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德国STRABAG 干式厌氧处理工艺
 
餐厨垃圾厌氧发酵工艺说明-1

[2013-10-30] [点击:2863]

1.工艺流程

餐厨垃圾处理工艺采用湿式、单相、连续、中温厌氧消化技术厌氧发酵产生的沼气除满足厂内用热外,剩余沼气用于提纯制CNG;产生的沼渣经脱水并达到填埋场要求的标准后,运至附近的卫生填埋场进行填埋处理。生产中产生的废水按相关要求进行处理后除部分用于回流外,其余排入市政管网。餐厨垃圾中的油脂进行分离后,与经过预处理后的地沟油采用两步脂化法生产生物柴油其工艺流程图如下:

3.预处理及厌氧消化系统技术要求 

总体要求:工艺生产线能够安全、稳定、可靠运行。沼气、废渣、废水、废气的量及性质参数。所有设备和设施必须考虑预留被抽取臭气的功能,并保证整条工艺生产线密闭运行。

 

3.1 物料接收系统

该系统主要功能是接收储存餐厨垃圾,并保证后续处理的稳定。

该系统主要技术要求如下:

(1)物料接收系统能够满足4小时接收输送日处理量65%(即4小时接收输送130吨)的要求;

(2)接收系统设置2条生产线,单条生产线输送能力≥20 m3/h;

(3)卸料工位能够满足装载能力为8m3的餐厨垃圾转运车的正常卸料作业;

(4)接料斗技术要求:

-- 有效容积≥15m3/个,数量2个

-- 材质:过料部分的材质为SS304不锈钢,其余材质为Q235B

-- 有加热、沥水功能

-- 能加入自来水或循环稀释水进行冲洗或稀释

-- 能够承受8吨餐厨垃圾一次性倾倒产生的冲击载荷

-- 接料斗上部加设局部排风罩

(5)输送系统

输送螺旋性能可靠,不缠绕、耐磨、耐腐蚀,不结渣、不卡死,过料部位的材质为SS304不锈钢。

 

3.2粗分选系统

该系统主要功能是去除餐厨垃圾中的杂质(如塑料袋、酒瓶等物料以及金属制品等),保证粗分选设备的安全、稳定运行,并对餐厨垃圾进行固液分离。

该系统主要技术要求如下:

(1)设置2条生产线,生产线的设置应考虑与相应设备能力匹配、保证输送连续、可靠、安全、稳定的运行;

(2)分选设备能实现粗大物料如玻璃瓶、盘、碟、塑料等杂物的有效分选,保证分选过程中脆性杂物不破碎,去除率≥90%,系统出料粒径≤60mm;

(3)除铁设备能对铁磁类杂物有效去除,去除率≥90%;

(4)固液分离设备能将垃圾进行固液分离,经固液分离后的垃圾含水率约为65%~70%;

(5)主要工艺设备材质:过料部分的材质为SS304不锈钢,其余材质为Q235B;

(6)需要明确有机质损失量,粗大料含水率。

 

3.3油水分离系统

该系统主要功能是对餐厨垃圾进行油脂分离,为后续废油深加工提供保证,实现油脂最大程度的资源化。

该系统主要技术要求如下:

(1)生产线设置应考虑与相应设备能力匹配、保证输送连续、可靠、安全、稳定的运行;

(2)油水分离系统处理后的混合浆液含油率≤0.5%;

(3)三相分离出的水相中的含油率≤0.3%;

(4)油相中的含水率≤3%;

(5)主要工艺设备材质:过料部分的材质不低于SS304不锈钢;

(6)热的品质和数量。

 

3.4制浆系统

该系统主要功能是对餐厨垃圾进行破碎制浆、除杂、除砂,为后续厌氧发酵创建良好的条件。

该系统主要技术要求如下:

(1)制浆系统的生产线设置应满足并适应前端物料处理系统的对接处理要求,保证输送处理连续、可靠、安全、稳定的运行;

*(2)破碎制浆杂物去除设备将物料制成的浆料颗粒粒径≤8mm,能将物料中塑料类的轻物质进行有效去除,去除率≥90%;

(3)除砂系统设备能将物料中重物质如玻璃碎片、陶瓷碎片、砂石、小块金属等进行有效去除。颗粒直径在5mm以上的重物质去除率≥90%;颗粒直径在2~5mm的重物质去除率≥80%;颗粒直径在1~2mm的重物质去除率≥60%;

(4)物料中的花椒壳、辣椒籽等能有效去除;

(5)餐厨垃圾在经过制浆系统处理以后,有机质损失量≤5%;

*(7)破碎制浆杂物去除设备主要要求:

-- 设备配置满足前端单条生产线处理能力≥20 m3/h时的来料处理

-- 同时具备破碎功能、制浆功能、杂物去除功能

-- 根据自身工艺进行设备优化配置,过料部分的材质不低于SS304不锈钢,且结构件便于检修维护。

 

3.5均质系统

该系统主要功能是对来料进行均质,实现对浆液的温度、C/N、浆液的含固率的调整,以保证进入厌氧消化罐的浆液稳定、均质。

该系统主要技术要求如下:

(1) 均质系统设置2条生产线,生产线设置考虑与相应设备能力匹配、保证输送连续、可靠、安全、稳定的运行;

(2) 浆液含固率:8~12%;

(3)通过在均质池的不同高度测量物料的含固率,来检验调质的效果,均质池上、中、下物料含固率的平均值正负偏差不大于15%;

(4)可以结合自身工艺对砂石、轻质物或纤维物进一步去除,并考虑城市污泥的添加。

3.6厌氧消化系统 

通过专有设备去除消化池上部浮渣和下部沉砂,以确保消化过程的顺利进行。通过工艺控制最大限度提高产气量。

该系统主要技术要求如下:

(1)生产线数量不应超过3条,生产线设置考虑与相应设备能力匹配、保证输送处理连续、可靠、安全、稳定的运行;

(2)在划定的区域内进行合理布置并满足国家现行的消防安全、防火设计规范以及有关标准和规定;

(3)厌氧消化罐为完全混合式发酵罐,并采用可靠的机械搅拌方式;

(4)厌氧消化罐内应设有必要的设施,以解决长期运行时的排砂、排浮渣问题。厌氧发酵罐清罐时间间隔不少于10年;

(5)每座厌氧消化罐沼气出口管路上设有必要的在线监测设备;

(6)厌氧消化罐设有必要的安全保护装置;

(7)厌氧消化系统使用年限不少于20年;

*(8)工艺技术指标如下: 

-- 发酵罐接料挥发性固体负荷:≥3.5kgVS/m3.d

-- 挥发固体分解率:≥75%

-- 单位分解挥发固体产甲烷量:≥400L/kg分解的挥发固体

-- 容积动力比能耗:≤10W/m3 

-- 沼气中甲烷含量:≥50%

*(9)热交换器主要技术要求:

-- 物料流动通道管径不小于DN80,管道直管段每6米可拆卸,管道弯管每90度可拆卸

-- 供热介质:热水 

-- 材质:与物料接触部分的材质不低于SS316不锈钢,其他部分的材质不低于SS304不锈钢

 

3.7消化后污泥储存及脱水系统

系统主要功能是对厌氧消化后的污泥进行储存和脱水处理。

该系统主要技术要求如下:

(1)生产线数量为2条。生产线设置考虑与相应设备能力匹配、保证输送处理连续、可靠、安全、稳定的运行;

(2)厌氧消化后的污泥储存设施应有足够的有效容积和吹脱设施,以保证后续设施长期有效的运行。污泥储池应有防止沉淀、泡沫产生和外溢的措施;

(3)采用投资省、运行成本低、效率高的脱水设备,并充分考虑沼渣污泥的去向,脱水后的含水率不大于60%。

 

3.8物料输送系统 

投标人根据自身工艺的需求,设置物料输送系统,物料输送系统应保证输送能力满足整条工艺线的顺畅运行,密闭性好;长期运行不结垢、不淤堵、磨损小且能够便于疏通、维护及维修。 

 

 

3.10自控仪表系统

主要技术要求:

(1)餐厨垃圾处理间内设立PLC控制系统一套,负责对处理站各系统中的设备及整个处理工艺进行自动控制。中控室设立监控计算机及软件一套,良好的人机界面实现远程处理站设备及过程的监控。系统功能包括但不限于以下要求: 

-- 数据采集功能:采集本标各个生产过程的工艺仪表参数、电气设备运行状态和电气参数等信息。数据采集须具备三种机制:周期性采集、逢变则报、外部事件触发采集

-- 生产过程监视功能:通过监控管理计算机动态显示全厂工艺流程图以及工艺参数、事故报警显示的各种数据图表

-- 控制功能:控制系统对工艺过程和控制设备按时序控制要求自动进行控制与调节

-- 报警功能:系统对生产状况实时数据进行监控和分析以对设备及工艺过程中发生故障时发出警报,显示故障点和故障状态,按照报警等级做出相应反应,记录故障信息。提供的报警日志可以记录事件,信息和报警。并且可以根据要求对相应内容进行归档,触发相应动作等

-- 生产数据管理及报表功能:根据采集到的信息,建立实时信息数据库,保存工艺参数、电气参数、电气设备运行数据、控制数据、报警数据、故障数据。完成数据传送和报表打印

-- 安全操作功能:提供的用户管理器允许设置用户权限。针对不同的操作者设置相应的加密等级,记录操作员及操作信息.

 

-- 过程监控功能:以消化池运行监控为例,消化池内部设置检测装置对消化池内部沼气压力等指标进行测定和监控。整个消化过程通过自动控制系统对消化池的进料、出料、搅拌、pH、温度以及沼气成分及含量(如H2S、甲烷、二氧化碳等)、温度、压力、流量等进行在线监测和监控,此外定期取样消化液和沼气,对更多的指标(如进出料的干物质含量和有机物质含量、挥发酸等)进行实验室测试,测试结果及时反馈,以便操作人员利用这些测量、分析结果及时调整消化池运行参数,保证厌氧消化过程的持续和稳定

(2)预处理车间、厌氧发酵罐区需设闭路电视监视系统;

(3)仪表要求选择满足工艺要求的全新的国际著名品牌。

 

4沼气提纯系统技术要求

4.1基础资料

4.1.1 处理规模

本项目厌氧罐的沼气发生量约为1.56×104m3/d(650m3/h),产生的沼气首先满足锅炉用量,富裕沼气经脱碳精制压缩天然气(CNG),供双燃料汽车或小区居民使用。

4.1.2 范围

(1)设备供货范围

一套完整的沼气净化精制压缩天然气(CNG)处理系统,包括沼气的过滤、脱硫、储存、脱水、脱碳、加压以及管道、支架等;还应包括自动化控制系统、动力配电系统、静电接地避雷系统;同时也包括(不仅限于此)所有设备、材料的备品备件以及润滑油、密封油(如果有)等消耗品一年的备用量。

(2)服务范围

完整的沼气净化精制压缩天然气(CNG)处理系统进行平立面设计、工艺管道、操作平台、自控系统以及动力配电系统的详细设计;设备材料的运输、现场安装、单体调试、联动调试和试运行期间的生产指导、人员培训以及生产操作手册的编制。

4.1.3 原料及产品品质

(1)原料品质

来自发酵罐的沼气品质如下表所示:

沼气流量

650 m3/h 

沼气压力

~2.5 kPa

温度

<55℃

密度

1.23Kg/m3

CH4

45~70%

CO2

30~55%

H2S

3000~5000PPm

NH3

200~400PPm

02

<0.5%

N2

<1%

H2O

饱和蒸汽

(2)净化处理后沼气品质

经净化精制处理后的沼气质量要求如下:

供锅炉燃烧用沼气:H2S≤13ppm,含水率≤70%。

供车辆用压缩天然气(CNG):满足《车用压缩天然气标准》GB18047-2000要求。

4.2工艺系统及控制要求

沼气净化精制压缩天然气(CNG)处理系统工艺应该具有技术先进,运行稳定可靠的特点,并已应用于工业化生产的实用技术。

4.2.1 工艺系统要求及参考流程

(1)工艺系统一般要求

考虑到本项目工作介质的特殊性,

沼气净化精制压缩CNG处理装置具备以下功能:

1. 降低粉尘等固体杂质的含量;

2. 降低气体的露点温度,减少水蒸气含量;

3. 自动增压和超压保护功能,稳定系统气体的出口压力、温度和流量;

4. 在线监测、报警功能,保证系统安全可靠的长期运行;

5. 全自动运行,具备自身数据采集、显示和远程通讯的功能

(2)工艺流程(仅供参考)

 

沼气净化精制压缩天然气系统工艺流程框图

 

4.2.2 工艺控制方案

(1)压力控制与流量调节

沼气净化系统入口的沼气压力为0~2.5kPa,考虑安全性和经济性,出口压力在满足锅炉用气要求的情况下要尽可能的小,锅炉要求净化系统的出口压力达到30.0kPa左右

升压风机采用变频控制,保证供气压力稳定。

正常情况下,风机的出力大于650 m3/h,升压能力为大于30kPa,系统采用台升压风机,一用一备。

(2)湿度与温度控制

要求在10~50℃范围内,保证系统的出口的相对湿度小于70%,对生产CNG还需要按照国家标准高度脱水。

沼气在管道和设备中遇冷后会产生凝结水,需要及时排除。冷凝器和汽水分离器的凝结水排往厂区的排水系统。

(3)硫化氢控制与调节

要求采用成熟可靠脱硫工艺,同时确保脱硫后气体硫化氢含量小于9ppm

(4)甲烷控制与调节

产品甲烷要有充足的工艺保障措施,不得出现不合格品输送到后端。要求脱碳后甲烷含量在线显示,有超限的声光报警,并可在电脑上进行相应的操作和调节。

(5)二氧化碳控制与调节

要求脱碳后二氧化碳含量在线显示,有超限的声光报警,并可在电脑上进行相应的操作和调节,脱碳提纯系统效率不应低于95%。

(6)氧控制与调节

要求在精制装置后设置氧气含量检测装置,并在线显示,有超限的声光报警。

(7)系统控制

控制系统可编程控制器(PLC)和工业控制计算机构成,控制系统具有数据采集(DAS)功能模拟量控制(MCS)功能、顺序控制(SCS)功能、在线检测、超限报警和安全联锁自动停机保护等功能并提供与上位机进行数据通讯的端口。要求控制系统在控制室内通过上位机的监控下可实现全自动运行的功能PLC的配置不应该低于S7-300系列。

4.4 工艺系统主要设备、设施技术要求

4.4.1主要工艺设备

(1)脱硫

本项目脱硫工艺分为两级,第一级为生物脱硫,第二级为干法脱硫,脱硫工艺的处理规模不应小于650m3/h。生物脱硫后的沼气H2S含量不大于150ppm,干法脱硫后不大于9ppm。

生物脱硫应采用技术成熟先进、运行安全可靠的工艺方案,制造商应该具有丰富的生产经验,至少完成三个以上类似业绩。

完整的生物脱硫系统设备须配备安全、有效及可靠运行所需的附件和安装所需的固定件。需提供所有设备及部件的清单。

主反应塔为生物滴滤结构,塔体、填料的材质按照20年的使用寿命设计。

生物脱硫塔的自动运行功能通过现场控制完成,控制柜可以实现手动以及PLC远程控制。控制柜可向上层控制系统传输系统运行状态信号,例如系统开关状态、故障状态、PH值、硫化氢、氨、空气量、循环液流量、温度、沼气流量、液位报警信号等。

系统所需的在线监测仪表需包括(但不限于)pH计、进出口硫化氢含量、进口氨含量、液位计(三台)、气体流量计、温度计和循环液流量计。

生物脱硫系统的电气设备需考虑防爆要求。

设备间作为可能发生沼气泄漏的区域,必须考虑防爆。安全装置应由防爆监测探头、通风装置、紧急关闭控制板以及相应的自控系统组成。

(2)双皮膜储气柜

双膜气柜容积1000m3,气柜工作压力3.0 kPa,气柜耐压15 kPa。

气柜所有膜材均采用耐腐蚀的环保专用进口膜,具有防腐、抗老化、抗微生物及紫外线等功能,并且防火级别达到B1级,膜的抗拉强度大于5000N/5cm。气柜内膜为防腐产品,能耐受沼气内5000ppmH2S和400 ppmNH3的长期腐蚀,使用寿命应能达到25年。

气柜出口沼气压力恒定,罐内气体使用率应达到90% 。

气柜应具有容积显示功能,随时了解气体容积,掌握使用状况,并设报警停机信号。气柜需设置可靠的安全阀和卸压装置,防止气柜内部超压导致发生危险。

气柜内、外膜内都必须设置排水装置,排水装置必须确保在气柜工作压力下,能排出冷凝水,同时又无气体泄漏。

气柜应能抵抗强风的吹刮及积雪的重压,保证设备安全运行。

气柜加压装置和控制回路采用双系统,一用一备,确保正常运转。

气柜加压装置在导入空气处应设有阻火器,以防止火焰进入气体区域。

气柜须设置相应监测仪表,监测内膜压力、外膜压力、温度、气柜容积、内外膜夹层甲烷浓度等。气柜上的所有监测仪表需采用防爆产品,其他配套设备也需满足国家安全防爆标准。气柜控制系统需设置UPS,在短暂停电时候同样可以控制气柜压力,确保安全运行。

气柜外膜上须设置监视窗口,能够随时了解气柜内部情况。

气柜采用全自动控制,能根据膜内外压差,自动注入或排出内外膜间的空气,平衡内外膜压力,并能将相关监测信号、系统运行状态信号、报警信号等上传到上一级控制单元。

投标人应根据气柜的总图位置合理设置避雷设施。

(3)压缩系统

● 压缩系统根据工艺要求确定相关参数,并且能较好的满足工艺要求

● 要求压缩机选用知名品牌,并有成功运行业绩

 通过自动、手动方式实现系统排污

 系统要有一定的气量调节措施,单机排气量不得有负偏差

 单机持续运行时间不小于4300小时

 配备本系统的专用工具至少1套以上,以满足日常检修需要

 设备采用水冷形式降温,水冷芯子要求选用不锈钢材料;排气温度不大于上水温度+10℃

 控制采用PLC控制,触控面板采用西门子MP277-10液晶触摸屏

(4)脱碳脱水

● 脱碳脱水系统要求将二氧化碳降到不大于2%、水露点低于交接点处的环境温度5℃,甲烷收率损失最小。系统压力降不大于30 KPa

● 系统设备和管道所选材料或经防腐处理后应满足15年的使用寿命要求

● 脱碳脱水系统控制要简单方便、易控易操作

 

● 脱碳脱水系统要设置应急工艺措施,确保系统能达标运行

● 脱碳脱水塔(/罐)应能抵抗雨水侵蚀、强风吹刮及积雪重压

● 脱碳脱水系统出口须设置相应监测仪表和就地取样点,监测压力、温度、流量、硫化氢浓度、甲烷浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度等。所有监测仪表需采用防爆产品,其他配套设备也需满足国家安全防爆标准

● 脱碳脱水系统持续运行时间不少于8400小时

● 脱碳脱水系统出口要设置精密过滤器,确保粉尘过滤精度≤0.3μm

(5)高压储存

要求选用管束式储存设备,并为知名品牌。设计压力25MPa,水容积~20m3

5地沟油预处理及生物柴油制取系统技术要求

5.1.1简介

本项目主要处理从餐馆隔油池中捞出的地沟油以及从餐饮垃圾中分离出来的潲水油。从餐馆隔油池中获得的地沟油收集量为20t/d,从餐饮垃圾中分离出来的潲水油为4t/d。

地沟油经预处理后与潲水油合并进入生物柴油预处理和生物柴油制取工序,生物柴油的得率根据不同原料不小于85%。年产生物柴油3156t/a,产品质量应满足国家标准GB20828-2007。

5.1.2处理规模

本工程建设规模:处理地沟油20t/d,处理潲水油、餐饮废油20t/d,最终产品为生物柴油。地沟油预处理的生产班制按1班制(8小时)考虑,年运行时间为330天。

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