中国固废网消息，近日发布的《中国西部小城镇环境基础设施技术指南卷（II）：城镇垃圾处理》中介绍了几种适合小城镇的垃圾处理技术，小城镇垃圾沼气发酵处理技术是其中一个。
小城镇垃圾沼气发酵处理技术随着我国畜禽养殖业、农副产品加工业等由分散户养形式向规模化、集约化方向的发展，畜禽养殖场粪便和农副产品加工废料等农业有机废弃物对广大小城镇地区周边环境的污染日趋严重。建设规模化沼气工程不仅可以解决小城镇地区日益严重的垃圾污染问题，而且还能带来居民日常生产、生活所需的部分能源。
小城镇规模的沼气工程具有设计灵活、占地面积少、易于管理、建设周期短、工程投资较小等诸多优势，使得厌氧沼气工程具有极强的生命力和发展潜力。由于目前我国关于农村有机废弃物沼气发酵工程的建设标准及规范等文献资料较少，本指南将主要参考《规模化畜禽养殖场沼气工程运行、维护及其安全技术规程》和《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》等相关内容，简要介绍沼气发酵工程涉及的基本概念及运行管理中需要引起注意的问题。
沼气发酵技术原理
有机垃圾沼气发酵是指有机物在特定的厌氧条件下，微生物将有机质进行分解，其中一部分碳素物质转化为沼气（主要成分是甲烷和二氧化碳）。沼气发酵主要分为液化、产酸和产甲烷3个阶段进行。
沼气发酵工艺流程
一个完整的沼气发酵工程，无论规模大小，都主要包括以下工艺流程：原料的收集、预处理、消化器（沼气池）、出料的后处理和沼气的净化与储存等。
（1）原料的收集
充足而稳定的原料供应是厌氧发酵工艺的基础，不少沼气工程因原料来源的变化被迫停止运转或报废。原料的收集方式又直接影响原料的质量，因此小城镇地区要根据当地条件合理安排废物的收集方式及集中地点，以便就近进行厌氧发酵处理。
收集到的原料一般要进入调节池进行储存，因为原料收集的时间比较集中，而消化器的进料常需在一天内均匀分配。因而调节池的大小一定要能储存24h的废物量。在温暖季节，调节池常可兼有酸化作用，这对改善原料性能和加速厌氧消化有好处。
（2）原料预处理
原料常混有生产作业中的各种杂物，为了便于输送和防止发酵过程中出现故障，或为了减少原料中的悬浮固体含量，有的在进入消化器前要对原料进行预处理。
（3）消化器
消化器是沼气发酵的核心设备。微生物的繁殖，有机物的分解转化，沼气的生成都是在消化器里进行的。因此消化器的结构和运行情况是一个沼气工程设计的重点。首先要根据发酵原料的以及发酵条件选择适宜的工艺类型和消化器结构。
（4）出料的后处理
出料的后处理为沼气工程所不可缺少的构成部分。过去有些工程未考虑出料的后处理问题，造成出料的二次污染。出料后处理的方式多种多样，最简便的是用作肥料施入土壤或池塘。可靠的方法是将出料进行沉淀后再将沉渣进行固液分离，固体残渣用作肥料或配合适量化肥做成适用于各种花果的复合肥料，适合市场要求，有较好的经济效益。清液部分可处理后排放，或用于灌溉或再回用为生产用水。
（5）沼气的净化、存储和输配
沼气发酵会有水分进入沼气，同时还会有一定量的硫化氢和二氧化硫气体进入沼气，水蒸气影响沼气利用，后两种气体对人体有害。因而要对沼气进行净化处理。一般采用脱水设备来脱水，脱硫塔等设备来脱硫。沼气的储存通常用浮罩式储气柜，以调节产气和用气的时间差别，储气柜大小一般为日产气量的1/3～1/2，以便稳定供应用气。沼气的输配是指将沼气输送分配至各用气户，输送距离可达数千米。近年来输送管道常用高压聚乙烯塑料管。
沼气发酵工艺类型
对沼气发酵的工艺分类，从不同角度有不同的分类方法。规模化沼气工程，强调从工程的运行温度、工程运行的最终目标以及所选用的处理原料进行分类。按投料运行方式又可将沼气发酵分为半连续投料沼气发酵、连续投料沼气发酵和批量投料沼气发酵等。
由于小城镇环卫资源有限，垃圾的产量相对较少，一般日垃圾产量不超过50t，因而西部小城镇规模沼气工程主要属于中小型沼气工程。
沼气工程主要设备
在沼气发酵过程的预处理阶段，需要选用适宜的格栅及除杂物的分离设施。杂物分离设施可选用斜板振动筛或振动挤压分离机等。
中间阶段的消化器，是大中型沼气工程的关键设施。消化器是大中型沼气工程的核心处理装置，众多的设计者都努力在消化器结构形式上精心设计，以便提高处理负荷，同时又要追求适中的造价。
后处理阶段，单纯以环保为目标的工程，后处理装置是好氧处理设施。以能源环保相结合为目标的工程，消化液后处理包括固液分离机和沼渣干燥、成分调配和包装设施；沼液浓缩、成分调配等设施。
沼气集中供气的输配管路系统，主要由中、低压沼气管网、沼气压送站、调压计量站、沼气分配控制室及储气罐等组成。
沼气工程选址与总体设计
（1）根据从防止环境污染角度考虑的安全原则和从经济角度考虑的经济合理原则，沼气发酵工程的选址应符合下列要求：
①应符合小城镇建设总体规划及环境卫生专业规划。
②应具备满足工程建设的工程地质条件和水文地质条件。
③综合考虑运距对周围环境的影响，交通运输等的合理性，充分利用已建或拟建的垃圾处理（基础）设施，合理布局，有利于减少工程建设投资并利于实现综合处理。
④应与城镇规划居住区、公共设施保持一定的卫生防护距离，并在城镇夏季主导风向的下风向或侧风向，以减少沼气工程对周围环境产生的影响或对周围环境影响不超过国家相关规范、标准的要求。
⑤厂区防洪不低于城镇防洪标准。
（2）沼气工程总体布置应满足下列要求
总体布置应满足沼气工程工艺的要求，布置紧凑，便于施工、运行和管理。应结合地形、气象和地质条件等因素，经过技术经济分析确定。
在满足工艺要求的同时，还应与周围的环境相协调，选用设备装置及构筑物平面布局与管路走向要合理，并符合防火相关条款规定。若以粪便为原料来源，在条件允许的前提下，还要适当考虑沼气工程生产规模扩展的可能性。
沼气发酵工艺条件
（1）沼气发酵原料
在沼气发酵过程中，发酵原料即是产生沼气的底物，又是沼气发酵细菌赖以生存的养料来源。西部小城镇地区各种农业剩余物，如猪、马、牛、羊等家畜及家禽的粪便等，各种农作物的秸杆、杂草、树叶等，以及农产品加工的废物、废水，如豆制品、淀粉等加工的废水都是良好的沼气发酵原料。
（2）沼气发酵过程的影响因素
沼气发酵微生物要求适宜的生活条件，对温度、酸碱度及其它各种环境因素都有一定的要求。在工艺上满足微生物的这些生活条件，才能达到发酵快、产气量高的目的。沼气池（或沼气发酵罐）发酵产气的好坏与发酵条件的控制密切相关。在发酵条件比较稳定的情况下产气旺盛，否则产气不好。因此，控制好沼气发酵的工艺条件是维持正常发酵产气的关键。
①严格的厌氧环境
沼气发酵微生物包括产酸菌和产甲烷菌两大类，它们都是厌氧性细菌，尤其是产生甲烷的甲烷菌是严格厌氧菌，对氧特别敏感。它们不能在有氧的环境中生存，哪怕微量的氧存在，生命活动也会受到抑制，甚至死亡。因此，建造一个不漏水、不漏气的密闭沼气池（罐），是人工制取沼气的关键。沼气发酵的起动或新鲜原料入池时会带进一部分氧，但由于在密闭的沼气池内，好氧菌和兼性厌氧菌的作用，迅速消耗了溶解氧，创造了良好的厌氧条件。
②发酵温度
沼气发酵微生物是在一定的温度范围进行代谢活动，可以在8～65℃产生沼气，温度高低不同产气速度不同。在8～65℃范围内，温度越高，产气速率越大，但不是线性关系。40～50℃是沼气微生物高温菌和中温菌活动的过渡区间，它们在这个温度范围内都不太适应，因而此时产气速率会下降。当温度增高到53～55℃时，沼气微生物中的高温菌活跃，产沼气的速率最快。沼气发酵温度突然变化，对沼气产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。一般常温发酵温度不会突变；对中温和高温发酵，则要求严格控制料液的温度。
③适宜的酸碱度
pH值是指消化器内料液的pH值，而不是发酵原料pH值。沼气微生物最适宜的pH值范围是6.8～7.5。一般来说，当pH值（＜6或＞8）时，沼气发酵就要受到抑制，甚至停止产气。建议采用测定挥发酸来控制投料量，这样可以做到精确管理。
在沼气工程中给消化器投料时，要根据pH值来控制投料量，若投料量过多，形成冲击负荷，会造成产酸过多。在间断投料时，料液的pH值应在7上下为宜，当pH低于6.8时，产甲烷菌的生命活动将受到抑制，正常发酵将遭到破坏。当消化器出现超负荷情况时，一方面停止进料，一方面在必要时可以投加碱性物质（如石灰水），提高消化器内的pH值，使发酵过程得到比较快的恢复。在投料以后pH值不应低于6.5。当pH值在低于6.0时，则应大量投入接种物或重新进行起动。
④碳、氮、磷的比例
发酵料液中的碳、氮、磷元素含量的比例，对沼气生产有重要的影响。研究工作表明，碳氮以20～30：1为佳；碳、氮、磷比例以10：4：0.8为宜。对于以生产农副产品的污水为原料的，一般氮、磷含量均能超过规定比例下限，不需要另外投加。但对一些工业污水，如果氮、磷含量不足，应补充到适宜值。
⑤适宜的料液浓度
料液中干物质含量的百分比为料液浓度。对沼气池内发酵料液浓度要求，随季节的变化而不同。在夏季，发酵料液浓度可以低些，要求浓度在6%左右；冬季浓度应高一些，为8%左右。发酵料液的浓度太低或太高，对产生沼气都不利。因为浓度太低时，即含水量太多有机物相对减少，会降低沼气池单位容积中的沼气产量，不利于沼气池的充分利用；浓度太高时，即含水量太少，不利于沼气细菌的活动，发酵料液不易分解，使沼气发酵受到阻碍，产气慢而少。因此，一定要根据发酵料液含水量的不同，在进料时加入相应数量的水，使发酵料液的浓度适宜，以充分合理地利用发酵料液和获得比较稳定的产气率。
⑥搅拌
搅拌的目的是使发酵原料分布均匀，防止大量原料浮渣结壳，增加沼气微生物与原料的接触面，提高原料利用率，加快发酵速度，提高产气量。机械搅拌，通过机械装置运转达到搅拌的目的。
常用的几种搅拌方法
⑦接种物
在发酵运行之初，要加入厌氧菌作为接种物（亦称为菌种）。在条件具备时，宜采用生态环境一致的厌氧污泥作为接种物。当没有适宜的接种物时，需要进行菌种富集和培养，即选择活性较强的污泥或是人畜粪便等，添加适量有机废水或作物秸秆等，装入可密封的容器内，在适宜的条件下，重复操作，扩大接种数量。沼气发酵是沼气微生物群分解代谢有机物产生沼气的过程，沼气微生物像其它生物一样，对环境有个适应范围。
⑧添加剂和抑制剂
许多物质可以加速发酵过程，而有些物质却抑制发酵的进行；还有些物质在低浓度时有刺激发酵作用，而在高浓度时产生抑制作用。沼气池内挥发酸浓度过高（中温发酵0.2%以上；高温发酵0.36%以上）时，对发酵有阻抑作用；氨态氮（NH3-N）浓度过高时，对沼气发酵菌有抑制和杀伤作用；各种农药，特别是剧毒农药，都有极强的杀菌作用，即使微量也可使正常的沼气发酵完全破坏。很多盐类，特别是金属离子，在适当浓度时能刺激发酵过程，当超过一定浓度时对发酵过程会产生强烈的抑制作用。
沼气工程劳动定员
劳动定员应按照定岗定员的原则，根据项目的工艺特点、技术水平、自动控制水平和管理的要求，合理确定。沼气工程工作制度，可根据工艺技术要求宜采用单班制。堆肥厂劳动定员可分为生产人员、辅助生产人员和管理人员。辅助生产人员可根据当地的社会化协作条件，逐步由社会化服务系统解决。
沼气工程运行管理
日常的管理可分为运行、控制、化验和机修等几部分。不论是运行的操作者，还是化验员都必须熟悉工艺流程和设备的操作规程；按时巡视检查并准确填写运行记录。一旦在巡视检查中发现异常现象，要及时上报并做好维修处理。每班记录应包括当班进料量、进料温度、pH值及每周一次的COD值、SS值等；还应该包括各个采样点以及排水处的这些数据。通过这些数据的监测，控制污泥的回流量、进料量和进料温度等，把上述参数列成表格，或通过这些数据分析pH值和温度的变化趋势，指导系统安全运行。
沼气设备与安全管理
沼气发酵工程设备管理是对设备和设备操作人员进行有效的管理。依据有关部门的政策和标准，运用目标管理、岗位责任制度和科学管理的方法，对新设备进行检验、登记、调配，对使用设备的维护、保养改造、更新做出计划，并对保修单位进行监督、指导、控制，做到合理装备、择优选购、正确使用、精心维护、科学检验、适时更新，以保证设备经常处于良好的工作状态，确保安全和生产任务的完成，延长其使用寿命。
（1）为确保沼气工程运行安全可靠，除了沼气专业技术要求以外，在发酵罐和储气罐浮罩顶盖上，要加装安全窗，整体工程系统设计要符合建筑设计防火规范和建筑物防雷设计规范；
（2）应具有完备的生产安全管理规章制度和生产安全操作规程，岗位操作人员应严格执行本岗位安全操作规程；
（3）应为职工提供劳动安全卫生条件和劳动防护用品；操作人员应按规定使用安全防护及劳保用品；
（4）具有粉尘、异味及有害、有毒气体的场所，应采取通风措施，并保证通风设施完好；应对生产控制室、污水及渗沥液收集池、发酵设施、地下建筑物内及地下管线等沼气聚集的场所进行定期监测，并做好记录；空气中沼气浓度大于1.25%时应进行强制通风；
（5）厂内及车间内运输管理，应符合有关规定；
（6）为了避免火灾、爆炸和其他重大伤害事故的发生，厂区各明显位置都应配有禁烟、防火和限速的标志；应建立发生火灾、爆炸、沼气泄漏等重大事故时的应急预案；
（7）应定期对全厂进行安全检查，并记录检查结果。
编辑：姚森婧
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