XX牧业有限公司大型沼气工程 可行性研究报告 第6章 工艺技术方案与设备选型
6.1工艺技术方案比较
工程模式与工艺技术路线是能源环境工程建设的关键。处理模式与工艺技术路线选择是否合理直接关系到工程的处理效果、运转稳定性、投资效益、运转成本和管理操作水平等。因此，必须结合实际情况，综合考虑各方面因素，慎重选择适宜的处理模式及工艺技术路线，以达到最佳的处理效果和经济效益。
6.1.1工程模式概述
畜禽养牛场废弃物处理的基本工程模式： 1、能源生态模式
该模式依靠现代化的设备组成比较完善的处理系统，将养牛场废物经过一系列的生物发酵处理，产生沼气，最大限度地回收能源，以能源开发（供热）为核心，以沼渣、沼液的综合利用为纽带，以多种设施农业利用为依托，大幅度提高畜禽养殖业废弃物综合利用效益，消除畜禽养殖废弃物产生的环境污染。
2、能源环保模式
对于处在大城市周边，必须就地发展且规模很大的养牛场，则须对产生的粪便干湿分离，粪便进行微生物发酵制成沼气供热或发电，同时建设污水处理工程对污水进行工程化处理，实现达标排放。
3、种养平衡模式
在耕地较多的地方，遵循生态学的原理，通过按土地规模确定畜禽养殖规模，以土地消纳养殖废物，制定并实施科学规划，用养殖废物作为种植业有机肥料供应源，将养殖废物密闭存放腐熟后就地还田。
4、土地利用模式
该模式是建立有机肥厂，依靠简单设备，将养殖废物干湿分离，将其中干物质进行堆肥发酵，生产商品有机肥，销售到更远的地区。实现在更大区域内的种养平衡。再利用天然或人工的湿地、厌氧消化系统对污水进行净化处理。通过资源化处理养殖废物和污水，实现畜禽养殖环境效益和经济效益的双赢。
5、达标排放模式
对于那些耕地少、土地消纳量小，又不具备沼气或生产有机肥条件的地方，
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XX牧业有限公司大型沼气工程 可行性研究报告 而当地必须就地发展畜禽养殖业的区域，则须建设污水处理工程，对集约化养牛场产生的废水进行工程化处理，实现达标排放，产生的固体废弃物应按照有关法规、标准综合利用生产有机肥或进行减量化、无害化处理和处置。
以上五种模式中，土地利用模式或种养平衡模式相对资金投入最小；能源生态模式的投入产出比最大，经济效益、环境效益较明显；能源环保模式次之；而达标排放模式主要目的是实现污染物达标排放，资金投入较大，经济效益较低。
表6-1不同模式的比较分析
类别 能源生态模式 适用地区 周边有农田、果林、优点 占地少、能源缺点 前期投资较大，对操鱼塘或水生植物的养殖回收率和资源综作人员技术要求高。 场。 合利用率高，经济效益好，不产生环境污染。 能源环保模式 大城市周边经济发污水达标排投资很大、运行费用达，土地紧张，养殖规模放，可生产有机高，对操作人员技术要求大，粪便产生量很大。 肥，又可生产沼很高。 气，供热或发电。 种养平衡模式 有足够土地，常年种投资少、无需需要大面积的土地，粪肥施于农田时要选择合适时机，且粪肥用量受到限制，可能污染地下水并对大气产生一定的污染。 土地利用模式 离城市较远，气温较投资少、运行占地面积大，能源回植施肥量大的作物（如蔬专人管理。 菜、瓜果等），养殖规模以猪出栏数计算在2万头以下养殖场（区）。 高，有足够的土地，地价费用低、不耗能。 收率低，可能污染地下较低、有滩涂、荒地、林地或低洼地可作废水湿水。 22
XX牧业有限公司大型沼气工程 可行性研究报告 地处理系统的地区。一般要求养殖规模以猪出栏数计算在5万头以下。 达标排放模式 大中城市周围，经济污水排放完投资较大，运行费用比较发达，土地紧张，粪全达到国家标准。 高，经济效益低。 便产生量较大的养殖场 结合养牛场的实际情况以及长远规划，我们选择能源生态模式，为XX市开创绿色养牛场建立示范，同时保障公司的经济效益，达到双赢的目的。
6.1.2工艺概述
废水厌氧发酵生物处理技术发展到今天已经取得很大的发展，已开发出的各种厌氧反应器种类很多，目前，在畜禽养殖行业养殖废物资源化利用方面，应用较多的是全混式厌氧反应器（CSTR）、升流式固体反应器（USR）和上流式厌氧污泥床（UASB）。
全混式厌氧反应器（CSTR）该工艺特点是对养殖废物水悬浮物（SS）没有严格要求，适用范围广。这就是全混式厌氧发酵罐在畜禽屠宰业使用最广的原因。
CSTR一般为钢混结构或全钢制，装有搅拌和回流装置，操作简便、启动容易，一般半个月到一个月就可以投入正常使用。
升流式固体反应器(USR)是一种结构简单、适用于高悬浮固体原料的反应器。原料从底部进入消化器内，与消化器里的活性污泥接触，使原料得到快速消化。未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出。
上流式厌氧污泥床（UASB）反应器主体是内装颗粒厌氧污泥的容器，其技术关键是三相分离器、布水系统及该装置的运行条件，特别是形成颗粒污泥的工艺条件是确保该反应器高效的关键。
升流式固体反应器(USR)和上流式厌氧污泥床（UASB）两种工艺主要用于高浓度有机废水的处理，对混合液的悬浮物均有严格要求，否则会影响反应器的处理效率，且容易造成反应器内部料液结层、管路堵塞等故障。相对于以上两种工
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XX牧业有限公司大型沼气工程 可行性研究报告 艺，全混式厌氧反应器（CSTR）具有实用、操作简单、运行稳定等优点。
一体化设备，这种采用作物和粪便两种原料进行混合发酵的沼气工程在德国得到快速发展。由于混合发酵原料SS含量和TS浓度都比较高，适合采用全混合厌氧反应器。从采用的反应器类型看，约90%为立式全混合反应器，少数采用卧式反应器，主要用于含沙和纤维量高的原料，而且受结构限制，此类反应器的容积一般低于300m3，还有不到10%的工程采用两种反应器联合应用的方式。随着材料技术的发展，一些工程采用了将发酵罐和储气柜一体化的设计，即在反应器的上部安装双层膜用以储存沼气，受结构的局限，这种反应器的容积最大不宜超过1200 m3，如果建造更大容积的反应器，则多采用立式大型全混合反应器，即我公司现在用的CSTR工艺。
表6-2 工艺对比
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 类别 原料范围 原料TS浓度 应用区域 水力停留时间 单位能耗 单池容积 操作难度 产气率 经济效益 沼液处理难度 CSTR 所有类型 有机原料 5～13% 全国各地 10～30天 低 300-3000m3 中等 0.5～5.0 较高 易 UASB 高COD污水 <2% 中部、南部 1～5天 高 200-3000m3 易 0.3～0.8 中 易 USR 各类畜禽粪便 3～5% 中部、南部 8～15天 中等 200-2000m3 中等 0.4～1.2 高 难 一体化设备 所有类型 有机原料 5～13% 全国各地 10～30天 低 300-1000m3 中等 0.5～1.0 较高 易 结合本项目排污情况以及后期处理对沼渣沼液的深加工，我们选择全混式厌氧反应器（CSTR）。
本项目综合利用系统包括了以下内容： CSTR厌氧发酵生物技术 沼渣液固液分离技术 沼气净化和利用技术 沼气发电供热技术
固体、液体高效复合有机肥技术
经过综合处理系统，从环境保护和资源利用的角度出发，走规模处理和综合
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XX牧业有限公司大型沼气工程 可行性研究报告 利用的道路，能够促进我国畜禽养殖业的进一步发展，保证良好的生态农业大循环。
6.1.3工艺选择原则
（1）采用先进、成熟、运行可靠的沼气工程技术，适应企业的发展； （2）在保证沼气工程达到设计要求的前提下，尽量减少投资和运行成本； （3）设备质量优良可靠，确保运行稳定，具有良好的性价比，创建“放心工程”；
（4）沼气系统力求操作管理简便，降低劳动强度。
6.1.4工艺流程
根前面的工艺介绍及表6-2的对比，本工程选用CSTR一体化工艺，流程如下图所示：
图6-1工艺流程图
养牛场 沼气净化 发电
沼渣、沼液 储液池 农田、果林、 蔬菜 集污池 一体化厌氧反应器 6.1.5工艺流程说明 冲洗废水经过一道格栅渠后自流入集污池，污水与鲜粪一起进入调配池，在浆式搅拌机的作用下，粪水混合均匀，粪污经过折流沉砂渠，沉去部分砂子，自流进入调节池，在搅拌机的搅拌下混合均匀，原料由切割泵泵入CSTR厌氧反应一体化设备，原料在厌氧反应一体化设备内在厌氧菌的作用下厌氧发酵，产生的沼气，沼气经过脱水、脱硫，经过阻火器用于场区发电及周围户用，发电机余热给一体化设备和调配池增温加热；CSTR厌氧反应一体化设备出来的沼渣和沼液
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