沼气工程运行管理常识规范
ⅰ 基础知识
1.1 沼气发酵的生物作用
沼气发酵微生物是人工制取沼气的最重要因素,有了大量的沼气微生物,并使各种类群的微生物获得基本的生长条件,沼气发酵原料才能在微生物的作用下转化为沼气。
沼气发酵过程中主要有五大菌群(发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、产甲烷菌)参与活动。
五大菌群:
①发酵性细菌:一些不溶性物质被发酵性细菌所分泌的胞外酶水解为可溶性糖、肽、氨基酸和脂酸,再将吸入细胞,发酵为乙酸、丙酸、丁 酸等和醇类及一定量的h2及co2
②产氢产乙酸菌:除甲酸、乙酸和甲醇外的物质均不能被产甲烷菌所利用,所以必须由产氢产乙酸菌将其分解转化为乙 酸、氢和二氧化碳
③耗氢产乙酸菌:它们既能利用h2+ co2 生成乙酸,也能代谢糖类生成乙酸。
④产甲烷菌(食氢、食乙酸):它们在厌氧条件下将前三群细菌代谢的终产物,在没有外源受氢体的情况下,把乙酸和h2、co2转化成ch4 + co2。产甲烷菌广泛存在于水沉积物和动物消化道等极端厌氧的环境中。
不产甲烷菌(水解发酵细菌、产氢产乙酸细菌等)
-为甲烷菌提供营养(将发酵原料的碳水化合物、蛋白质和脂肪等复杂有机物水解后形成可溶性的简单化合物,该类菌为产甲烷菌提供合成细胞的基质和能源。
--为产甲烷菌创造适宜的厌氧生态环境(该类菌群中的好氧和兼性厌氧菌的活动,使发酵液的氧化还原电位不断下降,逐步为产甲烷菌创造厌氧生态环境。
--为产甲烷菌清除有毒物质。
--与甲烷菌共同维持环境中适宜的酸碱度(氨化细菌进行氨化作用,产生的氨可以中和部分有机酸;产甲烷菌不断利用乙酸、氢和二氧化碳生成甲烷;通过这两类菌群的共同作用,使发酵液的ph值稳定在适宜范围。
产甲烷菌将不产甲烷菌产生的乙酸 、氢气和二氧化碳等发酵基质转化为甲烷。
1.2 厌氧消化产沼气的条件
沼气发酵就是培养和积累厌氧消化细菌,使细菌具有良好的生活条件;只有首先做到了这一点,才有可能得到较好的沼气生产率或污水净化效率。
微生物的生命活动要求多种条件,其中主要条件包括发酵原料、厌氧活性污泥、消化器负荷、发酵温度、ph值、碳氮比、有害物质的控制及均质等。
(1)发酵原料的c:n比值:是指原料中有机碳素与氮素含量的比例关系,因为微生物生长对碳和氮有一定要求,其利用速度也是20-30倍的关系,因此发酵原料的碳氮比 20~30:1,或者bod5:n:p= 200:5:1为宜。
(2)厌氧活性污泥
厌氧活性污泥是由厌氧消化菌与悬浮物质和胶体物质结合在一起形成的具有很强分解有机物能力的凝絮体,颗粒体或附着膜。
由于在厌氧消化过程中h2s的生成,使厌氧活性污泥呈现黑褐色(发育良好的污泥是呈油亮的褐色)。在带有搅拌或悬浮固体较多的消化器里,厌氧污泥呈絮状的黑色或灰黑色。在升流式厌氧污泥床(uasb)消化器中,发育良好的污泥呈颗粒状,直径在3mm左右。
(3) 适宜的发酵温度
高度温发酵:50-65 ℃,最适温度为55±2°c ;
中温发酵: 20-45℃,最适温度为35±2°c ;
偏低温发酵:10-20℃;
常温发酵:随自然温度而变化的发酵。
(4)有机负荷
厌氧消化消化器的负荷通常是指容积有机负荷(kgcod/m3·d)。
容积有机负荷定义:指单位时间、单位装置容积消纳有机物的量。
容积负荷是消化器设计和运行的重要参数,主要由厌氧活性污泥的数量和活性决定,因此在运行中是根据容积负荷确定污泥负荷(kgcod/kgvss )
在一定的容积负荷条件下,投料量取决于发酵原料的浓度,这就构成不同的水力负荷(m3/m3.d )。
在同样有机负荷的条件下,有机物浓度高则水力负荷低,有机物浓度低则水力负荷高。当有机物浓度基本稳定时,水力负荷则成为工艺调控的主要参数之一。
1.3 主要调控指标
(1)固体物
总固体(ts)是悬浮固体(ss)和溶解固体(ds)的总和,以单位体积水样在103-105oc蒸发干后残留物的重量表示。
悬浮固体(悬浮物ss),指水样经离心或过滤后得到的悬浮物经蒸发后所剩余固体物质的量。
挥发性固体(vs) ,表示样品中悬浮物、胶体和溶解性物质中有机物的量。它是总固体(ts)在600c灼烧2小时后损失的量。
(2)挥发性有机酸(vfa)
(3)ph值是氢离子活度的负对数, ph=-log[h+]
(4)碱度表示水样中能与强酸中的氢离子结合的物质的含量。包括:强碱、弱碱(如氨、苯胺、吡啶等)、弱酸阴离子(如 co32-、hco3-、h2po4-、hpo4-、so3 2 -、hso3-腐殖酸阴离子、hs-、s2-)等。
ⅱ沼气工程运行管理
2.1 启动调试沼气工程的启动调试是指从投入接种物和原料开始,经过驯化和培养,使沼气池中厌氧活性污泥的数量和活性逐步增加,直至沼气池的运行达到设计要求的全过程。这个过程所经历的时间称为启动期。沼气池的自然启动一般需要较长时间,若能取得大量活性污泥作为接种物,在启动开始时投入发酵罐内,可以缩短启动期。
工程启动调试应在工程竣工验收合格后进行,同时还应做好下列的准备工作:
(1)检查各处理构筑物和设施内的杂物是否清除干净;
(2)所有要求气密性的装置(厌氧消化器、储气罐、脱硫设备、气水分离、水分及阻火器等)应进行试水和气密性检验,并合格。
(3)检查各类管道、阀门和设备是否清理、疏通,并已处于备用状态。
(4)对水泵、电机、加热装置、搅拌装置、气体收集系统以及其他附属设备等应进行了单机试车和联动试车。
(5)各种仪表已经完成了校正。
(6)沼气发酵原料的准备(量和质的检查)。
(7)制定出启动调试方案、运行操作规程、和相关管理规定,并对沼气工程的运行管理人员、操作人员、维修人员及安全管理人员已完成了专业技术培训。
(8)监控室及设施、设备附近的明显部位,已张贴必要的工作图表、安全注意事项、操作规程和设备运转说明等。
接种厌氧污泥可取自正在运行的厌氧消化器内的剩余污泥(最好是相同发酵原料的)。污泥缺乏的工程可用农村沼气池的污泥、人粪、牛粪、猪粪、酒糟或初沉污泥进行驯化接种,uasb宜采用颗粒污泥接种。
固态厌氧接种污泥在进入厌氧消化器前应加水溶化,并经滤网滤去大块杂质后方可投入厌氧消化器内。
最好一次投加足够量的接种污泥,污泥接种量最少为厌氧消化器有效容积的10%-20%,30%为宜,不要超过60%。(或按5~10kgvss/m3池容积算)。
启动调试(要点)
(1)启动初始时,低负荷投料,对于高浓度或有毒废水要进行适当稀释,并在启动过程中使稀释倍数逐渐减少。
(2)每次进料要在预处理阶段升温到高出系统运行温度3~5℃;并使新料液ph调质到6.5~7范围内;每次进料量是沼气池内料液量的5%~10%,进料量的多少,由沼气池内料液ph高低来确定。每间隔7~8天进料一次,此阶段为启动的第一阶段。
(3)此后,逐渐缩短每次进料间隔,逐渐增加每次进料量,直至通过实践得出每天的最大进料量,并能满足沼气池正常运行(达到设计负荷,满足产气指标、有机物去除率指标等)。
(4) 经常检测ph值、挥发酸、总碱度、温度、气压、产气量和沼气成分等。
(5)启动过程中应用氮气或沼气将厌氧消化器、输气管路及贮气罐内的空气置换出去。
运行管理的基本要求
(1)运行管理人员必须熟悉沼气工程工艺和设施、设备的运行要求与技术指标。
(2)操作人员必须熟悉本岗位设施、设备的运行要求和技术指标,并了解沼气工程工艺流程。
(3)操作人员应按时准确地填写运行记录。运行管理人员应定期检查原始记录。
(4)运行管理人员和操作人员应按工艺和管理规定巡视检查构筑物、设备、电器和仪表的运行情况。
管理要点
(1)投料量和周期应按工艺设计参数进行,并在实践中摸索出最佳参数。
(2)维持相对稳定的厌氧消化温度。
(3)厌氧消化器的搅拌(循环)根据工艺要求进行(连续或间隙)。采用沼气搅拌的,在启动期间或产气量不足时,应辅以机械或泵等其它方式搅拌。
(4)厌氧消化器的搅拌不得与排泥同时进行。
(5)宜每日监测:ph值、挥发酸、总碱度、温度、气压、产气量和沼气成分等指标。掌握厌氧消化池运行工况,并根据监测数据及时调整运行方案或采取相应措施。
厌氧消化池正常运行的控制指标:
ph 6.5-7.8,挥发酸(乙酸计)<1000mg/l;
气体成分 ch4 50%-80%;
总碱度(重碳酸盐计)>2000mg/l。
维护保养
维护检修制度:日常保养属于经常性工作,由操作人员负责。
定期维护属于阶段性工作,由维修人员负责。
大修理属于恢复设施、设备原有技术状态的检修工作,由专业检修人员负责。
维护保养重点:
(1)定期检查贮气罐、沼气管道及闸阀是否漏气。厌氧消化器体、各种管道及闸阀每年应进行一次检查和维修。
(2)厌氧消化器的各种加热设施应经常除垢、检修和维护。
(3)当采用热交换器加热时,管路和闸阀处的密封材料应定期更换。
ⅲ 安全生产与防护
1 安全生产与安全用气
沼气的成分 ch4 50 ~ 70% co2 30 ~ 40% o2 1% 、 co 1% 、n2 1%、h2 1%h2s 1~3%其它极少量的气体。
(1)定期检查沼气管路系统和设备是否漏气,如发现漏气,应迅速停气检修。
(2)厌氧消化器运转过程中,不得超过设计压力或形成负压。
(3)严禁随便进入具有有毒、有害的厌氧消化器、沟渠、管道、地下井室及贮气罐。需进入时,必须采取安全防护措施(通风、动物安全试验、安全带、救护措施)。
(4)操作人员在维护、启闭电器时,应按电工操作规程进行。
(5)维护保养有机械部件的设备时,应采取安全防护措施。
(6)产沼气后,站内严禁烟火,严禁铁器工具撞击和电气焊操作,操作人员不得穿带铁钉的鞋子。
沼气利用过程必须贯彻“预防为主,防消结合”
(1)在有可能散发沼气的建筑物内,严禁设立休息室。
(2)公共建筑和生产用气设备应有防爆设施 。
(3)沼气储气罐的输出管道上应设置安全水封或阻火器,大型用气设备应设置沼气放散管,严禁在建筑物内放散沼气。
3.8 消防要求
(1)厌氧消化气、储气罐以及安装有沼气净化、沼气加压、调压等设备的封闭式建(构)筑物的防火、防爆,应符合bgj16-87规定, 且不低于“二级”。
(2)建筑物门、窗应朝向外开。
(3)沼气生产、净化、储存区域应严禁明火,地面应采用不会产生火花的材料。
√沼气工程的生产、净化、储存宜集中在一个相对封闭的沼气生产区域内。沼气站址应设置在远离居民居住区、村镇、工业企业和重要公共建筑的地区。
√沼气站内厌氧消化器和其它生产构筑物之间以及厌氧消化器之间的防火间距不限,但地上式构筑物之间距离不宜小于4m。
√厌氧消化器与相邻建筑物的消防间距不应小于10m。当相邻建筑外墙为防火墙时,防火间距可适当减少,但不应小于4m。
√沼气站与其它生产厂区宜采用非燃烧墙体分隔。
√沼气站内建筑物与围墙的间距不宜小于5m。
