大型沼气综合利用工程可行性研究报告

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1、第1章 项目摘要1.1 项目名称*奶牛养殖农民专业合作社大型沼气综合利用工程1.2 项目建设单位*奶牛养殖农民专业合作社1.3 项目建设地点*市*镇*村1.4项目建设期1年，即2010年1月2010年12月1.5项目建设目标通过本沼气工程项目的建设，使牛场废弃物达到无害化、减量化和资源化处理目标，并形成以沼气工程为纽带，将养殖业、种植业有机结合的良性循环的生态农业系统，促进当地农牧业的可持续发展。1.6 项目建设内容及规模*奶牛养殖合作社存栏奶牛218头，年出栏肉牛500头，每天产生牛粪18吨，污水25吨，拟建设项目如下：1.容积为500m3CSTR反应罐一座，500m3的独立气柜一座，日产气

2、量约为500m3，及配套脱水、脱硫等设施；2.供户用及发电的配套设备。主要设施如下：预处理单元：格栅渠7.85 m3、集污池29.3m3、调配池27.5m3、折流沉砂渠30.4 m3、调节池23.35 m3沼气生产存贮单元：500 m3CSTR反应罐一座，500 m3的独立气柜一座；沼渣沼液利用单元：沼渣沼液浓缩池24.3m3，沼液池1500m3；沼气利用单元：供户用及发电的配套设备。1.7 产品方案年产沼气15万立方米，5万立方米用于户用，剩余10万立方米用于发电，为场区提供电能；年产沼渣肥5000吨，年产沼液肥10000吨，用于灌溉本合作社饲料地、周边农田及林地。18投资估算项目由沼气池、

3、贮气柜、贮存池、沼渣沼液利用以及相关附属设施等分项组成，项目投资451.75万元，其中，土建工程费166.5万元 ，设备购置费240.15万元，公用工程投资15万元，其他费用14.39万元，不可预见费8.72万元，铺底流动资金7万元。19资金筹措项目建设资金主要来源于国家投资、地方配套和企业自筹。项目总投资451.76万元，计划申请中央财政拨款200万元，地方政府配套资金25万元，企业自筹226.76万元。中央财政补贴主要用于沼气池及配套附属设施、集水池、贮存池、加热池、贮气柜、脱硫脱水间等的建设；地方政府配套和建设单位自筹经费主要用于单位管理费以及项目建设其他费用。资金筹措符合国家和内蒙古自

4、治区农牧业厅关于建设项目的资金制度。1.10项目效益（1）经济效益1）沼气：年产沼气15万立方米，5万立方米户用，价格按照1.5元/m计算，可获经济效益5.001.5=7.5万元，剩余10万立方米用于发电，每立方米发电量1.5千瓦，年发电量15万千瓦，每度电价格为0.6元，年收益为150.6=9万元。2）沼渣肥：年产沼渣肥5000吨，每吨按150元计，年产值75万元。3）沼液肥：年产沼液肥10000吨，每吨按18元计，年产值18万元。（2）节能效益新建沼气工程，年产沼气15万m3，按照热值及热值利用率推算，1m3沼气相当于0.7公斤标准煤，每年可替代煤105吨。（3）社会效益该项目建成后，可有

5、效减少粪便、污水对周边的环境污染，减少臭味和氨的散发，从而减少疾病的发生和传播。沼肥的施用，可减少化肥、农药的用量，改善土壤质量，减轻农业面源污染，促进项目区水土资源的合理利用和生态环境的良性循环。产生的沼肥可作为优质沼渣沼液肥施用于周边农田，改良土壤，节约化肥和农药的使用量，又能增产增收，提高种植作物的质量，形成“养殖-沼气-沼肥（种植）”的良性循环系统。对当地的畜禽养殖业废弃物资源化利用起到带头作用，将有效改善由畜禽粪污直接排放引起的生态破坏，提高公众的环境保护意识，促进农业资源综合利用和农村经济的可持续发展。（4）生态环境效益项目建成后，将养殖场的牛粪及冲洗污水进行厌氧发酵，消除养殖场粪

6、污对环境的污染，实现粪污的无害化处理。本工程产生的沼气是一种优质能源，可用于周围农户用能，减少对外部能源的依赖性。其次，沼渣、沼液是优质的有机肥，施用于本农场的饲料地、果树地、林地及周边农田，既减少了化肥、农药的使用量，又可改善土壤环境质量，减轻农业面源污染，促进企业周围水土资源的合理利用和生态环境的良性循环。1.11 结论与建议该项目的建设符合国家重点鼓励发展的产业政策，符合二十一世纪农业发展的方向和趋势，技术含量高，方案设计合理。项目设计充分考虑了当地的资源环境和农业产业化发展现状。综上所述，本项目技术成熟，设备可靠；同时该项目社会效益和生态环境效益显著，方案切实可行，经济效益比较可观，希

7、望国家有关部门给予大力支持。建议项目尽快实施。第2章 项目背景2.1 编制范围与依据2.1.1 编制范围编制范围包括粪尿污水预处理，沼气生产、净化、贮存，沼气利用，加热增温系统，后续处理系统等。2.1.2 编制依据1.国家能源中长期发展规划纲要（2004-2020）；2.农业部大中型畜禽养殖场能源环境工程建设规划；3.农业部大中型沼气工程建设项目指南；4.国家有关农业和农村经济发展的方针政策、行业标准、规定和规范等；5.*奶牛养殖农民专业合作社提供的地质、地形、气象和农业等基础材料。6.相关国家和部颁标准和规范：GB4284-1984 农用污泥中污染物控制标准 GB5084-1992 农田灌溉

8、水质标准 GB8978-1996 污水综合排放标准 GB12801-1991 生产过程安全卫生要求总则GB18596-2001 畜禽养殖业污染物排放标准GB50058-1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GBJ65-1983 工业与民用电力装置接地设计规范GB50057-1994 建筑物防雷设计规范NY/T667-2003 沼气工程规模分类NY/T 1220.1-2006 沼气工程技术规范 第1部分：工艺设计 NY/T 1220.2-2006 沼气工程技术规范 第2部分：供气设计 NY/T 1220.3-2006 沼气工程技术规范 第3部分：施工及验收 NY/T 1220.4-2006

9、 沼气工程技术规范 第4部分：运行管理 NY/T 1220.5-2006 沼气工程技术规范 第5部分：质量评价 NY/T 1221-2006 规模化畜禽养殖场沼气工程运行、维护及其安全技术规程NY/T 1222-2006 规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范 NY/T 1223-2006 沼气发电机组2.2 编制原则、规范与标准1、技术先进性、可靠性和适应性原则(1) 根据场区实际情况，选择最先进的工艺方案。(2) 根据当地的实际情况，选择有成功案例的工程方案，确保工程可以长期稳定运行。(3) 根据业主经济条件和操作人员技能水平，选择最适宜的方案，便于运行和维护。2、经济效益最大化原则(1) 在保

10、证技术先进性的基础上，优化工艺单元设计，确保最佳性价比和最短回收期。(2) 遵循循环经济理念，对整个场区进行能流物流分析和设计，确保沼气工程为企业带来整体最大效益。3、环境和社会效益最大化原则(1) 对产品（沼气、沼渣、沼液）进行充分利用，并注重外观设计和绿化美化，使站区与场区总体环境协调统一。(2) 设计和实施过程中遵守国家及地方有关法律法规和产业政策，保证工程符合地方环境、经济和社会发展规划，工程建成后可改善企业自身用能和周边农业用肥等条件，并发挥示范作用，带动地方经济和社会发展。2.3 项目建设的必要性和可行性2.3.1 项目建设的必要性1.沼气工程项目建设是国家产业政策的需要我国政府一

11、直非常重视新能源和可再生能源的开发利用。在党的十四届五中全会上通过的中共中央关于制定国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标的建议要求“积极发展新能源，改善能源结构”。1998年1月1日实施的中华人民共和国节约能源法明确提出“国家鼓励开发利用新能源和可再生能源”。国家计委、国家科委、国家经贸委制订的19962010年新能源和可再生能源发展纲要则进一步明确，要按照社会主义市场经济的要求，加快新能源和可再生能源的发展和产业建设步伐，缓解与能源相关的环境污染问题，使我国能源、经济与环境的发展相互协调，实现可持续发展目标。近期农业部正式发布了农业生物质能产业发展规划（20072015年），提

12、出要立足我国国情，走中国特色农业生物质能产业发展道路。坚持循环农业理念，推动农业废弃物能源化利用，把农业废弃物的能源化利用作为今后农业生物质能产业发展的主攻方向。全国农村沼气工程建设规划（20062010年）提出，到2010年全国规模化养殖场大中型沼气工程总数达4700处左右，达到适宜畜禽养殖场总数的39%左右。本项目属能源环保工程，同时也是一项可再生能源利用项目，符合国家产业政策，有利于农业可持续发展。2. 是解决养殖业环境污染、促进企业可持续发展的需要为遏制由禽畜粪便造成的日趋严重的污染状况，改善生态环境，同时使以粪便和作物秸秆为主要成分的农业废弃物资源化，国家环保局、农业部和国家技术监督

13、局已联合制订发布了畜禽养殖业粪污物排放标准畜禽养殖业污染防治管理办法、畜禽养殖业污染防治技术规范等标准和规范，要求养殖企业的环保设施“三同时”，（即畜禽场的环保配套项目要求与畜禽场的建设同时规划、同时设计、同时建设），同时要求各地对原有未建“能环工程”的规模化禽畜场，“要统筹规划，分期分批加以改造和治理”。规模化畜禽养殖场产生的污染物主要有污水、固体粪便和恶臭气体。养殖业的粪尿排泄物及废水中含有大量的氮、磷、悬浮物及致病菌，污染物数量大而且集中，尤其以水质污染和恶臭对环境造成的污染最为严重。 一是水质污染。畜禽养殖场的污水中含有大量的污染物质，其污水的生化指标极高，如猪粪尿排出物的COD值达8

14、1000mg/L，牛粪尿排出物的COD值达36000mg/L。据环保部门对大型养殖场排出粪水的检测结果，COD超标5070倍，BOD超标7080倍，SS超标1220倍。二是空气污浊。养殖场产生大量恶臭气体，其中含有大量的氨、硫化物、甲烷等有毒有害成分，污染周围空气，严重影响了空气质量。这些物质在畜禽粪便中特别是猪粪中含量极大，如不采取措施，将危害饲养人员及周围居民身体健康，并且也影响畜禽的正常生长。三是危害农作物。养殖场高浓度污水用于灌溉，会使作物陡长、倒伏、晚熟或不熟，造成减产甚至毒害作物，出现大面积腐烂。据调查，一些规模化畜禽养殖场的“肥水”造成周围农作物危害，农民要求赔偿的现象经常发生。

15、此外，高浓度污水可导致土壤孔隙堵塞，造成土壤透气、透水性下降及板结，严重影响土壤质量。四是危害人类健康。养殖场大量的病原微生物、寄生虫卵以及孳生的蚊蝇，会使环境中病源种类增多、菌量增大，出现病原菌和寄生虫的大量繁殖，造成人、畜传染病的蔓延，尤其是人畜共患病时，会发生疫情，给人畜带来灾难性危害。畜禽粪尿及废水中的有害微生物、致病菌及寄生虫卵首先对养殖场的畜禽产生危害，导致畜禽死亡率升高，不仅给国民经济的发展造成严重损失，而且给人类的健康甚至生命造成威胁。通过大型沼气工程建设，*奶牛养殖农民专业合作社可实现清洁生产，改善生活环境和场区环境，减少疾病发生率，提高产品品质。同时，选用先进处理工艺治理后

16、，将沼渣和沼液分别制成固体有机复合肥和液体有机复合肥，固体有机肥可作为农作物的底肥或追肥，液体有机复合肥可作为叶面肥或滴灌施肥，形成“养殖能（沼气）肥料种植养殖”生态模式。这是一项具有一举多得、生态良性循环的无害化可持续发展的生物环保工程。3. 是开发可再生能源、实现农业资源循环利用的需要我国是农业大国，70%以上的人口生活在农村地区，农村地区承担着全国人口的物质生活供给，要实现国家环境保护和可持续发展战略，农业环境保护和农业可持续发展是首要考虑的问题，农业环境保护和农业可持续发展的重要性越来越突出。随着规模化养殖业的进一步发展，其所生产的大量废弃物造成的环境污染日益突出。从另一方面讲，养殖场

17、的废弃物如果得到合理处置和资源化利用，又能成为促进生产发展的有效资源。随着全球化石资源的供应紧张，开发可再生能源已成为全人类的行动目标。我国丰富的农业废弃物资源，经过合理开发利用，便是优质能源。通过本沼气工程建设，处理和利用牛场的粪便和污水，不仅解决了牛场环境污染问题，而且年发电15万度，提供生产用能5万立方米。将废物转化为优质能源，实现了合作社内部经济的循环和资源的循环利用。2.3.2 项目建设的可行性1. 政策支持沼气工程在新农村建设、农村环境整治、可再生能源发展方面有着重要的作用，能促进人与自然的和谐、物质文明和精神文明的协调，是资源节约型、清洁生产型、生态保护型、循环经济型的经济发展的

18、必由之路。为推动沼气工程的建设，农业部要求各地要高度重视，把农村沼气建设作为促进农业增效、农民增收和为农民办实事的重要举措来抓。同时，要增加投入，加快沼气新技术推广，加强沼气服务体系建设，进一步强化项目管理，推进沼气工程又好又快发展。据统计，2003年2007年，国家安排了55亿元国债资金用于支持农村户用沼气池和大中型沼气工程的建设。2. 养殖户对建池的认识程度高。近年来，*奶牛养殖合作社经济发展迅猛，饲养规模逐年增大，综合实力明显加强，养殖户的生活方式和生活水平已基本达到小康水平。广大养殖户渴望生活质量有更大的改善和提高，对良好的生产、生活环境要求迫切。都渴望通过沼气建设促进农牧业增收和提高

19、环境质量，发展大型沼气工程具有良好社会的氛围。3.有充足的生产原料*奶牛合作社现存栏奶牛218头，肉牛500头，每天产生牛粪18吨，污水25吨，粪污COD高，可生化性好，是厌氧发酵的良好原料。充足的牛粪与废水为项目建设提供所需的原料。4、具备建设能源工程的地理条件 运输方便：建设地点距*镇仅10公里，粪便运输距离短，同时又能避免交叉污染，满足了防疫要求。 用肥方便：建设地点周边即为饲料地、林地、果树地及草地，沼渣、沼液输送方便。场区交通十分便利。项目建设地点水、暖、电齐全，道路畅通，能够满足供电、供水的要求。5有可靠的技术依托和技术方案 。本项目聘请中国农业大学知名教授进行设计，技术采用中国农

20、业大学拥有的攻关项目成果，主要特点是底物浓度高，不易堵塞，运行稳定，特别适用于人、畜粪便的沼气发酵，可显著降低运行费用。技术依托单位为中国农业大学。该大学先后承担了国家“九五”、“十五”关于沼气建设重点攻关科研课题，多项科研成果获得国家以及农业部科技进步奖。6、成熟的沼气工艺技术（1）国外沼气工程技术的发展与现状自50年代起，发达国家开始进行大规模的集约化养殖，在城镇郊区建立集约化畜禽养殖场。由于每天有大量粪便及污水产生，难以处理利用，造成了严重的环境污染。与此同时，许多发达国家迅速采取措施加以干预和限制，并通过立法进行规范化管理。如：规定每个生产点允许饲养的畜禽数；建场时必须有粪便和污水的储

21、存、处理和利用设施；未经许可不得将污水排入河流和自己挖的粪池；粪便未经无害化处理不得施入耕地。同时还制定了相应的处罚条例。各国政府重点管控畜禽养殖业的污染，从政策法律、技术手段、预防管理等多个层面进行了综合整治，并取得了显著成效。美国在联邦水污染法中的规定侧重于畜禽养殖场建设管理，超过一定规模的畜禽养殖场，建场必须通过环境许可。美国现有处理市政污水的土地和稳定塘处理系统2万多个，约为该国污水处理厂的13倍。该技术也可以处理一定量畜禽养殖场排出的粪污，它保证养殖场在获得利润的同时，保持良好的环境。此项技术是有占地面积少，维护保养要求少的优点，但建造人工湿地所需的一次性投资费用较高。美国已将畜禽粪

22、污的处理利用作为一门“粪便科学”开展了深入研究，对畜禽养殖场粪污的管理和要求都比较严格，尤其对大规模畜禽养殖场。从政府、科研单位到生产者都十分重视环境保护问题建议加强“环保型”饲料和粪污处理利用技术方面的研究，为畜牧业可持续发展提供有力的技术支撑。其畜禽养殖场多采用防渗的氧化塘(污水塘)处理和存放粪污，但应防止氧化塘满溢而造成地表渗流污染(如在雨季)及注重粪污的利用，同时也运用现代微生物技术和生物发酵工艺。如：利用发酵塔和造粒机等加工设施，对畜禽粪便通过快速发酵、脱臭和添加复合微肥等生产工艺进行工厂化生产；以及将畜禽粪便加工成系列复合有机肥料。加拿大对畜禽污染的治理以畜禽粪便的综合利用为主。加

23、拿大由于禁止将畜禽养殖场污水排放到河流中，而是必须将液体肥料还田使用，无需花费大量的资金投入到污水处理上，故堆肥发酵处理方法在加拿大广泛使用。堆肥发酵处理首先要建堆肥处理场，但堆肥场必须建防渗层，地面正常是水泥结构，也可用粘土层作为防渗层。发酵的填料可用锯末、树叶、碎木片、秸秆等。定期翻动，并不断通气和控制水分含量，整个发酵过程约需23个月。对畜禽粪便环境污染的管理主要从畜牧业与农业的高度结合，由充足的土地进行消化作为解决畜禽污染的出发点。日本在70年代发生严重的“畜场公害”后，政府制定了废弃物处理与消除法、防止水污染法和恶臭防止法等7部法律，对畜禽污染管理作了明确的规定。日本多采用干清粪工艺

24、，大大降低了处理投资和成本。近十年来在欧洲建造的大多数农场沼气池都类似于集中厌氧消化系统，既处理畜禽养殖粪便，也处理周边的有机废物。区别在于经营者为个体，而不是农民合作协会或社区经营；装置规模也较小。新建设的厌氧消化装置多采用55-70的消化温度，这样有利于消毒和灭活杂草种子。集中厌氧消化系统代表了目前欧洲沼气工程的发展趋势。即将一定区域内相邻的农场畜禽粪便和其他有机废物收集、运输到一处沼气站集中处理，集中厌氧消化装置的优点是有一定的规模经济效益，可采用较先进的厌氧消化工艺和装置，从而处理效率更高，装置由当地农民合作协会或社区投资和经营。其他有机废物包括市政污泥、农业加工厂废物等。集中厌氧消化

25、系统是沼气技术发展到今天，是顺应环境可持续行动的结果，将更有利于对有机废物的管理和循环利用。集中厌氧消化系统发展较快的欧洲国家主要是丹麦、德国、英国和瑞典。欧洲沼气厂的主要盈利途径是依靠沼气发电，其技术特点是低能耗、产气率高和热电联产（CHP）完善。目前大多数采用以高浓度有机废弃物联合消化为特点的CSTR工艺，并配备了热电联产系统。这种全混式CSTR的工艺是先对各类畜禽粪污及其它有机废弃物进行预处理，调整进料TS浓度612%范围内，泵入带有机械搅拌的CSTR反应器，其容积产气率视原料和温度不同，通常在0.85.0m3/m3之间。沼气经热电联产系统转化为电能和热能，产生的电能并网销售，回收的热能

26、通常用于周边农场、村镇供热以及补偿沼气工程本身所需的热消耗。由于CSTR工艺产气率高，费效比显著，热电联产产生的热能通常大于原料加热所需热量，大大降低了沼气生产成本。在欧洲，沼气厂产生的沼液沼渣，一般不经固液分离直接用于农田施肥。（2）、国内沼气工程技术的发展与现状我国于1979年召开了全国沼气工作会议，1980年成立了沼气工程协会，大中型畜禽养殖场沼气工程技术在近几年得到快速发展。到2005年底，全国已建成养殖场沼气工程3500处。经过近年来大中型沼气工程的实践和探索，证明比较成功的技术有上流式厌氧污泥床（UASB）、全混式厌氧工艺（CSTR）、上流式污泥床（USR）和塞流式反应器（HCF）

27、等工艺。我国大中型厌氧沼气工程技术近几年得到快速发展，成为畜禽养殖污染防治技术领域产业化程度最高的技术，但与国外相比仍然存在产业化程度低，设备材料质量不稳定，自动化控制水平低等问题。在近几年，我国畜禽粪便沼气工程呈现强劲的发展势头，并在规模效益、整体技术水平上有大幅度的进展，与之配套的设备及装置也进入工厂化生产，并逐步形成沼气行业的支柱产品和产业。据统计，目前全国已建成规模化养殖场大中型沼气工程3800处。上海星火农场、浙江浮山养殖场、沈阳马三家养猪场以及上海嘉定种畜场沼气供应站等建设在不同地区、不同自然条件下，并成功运行五年以上的试验工程，为本项目的设计、建设和运营管理提供了良好的借鉴和参考

28、。第3章 市场供求分析与预测3.1 有机肥市场分析预测3.1.1沼气市场分析预测沼气是一种优质能源，主要成份是CH4，含量约60。本项目生产的沼气全部用于奶牛合作社生产需求、发电、工人日常生活和周边农民家庭使用。根据用于沼气生产原料的粗略计算，合作社存栏奶牛218多头，肉牛500头，每天产生牛粪18吨，污水25吨，日产沼气为500m3，年产气量为15万m3（年运行300天）。沼气用于合作社生产生活及周边农民户用及发电。3.1.2 本项目沼渣、沼液市场分析预测近年来，由于滥施农药与化肥，农产品农药残留严重超标，农产品质量安全问题已引起各级政府的高度重视。随着经济不断发展，生活水平不断提高，人们的

29、消费观念、饮食习惯发生了巨大变化，追求健康，融入自然渐成时尚，有机食品、绿色食品、无公害农产品倍受青睐。沼液中含有氮磷钾、各类氨基酸、维生素、蛋白质、赤霉素、生长素、糖、核酸及抗生素，施用作物可以增强作物抗病、抗旱、抗冻能力，达到增产、增收目的。沼渣含有丰富有机酸和氮、磷、钾，满足作物需要，改良土壤：沼液、沼渣是优质有机肥，长期使用可增加土壤有机质含量，对提高农产品产量、改善农产品品质、保护生态环境将起到日益重要的作用。合作社周围有大面积农田、饲料地及林地，按照一般经验，每亩农田每年可消纳沼液沼渣肥20t，该项目所产沼液沼渣所需接纳农田的面积750亩。沼肥对土地具有良好的促肥效果，可作基肥，也

30、可作追肥；但必须考虑场区承载量。沼肥的施用量与种植农作物的品种、多少、生长周期及季节等有关。本工程所产沼渣与沼液所需要消纳的土地面积如表3-1。表3-1 施肥量预算种植品种消纳土地的面积/亩农田750亩通过以上数据分析，合作社沼气工程建成后产生的沼渣沼液可为周边的农田、饲料地及林地贡献部分肥料，不足部分可采用其它形式肥料补足。3.2 沼气发电的前景需求3.2.1 沼气发电前景随着可再生能源发电技术的发展，可再生能源发电能力在全球总的发电能力中所占比重越来越高。商业通讯合作社（BCC）的调查报告指出：除水电之外的可再生能源发电能力在2006年已超过了100GW，同时全球总的发电能力为3.35TW

31、，可再生能源发电能力在全球总的发电能力所占的比例已升至3。而这其中，地热发电和沼气发电所占的比例则超过了可再生能源发电总量的10。沼气等可再生能源所发电力称为“绿电”。在欧洲电力市场，法律规定“绿电”应占有一定的市场份额，我国政府也大力鼓励支持可再生能源建设。2006年底全国生物质能发电累计装机容量220万kW，其中蔗渣热电联产170万kW；农林废弃物、农业沼气、垃圾直燃和填埋气发电50万kW。2006年，国家和地方发改委共核准39个生物质能直燃发电项目，合计装机容量128.4万kW，投资100.3亿元，2006年当年完成5.4万kW。此外，2006年完成生物质气化及垃圾填埋气发电3万kW，在

32、建的还有9万kW。沼气发电工程本身是提供清洁能源，解决环境问题的工程，它的运行不仅解决沼气工程中的一些主要环境问题，而且由于其产生大量电能和热能，又为沼气的综合利用找到了广泛的应用前景。1、有助于减少温室气体的排放通过沼气发电工程可以减少CH4的排放，每减少1吨CH4的排放，相当于减少25吨CO2的排放，对缓解温室效应有利。2、有利于变废为宝，提高沼气工程的综合效益以沼电在酒厂中的的综合效益为例，四川荣县进行了120kW沼气发电的生产和示范。用酒糟废水经厌氧消化产生沼气，发电效率为1.69kWhm3，当年成本为0.0465元kWh。沼电能够基本满足该厂的生产用电。山东昌乐酒厂安装2台120 k

33、W的沼气发电机组，170m3酒糟日产沼气4800m3，发电8640Kwh，全年能源节约开支29万元，工程运行一年即收回全部成本。3、可减少对周围环境的污染由于综合利用手段单一，很多沼气工程产生的沼气大量排入大气中，不仅严重污染周围的环境，也对工作人员的安全和健康产生了极大的威胁，沼气发电则为沼气找到了一条合理利用的途径。3.2.2 本项目沼气发电的市场一般来说，规模化畜禽养殖场、城市生活污水处理厂和城市生活垃圾填埋场既是当地的支柱产业和必要的公益型企业，也是造成污染的大户。对于高浓度有机废水（物）的治理，目前国际上公认首选的技术是厌氧消化（沼气技术）。由于这些企业多数远离城镇，沼气无法作为城镇

34、居民的生活燃料集中供气（主要是距离远和输气管网的建设费用太高）。若沼气作为锅炉燃料替代原煤直接燃烧，其经济价值很低（1m3沼气的热值与0.7kg标煤的热值相当）。另外，规模化畜禽养殖场、污水处理厂又是用电大户，近几年由于国内电力日趋紧张，特别是经济发达地区的企业，经常受到国家电网用电量的限制（每星期停电几天）或计划外用电需高价购买。因此，许多企业已开始意识到沼气发电既提高了沼气自身的经济价值，又为企业缓解了电力紧缺的矛盾。本项目年发电量15.3万千瓦时，除满足养殖场自身用电外，剩余电量供农户照明、生活用电。通过沼气发电产生的电力则全部可以投入使用，缓解用电压力。沼气则用于养殖场锅炉供热、采暖、

35、炊事用能、洗浴等，节省煤炭等商品常规能源，改善现有工作环境和生活设施水平。第4章 项目建设单位基本情况4.1 项目建设单位基本情况项目所在地属于半农半牧地区，周围具有4000亩耕地，其中2500亩为农业用地，500亩为人工草地（主要种植紫花苜蓿），1000亩为专用青贮玉米种植地。年均可提供6500吨饲草料，其中5000吨青贮饲料原料。项目基地占地12亩，其中牛舍面积为1800、奶站面积为300。另外建有4000m3青贮窖一处，工人宿舍及办公区面积为200。项目建设将严格执行“农业部基本建设管理办法”执行，有内蒙古*农业局和*奶牛养殖农民专业合作社制定切实可行的实施计划，建设两级负责的领导责任人

36、制度。项目拥有工作人员7人，其中，管理人员1人，专业技术人员6人，是一支技术过硬、能力较强的建设队伍。同时通过项目建设，积累了较好的经验，总结了生态沼气工程技术模式，为进一步开拓农村能源的发展奠定了基础。*奶牛养殖农民专业合作社存栏奶牛218头，年出栏肉牛500头，投资兴建奶牛、肉牛养殖、沼气生产、青贮饲料种植为一体的大型沼气综合利用工程，旨在通过沼气生产，使养殖场产生的废水、废物得到有效利用，减少污染，创造生态效益。4.2 技术依托单位基本情况项目的当地技术依托单位为*市*农业环保能源站，*市*农业环保能源站长期从事农村沼气为主的农村能源技术推广研究工作，现有人员14人，其中技术人员12人，

37、包括2名推广研究员，2名高级农技师，6名中级农艺师。项目正式启动后，由*市*农业环保能源站为项目技术支撑单位。该单位有专门从事农村能源与环保研究工作的机构，主要从事农村能源与农业生态环境的宏观政策研究、开发、推广；农村能源开发利用与农业环境保护技术与设备的研究、开发、推广；农村能源开发利用与农业环境保护重大项目的技术指导和管理；农业废弃物处理及利用技术的研究推广；生态农业建设工程技术的研究推广；农村能源与农业环境保护国内外技术交流与合作、人员培训等。第5章 项目地点选择及建设条件分析5.1 项目地点选择分析5.1.1选址原则项目建设地区选择须符合行业布局，还应考虑环境保护和交通运输等要素。其主

38、要原则包括：1）符合国家政策和生态能源产业发展规划；2）满足项目对原材料和动力燃料的供应需求；3）交通方便，运输条件优越； 4）充分利用地形地貌，地质条件符合要求；5）满足当地养殖业的防疫要求，并远离水源；6）基础条件适合与沼气工程的特定生产需要和排放要求；7）有可供利用的社会基础设施和协作条件。5.1 .2 项目选址方案根据项目选址原则以及当地农村经济、农牧业业等发展现状，结合*奶牛养殖农民专业合作社的实际情况以及*畜牧养殖规划，项目建设地点选择在*市*镇*村，周边均为饲料地和耕地，可以消纳沼气工程产生的沼渣沼液。项目地远离城镇居民区，满足环保和防疫要求。项目建设地点为合作社牛场内东预留的一

39、块空地，地势较低，污水可自流进集水池。处于牛场下风向，场区内部交通便利。5.2 建设条件分析5.2.1 自然条件1 地理位置和交通状况项目所在地*市*镇*村，符合当地畜牧业发展规划，政府大力支持。公路贯穿其中，交通便利。项目建设后能对工程进行有效、长期的管理，能较大地促进生态农业发展和农业增效。2 土壤、地质条件项目所在地土壤以栗钙土和沙土为主。项目所在地为努鲁尔虎山石质低山丘陵。叫来河、孟克河的中下游，老哈河一、二级如地为沿河平川区，地势平坦、土质肥沃、水源丰富。3 气象条件项目所在地属于半土旱大陆气候，气温日差较大，年平均气温07，最冷为1月份，零下10左右，极端温度零下27，最热为7月份

40、，2024，极端温度为39，雨热同季，年降雨量为300500，集中在7、8月份。5.2.2 农牧业生产项目所在地属于半农半牧地区，周围具有4000亩耕地，其中2500亩为农业用地，500亩为人工草地（主要种植紫花苜蓿），1000亩为专用青贮玉米种植地。年均可提供6500吨饲草料，其中5000吨青贮饲料原料。5.2.3 基础设施项目基地占地12亩，其中牛舍面积为1800、奶站面积为300。另外建有4000m3青贮窖一处，工人宿舍及办公区面积为200。第6章 处理规模与产品方案6.1产品方案表6-1 本项目产品方案序号产品数量（年产）1沼气15万m32沼渣肥5000t3沼液肥10000t1、沼气的

41、产生沼气产生原理是利用厌氧细菌的分解作用，将有机物(碳水化合物、蛋白质和脂肪)经过厌氧消化作用转化为沼气和二氧化碳，可用于周围农户用气和场区发电。2、沼气燃用和发电随着常规能源的日益减少以及环境问题的日趋严重，新能源的开发利用（尤其是可再生能源的开发和综合利用）越来越受到重视。沼气发电和燃用是国家完善新能源和可再生能源开发和综合利用的重要内容，是缓解我国能源紧缺状况的有效手段。沼气的主要成分是甲烷，通常占总体积的6070%，其次是二氧化碳，约占总体积的2540%，其余是硫化氢、氮、氢和一氧化碳等其他约占总体积的5%左右。甲烷的热值很高，达36840kJ/m3，甲烷完全燃烧时仅剩二氧化碳和水，并

42、释放出热能，是一种清洁燃料。由于沼气中甲烷含量的不同，沼气的发热值约在2085525120kJ/m3，其着火温度为88，沼气中因含有二氧化碳等不可燃气体，抗爆性能好。通常情况下，沼气发电的基本流程为：发酵罐 沼气 脱硫 稳压 发电机组 电力输出3、沼液沼液是经厌氧发酵所产生的，经厌氧处理后，寄生虫和害虫的虫卵多数被杀死，减少了病虫害的来源；其次，沼液中还含有吲哚乙酸、赤霞素等杀虫成分，可以有效杀死蚜虫、红蜘蛛等害虫，因此沼液可用于喷淋花卉、苗圃、果树和灌溉农田等，从而降低农药使用量。养殖场周边有大量农田，可充分消纳沼气工程所产生的沼渣、沼液。4、沼渣沼渣是经厌氧发酵所产生的沉积物，作为生物有机

43、肥，可以改良土壤、增加土壤中的有机物含量，经常使用的土壤，有机物、氮、磷、钾等营养元素明显增加，土壤活性增强、肥力增强，促进农业增产，降低了化肥的使用。厌氧处理后的沼渣经晾晒，用作、农田、林地等的基肥，为农作物提供养分。第7章工艺技术方案与设备选型7.1工艺选择与设计原则7.1.1 指导原则1、以循环经济理念为指导，符合可持续发展生态农业的要求循环经济理论是建设生态综合种养基地的支撑理论。循环经济的本质就是物质、能量的梯次和闭路循环使用。以“整体、协调、循环、再生”为总的指导思想，按照“减量化、无害化、资源化、生态化”的原则，建设示范项目典型。由于养殖场周边种植业配套合理，具备形成一个比较完善

44、的生态循环系统的基础，为物质、能源的可再生回收利用提供了可能。项目将以沼气工程为纽带，把污染治理和资源循环利用有机的结合为一体，真正实现畜禽粪便的无害化、资源化和商品化，形成没有污染的可持续发展的农业生态循环经济体系。以循环经济理念为指导的生态农业，体现出现代农业、生态农业、环保农业的优势，以污染物的资源化利用为切入点，促进物质和能量的循环，形成一个经济、合理、完整、多层次、多功能的良性循环系统。2、排放减量化在项目场区内推行清洁生产，采用科学合理的饲料配方和饲养管理技术，大幅度降低粪污对场区的污染，确保生产的安全和人身的健康：（1）、对养殖场的粪便污水治理，从生产工艺上进行改进，采取干清粪工

45、艺（减少用水量，力争用最少的水冲更多的粪），减少污水量；（2）、雨污分流（雨水采用自然排放水体，污水全封闭集中治理）；（3）、喷雾鼓风降温（牛舍高温季节建议采用喷雾加鼓风的工艺，严禁采用自来水冲量的增加污染源的工艺）。最大限度地保存粪的肥效与能效，同时便于收集和运输，以利于集中高效生产沼气和有机生物肥料。3、排放无害化要使养殖场区实现环境优美、卫生无污染，在粪污治理中采用全封闭的厌氧发酵工艺一致认为是首选方案，粪污经过调配池的混合均质后，采用切割泵压到厌氧发酵塔中经过20-25天的厌氧发酵，厌氧发酵后的沼液无毒、无臭味，可杀灭96%以上的病毒和虫卵，可切断牛的寄生虫生长周期，对场区养殖和周围农

46、村生活环境都是有益无害的。4、排放资源化沼渣沼液的利用：本工程每天可产生沼渣沼液，经过厌氧发酵后变成无毒、无臭味、营养丰富的无公害液肥，可直接作为沼渣沼液肥料用于周围农田，沼液可以作为肥料。可以减少农药、化肥的使用量，增产增收，使绿色无公害农业产品的必备肥料。既能解决粪污的环境危害，又为有机、无公害、绿色农业提供了肥源问题。5、坚持因地制宜、突出特色，实现种植、养殖、加工的协调发展该设计必须突出区域性特点，突出地方性特色。在设计时必须从当地的实际出发，在充分调查研究的基础上，正确识别影响当地经济社会环境可持续发展的有利条件和制约因素。建设要切合实际，既具有前瞻性和科学性，又具有现实性和可操作性

47、。通过种植、养殖业的有效结合，实现废弃物的回收利用，每年可消化养殖场所产生的牛粪及冲粪污水，实现废弃物的综合利用。沼气用于周围农户和场区用能，可解决周围能源紧张的问题，而沼渣和沼液可成为农肥，可以促进养殖场周边种植业的发展，真正实现“物尽其用，地尽其利”的循环经济模式，取得环境效益和经济效益的双赢。7.1.2 设计思路按照循环经济的原则，依据“资源-产品-资源”的循环再生模式，针对项目区的实际情况和排放要求，产品设计方案为：牛粪和冲洗废水经厌氧发酵产生沼气，沼气用于周围农户和场区用能，可解决周围能源紧张的问题，沼气发酵后的沼渣沼液可直接施肥，也可添加适量的氮、磷、钾和各种微量元素，经深加工制成

48、高效液肥，做叶面喷施肥和无土栽培营养液，也可作为追肥使用，能快速补充植物所需营养，并可预防多种病虫害，明显提高产品品质与产量，从而促进养殖场周边农村绿色农业、有机果品产业的发展，提高了产品的附加值和经济回报率。7.2 工艺技术方案比选目前，大中型沼气工程主推技术模式主要有两种：能源生态型模式、能源环保型模式。常用的工艺主要有UASB、USR、CSTR、HCF工艺。现对常用的这几种工艺分别进行简要介绍和对比：1升流式厌氧污泥床（upflow anaerobic sludge blanket,简称UASB）UASB工艺是上世纪70年代开发的一种适用于低SS工业有机废水的厌氧处理工艺，后被应用于畜禽

49、养殖场的污水处理，其原理是先对养殖场污水进行固液分离，污水进入UASB反应器进行厌氧反应，产生沼气，出水往往需进一步好氧处理达标排放，是一种以环保治理为主，生产能源为辅的能源环保型沼气工程工艺。UASB反应器的特点是由于培养了颗粒污泥，而使厌氧菌种不容易流失，大大提高了厌氧发酵效率，不需要搅拌、运转简单、适应高或低浓度COD负荷、占地面积小。但UASB反应器存在最大的缺点是不适用于高悬浮物的废液（一般进水SS不超过2000mg/l），否则会导致布水系统堵塞、菌种流失。工作原理：废水中的有机污染物在厌氧条件下经微生物降解，转化成甲烷、二氧化碳等，所产气体（沼气）含甲烷大于50%，可作为能源再次利

50、用，主要用于发电、锅炉燃烧等，既可去除有机污染物，又可回收能源。其工艺流程是先对养殖场污水进行固液分离，废水首先被尽可能均匀的引入UASB反应器（污泥反应区、气液固三相分离器包括沉淀区和气室三部分组成）底部，污水在厌氧状态下反应，分解有机物，产生沼气。通过气、液、固三相分离器，可使反应器中保持高活性及良好的沉淀性能的厌氧微生物，经分离污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，气体进入集气室。出水往往需进一步好氧处理，进行达标排放。是一种以环保治理为主，生产能源为辅的能源环保型沼气工程工艺。2升流式厌氧固体反应器（upflow anaerobic solid reactor,简称USR）USR工艺流程是先对

51、各类畜禽粪便及其它有机物进行预处理，除去大颗粒和粗纤维物质（进料TS浓度35%）后，进入USR反应器，USR反应器采用上流式污泥床原理，不使用机械搅拌，产气率视温度不同在0.41.2之间。沼渣沼液COD浓度含量很高，不适宜好氧处理达标排放，一般用于农田施肥进行生态化处理，是典型的能源生态型沼气工程工艺。 采用USR工艺产生的沼气如进行热电联产(CHP),热能输出部分可满足20左右原料的升温要求，在我国北方地区的冬季，自身热量无法满足运行要求，需要使用锅炉或其它能量进行加热。USR工艺采用上流式污泥床原理，无内部机械搅拌，产气率在中温条件下，视原料不同在0.8-1.2 m3/m3之间。3 完全混

52、合式厌氧消化器（complete stirred tank reactor，简称CSTR）CSTR工艺流程是先对各类畜禽粪便及其它有机物进行粉碎处理，调整进料TS浓度612%范围内，进入CSTR反应器后，CSTR反应器采用上进料下出料方式，并带有机械搅拌，产气率视原料和温度不同在0.85.0之间。沼渣沼液COD浓度和TS浓度含量高，一般不经固液分离即可直接用于农田施肥，是典型的能源生态型沼气工程工艺。CSTR反应器的特点是适用于高悬浮物、高浓度（高温）废液，因此对于处理畜禽养殖粪污非常适合。其运行稳定性好，产气率较高。4塞流式厌氧反应器（HCF）HCF工艺是一种全混式工艺，80年代从欧洲引进，

53、其原理是将粪污按照TS浓度8-12%调配，直接进入带搅拌器的HCF反应器进行厌氧反应，产气率在中温条件下视原料不同在0.8-1.2 m3/m3之间，产生的沼渣沼液直接用于农田施肥，也是典型的能源生态型沼气工程工艺。具体几种工艺的比较见下表：表7-1 几种主要厌氧处理技术的特点序号类别CSTRUASBUSR1原料范围所有类型有机原料高COD污水猪粪2原料TS浓度612%2%35%3应用区域全国各地中部、南部中部、南部4水力停留时间1030天15天815天5单位能耗低高中等6单池容积300-3000m3200-3000m3200-2000m37操作难度中等中等中等8产气率0.85.00.30.80

54、.41.29经济效益较高较低偏低7.3选择方案的工艺流程根据前面的工艺介绍及对比结果，结合本项目的实际情况，本工程选用“CSTR厌氧反应罐+独立气柜工艺”，有以下优点：（1）由于粪污含固率比较高，本着使粪便得到有效处理的目的，选CSTR厌氧发酵工艺；由于内蒙古自治区比较寒冷，故选用独立气柜；（2）采用先进、成熟、运行可靠的沼气工程技术，适应企业的发展；（3）在保证沼气工程达到设计要求的前提下，尽量减少投资和运行成本；（4）设备质量优良可靠，确保运行稳定，具有良好的性价比，创建“放心工程”；（5）沼气系统力求操作管理简便，降低劳动强度。流程如下图所示：图7-1 生产工艺流程图污水集水调节池粪便沼

55、气池固液分离有机肥料沼渣气体净化贮气柜发电沉淀池贮存池农田沼气沼液余热利用7.4 工艺流程说明工艺流程说明冲洗废水经过一道格栅渠后自流进入集污池，污水与鲜粪一起进入调配池，在浆式搅拌机的作用下，粪水混合均匀，粪污经过折流沉砂渠，沉去部分砂质，自流进入调节池，在搅拌机的搅拌下混合均匀，原料由切割泵泵入CSTR厌氧反应罐，原料在CSTR厌氧反应罐内在厌氧菌的作用下厌氧发酵，产生的沼气进入独立气柜，经过脱水、脱硫，阻火器后用于户用及发电。CSTR厌氧反应罐出来的沼渣和沼液流入沼渣沼液浓缩池经固液分离后，沼渣作为固体有机肥料出售，沼液存于沼液池也用来灌溉农田。7.4.1粪尿收集本项目存栏奶牛218头、

56、年出栏肉牛500头，采用干清粪工艺，日产粪18吨，收集污水约25吨。7.4.2污水沉淀与收集冲洗废水等污水经过一道格栅渠后自流进入集污池沉淀收集，而后污水会与鲜粪一起进入调配池。7.4.3厌氧消化系统目前比较先进的厌氧消化工艺主要有USR、UASB、CSTR、HCPF、IC、PFR、AF等几种类型。USR、CSTR、PFR、HCPF一般适合能源生态型，适用于处理高悬浮、高浓度固体废弃物。本工艺采用CSTR厌氧消化工艺。7.4.4沼液处理与利用厌氧反应后的料液经固液分离后产生的沼渣制成固体有机无机复合肥，分离产生的沼液部分回流使用，多余的沼液流入沼液储存池，作为灌溉肥源供周边田地灌溉使用。沼液综

57、合利用设施主要内容包括管道输送设备、田间贮存池等。项目产生的沼液作为液肥灌溉项目区附近的青贮饲料地。为符合植物灌溉、施肥的周期性，保证每天生产的沼液全部施用于青贮饲料地，需要设置一定容积贮液池来调整灌溉及用肥的周期性。贮液池主要功能是贮存沼液。考虑冬季不灌溉，贮液池容积按贮存3个月的沼液来设计。7.4.5沼气净化与贮存系统厌氧发酵，产生的沼气进入独立柔性膜气柜，经过脱水、脱硫，阻火器后用于户用及发电。之所以选择独立柔性膜气柜，是结合内蒙的气候条件（冬日比较寒冷）和气柜的性能和价格等多方面因素优先选择的。7.4.6发电余热利用1 粪污收集量计算本项目存栏奶牛218头、年出栏肉牛500头，日产粪1

58、8吨，收集污水约25吨。牛粪干物质浓度按15%计算，则干物质（TS）日总量为2.7吨，其中的COD含量为52千克/吨。2 沼气池容积计算沼气池需进调配成干物质含量（TS）为8%的粪污水料液，根据日粪污干物质产量和水力滞留期（12天），需要沼气池容积为405m3。计算公式如下：沼气池设计容积=（干物质日产量水力滞留期）/发酵料液浓度=（2.7t/d12d）/8% =405m3根据水力滞留期为12天，每天的粪污料液处理量为33.75m3。3 集水调节池容积调节池的容积按V=Q/n计算，其中：V调节池有效容积，单位为m3。Q畜禽养殖场每日排污水量，单位m3/d。此处以日处理污水量计，即Q=56.25

59、m3。n畜禽养殖场每日的排污次数。此处以沼气池进料次数计，n=1。 由此可得：V=33.75m34 沼气生产及其利用（1）沼气生产日产气量：QVq0500m31.m3/( m3.d)=500m3/d;式中: Q沼气产量，V沼气池容积， q0单位发酵体积的产气量，取q01.03m3/( m3.d)。年产气量：500m3/d300d=15万m3。（2）沼气利用发电日发电量：EQe0330m31.55度/( m3.d)500度/d；如全部用于发电年发电量：500度/d300d=15万度。 沼气池保温用气在冬季，为保证沼气池内的反应温度维持在35左右，利用沼气的发电余热对沼气池的粪污料液进行升温，保证

60、沼气工程的正常运营。a. 冬季沼气池的散热量Q1=FK1(TD-TA)1.2式中：F沼气池总散热面积，m2；F238 m2。TD池内厌氧发酵温度，；取TD=35。TA罐外介质温度，；取TD=10。K1池盖、池壁和池底的总传热系数W/(m2)；取K1=0.7W/(m2)。经计算沼气池的散热量：Q1=8996.4W32387kJ/hb. 冬季加热粪污所需热量Q2=Q/24(TD-Ts)式中：Q沼气池每天的粪污量，33.75m3/d；TD消化温度，35；Ts入池粪污原有温度，-10；粪污比热，取4180kJ/ m3经计算加热粪污所需热量Q2=264515kJ/h冬季加热粪污和维持沼气池温度的热量和为

61、：QQ1+Q232387+264515296902kJ/h7125648 kJ/dc. 沼气发电余热沼气发电系统中，沼气能量在这种方式下经历由化学能热能机械能电能的转换过程，其能量转换效率受热力学第二定理的限制，热能不能完全转化为机械能，一般沼气产生的总能量中有40转变为机械能，60转变为热能。沼气发电系统运行中产生的大量余热，作为加热沼气池和粪污的热源，这将节约大量的热能，达到节省能源，降低能耗的目的。日沼气发电余热量日沼气产量沼气热值余热可回收率 500179370.54484250kJ/d发动机排出的废气余热由冷却水收回。热水送至废热锅炉，产出的蒸汽回用于加热沼气池，可满足沼气池所需的全

62、部热量。7.4.6有机肥生产系统本工程年产沼渣肥5000吨，年产沼液肥10000吨。沼渣、沼液作为生态农肥直接施用于周围农田、蔬菜大棚。最终形成“养殖废弃物资源化种植业”的良性循环系统，最大限度提高能源和资源的利用率，实现污染物的“零排放”。7.5工艺单元设计与设备选型7.5.1原料预处理单元（1）格栅渠废水经过格栅渠，通过格栅去除废水中大的悬浮物体后，废水自流进入集污池。结构形式：钢砼结构数 量：1座主要设备： 机械格栅：规 格:5mm数 量：1台（2）集污池由于冲洗废水排放周期性，水量变化大，因此需要将废水引入集污池停留一定的时间，保证后续构筑物的正常运行，若废水量不足，可采用地下水调粪，技术参数为：