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沼气发酵装置启动与运行注意这些就够了!

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沼气发酵装置启动与运行注意这些就够了!

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【摘要】:
沼气发酵装置的调试启动与运行调控是沼气工程的核心。调试启动,就是人为地创造条件,以满足厌氧发酵的基本要求,保证工程正常启动;运行调控,则是优化整个工艺过程,以起到提质增效的目的。本文详述了一般沼气厌氧装置调试启动与运行调控应该注意的事项,仅供大家参考。  沼气发酵装置调试启动 1准备工作 沼气发酵装置启动之前应做好以下准备工作: 01沼气发酵装置及有关设施的底部沉砂应完全清除。在施工过程中,难免有

沼气发酵装置的调试启动与运行调控是沼气工程的核心。调试启动,就是人为地创造条件,以满足厌氧发酵的基本要求,保证工程正常启动;运行调控,则是优化整个工艺过程,以起到提质增效的目的。本文详述了一般沼气厌氧装置调试启动与运行调控应该注意的事项,仅供大家参考。

 

 

沼气发酵装置调试启动

 

1

准备工作

 

沼气发酵装置启动之前应做好以下准备工作:

 

01

沼气发酵装置及有关设施的底部沉砂应完全清除。在施工过程中,难免有杂物遗留在装置内,启动前必须对沼气发酵装置进行彻底清理,为保持料液、气管或其他设施畅通,也应对其设施设备逐项检查、清理。

 

02

沼气发酵装置、管道、阀门及有关设备应试水、试压合格。如果不进行试水、试压,发酵装置投入污泥和原料,产生沼气以后才发现漏水漏气,这时再进行修补就非常危险,容易发生爆炸、窒息等重大安全事故,造成人员伤亡。如果产生沼气后发现漏水漏气,必须按照相关规程排除料液及残余气体,并经过检验,符合安全要求后才能进行修补。但是,这种情况会增加工程造价和造成工程延期完成。因此,启动调试之前,必须按照要求进行试水、试压。只有试水、试压合格的沼气发酵装置、管道、阀门及有关设备才能投入使用。

 

03

对各种水泵、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单机调试和联动试运行。运行前的试车是非常重要的工作,否则在投产后再发现先天缺陷,补救工作难以进行。

 

04

对与沼气发酵装置运行有关的各种仪表应分别进行校正。例如,校正测温仪、pH计、液位计、各种压力表、沼气流量计以及沼气成分分析仪等,使所有仪表处于正常或初始工作状态。

 

05

应使水泵、阀门及相关设备处于正常状态,水路、气路畅通。在进行沼气发酵装置的任何一项工艺操作前,都应有操作人员在现场检查该项工艺运转的基本条件是否具备,用手试动闸阀的启闭情况,不得由印象或想像来决定。另外还需要检查进料泵吸水管、出水管及输气管路闸阀是否开启。否则,将造成进料泵的空转、泵体受损,或因沼气发酵装置、管路沼气压力超过设计压力引起危险。料液在泵壳内往往会产生沼气,因此,许多水泵在开机前应放气。

 

准备工作完成后即可对沼气发酵装置进行调试启动。沼气发酵装置调试启动是指发酵装置接种厌氧活性污泥、投料、污泥训化培养,使发酵装置中厌氧活性污泥的数量和活性逐步增加,直至运行效能达到设计要求的全过程。沼气发酵装置调试启动一般需要较长时间,如果能获得大量厌氧活性污泥作为接种物,可以缩短启动时间。

 

 

2

接种物

以畜禽粪便为原料的沼气发酵装置,可利用原料本身进行污泥培养,因为畜禽粪便含有较多的厌氧微生物。以工业废水或其他有机废弃物为原料的沼气发酵装置,接种污泥可采用处理同类原料沼气发酵装置中的厌氧污泥、城市污水处理厂的消化污泥、人粪、牛粪、猪粪、酒糟、农村沼气池污泥、初沉污泥、下水道污泥、污水沟污泥以及富含微生物的河泥等。由于城市污泥处理厂的脱水消化污泥数量大、运输方便,所以,大多数沼气工程采用这种污泥接种。上流式厌氧污泥床反应器宜采用颗粒污泥接种,可以大大缩短启动时间。

 

为了避免堵塞输送污泥的水泵,固态厌氧接种污泥在进入沼气发酵装置前应加水溶化,经滤网滤去大块杂质后方可用泵抽入沼气发酵装置。

 

沼气发酵属于厌氧生物处理,装置中启动所需时间比好氧生物处理长。厌氧微生物的生长率比好氧微生物低得多,因此,沼气发酵装置启动时应投加足够数量的接种污泥,最好一次加足。为了加快投产期,对厌氧生物膜法的发酵装置,接种量最少为容积的10%,接种量为30%~50%时,可大大缩短启动时间。对厌氧活性污泥法的发酵装置,处理能力主要取决于发酵装置内污泥浓度和活性,一般接种污泥量为装置容积的30%左右(或接种后混合液污泥浓度为5~10kgVSS/m³),接种污泥活性越高,启动越快。接种污泥的填充量不应超过消化装置的60%。

 

3

启动方法

沼气发酵装置的启动方法可采用分批培养法,也可采用连续培养法。

 

分批培养法是将接种污泥与首批进料投入沼气发酵装置,停止进料几天,在料液处于静态下,使污泥暂时聚集和生长,或者附着于填料表面,至大部分原料被分解去除时,即产气高峰过后,料液pH在7.0以上,或产气中甲烷含量在55%以上时,再进行连续或半连续进料。连续培养法是试车后保留一定量清水于沼气发酵装置内,投加污泥后,级开始连续少量进料或半连续少量进料运行。

 

刚启动时,污泥浓度低,不耐冲击负荷,因此负荷不能太高。一般控制反应器负荷在0.5~1.5kgCOD/(m³·d)[或污泥负荷0.5~0.1kgCOD/(kgVSS·d)]。对于颗粒污泥床反应器,低浓度料液有利于反应器的启动,COD浓度以4000~5000mg/L为宜,高浓度料液最好稀释后再进料。

 

当料液中可降解的COD去除率达到80%时,方可逐步提高负荷。如果发酵装置内还有相当一部分挥发性有机酸没有转化成甲烷,此时增加负荷,容易引起挥发性有机酸积累,导致沼气发酵装置酸化。增加负荷可以通过增大进料量或降低稀释倍数进行,每次负荷可增加30%左右。

 

对于上流式厌氧污泥床,为了促进污泥颗粒化,上升流速宜控制为0.25~1.0m/h。研究表明:上升流速为0.4~1.0m/h时,可以将絮状污泥和分散的细小污泥由发酵装置洗出,促进污泥颗粒化。但是,上升流速太高容易造成污泥流失。

 

可以利用换热管在沼气发酵装置内加温,或者在调配池加热,每日升温2℃,最高不超过4℃。达到设计运行温度的±2℃时,结束升温。

 

沼气发酵装置启动时,应采取措施将沼气发酵装置、输气管路及储气柜中的空气管换出去。沼气中甲烷是一种易燃易爆气体。当空气中甲烷含量在5%~15%范围内时,遇明火或700℃以上的热源即发生爆炸。在沼气发酵装置气相、输气管路及储气柜中,随着污泥培养,甲烷从无到有,从低含量到高含量,中间必然经过5%~15%这一区域,此时遇明火或700℃以上的热源即可能发生爆炸,造成安全事故。因此,应将沼气发酵装置、输气管路及储气柜中的空气置换出去。置换方法可采用氮气置换或专业人员通过沼气置换。

 

启动完成后,安全水封加水至设计高度以维持沼气发酵装置设计压力,并保证不漏气。

 

 

沼气发酵装置运行调控

1

进料

沼气发酵装置进料应按相对稳定的量和周期进行,并不断总结,获得最佳的进料量和进料周期。进料可以连续进料,也可以间隙进料,主要根据所采用的沼气发酵工艺以及进料的水质、水量确定。应避免一次性将全天的料液投入沼气发酵装置中。多管或多口进料的反应器,应尽量保持进料均匀,发现某一进料管或进料口堵塞时,应及时采取措施疏通。

 

2

发酵温度调控

沼气发酵装置宜维持相对稳定的消化温度。运行中控制发酵料液温度的恒定比控制发酵料液在最佳温度范围更重要,因为中温沼气发酵微生物在30~35℃,高温沼气发酵微生物在50~60℃的温度范围都能适应,但对温度的变化敏感性极强,适应性很差,特别是高温产甲烷菌,温度增加1℃,就可能破坏整个发酵过程,所以严格控制沼气发酵装置料液温度是运行管理的一项重要内容。

 

3

搅拌

沼气发酵装置的搅拌宜间隙进行,在出料前30min,应停止搅拌。采用沼气搅拌的,在产气量不足时,应辅以机械搅拌或水力搅拌等其他方式搅拌。

 

搅拌的目的是使料液与污泥迅速混合均匀,增加传质效果,使pH、温度、浓度等在装置内分布均匀,提高生化反应速度。在排出上清液前宜停止搅拌一段时间,使污泥分离。连续搅拌的沼气发酵装置内,污泥不能得到有效沉淀,排出的上清液不可避免带走污泥,所以,搅拌宜间隙进行。

 

搅拌次数和时间根据装置容积大小及搅拌装置功率而定。沼气发酵装置的搅拌不得与排泥同时进行。沼气发酵装置搅拌时,若排泥闸阀开启,污泥将大量从管道流失,沼气不能及时补充,使池内产生负压,易吸入空气,破坏甲烷菌的生长环境,不利于消化。同时对钢结构的池体也会由于负压而造成顶部变形。另外,搅拌时排泥,排出的是泥水混合液,污泥浓度低,排泥效果差。

 

4

排料

沼气发酵装置溢流排料管必须保持畅通,并应保持溢流管水封和灌顶保护水封的液位高度。进料时,沼气发酵装置液面上升,料液可以从溢流管排出,以免装置内气体受压而破坏装置结构。当气体压力超过规定值时,也可以冲开溢流管水封而逸出,因此,应保持溢流管畅通。当水封的水位低于设计高度时,池内沼气大量泄漏,将造成事故,所以还应保持溢流管水封液位高度。同时,为防止冬季水封结冰,应采取必要的防冻措施。

 

5

排泥

沼气发酵装置内的污泥层应维持在溢流出水口下0.5~1.5m处,污泥过多时,应进行排泥,过少时,可以从沉淀池进行回流。如果沼气发酵装置污泥过少,在进料量不变的情况下,污泥负荷增加,会导致发酵效果变差。当污泥过多时,不仅无助于提高沼气发酵效率,相反会因为污泥沉积使有效容积缩小而降低效率;或者因易于堵塞而影响正常运行;或者因短路使污泥与原料混合情况变差,出水中夹带大量污泥。因此,适时、适量地排泥,既可保证水力运行的畅通,又可使污泥由沉降空间。

 

排泥是排出低活性的污泥而保留高活性污泥。一般在污泥床的下层形成浓污泥,而上层是稀的絮状污泥。剩余活性污泥应该从污泥床的上部排出。由于无活性的沉渣和少量泥砂沉淀于沼气发酵装置底部,长期堆积占据厌氧消化装置空间,所以也应该从底部排泥。污泥排放可采取定时排泥,一般每周排泥一两次。

 

启动阶段,沼气发酵装置内污泥量不足时,排出的污泥经沉砂后可回流至消化装置内。

 

6

调控指标

通过监测进出料COD、产气量、pH、脂肪酸等几项工艺运行参数,可推测发酵装置内微生物生长代谢情况,从而可将运行工况调整到最佳状态。因此,宜对温度、产气量、COD、pH、挥发酸、总碱度和沼气成分等指标进行监测,掌握沼气发酵装置运行工况,并根据监测数据及时调整或采取相应措施。

 

如果出水COD浓度明显上升,COD去除率明显下降,悬浮固体沉降性能下降,说明沼气发酵状况恶化。

 

如果沼气产量降低,可能是温度或负荷的突然变化使产甲烷菌受到抑制,影响它的代谢作用以及对有机物的降解过程,使产气量降低。

 

发酵料液pH应在6.5~7.8。负荷过高,装置内产生大量的挥发酸,导致pH低于正常值,从而抑制产甲烷菌的活性,使沼气发酵不完全。挥发酸与总碱度的比值低于0.5,保持在0.2左右时,说明所提供的缓冲作用足够,发酵过程在稳定地进行。正常情况下挥发酸(以乙酸计)的含量应保持在1000mg/L以下,总碱度(以重碳酸盐计)应大于2000mg/L。

 

沼气甲烷含量一般在50%~80%。测定二氧化碳和甲烷含量是掌握消化过程反常现象的最快方法,特别是反应出反应器内是否存在有毒物质、抑制物质、重金属和某些阳离子,例如硫化物、氨氮等。当甲烷含量明显下降,挥发酸超过正常值,即预示24h后将发生故障,应立即降低有机负荷。

 

7

酸化及其控制

 

如果发酵液中易降解有机浓度过高,产酸菌会大量繁殖,快速产酸。而产甲烷菌由于繁殖缓慢,来不及消耗产生的酸,结果造成有机酸的积累,使发酵液酸化。酸化主要表现在以下三点:
1
发酵液挥发酸浓度升高,pH下降。在正常的沼气发酵过程中,乙酸在挥发性脂肪酸中占95%左右,丁酸和戊酸很少,如果丁酸、戊酸含量上升,预示发酵装置超负荷运行。
2
沼气产量明显减少,沼气中二氧化碳含量升高,甲烷含量下降。
3
出水COD浓度升高,污泥沉降性能下降。

 

一旦出现酸化,应停止进料,加强搅拌,待pH恢复正常水平后(6.8以上),再以较低负荷开始进料。如果发现pH已降至5.5以下,单靠停止进料难以奏效时,需要排出部分发酵液,再加入污泥,起到稀释、补充缓冲性物质及活性厌氧污泥的作用;或者是加碱,提高发酵液pH,进而提高产甲烷菌活性。

来源:@沼气圈