沼氣工程運行管理常識規(guī)范
ⅰ 基礎(chǔ)知識
1.1 沼氣發(fā)酵的生物作用
沼氣發(fā)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(fā)酵原料才能在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為沼氣。
沼氣發(fā)酵過程中主要有五大菌群(發(fā)酵性細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、耗氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌)參與活動。
五大菌群:
①發(fā)酵性細菌:一些不溶性物質(zhì)被發(fā)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(fā)酵為乙酸、丙酸、丁 酸等和醇類及一定量的h2及co2
②產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌:除甲酸、乙酸和甲醇外的物質(zhì)均不能被產(chǎn)甲烷菌所利用,所以必須由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將其分解轉(zhuǎn)化為乙 酸、氫和二氧化碳
③耗氫產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)物,在沒有外源受氫體的情況下,把乙酸和h2、co2轉(zhuǎn)化成ch4 + co2。產(chǎn)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(huán)境中。
不產(chǎn)甲烷菌(水解發(fā)酵細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌等)
-為甲烷菌提供營養(yǎng)(將發(fā)酵原料的碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪等復(fù)雜有機物水解后形成可溶性的簡單化合物,該類菌為產(chǎn)甲烷菌提供合成細胞的基質(zhì)和能源。
--為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧生態(tài)環(huán)境(該類菌群中的好氧和兼性厭氧菌的活動,使發(fā)酵液的氧化還原電位不斷下降,逐步為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造厭氧生態(tài)環(huán)境。
--為產(chǎn)甲烷菌清除有毒物質(zhì)。
--與甲烷菌共同維持環(huán)境中適宜的酸堿度(氨化細菌進行氨化作用,產(chǎn)生的氨可以中和部分有機酸;產(chǎn)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(fā)酵液的ph值穩(wěn)定在適宜范圍。
產(chǎn)甲烷菌將不產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生的乙酸 、氫氣和二氧化碳等發(fā)酵基質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷。
1.2 厭氧消化產(chǎn)沼氣的條件
沼氣發(fā)酵就是培養(yǎng)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(chǎn)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(fā)酵原料、厭氧活性污泥、消化器負荷、發(fā)酵溫度、ph值、碳氮比、有害物質(zhì)的控制及均質(zhì)等。
(1)發(fā)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(guān)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(guān)系,因此發(fā)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(zhì)和膠體物質(zhì)結(jié)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(xiàn)黑褐色(發(fā)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(fā)育良好的污泥呈顆粒狀,直徑在3mm左右。
(3) 適宜的發(fā)酵溫度
高度溫發(fā)酵:50-65 ℃,最適溫度為55±2°c ;
中溫發(fā)酵: 20-45℃,最適溫度為35±2°c ;
偏低溫發(fā)酵:10-20℃;
常溫發(fā)酵:隨自然溫度而變化的發(fā)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(shè)計和運行的重要參數(shù),主要由厭氧活性污泥的數(shù)量和活性決定,因此在運行中是根據(jù)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(fā)酵原料的濃度,這就構(gòu)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(wěn)定時,水力負荷則成為工藝調(diào)控的主要參數(shù)之一。
1.3 主要調(diào)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(fā)干后殘留物的重量表示。
懸浮固體(懸浮物ss),指水樣經(jīng)離心或過濾后得到的懸浮物經(jīng)蒸發(fā)后所剩余固體物質(zhì)的量。
揮發(fā)性固體(vs) ,表示樣品中懸浮物、膠體和溶解性物質(zhì)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(fā)性有機酸(vfa)
(3)ph值是氫離子活度的負對數(shù), ph=-log[h+]
(4)堿度表示水樣中能與強酸中的氫離子結(jié)合的物質(zhì)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(diào)試沼氣工程的啟動調(diào)試是指從投入接種物和原料開始,經(jīng)過馴化和培養(yǎng),使沼氣池中厭氧活性污泥的數(shù)量和活性逐步增加,直至沼氣池的運行達到設(shè)計要求的全過程。這個過程所經(jīng)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(fā)酵罐內(nèi),可以縮短啟動期。
工程啟動調(diào)試應(yīng)在工程竣工驗收合格后進行,同時還應(yīng)做好下列的準備工作:
(1)檢查各處理構(gòu)筑物和設(shè)施內(nèi)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(shè)備、氣水分離、水分及阻火器等)應(yīng)進行試水和氣密性檢驗,并合格。
(3)檢查各類管道、閥門和設(shè)備是否清理、疏通,并已處于備用狀態(tài)。
(4)對水泵、電機、加熱裝置、攪拌裝置、氣體收集系統(tǒng)以及其他附屬設(shè)備等應(yīng)進行了單機試車和聯(lián)動試車。
(5)各種儀表已經(jīng)完成了校正。
(6)沼氣發(fā)酵原料的準備(量和質(zhì)的檢查)。
(7)制定出啟動調(diào)試方案、運行操作規(guī)程、和相關(guān)管理規(guī)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(yè)技術(shù)培訓(xùn)。
(8)監(jiān)控室及設(shè)施、設(shè)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(guī)程和設(shè)備運轉(zhuǎn)說明等。
接種厭氧污泥可取自正在運行的厭氧消化器內(nèi)的剩余污泥(最好是相同發(fā)酵原料的)。污泥缺乏的工程可用農(nóng)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(tài)厭氧接種污泥在進入?yún)捬跸髑皯?yīng)加水溶化,并經(jīng)濾網(wǎng)濾去大塊雜質(zhì)后方可投入?yún)捬跸鲀?nèi)。
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(diào)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(shù)逐漸減少。
(2)每次進料要在預(yù)處理階段升溫到高出系統(tǒng)運行溫度3~5℃;并使新料液ph調(diào)質(zhì)到6.5~7范圍內(nèi);每次進料量是沼氣池內(nèi)料液量的5%~10%,進料量的多少,由沼氣池內(nèi)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(shè)計負荷,滿足產(chǎn)氣指標、有機物去除率指標等)。
(4) 經(jīng)常檢測ph值、揮發(fā)酸、總堿度、溫度、氣壓、產(chǎn)氣量和沼氣成分等。
(5)啟動過程中應(yīng)用氮氣或沼氣將厭氧消化器、輸氣管路及貯氣罐內(nèi)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(shè)施、設(shè)備的運行要求與技術(shù)指標。
(2)操作人員必須熟悉本崗位設(shè)施、設(shè)備的運行要求和技術(shù)指標,并了解沼氣工程工藝流程。
(3)操作人員應(yīng)按時準確地填寫運行記錄。運行管理人員應(yīng)定期檢查原始記錄。
(4)運行管理人員和操作人員應(yīng)按工藝和管理規(guī)定巡視檢查構(gòu)筑物、設(shè)備、電器和儀表的運行情況。
管理要點
(1)投料量和周期應(yīng)按工藝設(shè)計參數(shù)進行,并在實踐中摸索出最佳參數(shù)。
(2)維持相對穩(wěn)定的厭氧消化溫度。
(3)厭氧消化器的攪拌(循環(huán))根據(jù)工藝要求進行(連續(xù)或間隙)。采用沼氣攪拌的,在啟動期間或產(chǎn)氣量不足時,應(yīng)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(jiān)測:ph值、揮發(fā)酸、總堿度、溫度、氣壓、產(chǎn)氣量和沼氣成分等指標。掌握厭氧消化池運行工況,并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整運行方案或采取相應(yīng)措施。
厭氧消化池正常運行的控制指標:
ph 6.5-7.8,揮發(fā)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(yǎng)
維護檢修制度:日常保養(yǎng)屬于經(jīng)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(fù)設(shè)施、設(shè)備原有技術(shù)狀態(tài)的檢修工作,由專業(yè)檢修人員負責。
維護保養(yǎng)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(yīng)進行一次檢查和維修。
(2)厭氧消化器的各種加熱設(shè)施應(yīng)經(jīng)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(yīng)定期更換。
ⅲ 安全生產(chǎn)與防護
1 安全生產(chǎn)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(tǒng)和設(shè)備是否漏氣,如發(fā)現(xiàn)漏氣,應(yīng)迅速停氣檢修。
(2)厭氧消化器運轉(zhuǎn)過程中,不得超過設(shè)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(yīng)按電工操作規(guī)程進行。
(5)維護保養(yǎng)有機械部件的設(shè)備時,應(yīng)采取安全防護措施。
(6)產(chǎn)沼氣后,站內(nèi)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?shù)男印?/p>
沼氣利用過程必須貫徹“預(yù)防為主,防消結(jié)合”
(1)在有可能散發(fā)沼氣的建筑物內(nèi),嚴禁設(shè)立休息室。
(2)公共建筑和生產(chǎn)用氣設(shè)備應(yīng)有防爆設(shè)施 。
(3)沼氣儲氣罐的輸出管道上應(yīng)設(shè)置安全水封或阻火器,大型用氣設(shè)備應(yīng)設(shè)置沼氣放散管,嚴禁在建筑物內(nèi)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(diào)壓等設(shè)備的封閉式建(構(gòu))筑物的防火、防爆,應(yīng)符合bgj16-87規(guī)定, 且不低于“二級”。
(2)建筑物門、窗應(yīng)朝向外開。
(3)沼氣生產(chǎn)、凈化、儲存區(qū)域應(yīng)嚴禁明火,地面應(yīng)采用不會產(chǎn)生火花的材料。
√沼氣工程的生產(chǎn)、凈化、儲存宜集中在一個相對封閉的沼氣生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)。沼氣站址應(yīng)設(shè)置在遠離居民居住區(qū)、村鎮(zhèn)、工業(yè)企業(yè)和重要公共建筑的地區(qū)。
√沼氣站內(nèi)厭氧消化器和其它生產(chǎn)構(gòu)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(gòu)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(yīng)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(yīng)小于4m。
√沼氣站與其它生產(chǎn)廠區(qū)宜采用非燃燒墻體分隔。
√沼氣站內(nèi)建筑物與圍墻的間距不宜小于5m。
