 2012 (6) :660-666.

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