沼气鼓风机(锐意自控｜有关生物沼气工程的技术要点及难点)

沼气是从生物质转化中得到的燃气，沼气的高效制备和综合利用一方面开发了清洁的可再生能源，另一方面减少了有机废弃物的排放，同时还可减少温室气体的排放，发酵后的残余物可用作有机肥料。大型养鸡场产生的鸡粪产气率高，数量大，是我国大型沼气工程的重要原料，但相比猪粪、牛粪等其他发酵原料，鸡粪发酵沼气工程存在诸多难点。

一、工艺流程

大型鸡粪沼气工程的工艺流程如图1所示。沼气工程一般由6个部分组成：预处理单元、高效厌氧发酵单元、沼气净化贮存单元、沼气高值利用单元、沼肥利用单元、温室气体排放单元。

图1、大型鸡粪发酵沼气工程工艺流程图

新鲜鸡粪通过车辆或管道运至沼气工程，进入匀浆池。污水泵入匀浆池混合新鲜鸡粪。经过水解除砂之后物料被泵入厌氧发酵罐。产生的沼气净化后在贮气柜贮存，用于热电联产。发酵残余物用于周边农作物的有机肥料。

二、技术要点

1、 预处理

1） 进料总固体浓度

进料总固体浓度的选择主要基于两方面因素的考虑：能量平衡和氨氮浓度。

① 能量平衡

发酵系统主要依靠发电机组余热进行增温，保证发酵温度。一般认为，发酵浓度大于8%时，发电机组提供的余热可满足发酵系统冬季自身增温的需要。

② 氨氮浓度

鸡粪原料中含有大量氨氮。动物粪便发酵中关于NH4+-N引起产甲烷量下降的报道经常出现。有关学者发现氨氮浓度的上升与产气量的下降呈线性关系。在连续搅拌反应器中停留15d，当NH4+-N浓度从2.1g/L增加到5.3g/L时，产气量下降。

从能量平衡的角度来看，高固体浓度有利于减少物料总量，从而减少增温热量，节省能源。而从氨氮浓度来考虑，物料固体浓度不宜过高，以避免氨抑制现象的发生，保证发酵过程稳定。鸡粪发酵进料固体浓度一般控制在8%~12%。

2） 水解除砂

蛋鸡饲料中添加一定量的贝壳粉和砂砾，砂砾通过消化道排出，蛋鸡粪便中含沙量为固体含量的8%~10%，消化道粘液与粪污将砂砾包裹在一起，给粪砂分离和除砂带来难度，一般常规的沉砂工艺很难实现粪砂分离。采用水解除砂工艺，将粪砂分离后，通过刮砂机和螺旋除砂机将砂排出水解池外。水解除砂采用30℃中温水解工艺，水解停留时间24h。

图3、a.螺旋除砂装置b.除砂效果图

2、 高效厌氧发酵工艺

1） 厌氧反应器

完全混合发酵工艺由于发酵效率高、发酵浓度高、运行管理简单等优点被广泛应用于高固体浓度发酵。中温发酵（35~38℃）停留时间为20~25d。高温发酵（50~55℃）停留时间为10~15d。

2） 增温保温

在厌氧罐外壁设置增温盘管，利用发电机组余热对罐体进行增温。盘管外采用聚苯乙烯保温材料。采用该保温方式，在罐内外温差50℃且外界不增温的条件下，厌氧罐24h之内温度下降不超过0.3℃。

3） 搅拌与回流

低转速低能耗中心搅拌机，转速16rad/s，单位功率3.6W/m3。比传统的机械搅拌节省能源50%以上。搅拌机采用上下两层桨叶，上层用于破壳，下层用于物料混合搅拌。除搅拌机外，还可以在一二级厌氧罐之间设置回流泵，将二级厌氧罐的污泥部分回流至一级罐，起到搅拌作用，加强了罐内传质，同时减少污泥损失。

3、 沼气净化与贮存

1） 沼气生物脱硫

采用生物脱硫工艺去除沼气中的H2S。生物脱硫是指在适宜的温度、湿度、pH、营养物和微氧条件下，通过脱硫细菌的代谢作用将H2S转化为单质硫或亚硫酸。

以鸡粪为原料发酵的沼气中含有较高浓度的H2S，一般为3000~5000ppm（1ppm=0.0001%）经过生物脱硫净化处理后，沼气中H2S浓度可降至200ppm一下。脱硫成本比传统干法脱硫降低70%左右。

2)双膜干式贮气柜

采用低压双膜干式贮气柜对净化后的沼气进行贮存。贮气柜由外膜和内膜组成，其中外膜保护并维持贮气柜结构，内膜收集并贮存沼气。通过支撑鼓风机向内外膜中间的夹层充气，维持一定压力（一般为1.2~1.5kPa）能够承载设计范围内的风、雨、雪等荷载，同时将内膜内的沼气送入输气管道。

三、沼气、沼肥利用

1、 沼气高值利用

1） 热电联产

大型沼气工程通常采用热电肥联产模式。以鸡粪为原料进行发酵，产生沼气用于发电，电效率为38%，热效率为42%，总效率为80%。发电机组烟道气通过余热锅炉换热，以蒸汽的形式回收，提供给发酵系统自身增温，多余热量并入养鸡场内蒸汽总管网用于鸡舍供暖。

发电机组缸套水余热以热水形式在热水罐内贮存，通过管道泵和厌氧罐壁外的盘管对厌氧罐体进行增温。

2） 沼气用于新农村集中供气

除沼气发电并网外，还可为邻近的村落提供生活用管道燃气。

2、 沼肥利用

发酵后的沼液和沼渣含有丰富的N、P、K等营养物质，可作为周围果蔬的优质有机肥。

四、温室气体减排

沼气工程在减排温室气体方面具有显著的作用。畜禽粪便发酵产生的CH4的温室气体效应是CO2的21倍，大气中温室气体效应20%来源于CH4。沼气工程将畜禽粪便收集利用，大大减少了温室气体排放量。一个日产沼气10000m3的沼气工厂，每年可实现温室气体减排4万tCO2当量。

五、结语

生物沼气工程由于其清洁、高效、安全和可再生的特点以及减排温室气体效果显著越来越受到关注。鸡粪厌氧发酵沼气工程存在诸多难点，如含砂量大、氨氮含量高、沼气中硫化氢含量高等。本文主要介绍大型养鸡场鸡粪热电肥联产沼气工程的技术要点，仅为规模化鸡粪沼气工程的设计和建设提供参考，如有不当欢迎指正！

（来源：沼气圈）