中國固廢網消息，近日發布的《中國西部小城鎮環境基礎設施技術指南卷（II）：城鎮垃圾處理》中介紹了幾種適合小城鎮的垃圾處理技術，小城鎮垃圾沼氣發酵處理技術是其中一個。
小城鎮垃圾沼氣發酵處理技術隨著我國畜禽養殖業、農副產品加工業等由分散戶養形式向規模化、集約化方向的發展，畜禽養殖場糞便和農副產品加工廢料等農業有機廢棄物對廣大小城鎮地區周邊環境的污染日趨嚴重。建設規模化沼氣工程不僅可以解決小城鎮地區日益嚴重的垃圾污染問題，而且還能帶來居民日常生產、生活所需的部分能源。
小城鎮規模的沼氣工程具有設計靈活、占地面積少、易于管理、建設周期短、工程投資較小等諸多優勢，使得厭氧沼氣工程具有極強的生命力和發展潛力。由于目前我國關于農村有機廢棄物沼氣發酵工程的建設標準及規范等文獻資料較少，本指南將主要參考《規模化畜禽養殖場沼氣工程運行、維護及其安全技術規程》和《規模化畜禽養殖場沼氣工程設計規范》等相關內容，簡要介紹沼氣發酵工程涉及的基本概念及運行管理中需要引起注意的問題。
沼氣發酵技術原理
有機垃圾沼氣發酵是指有機物在特定的厭氧條件下，微生物將有機質進行分解，其中一部分碳素物質轉化為沼氣（主要成分是甲烷和二氧化碳）。沼氣發酵主要分為液化、產酸和產甲烷3個階段進行。
沼氣發酵工藝流程
一個完整的沼氣發酵工程，無論規模大小，都主要包括以下工藝流程：原料的收集、預處理、消化器（沼氣池）、出料的后處理和沼氣的凈化與儲存等。
（1）原料的收集
充足而穩定的原料供應是厭氧發酵工藝的基礎，不少沼氣工程因原料來源的變化被迫停止運轉或報廢。原料的收集方式又直接影響原料的質量，因此小城鎮地區要根據當地條件合理安排廢物的收集方式及集中地點，以便就近進行厭氧發酵處理。
收集到的原料一般要進入調節池進行儲存，因為原料收集的時間比較集中，而消化器的進料常需在一天內均勻分配。因而調節池的大小一定要能儲存24h的廢物量。在溫暖季節，調節池常可兼有酸化作用，這對改善原料性能和加速厭氧消化有好處。
（2）原料預處理
原料常混有生產作業中的各種雜物，為了便于輸送和防止發酵過程中出現故障，或為了減少原料中的懸浮固體含量，有的在進入消化器前要對原料進行預處理。
（3）消化器
消化器是沼氣發酵的核心設備。微生物的繁殖，有機物的分解轉化，沼氣的生成都是在消化器里進行的。因此消化器的結構和運行情況是一個沼氣工程設計的重點。首先要根據發酵原料的以及發酵條件選擇適宜的工藝類型和消化器結構。
（4）出料的后處理
出料的后處理為沼氣工程所不可缺少的構成部分。過去有些工程未考慮出料的后處理問題，造成出料的二次污染。出料后處理的方式多種多樣，最簡便的是用作肥料施入土壤或池塘。可靠的方法是將出料進行沉淀后再將沉渣進行固液分離，固體殘渣用作肥料或配合適量化肥做成適用于各種花果的復合肥料，適合市場要求，有較好的經濟效益。清液部分可處理后排放，或用于灌溉或再回用為生產用水。
（5）沼氣的凈化、存儲和輸配
沼氣發酵會有水分進入沼氣，同時還會有一定量的硫化氫和二氧化硫氣體進入沼氣，水蒸氣影響沼氣利用，后兩種氣體對人體有害。因而要對沼氣進行凈化處理。一般采用脫水設備來脫水，脫硫塔等設備來脫硫。沼氣的儲存通常用浮罩式儲氣柜，以調節產氣和用氣的時間差別，儲氣柜大小一般為日產氣量的1/3～1/2，以便穩定供應用氣。沼氣的輸配是指將沼氣輸送分配至各用氣戶，輸送距離可達數千米。近年來輸送管道常用高壓聚乙烯塑料管。
沼氣發酵工藝類型
對沼氣發酵的工藝分類，從不同角度有不同的分類方法。規模化沼氣工程，強調從工程的運行溫度、工程運行的最終目標以及所選用的處理原料進行分類。按投料運行方式又可將沼氣發酵分為半連續投料沼氣發酵、連續投料沼氣發酵和批量投料沼氣發酵等。
由于小城鎮環衛資源有限，垃圾的產量相對較少，一般日垃圾產量不超過50t，因而西部小城鎮規模沼氣工程主要屬于中小型沼氣工程。
沼氣工程主要設備
在沼氣發酵過程的預處理階段，需要選用適宜的格柵及除雜物的分離設施。雜物分離設施可選用斜板振動篩或振動擠壓分離機等。
中間階段的消化器，是大中型沼氣工程的關鍵設施。消化器是大中型沼氣工程的核心處理裝置，眾多的設計者都努力在消化器結構形式上精心設計，以便提高處理負荷，同時又要追求適中的造價。
后處理階段，單純以環保為目標的工程，后處理裝置是好氧處理設施。以能源環保相結合為目標的工程，消化液后處理包括固液分離機和沼渣干燥、成分調配和包裝設施；沼液濃縮、成分調配等設施。
沼氣集中供氣的輸配管路系統，主要由中、低壓沼氣管網、沼氣壓送站、調壓計量站、沼氣分配控制室及儲氣罐等組成。
沼氣工程選址與總體設計
（1）根據從防止環境污染角度考慮的安全原則和從經濟角度考慮的經濟合理原則，沼氣發酵工程的選址應符合下列要求：
①應符合小城鎮建設總體規劃及環境衛生專業規劃。
②應具備滿足工程建設的工程地質條件和水文地質條件。
③綜合考慮運距對周圍環境的影響，交通運輸等的合理性，充分利用已建或擬建的垃圾處理（基礎）設施，合理布局，有利于減少工程建設投資并利于實現綜合處理。
④應與城鎮規劃居住區、公共設施保持一定的衛生防護距離，并在城鎮夏季主導風向的下風向或側風向，以減少沼氣工程對周圍環境產生的影響或對周圍環境影響不超過國家相關規范、標準的要求。
⑤廠區防洪不低于城鎮防洪標準。
（2）沼氣工程總體布置應滿足下列要求
總體布置應滿足沼氣工程工藝的要求，布置緊湊，便于施工、運行和管理。應結合地形、氣象和地質條件等因素，經過技術經濟分析確定。
在滿足工藝要求的同時，還應與周圍的環境相協調，選用設備裝置及構筑物平面布局與管路走向要合理，并符合防火相關條款規定。若以糞便為原料來源，在條件允許的前提下，還要適當考慮沼氣工程生產規模擴展的可能性。
沼氣發酵工藝條件
（1）沼氣發酵原料
在沼氣發酵過程中，發酵原料即是產生沼氣的底物，又是沼氣發酵細菌賴以生存的養料來源。西部小城鎮地區各種農業剩余物，如豬、馬、牛、羊等家畜及家禽的糞便等，各種農作物的秸桿、雜草、樹葉等，以及農產品加工的廢物、廢水，如豆制品、淀粉等加工的廢水都是良好的沼氣發酵原料。
（2）沼氣發酵過程的影響因素
沼氣發酵微生物要求適宜的生活條件，對溫度、酸堿度及其它各種環境因素都有一定的要求。在工藝上滿足微生物的這些生活條件，才能達到發酵快、產氣量高的目的。沼氣池（或沼氣發酵罐）發酵產氣的好壞與發酵條件的控制密切相關。在發酵條件比較穩定的情況下產氣旺盛，否則產氣不好。因此，控制好沼氣發酵的工藝條件是維持正常發酵產氣的關鍵。
①嚴格的厭氧環境
沼氣發酵微生物包括產酸菌和產甲烷菌兩大類，它們都是厭氧性細菌，尤其是產生甲烷的甲烷菌是嚴格厭氧菌，對氧特別敏感。它們不能在有氧的環境中生存，哪怕微量的氧存在，生命活動也會受到抑制，甚至死亡。因此，建造一個不漏水、不漏氣的密閉沼氣池（罐），是人工制取沼氣的關鍵。沼氣發酵的起動或新鮮原料入池時會帶進一部分氧，但由于在密閉的沼氣池內，好氧菌和兼性厭氧菌的作用，迅速消耗了溶解氧，創造了良好的厭氧條件。
②發酵溫度
沼氣發酵微生物是在一定的溫度范圍進行代謝活動，可以在8～65℃產生沼氣，溫度高低不同產氣速度不同。在8～65℃范圍內，溫度越高，產氣速率越大，但不是線性關系。40～50℃是沼氣微生物高溫菌和中溫菌活動的過渡區間，它們在這個溫度范圍內都不太適應，因而此時產氣速率會下降。當溫度增高到53～55℃時，沼氣微生物中的高溫菌活躍，產沼氣的速率最快。沼氣發酵溫度突然變化，對沼氣產量有明顯影響，溫度突變超過一定范圍時，則會停止產氣。一般常溫發酵溫度不會突變；對中溫和高溫發酵，則要求嚴格控制料液的溫度。
③適宜的酸堿度
pH值是指消化器內料液的pH值，而不是發酵原料pH值。沼氣微生物最適宜的pH值范圍是6.8～7.5。一般來說，當pH值（＜6或＞8）時，沼氣發酵就要受到抑制，甚至停止產氣。建議采用測定揮發酸來控制投料量，這樣可以做到精確管理。
在沼氣工程中給消化器投料時，要根據pH值來控制投料量，若投料量過多，形成沖擊負荷，會造成產酸過多。在間斷投料時，料液的pH值應在7上下為宜，當pH低于6.8時，產甲烷菌的生命活動將受到抑制，正常發酵將遭到破壞。當消化器出現超負荷情況時，一方面停止進料，一方面在必要時可以投加堿性物質（如石灰水），提高消化器內的pH值，使發酵過程得到比較快的恢復。在投料以后pH值不應低于6.5。當pH值在低于6.0時，則應大量投入接種物或重新進行起動。
④碳、氮、磷的比例
發酵料液中的碳、氮、磷元素含量的比例，對沼氣生產有重要的影響。研究工作表明，碳氮以20～30：1為佳；碳、氮、磷比例以10：4：0.8為宜。對于以生產農副產品的污水為原料的，一般氮、磷含量均能超過規定比例下限，不需要另外投加。但對一些工業污水，如果氮、磷含量不足，應補充到適宜值。
⑤適宜的料液濃度
料液中干物質含量的百分比為料液濃度。對沼氣池內發酵料液濃度要求，隨季節的變化而不同。在夏季，發酵料液濃度可以低些，要求濃度在6%左右；冬季濃度應高一些，為8%左右。發酵料液的濃度太低或太高，對產生沼氣都不利。因為濃度太低時，即含水量太多有機物相對減少，會降低沼氣池單位容積中的沼氣產量，不利于沼氣池的充分利用；濃度太高時，即含水量太少，不利于沼氣細菌的活動，發酵料液不易分解，使沼氣發酵受到阻礙，產氣慢而少。因此，一定要根據發酵料液含水量的不同，在進料時加入相應數量的水，使發酵料液的濃度適宜，以充分合理地利用發酵料液和獲得比較穩定的產氣率。
⑥攪拌
攪拌的目的是使發酵原料分布均勻，防止大量原料浮渣結殼，增加沼氣微生物與原料的接觸面，提高原料利用率，加快發酵速度，提高產氣量。機械攪拌，通過機械裝置運轉達到攪拌的目的。
常用的幾種攪拌方法
⑦接種物
在發酵運行之初，要加入厭氧菌作為接種物（亦稱為菌種）。在條件具備時，宜采用生態環境一致的厭氧污泥作為接種物。當沒有適宜的接種物時，需要進行菌種富集和培養，即選擇活性較強的污泥或是人畜糞便等，添加適量有機廢水或作物秸稈等，裝入可密封的容器內，在適宜的條件下，重復操作，擴大接種數量。沼氣發酵是沼氣微生物群分解代謝有機物產生沼氣的過程，沼氣微生物像其它生物一樣，對環境有個適應范圍。
⑧添加劑和抑制劑
許多物質可以加速發酵過程，而有些物質卻抑制發酵的進行；還有些物質在低濃度時有刺激發酵作用，而在高濃度時產生抑制作用。沼氣池內揮發酸濃度過高（中溫發酵0.2%以上；高溫發酵0.36%以上）時，對發酵有阻抑作用；氨態氮（NH3-N）濃度過高時，對沼氣發酵菌有抑制和殺傷作用；各種農藥，特別是劇毒農藥，都有極強的殺菌作用，即使微量也可使正常的沼氣發酵完全破壞。很多鹽類，特別是金屬離子，在適當濃度時能刺激發酵過程，當超過一定濃度時對發酵過程會產生強烈的抑制作用。
沼氣工程勞動定員
勞動定員應按照定崗定員的原則，根據項目的工藝特點、技術水平、自動控制水平和管理的要求，合理確定。沼氣工程工作制度，可根據工藝技術要求宜采用單班制。堆肥廠勞動定員可分為生產人員、輔助生產人員和管理人員。輔助生產人員可根據當地的社會化協作條件，逐步由社會化服務系統解決。
沼氣工程運行管理
日常的管理可分為運行、控制、化驗和機修等幾部分。不論是運行的操作者，還是化驗員都必須熟悉工藝流程和設備的操作規程；按時巡視檢查并準確填寫運行記錄。一旦在巡視檢查中發現異常現象，要及時上報并做好維修處理。每班記錄應包括當班進料量、進料溫度、pH值及每周一次的COD值、SS值等；還應該包括各個采樣點以及排水處的這些數據。通過這些數據的監測，控制污泥的回流量、進料量和進料溫度等，把上述參數列成表格，或通過這些數據分析pH值和溫度的變化趨勢，指導系統安全運行。
沼氣設備與安全管理
沼氣發酵工程設備管理是對設備和設備操作人員進行有效的管理。依據有關部門的政策和標準，運用目標管理、崗位責任制度和科學管理的方法，對新設備進行檢驗、登記、調配，對使用設備的維護、保養改造、更新做出計劃，并對保修單位進行監督、指導、控制，做到合理裝備、擇優選購、正確使用、精心維護、科學檢驗、適時更新，以保證設備經常處于良好的工作狀態，確保安全和生產任務的完成，延長其使用壽命。
（1）為確保沼氣工程運行安全可靠，除了沼氣專業技術要求以外，在發酵罐和儲氣罐浮罩頂蓋上，要加裝安全窗，整體工程系統設計要符合建筑設計防火規范和建筑物防雷設計規范；
（2）應具有完備的生產安全管理規章制度和生產安全操作規程，崗位操作人員應嚴格執行本崗位安全操作規程；
（3）應為職工提供勞動安全衛生條件和勞動防護用品；操作人員應按規定使用安全防護及勞保用品；
（4）具有粉塵、異味及有害、有毒氣體的場所，應采取通風措施，并保證通風設施完好；應對生產控制室、污水及滲瀝液收集池、發酵設施、地下建筑物內及地下管線等沼氣聚集的場所進行定期監測，并做好記錄；空氣中沼氣濃度大于1.25%時應進行強制通風；
（5）廠內及車間內運輸管理，應符合有關規定；
（6）為了避免火災、爆炸和其他重大傷害事故的發生，廠區各明顯位置都應配有禁煙、防火和限速的標志；應建立發生火災、爆炸、沼氣泄漏等重大事故時的應急預案；
（7）應定期對全廠進行安全檢查，并記錄檢查結果。
編輯：姚森婧
京公網安備：11010802035285
