沼气工程运行管理常识.doc

沼气工程运行管理常识
Ⅰ 基础知识
         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〕参加活动。
        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，所以必必需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状况下，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存厌氧消化细菌，使细菌具有合格的生活条件；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，使厌氧活性污泥浮现黑褐色〔发育合格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，发育合格的污泥呈颗粒状，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。
    容积负荷是消化器制定和运行的重要参数，主要由厌氧活性污泥的数量和活性决定，因此在运行中是依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按时，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600?C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制定要求的全过程。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必需要较长时间，假设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完工验收合格后进行，同时还应做好以下的准备工作：
    〔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、气水分开、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矫正。
    〔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、修理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、设备四周的显然部位，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。