大中型沼气工程技(3)

消化液的容积计算

? 消化液容积与每日处理原料量、消化液浓度、消化液密度和水力滞留期有关。

V1=(Gf × HRT)/qy

V 1——消化器中消化液容积（ m3 ）； G——消化器每日进原料量（kg/d）； f ——原料干物质含量（%）； HRT——消化器水力滞留期（d）； q——消化液浓度（TS）（%）； y——消化料液密度（kg/ m 3 ）。

消化器的总容积
? 消化器总容积=消化器中消化液容积（V1 ）+消化器的储气容积（V2） ? 一般取V2 =（8%～10%）V1

V=V1 +V2 =[（Gf × HRT）/qy]*(1+10%)

按所选用的消化器类型来相应地确定消化器的内径和高度

厌氧消化器设计关键参数
? 厌氧消化器设计的关键参数主要有水力滞留时间、有机负荷、容积负荷、污泥负荷、消化器容积等。 ? 水力滞留时间（HRT）: 水力滞留时间对于厌氧工艺的影响是通过流速来表现的。 1.高流速将增加系统内的扰动，从而增加了生物污泥与物料之间的接触，有利于提高消化器的降解率和产气率； 2.为了保持系统中有足够多的污泥，流速不能超过一定的限值。在传统的 UASB 系统中，上升流速的平均值一般不超过 0.25m/s，而且反应器的高度也受到限制。

有机负荷
? 有机负荷指每日投入消化器内的挥发性固体与消化器内已有挥发性固体的质量之比，单位为kg/(kg.d)。 ? 有机负荷反映了微生物之间的供需关系，是影响污泥增长、污泥活性和有机物降解的重要因素，提高有机负荷可加快污泥增长和有机物降解，也可使反应器的容积缩小。 ? 对于厌氧消化过程来讲，有机负荷对于有机物去除和工艺的影响尤为明显。当有机负荷过高时，可能发生甲烷化反应和酸化反应不平衡的问题。有机负荷不仅是厌氧消化器的重要设计参数，也是重要的控制参数。

?容积负荷容积负荷为 1 立方米消化器容积每日投入的有机物（挥发性固体 VS）质量，单位为 kg/（ m 3 · d）。

? 污泥负荷 ? 污泥负荷可由容积负荷和反应器污泥量来计算得到。采用污泥负荷比容积负荷更能从本质上反映微生物代谢同有机物的关系。特别是厌氧反应过程，由于存在甲烷化反应和酸化反应的平衡关系，采用适当的污泥负荷可以消除超负荷引起的酸化问题。

消化池容积
? 容积负荷与有机负荷是消化器容积设计的主要参数。 ? 消化池容积 V=每日能够接受并将其降解到预定程度的有机污染物（BOD）/消化池容积负荷率（ NV ）

V=(10 × Vn)/P
式中 V——消化池污泥区容积， m3 ； Vn ——每日需处理的污泥或废液体积， m3 /d； P——设计投配率，%/d，通常采用 5%～12%/d。

设计注意问题
? 消化器的单体有效容积确定后，在设计时需要注意4点： 1.消化器

的数目以不小于两座为好，以便检修时至少仍有一个消化器能工作。当设置两座消化器时，总有效容积应比计算值大 10%。 2.消化器内液面的高度应考虑的因素：①有效池容应尽量大； ②表面积应尽量小（面积小浮渣层易破碎）；③液面升高时物料不进入沼气管；④用沼气循环搅拌时产生的飞沫不会进入沼气引出管。

3.厌氧消化器一般采用圆柱形结构，柱形池体的直径一般为 6～35m，柱体高与直径之比约为 0.8～2.0，池底保持一定坡度，池顶部集气罩高度常采用 0.5～1.5m，池体至少应设两个直径为 0.7m 的入孔。

4.消化器必须附设各种工艺管道，以确保其正常运行。工艺管道包括进料管、循环管、排水管、排泥管、溢流管、沼气管和取样管等。

厌氧消化器排泥管道设计要点
（1）剩余污泥排泥点以设在污泥区中上部为宜。（2）矩形池排泥应沿池纵向多点排泥。（3）对一管多孔式布水管，可以考虑进水管兼做排泥或放空管。（4）原则上有两种污泥排放方法：在所希望的高程处直接排放；采用泵将污泥从反应器的三相分离器的开口处泵出，可与污泥取样孔的开口一致。

? 排泥的高度是重要的，合理高度应是能排出低活性污泥并将最好的高活性污泥保留在反应器中。

消化器的保温设计
? 设计原则:当地最低气温确定保温层的厚度。

Q=24λF [（T2-T1)/δ] Q = CG（T3 ? T2）
Q ——每天进料热量或消化器散失的热量（kJ）； C——料液比热容[kJ/（kg· ℃）]； G ——日进料液量（kg）； T3 ——进料料液温度（℃）； T2 ——消化液温度（℃）； T1 ——最低环境温度（℃）； λ ——保温材料的热导率[kJ/（m· h· ℃）]； F——消化器导热面积（ m 2 ）；

δ ——保温层厚度（m）。

沼气的净化

1-水封；2-气水分离器；3-脱硫塔；4-沼气入口；5-自来水入口；6-再生同期放散阀

1.沼气脱水原理与方法
（1）对高、中温厌氧反应生成的沼气温度应进行适当降温，通过重力法，即常用沼气气水分离器的方法，将沼气中的部分水蒸气脱除。（2）在输送沼气管路的最低点设置凝水器。脱水装置为了使沼气的气液两相达到工艺指标的分离要求，常在塔内安装水平及竖直滤网，当沼气以一定的压力从装置上部促使沼气中的水蒸气与沼气分离，水滴沿内壁向下流动，积存于装置底部并定期排除。这种凝水器分为人工手动和自动排水两种。

沼气气水分离器设计原则：
①进入分离器的沼气量应按平均日产气量计算； ②分离器内的沼气供应压力应大于 2000Pa； ③分离器的压力损失应小于 100Pa； ④沼气气水分离器的入口管内流速宜为 15m/s，沼气出口管内

流速宜为 10m/s； ⑤沼气进口管应设置在筒体的切线方向；沼气气水分离器下部应设有积液包和排污管； ⑥沼气气水分离器内宜装入填料，填料可选用不锈钢丝网，紫铜丝网，聚乙烯丝网，聚四氟乙烯丝网或陶瓷拉西环等； ⑦沼气管道的最低点必须设置沼气凝水器，定期或自动排放管道中的冷凝水。沼气凝水器直径宜为进气管的 3.0～ 5.0 倍，高度宜为直径的 1.5～2.0 倍。

2.沼气脱硫
沼气成分的生理特性
气体成分 CH 4 CO 浓度/（mg/L） 0.5 0.02 0.03 0.04 0.06 0.3 暴露时间/h 0.5 0.5 人的生理反应

窒息、头痛、非中毒安全气喘昏昏欲睡、头痛呼吸困难、窒息可能致命

H2S

0.001
0.002 0.005 0.01

数小时
1 0.5 -

刺激眼
头痛、眩晕恶心、兴奋、失眠失去知觉、致死

? 国家标准卫生标准规定： H 2 S 气体含量在居民区的空气中不得超过 0.00001mg/L；在工厂车间不得超过 0.001mg/L；在城市煤气中不得超过 0.02mg/L。 ? 因为当 H 2 S 含量达1.2～2.8mg/L 时，可使人立即致死；在 0.6mg/L 时，在 0.5～1h 内致人死亡。

粪便处理厂沼气中含有 7.56～7.59mg/L 屠宰场沼气中含有 1.7～1.96mg/L 酒厂沼气中含有 0.96～1.15mg/L

脱硫方法
? 氧化铁法脱硫：干法脱硫中最为常见的方法为氧化铁脱硫法，在常温下沼气通过脱硫剂床层，沼气中的 H 2 S 与活性氧化铁接触，生成硫化铁和硫化亚铁，然后含有硫化物的脱硫剂与空气中的氧接触，当有水存在时，铁的硫化物又转化为氧化铁和单体硫。 ? 氧化铁脱硫剂的装置高度确定原则： ①颗粒状脱硫剂装填高度以 1～1.4m 为宜，当脱硫装置床层高度过高时，应采用分层装填，每层脱硫剂厚度以 1m 为宜； ②粉状脱硫剂宜采用分层装填，每层脱硫剂高度以 300～500mm 为宜。

?沼气与脱硫剂接触时间，一般取 50～ 300s。 ?脱硫后沼气中含硫化氢量应降低到 10～ ?20mg/ m 3 。脱硫器的直径 D，一般按 H/D=2～3 选取，

塔式干法脱硫装置

连续干法脱硫

湿法脱硫 ? 目前湿法烟气脱硫被认为是最成熟、控制 SO2 最行之有效的途径。 ? 特点是脱硫系统位于烟道的末端，除尘器之后，脱硫过程的反应温度低于露点，所以脱硫后的烟气需要再加热才能排出。由于是气液反应，其脱硫反应速度快、效率高、脱硫剂利用率高，如用石灰做脱硫剂时，当 Ca/S=1 时，即可到到90%的脱硫率。沼气湿法脱硫宜采用氧化再生法，并应采用硫容量大、副反应小、再生性能好、无毒和原料来源比较方便的脱硫液。 ? 湿法烟气脱硫存在废水处理问题，除投资大，运行费用也较高。