沼氣工程運行管理常識規范
ⅰ 基礎知識
1.1 沼氣發酵的生物作用
沼氣發酵微生物是人工制取沼氣的最重要因素,有了大量的沼氣微生物,并使各種類群的微生物獲得基本的生長條件,沼氣發酵原料才能在微生物的作用下轉化為沼氣。
沼氣發酵過程中主要有五大菌群(發酵性細菌、產氫產乙酸菌、耗氫產乙酸菌、產甲烷菌)參與活動。
五大菌群:
①發酵性細菌:一些不溶性物質被發酵性細菌所分泌的胞外酶水解為可溶性糖、肽、氨基酸和脂酸,再將吸入細胞,發酵為乙酸、丙酸、丁 酸等和醇類及一定量的h2及co2
②產氫產乙酸菌:除甲酸、乙酸和甲醇外的物質均不能被產甲烷菌所利用,所以必須由產氫產乙酸菌將其分解轉化為乙 酸、氫和二氧化碳
③耗氫產乙酸菌:它們既能利用h2+ co2 生成乙酸,也能代謝糖類生成乙酸。
④產甲烷菌(食氫、食乙酸):它們在厭氧條件下將前三群細菌代謝的終產物,在沒有外源受氫體的情況下,把乙酸和h2、co2轉化成ch4 + co2。產甲烷菌廣泛存在于水沉積物和動物消化道等極端厭氧的環境中。
不產甲烷菌(水解發酵細菌、產氫產乙酸細菌等)
-為甲烷菌提供營養(將發酵原料的碳水化合物、蛋白質和脂肪等復雜有機物水解后形成可溶性的簡單化合物,該類菌為產甲烷菌提供合成細胞的基質和能源。
--為產甲烷菌創造適宜的厭氧生態環境(該類菌群中的好氧和兼性厭氧菌的活動,使發酵液的氧化還原電位不斷下降,逐步為產甲烷菌創造厭氧生態環境。
--為產甲烷菌清除有毒物質。
--與甲烷菌共同維持環境中適宜的酸堿度(氨化細菌進行氨化作用,產生的氨可以中和部分有機酸;產甲烷菌不斷利用乙酸、氫和二氧化碳生成甲烷;通過這兩類菌群的共同作用,使發酵液的ph值穩定在適宜范圍。
產甲烷菌將不產甲烷菌產生的乙酸 、氫氣和二氧化碳等發酵基質轉化為甲烷。
1.2 厭氧消化產沼氣的條件
沼氣發酵就是培養和積累厭氧消化細菌,使細菌具有良好的生活條件;只有首先做到了這一點,才有可能得到較好的沼氣生產率或污水凈化效率。
微生物的生命活動要求多種條件,其中主要條件包括發酵原料、厭氧活性污泥、消化器負荷、發酵溫度、ph值、碳氮比、有害物質的控制及均質等。
(1)發酵原料的c:n比值:是指原料中有機碳素與氮素含量的比例關系,因為微生物生長對碳和氮有一定要求,其利用速度也是20-30倍的關系,因此發酵原料的碳氮比 20~30:1,或者bod5:n:p= 200:5:1為宜。
(2)厭氧活性污泥
厭氧活性污泥是由厭氧消化菌與懸浮物質和膠體物質結合在一起形成的具有很強分解有機物能力的凝絮體,顆粒體或附著膜。
由于在厭氧消化過程中h2s的生成,使厭氧活性污泥呈現黑褐色(發育良好的污泥是呈油亮的褐色)。在帶有攪拌或懸浮固體較多的消化器里,厭氧污泥呈絮狀的黑色或灰黑色。在升流式厭氧污泥床(uasb)消化器中,發育良好的污泥呈顆粒狀,直徑在3mm左右。
(3) 適宜的發酵溫度
高度溫發酵:50-65 ℃,最適溫度為55±2°c ;
中溫發酵: 20-45℃,最適溫度為35±2°c ;
偏低溫發酵:10-20℃;
常溫發酵:隨自然溫度而變化的發酵。
(4)有機負荷
厭氧消化消化器的負荷通常是指容積有機負荷(kgcod/m3·d)。
容積有機負荷定義:指單位時間、單位裝置容積消納有機物的量。
容積負荷是消化器設計和運行的重要參數,主要由厭氧活性污泥的數量和活性決定,因此在運行中是根據容積負荷確定污泥負荷(kgcod/kgvss )
在一定的容積負荷條件下,投料量取決于發酵原料的濃度,這就構成不同的水力負荷(m3/m3.d )。
在同樣有機負荷的條件下,有機物濃度高則水力負荷低,有機物濃度低則水力負荷高。當有機物濃度基本穩定時,水力負荷則成為工藝調控的主要參數之一。
1.3 主要調控指標
(1)固體物
總固體(ts)是懸浮固體(ss)和溶解固體(ds)的總和,以單位體積水樣在103-105oc蒸發干后殘留物的重量表示。
懸浮固體(懸浮物ss),指水樣經離心或過濾后得到的懸浮物經蒸發后所剩余固體物質的量。
揮發性固體(vs) ,表示樣品中懸浮物、膠體和溶解性物質中有機物的量。它是總固體(ts)在600c灼燒2小時后損失的量。
(2)揮發性有機酸(vfa)
(3)ph值是氫離子活度的負對數, ph=-log[h+]
(4)堿度表示水樣中能與強酸中的氫離子結合的物質的含量。包括:強堿、弱堿(如氨、苯胺、吡啶等)、弱酸陰離子(如 co32-、hco3-、h2po4-、hpo4-、so3 2 -、hso3-腐殖酸陰離子、hs-、s2-)等。
ⅱ沼氣工程運行管理
2.1 啟動調試沼氣工程的啟動調試是指從投入接種物和原料開始,經過馴化和培養,使沼氣池中厭氧活性污泥的數量和活性逐步增加,直至沼氣池的運行達到設計要求的全過程。這個過程所經歷的時間稱為啟動期。沼氣池的自然啟動一般需要較長時間,若能取得大量活性污泥作為接種物,在啟動開始時投入發酵罐內,可以縮短啟動期。
工程啟動調試應在工程竣工驗收合格后進行,同時還應做好下列的準備工作:
(1)檢查各處理構筑物和設施內的雜物是否清除干凈;
(2)所有要求氣密性的裝置(厭氧消化器、儲氣罐、脫硫設備、氣水分離、水分及阻火器等)應進行試水和氣密性檢驗,并合格。
(3)檢查各類管道、閥門和設備是否清理、疏通,并已處于備用狀態。
(4)對水泵、電機、加熱裝置、攪拌裝置、氣體收集系統以及其他附屬設備等應進行了單機試車和聯動試車。
(5)各種儀表已經完成了校正。
(6)沼氣發酵原料的準備(量和質的檢查)。
(7)制定出啟動調試方案、運行操作規程、和相關管理規定,并對沼氣工程的運行管理人員、操作人員、維修人員及安全管理人員已完成了專業技術培訓。
(8)監控室及設施、設備附近的明顯部位,已張貼必要的工作圖表、安全注意事項、操作規程和設備運轉說明等。
接種厭氧污泥可取自正在運行的厭氧消化器內的剩余污泥(最好是相同發酵原料的)。污泥缺乏的工程可用農村沼氣池的污泥、人糞、牛糞、豬糞、酒糟或初沉污泥進行馴化接種,uasb宜采用顆粒污泥接種。
固態厭氧接種污泥在進入厭氧消化器前應加水溶化,并經濾網濾去大塊雜質后方可投入厭氧消化器內。
最好一次投加足夠量的接種污泥,污泥接種量最少為厭氧消化器有效容積的10%-20%,30%為宜,不要超過60%。(或按5~10kgvss/m3池容積算)。
啟動調試(要點)
(1)啟動初始時,低負荷投料,對于高濃度或有毒廢水要進行適當稀釋,并在啟動過程中使稀釋倍數逐漸減少。
(2)每次進料要在預處理階段升溫到高出系統運行溫度3~5℃;并使新料液ph調質到6.5~7范圍內;每次進料量是沼氣池內料液量的5%~10%,進料量的多少,由沼氣池內料液ph高低來確定。每間隔7~8天進料一次,此階段為啟動的第一階段。
(3)此后,逐漸縮短每次進料間隔,逐漸增加每次進料量,直至通過實踐得出每天的最大進料量,并能滿足沼氣池正常運行(達到設計負荷,滿足產氣指標、有機物去除率指標等)。
(4) 經常檢測ph值、揮發酸、總堿度、溫度、氣壓、產氣量和沼氣成分等。
(5)啟動過程中應用氮氣或沼氣將厭氧消化器、輸氣管路及貯氣罐內的空氣置換出去。
運行管理的基本要求
(1)運行管理人員必須熟悉沼氣工程工藝和設施、設備的運行要求與技術指標。
(2)操作人員必須熟悉本崗位設施、設備的運行要求和技術指標,并了解沼氣工程工藝流程。
(3)操作人員應按時準確地填寫運行記錄。運行管理人員應定期檢查原始記錄。
(4)運行管理人員和操作人員應按工藝和管理規定巡視檢查構筑物、設備、電器和儀表的運行情況。
管理要點
(1)投料量和周期應按工藝設計參數進行,并在實踐中摸索出最佳參數。
(2)維持相對穩定的厭氧消化溫度。
(3)厭氧消化器的攪拌(循環)根據工藝要求進行(連續或間隙)。采用沼氣攪拌的,在啟動期間或產氣量不足時,應輔以機械或泵等其它方式攪拌。
(4)厭氧消化器的攪拌不得與排泥同時進行。
(5)宜每日監測:ph值、揮發酸、總堿度、溫度、氣壓、產氣量和沼氣成分等指標。掌握厭氧消化池運行工況,并根據監測數據及時調整運行方案或采取相應措施。
厭氧消化池正常運行的控制指標:
ph 6.5-7.8,揮發酸(乙酸計)<1000mg/l;
氣體成分 ch4 50%-80%;
總堿度(重碳酸鹽計)>2000mg/l。
維護保養
維護檢修制度:日常保養屬于經常性工作,由操作人員負責。
定期維護屬于階段性工作,由維修人員負責。
大修理屬于恢復設施、設備原有技術狀態的檢修工作,由專業檢修人員負責。
維護保養重點:
(1)定期檢查貯氣罐、沼氣管道及閘閥是否漏氣。厭氧消化器體、各種管道及閘閥每年應進行一次檢查和維修。
(2)厭氧消化器的各種加熱設施應經常除垢、檢修和維護。
(3)當采用熱交換器加熱時,管路和閘閥處的密封材料應定期更換。
ⅲ 安全生產與防護
1 安全生產與安全用氣
沼氣的成分 ch4 50 ~ 70% co2 30 ~ 40% o2 1% 、 co 1% 、n2 1%、h2 1%h2s 1~3%其它極少量的氣體。
(1)定期檢查沼氣管路系統和設備是否漏氣,如發現漏氣,應迅速停氣檢修。
(2)厭氧消化器運轉過程中,不得超過設計壓力或形成負壓。
(3)嚴禁隨便進入具有有毒、有害的厭氧消化器、溝渠、管道、地下井室及貯氣罐。需進入時,必須采取安全防護措施(通風、動物安全試驗、安全帶、救護措施)。
(4)操作人員在維護、啟閉電器時,應按電工操作規程進行。
(5)維護保養有機械部件的設備時,應采取安全防護措施。
(6)產沼氣后,站內嚴禁煙火,嚴禁鐵器工具撞擊和電氣焊操作,操作人員不得穿帶鐵釘的鞋子。
沼氣利用過程必須貫徹“預防為主,防消結合”
(1)在有可能散發沼氣的建筑物內,嚴禁設立休息室。
(2)公共建筑和生產用氣設備應有防爆設施 。
(3)沼氣儲氣罐的輸出管道上應設置安全水封或阻火器,大型用氣設備應設置沼氣放散管,嚴禁在建筑物內放散沼氣。
3.8 消防要求
(1)厭氧消化氣、儲氣罐以及安裝有沼氣凈化、沼氣加壓、調壓等設備的封閉式建(構)筑物的防火、防爆,應符合bgj16-87規定, 且不低于“二級”。
(2)建筑物門、窗應朝向外開。
(3)沼氣生產、凈化、儲存區域應嚴禁明火,地面應采用不會產生火花的材料。
√沼氣工程的生產、凈化、儲存宜集中在一個相對封閉的沼氣生產區域內。沼氣站址應設置在遠離居民居住區、村鎮、工業企業和重要公共建筑的地區。
√沼氣站內厭氧消化器和其它生產構筑物之間以及厭氧消化器之間的防火間距不限,但地上式構筑物之間距離不宜小于4m。
√厭氧消化器與相鄰建筑物的消防間距不應小于10m。當相鄰建筑外墻為防火墻時,防火間距可適當減少,但不應小于4m。
√沼氣站與其它生產廠區宜采用非燃燒墻體分隔。
√沼氣站內建筑物與圍墻的間距不宜小于5m。
