工程设计参数一般是根据项目村所提供的原料种类，根据原料的产沼气效率、项目村可提供的原料数量、需要供应沼气的农户数量及采用的工艺的要求进行计算。

8.5.2.1　沼气需要量

用气户共200户，每户每天用气量按1m3计算，则全村每天沼气需用量为200m3。

8.5.2.2　干粪需要量

每公斤干牛粪的沼气产生量为0.25m3，则每天需要的干牛粪总量为800kg。

8.5.2.3　鲜粪需要量

奶牛鲜粪固体含量（干牛粪含量）为18%，根据干粪需要量800kg可以推算，每天需要的鲜牛粪量约为4.5t。

8.5.2.4　牛场产粪量

存栏500头，每头牛每天产鲜粪25kg，则牛场每天产鲜粪总量为12.5t，完全能够满足需要。

8.5.2.5　进料量

处理前需将鲜牛粪固体含量由18%调整为8%，则由每天鲜牛粪需要量4.5t推知每天总进料量为10.2t。

8.5.2.6　稀释水用量

由进料量和鲜牛粪需要量的差值可计算出每天稀释水用量为5.7t。

8.5.2.7　沼肥产生量

用产生的沼液作为稀释水，由每天的进料量和稀释水量可知每天可以产生沼肥4.5t。

8.5.2.8　沼肥储池容积

根据延庆县用肥情况，沼肥存储4个月（120天），沼肥储池有效容积为544m3即可。

8.5.3　工艺流程解说及工程单元设计参数

一个完整的大中型沼气发酵工程，无论其规模大小，都包括了如下的工艺流程：原料的收集、预处理，消化发酵处理，沼气的净化与储存，沼气的输配，以及沼液、沼肥的利用。

后庙村工艺流程如图8.12所示。工艺流程叙述如下。

图8.12　张山营镇后庙村大型沼气工程工艺流程图

8.5.3.1　原料收集

采用不同的原料收集方法。原料中干粪便固体含量会不相同，比如一个猪场采用自动化冲洗，其污水TS浓度一般只有1.5%～3.5%；若采用刮粪板刮出，则原料浓度可达5%～6%；如手工清运浓度可达20%左右。收集到的原料进入厌氧发酵罐前需要将浓度调节到一定范围内（一般牛粪8%左右，不同粪便要求可能不同），以保证沼气微生物既“吃得饱”，又“吃得好”，获得最高的产气率。

后庙村牛场采用人工捡拾的方法收集，其鲜牛粪中固体含量18%（水分含量82%），高于进料浓度要求8%，因此需要稀释。

8.5.3.2　预处理单元

原料收集后一般要经过预处理。该工程先除去牛粪中的长草，稀释、预热、搅拌后才进入厌氧发酵罐中进行发酵。预处理大致步骤如下所述：

1.稀释浸泡

牛粪中干固体含量18%，无法直接通过格栅，因此先要在泡粪池中加水稀释、泡软。这样更有利于除去牛粪中的长草、沙粒，减轻调节调浆池负担。

2.格栅除杂

畜禽粪便中常混杂有生产作业中的各种杂物，为便于用泵输送及防止发酵过程出现故障，因此在进入下一个处理单元前需要用格栅进行过滤，除去各种杂物。在牛粪和猪粪中经常有长草，鸡粪中有鸡毛，这些杂物容易引起管道堵塞，因此必须通过格栅除去。

沼气工程中一般设粗细两道格栅。是否设置两道格栅以及各道格栅间距，要根据原料性质和项目工艺设计要求而定。

后庙村沼气工程设置1道格栅，格栅间距5mm，每小时可以处理20m3原料。

3.调节调浆池

粪便经格栅除去长的饲草后进入调节调浆池，在调节池中用从厌氧反应罐中回流过来的沼液稀释后，并对原料p H值进行检测，决定是否需要调节酸碱性，然后用提升泵将料液泵到计量加热池中进行预热。

沼气发酵原料的收集时间往往比较集中，而消化器的进料常需在一天均匀分配。所以调节池的大小一般要能储存24h的粪便量。在温暖季节，调节池常可兼有酸化作用，这对提高原料可消化性和加速厌氧消化都有好处。但如果原料在调节池内停留时间过长，会因好氧呼吸作用或沼气发酵的进行而损失部分沼气产量。

后庙沼气工程的调节调浆池设计规模10.2t/d，牛粪在池中停留周期为6h，调节池有效容积3.4m3，有效水深1.5m，可满足24h随时供料。

4.计量加热池

冬季由于粪便温度较低，直接加入厌氧反应罐中加热速度无法迅速达到中温发酵的要求。因此，原料需要在计量加热池中预先加热后再进入反应器中，如进一步加热增温可启动厌氧反应罐内的加热设备。

后庙沼气工程的计量加热池位于调节调浆池外面，池内装有提升泵，可将稀释后的粪便原料泵入厌氧反应罐。该池设计规模每天可处理粪便10.2t，有效容积4.5m3，有效水深2.0m，为混凝土结构。

由于延庆县是国家生态建设示范县，因此计量加热池加热锅炉燃料没有用煤，而用秸秆等压制而成的压块燃料。锅炉运行产生高温蒸汽，通入池内对料液进行加热。

此外，计量加热池内装有搅拌装置，搅拌装置能够使热量均匀、快速分散到料液中，同时使料液均匀，便于进料、布料。

8.5.3.3　消化发酵

原料经过预处理，浓度、温度和酸碱度等达到沼气发酵微生物要求后，便可以进入反应器进行厌氧消化发酵了。

厌氧消化过程包括如下要点。

1.反应器

反应器是消化发酵的场所，不同的原料需要采用不同类型的发酵工艺。如畜禽粪便和酒精厂废水中固体含量不同，杂质含量不同，有机物含量不同，就要采用不同的发酵工艺。不同的发酵工艺，其反应器的内部构造、附属装置也不尽相同。

反应器可以用钢筋混凝土建造，也可以用柔性搪瓷板拼装，还可以用金属钢板卷制（利浦制罐技术），寿命一般在20年以上。现在大型沼气工程反应器多采用后两种技术进行制作，后庙沼气工程的厌氧反应罐是采用柔性搪瓷板拼装而成。(www.daowen.com)

2.该项目采用的反应器

该项目采用的厌氧反应器叫升流式固体反应器（USR）。原料在反应器中流程为：首先通过反应器底部的布水管向上进入反应器中，在反应器下部与沼气微生物充分接触，经微生物新陈代谢而被逐步“消化”，牛粪和沼气微生物靠被动沉降积聚在反应器中下部，消化产生的沼气从反应器顶部的管道进入沼气净化、储配系统，上清液（沼液）从反应器上部管路排出。发酵过程中沼气微生物沉积在反应器下部，不会随沼液排走，少数会在出沼渣时排出。因此大部分沼气微生物能够长期停留在反应器中，而且，原料从反应器底部进入，能够与微生物充分混合。这就增大了和微生物的接触面积和接触时间，因此这种类型的反应器能够将粪便消化得十分干净。

本项目中的反应器每天可处理10.2t稀释后的料液（含鲜粪4.5t），有效水深9.1m，有效容积200m3，料液平均在反应器中停留20天。反应器外面采用发泡板进行保温。

冬季温度较低，无法直接进行中温发酵，料液需要通过从反应器顶部插入的蒸汽管打入水蒸气进行增温。

8.5.3.4　沼气净化

反应器厌氧消化产生的沼气含有大量水气和较多H 2 S气体。水气会在运动途中不断冷凝，增加了沼气在管路中流动的阻力，而且沼气有水蒸气存在，会消耗沼气燃烧放出的热量，从而降低沼气的热值。水分与H 2 S一起会加速金属管道、阀门及流量计等设备的腐蚀或堵塞。

另外，沼气中H 2 S气体燃烧会生成SO2，危害人体，造成大气污染。因此，沼气使用前首先要进行净化，去水（水蒸气）脱硫（H 2 S）。

沼气从反应器中出来后，其去水脱硫过程如下。

1.水封器

沼气首先要进入水封器，目的是除去沼气从反应罐中带出的泡沫和污物，同时可以防止由于意外产生的火苗直接回串到反应罐中，还可以降低沼气温度以满足脱硫过程对温度的要求。

水封器是一个专门的密封容器，里面盛有一定体积的水，沼气从反应器出来后直接通入水中，然后向上溢出，充满容器上部，然后从上部接通向外面的管道出去，进入气水分离器。

2.气水分离器

设置气水分离器对沼气进行脱水主要是为了满足脱硫剂对湿度的要求。沼气进入气水分离器后，产生旋转，不断碰到金属网或管壁。水蒸气运动速度降低后会冷凝下来，形成的水滴存在分离器的底部并能够定期排除。沼气不会冷凝，经过气水分离器后进入脱硫塔。

3.脱硫塔

沼气进入脱硫塔后，沼气中的H 2 S会跟塔内的脱硫剂发生化学反应而被除去。使用过的脱硫剂跟O2反应后会重新获得脱硫能力，也就是再生。

脱硫要脱得干净，需要适合的脱硫温度、脱硫剂水分、酸碱度、脱硫剂的摆放方式、沼气进气速度、压力等。因此脱硫时要认真做好H 2 S浓度、温度、湿度、酸碱度等的监测记录，如出现问题应立即根据运行规范、操作规程进行相应处理。

4.湿式缓冲罐

湿式缓冲罐主要起到暂时储存沼气，缓冲沼气气流，为沼气压缩机工作提供更适合的压力、流量条件的作用。

后庙工程中缓冲罐为碳钢防腐材质、湿式浮罩式结构。浮罩倒扣在装有适量水的水池中，由滑轨牵引随沼气压力变化上下移动。缓冲罐有效容积3.4m3。

5.气体流量计

沼气脱硫后要再次进行气水分离，以除去脱硫过程中的冷凝水，并避免其堵塞管路、阀门，腐蚀仪表。沼气气水分离后通过气体流量计，再进行储存、输送。

8.5.3.5　沼气储存

大中型沼气工程，由于厌氧消化装置工作状态的波动以及进料量和浓度的变化，单位时间内沼气产量会有所波动。沼气作为生活用能进行集中供气时，每天不同时段用气量是不同的，这就使得沼气的生产量和使用量有时会不一致，影响用户用气。利用储气的方法可以有效地平衡沼气的生产量和用气量，保证供气稳定。

沼气可以用湿式气柜或干式气柜储存。湿式气柜是一个金属罩倒扣在混凝土（或钢材制作）水槽中，水槽中装水密封沼气。干式气柜没有水槽，用密封膜或密封的金属柜储存沼气，故称干式。

通过沼气压缩机增压后以较高压力储气的气柜叫高压干式气柜，以较低压力储气的气柜则叫低压干式气柜。与其他形式储气柜相比，高压干式气柜占地面积小，输送距离长，冬季运行安全，因此有着较好的应用前景。

该项目采用高压干式储气柜进行储气，储气压力0.8Pa。沼气经过气体流量计后先经湿式缓冲罐缓冲，用气水分离器除去水分，再用沼气压缩机增压后输入高压气柜储存。通过气柜储气压力、用户数量和输送距离计算，后庙村高压气柜储气体积20m3便可满足用户用气需求。

8.5.3.6　沼气输送

该沼气工程采用聚乙烯燃气管输送沼气。采用燃气调压箱调节输气压力，调压后主管网输气压力0.2～0.3Pa，分管网输气压力为主管网1/5左右。入户后采用卡式表记录用气量，用双眼沼气灶炊事。

项目采用的聚乙烯燃气管性能优良。与钢管等输气管相比，聚乙烯管热稳定性好，耐腐蚀，不易老化，寿命长，内壁光滑摩擦力小，耐磨抗震耐冲击，柔韧性好，重量轻，运输、安装便捷，造价低。

8.5.3.7　沼肥利用

粪便料液等在反应器中发酵产生沼气后的剩余物就是沼肥，包括沼液（上清液）和沼渣（污泥）。

该项目中，厌氧反应器消化发酵后产生的沼液首先输回到一个水封池中，然后溢流到与水封池连通的中间水池中；部分沼液泵入泡粪池和调节调浆池作为稀释水稀释鲜牛粪，多余的沼液排入沼肥储池储存，以备农田灌溉或施肥。反应器底部产生的沼渣和污泥，则定期排放到沼肥储池中储存。

1.水封池

因为沼液在反应器上层，出来时可能带有沼气气泡，因此要进行水封以保证安全，并起到缓冲作用。

水封池设计规模每天处理10.2m3沼液，有效深度1.5m，有效容积3.4m3，为混凝土结构。

2.中间水池

中间水池起到暂存沼肥的作用，内设沼肥提升泵用于回流沼肥稀释鲜牛粪。因中间水池出水的温度为罐内温度，利用其稀释粪便，可节约热能，同时起到节约用水的作用。

中间水池设计规模与水封池相同，每天处理沼液10.2m3，有效深度1.5m，有效容积3.4m3，混凝土结构。

3.沼肥储池

沼肥储池暂时储存沼渣、沼液，以备有机肥加工或施肥灌溉。

沼肥储池设计规模每天10.2m3。10.2m3沼肥（液）中除去部分作为粪便稀释用水后，每天剩余沼肥（液）4.5m3，储存时间4个月，因此沼肥储池有效容积544m3。

4.沼肥利用

沼肥（渣）是一种优质、高效的无公害有机肥料。禽畜粪便经过厌氧发酵后，不仅含有了许多水溶性养分，而且将粪便中的部分养分转变成了腐殖酸类物质，因此速效和缓效兼备。与未经过消化的粪便相比，其速效的氨态氮肥含量大幅增加，磷钾等养分得以保留，而且杀死了虫卵、病菌，有机质及氨基酸等有益物质含量增加，养分比例更适宜作物吸收。效果比化肥好，长期施用有利于改善土壤结构，增加土壤肥力，提高农产品品质。因此，施用沼肥是发展生态农业、无公害农产品生产和有机农业的有效措施。

沼渣还可以用来加工有机肥。根据现代施肥理论，通过科学配方，生产各种作物专用肥，可以获得良好的经济效益。

沼液中除含有氮磷及各类微量元素外，还含有各类氨基酸、维生素、蛋白质、赤霉素、生长素、糖类、核酸等，可以用来灌溉、叶面喷施、浸种。施用沼液可以减少病害发生，提高产量和品质，减少化肥、农药的使用。

后庙村沼气工程产生的沼渣、沼液主要用来发展该村的有机葡萄种植业。