本书编委会

前言

第1章 概论

1.1 引言

1.2 我国沼气工程的发展历程

1.3 欧美沼气工程技术和特点

1.4 厌氧反应器的主要工艺类型

1.5 我国沼气工程发展中存在的问题和解决途径

（1）工程建设问题

（2）工程装备和安全管理

（3）沼渣、沼液的处理利用

第2章 沼气厌氧发酵的原理和影响因素

2.1 沼气发酵的原理

2.1.1 沼气发酵过程

2.1.1.1 水解

2.1.1.2 酸化

2.1.1.3 乙酸化

2.1.1.4 甲烷化

2.1.2 沼气发酵的热力学问题

2.1.3 沼气发酵过程的其它竞争性反应

2.1.4 厌氧发酵过程中微生物之间的关系

2.2 沼气发酵的影响因素

2.2.1 营养物质

2.2.2 温度

2.2.3 停留时间

2.2.4 pH值和碱度

2.2.5 物料搅拌

2.2.6 毒性物质

2.2.7 启动

2.2.8 物料负荷

2.3 发酵原料

2.3.1 粪液混合物料

2.3.2 城市污泥

2.3.3 生活垃圾

2.3.4 工业有机废水

2.3.5 农林废弃物

2.3.6 城市粪便

2.3.7 油脂及其它物料

2.4 沼气发酵的过程监测

2.4.1 沼气发酵监测的关键参数

2.4.2 沼气发酵监测相关生物传感器

第3章 沼气发酵的工艺类型

3.1 沼气工程规模分类和工艺流程

3.1.1 沼气工程规模分类

3.1.2 大中型沼气工程工艺流程

3.1.2.1 发酵原料预处理

3.1.2.2 预处理主要设施

3.1.2.3 厌氧消化

3.1.2.4 沼气的净化与输配

3.1.2.5 沼渣、沼液的综合利用

3.2 厌氧反应器工艺设计

3.2.1 沼气工程产气量估算

3.2.2 厌氧反应器的负荷和容积

3.2.2.1 有机负荷

3.2.2.2 容积负荷

3.2.2.3 水力负荷

3.2.2.4 水力滞留期

3.2.2.5 反应器原料投配率

3.2.2.6 有机物去除率

3.2.2.7 厌氧反应器容积的确定

3.2.3 厌氧反应器的系统组成

3.2.3.1 进出料系统

3.2.3.2 搅拌系统

3.2.3.3 厌氧反应器的加热与保温

3.3 畜禽养殖排污量及发酵原料预处理

3.3.1 畜禽养殖产污系数

3.3.2 畜禽养殖排污系数

3.3.3 规模化养殖场废水产生系数

3.3.4 发酵原料预处理

3.3.5 厌氧反应器的启动和接种物

3.4 沼气厌氧反应器的主要类型

3.4.1 升流式厌氧污泥床（UASB）

3.4.2 内循环厌氧反应器（IC）

（1）内循环（IC）厌氧反应器的优点

（2）内循环（IC）厌氧反应器的缺点

3.4.3 升流式固体反应器（USR）

3.4.4 全混合厌氧反应器（CSTR）

3.4.5 塞流式厌氧反应器（PFR）

（1）塞流式厌氧反应器的优点：

（2）塞流式厌氧反应器（PFR）的缺点：

第4章 沼气厌氧反应器的设计

4.1 沼气工程的规划和平面布置

4.1.1 项目选址的具体原则

4.1.2 发酵工艺流程考虑的因素

4.1.3 沼气站的平面布置

（1）各处理构筑物单元的平面布置

（2）管线的平面布置

（3）辅助建筑

（4）道路设计

4.1.4 沼气站构筑物的高程布置

4.2 钢筋混凝土厌氧反应器

4.2.1 钢筋混凝土厌氧反应器外部尺寸

4.2.2 厌氧反应器基础设计

4.2.3 厌氧反应器的计算简图

（1）池壁与顶板

（2）厌氧反应器池壁与底板

4.2.4 荷载组合

4.2.5 钢筋混凝土厌氧反应器内力计算步骤

4.2.6 厌氧反应器的抗浮问题

4.2.7 钢筋混凝土厌氧反应器构造设计

4.2.8 钢筋混凝土厌氧反应器配筋设置

4.3 利浦（Lipp）罐厌氧反应器

4.3.1 利浦制罐技术的特点

4.3.2 利浦制罐设备

4.3.3 利浦罐反应器的施工方法

4.4 搪瓷钢板厌氧反应器

4.4.1 搪瓷钢板

4.4.2 搪瓷材料

4.4.3 涂搪方法

4.4.4 搪瓷拼装罐罐壁的强度计算方法

4.4.5 搪瓷拼装厌氧反应器罐体的施工安装

（1）钢筋混凝土基础施工

（2）罐体拼

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《大中型沼气工程设计与应用》结合我国沼气工程建设实际，详细阐述了大中型沼气工程设计和实践中涉及的诸个方面，包括厌氧发酵原理、工艺类型、工艺参数、工程装备、沼气的贮存与净化、燃气输配、工程产物利用和运行管理等，并且在阐述具体技术特点时，辅以设计案例和大量图表，内容丰富、资料详实、图文并茂，实用性强，便于读者掌握。

《大中型沼气工程设计与应用》适用于环境工程、生态农业、能源与动力工程、工业与民用建筑等专业师生参考，也可作为沼气工程技术人员、研究人员、管理人员参考用书。

大中型沼气工程技术足沼气工程人员应掌握的一项技术性很强的技术。本书针对现代大中型沼气工程建设的特点与要求，详细阐述了大中型沼气工程技术涉及的各个方面，包括工程技术原理、工艺流程、工程设备、施工与运行管理、工程产物利用、故障处理等，并且在具体阐述部分相关技术时，辅以了详细的步骤、实例或大量图表，以使其更加直观、生动，便于读者掌握。本书作者均来自大中型沼气工程科研和生产实践一线，具有较高的理论水平和丰富的实践经验，从而保证了本书具有较高的参考价值。

第1章绪论1

1.1沼气的产生与特性1

1.1.1沼气的产生1

1.1.2沼气的主要成分2

1.1.3沼气的特性3

1.2我国畜禽养殖场大中型沼气工程发展背景与现状5

1.2.1我国畜禽养殖场大中型沼气工程发展背景5

1.2.2我国大中型沼气工程的技术现状6

1.2.3大中型沼气工程的类型8

1.3大中型沼气工程的相关法令、法规9

1.3.1我国畜禽养殖业污染物的管理措施9

1.3.2畜禽养殖业污染物排放标准10

1.3.3畜禽养殖场的环境污染控制和污染物排放应遵循的

其他标准12

第2章大中型沼气工程技术原理14

2.1基本概念与参数14

2.1.1原料有机物含量和沼气产量评价指标14

2.1.2原料产气量的表示和计算方法17

2.1.3厌氧反应器运行参数17

2.2沼气发酵原理19

2.2.1沼气发酵的特点19

2.2.2参与沼气发酵的细菌19

2.3沼气发酵的基本条件27

2.3.1沼气发酵的原料28

2.3.2接种物和厌氧活性污泥30

2.3.3消化器容积负荷32

2.3.4沼气发酵的温度34

2.3.5沼气发酵的pH值36

2.3.6搅拌37

2.3.7毒性物质38

2.4几种常见厌氧反应器的原理与优缺点40

2.4.1常规厌氧反应器40

2.4.2全混式反应器41

2.4.3塞流式反应器43

2.4.4上流式厌氧污泥床反应器(UASB)44

2.4.5内循环厌氧反应器(IC)55

2.4.6升流式固体反应器(USR)56

2.4.7折流式反应器57

2.4.8附着膜型消化器58

2.4.9膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)61

2.4.10单元混合塞流式厌氧消化器（UPR）62

第3章大中型沼气工程工艺流程和设计原则64

3.1沼气发酵的工艺类型64

3.2大中型沼气工程基本工艺流程64

3.2.1原料的收集65

3.2.2原料的预处理65

3.2.3厌氧消化66

3.2.4厌氧消化液的后处理66

3.2.5沼气的净化、贮存和输配67

3.3畜禽养殖场“能源环保型”和“能源生态型”沼气工程

工艺流程68

3.3.1畜禽养殖场“能源环保型”沼气工程69

3.3.2畜禽养殖场“能源生态型”沼气工程70

3.4两步厌氧消化工艺73

3.5温度两相厌氧消化工艺74

3.6沼气工程工艺设计原则76

3.7沼气工程工艺设计的主要内容77

3.7.1沼气工程预处理系统设计的主要内容77

3.7.2厌氧消化器的设计78

3.8沼气净化系统82

3.8.1沼气脱水原理与方法82

3.8.2沼气脱硫原理与方法83

3.8.3沼气净化工艺流程86

3.9沼气贮气柜设计原则87

3.10在沼气工程工艺设计中考虑酸化或相分离的情况89

3.11工艺流程图和总平面布置图的具体内容89

第4章大中型沼气工程的设备93

4.1固定格栅、水力筛网和格栅过滤机的特点及选用条件93

4.1.1固定格栅93

4.1.2水力筛网93

4.1.3格栅过滤机94

4.2布料系统特点及适用条件95

4.2.1配水孔口负荷95

4.2.2进水分配系统96

4.2.3配水管道设计98

4.3厌氧消化器的搅拌装置99

4.4固液分离机特点及选用条件103

4.4.1离心分离机103

4.4.2挤压螺旋分离机104

4.6带式过滤机106

4.7沼气的收集设施108

4.8沼气输配气系统110

4.8.1压力表110

4.8.2脱硫器111

4.8.3集水瓶111

4.9贮气柜112

4.10沼气使用装置115

4.10.1沼气炊事灶具115

4.10.2沼气灯117

4.10.3沼气饭锅119

4.10.4沼气热水器120

第5章大中型沼气工程的施工与运行管理122

5.1大中型沼气工程的施工人员和时间122

5.2沼气池的建设材料122

5.2.1建池原材料123

5.2.2密封涂料125

5.3大中型沼气工程的施工方法和注意事项126

5.3.1施工组织设计编制内容126

5.3.2建造沼气池应注意的安全事项126

5.3.3放线定位127

5.3.4池墙的施工方法128

5.3.5池基和池底的处理129

5.3.6混凝土整体现浇建池的施工方法129

5.3.7水泥预制板砌筑法的施工方法130

5.3.8建池混凝土和砌筑砂浆的配制方法130

5.3.9密封层的施工方法132

5.3.10输气管道的安装133

5.4沼气工程的质量检测标准和方法134

5.4.1沼气池施工质量的检测方法134

5.4.2厌氧消化器的质量标准135

5.4.3水泥砂浆防水层的施工规定136

5.4.4涂料密封层的施工规定137

5.4.5保温层的施工规定137

5.4.6提高混凝土密实度的主要措施138

5.4.7设备安装和试运行应注意的事项138

5.4.8地脚螺栓的敷设要求139

5.5厌氧消化器的启动过程及注意事项140

5.5.1厌氧消化器的启动140

5.5.2厌氧消化器启动前的准备工作和注意事项143

5.5.3厌氧消化器的主要维护保养内容144

5.5.4厌氧消化器正常运行时的主要参数值范围145

5.5.5厌氧消化器安全运行的保障措施145

5.6沼气池运行需注意的问题145

5.7安全用气的注意事项148

5.8沼气池检修方法149

5.9贮气柜的置换和运行管理150

5.9.1贮气柜的置换150

5.9.2气柜的运行管理151

5.10沼气发电机运行时应注意的内容152

5.11工程运行时控制室的主要工作153

第6章大中型沼气工程的产物利用154

6.1沼液的利用155

6.1.1沼液用作肥料155

6.1.2沼液浸种156

6.1.3沼液防治植物病虫害156

6.1.4沼液叶面肥158

6.1.5沼液养鱼158

6.2沼渣的利用159

6.2.1沼渣作肥料159

6.2.2沼渣配制营养土163

6.2.3沼渣栽培食用菌163

6.2.4沼渣养殖蚯蚓164

6.3沼气的利用165

6.3.1沼气施二氧化碳肥165

6.3.2沼气储粮167

6.3.3沼气保鲜水果168

6.3.4沼气供热孵鸡168

6.3.5沼气加温养蚕170

第7章大中型沼气工程的故障处理171

7.1沼气池管路故障处理171

7.2水泵故障的检测及处理方法172

7.2.1水泵是否正常工作的检查方式172

7.2.2水泵运行中应立即停机的情况172

7.3贮气柜保养维护的主要内容173

7.4燃烧器经常出现的故障及排除方法173

7.5沼气灶具使用要点175

7.6沼气灯故障及排除方法176

附件1缩略语和相关参数178

附件2农村沼气国家或行业标准名称180

附件3沼气工程规模分类行业标准

(NY/T 667—2003)182

参考文献185 2100433B

大中型沼气工程技术，是一项以开发利用养殖场粪污为对象，以获取能源和治理环境污染为目的，实现农业生态良性循环的农村能源工程技术。大中型沼气工程是指沼气发酵装置或日产气量达到一定规模，即单体发酵容积不小于100m³，或多个单体发酵容积之和不小于100m³，或日产气量不小于100m³为中型沼气工程。如果单体发酵容积大于500m³，或多个单体发酵容积之和大于1000m³，或日产气量大于1000m³为大型沼气工程。人们习惯把中型和大型沼气工程放到一起去评述，称之为大中型沼气工程。它包括厌氧发酵主体及配套工程技术，主要是通过厌氧发酵及相关处理降低粪水有机质含量，达到或接近排放标准并按设计工艺要求获取能源—沼气：沼气利用产品与设备技术，主要是利用沼气或直接用于生活用能，或发电、烧锅炉、直接用于生产供暖、作为化工原料等。沼肥制成液肥和复合肥技术，则主要是通过固液分离，添加必要元素和成分，使沼肥制成液肥或复合肥，供自身使用或销售。其关键技术是沼气厌氧发酵技术，包括常规和高效发酵工艺技术。