第七講生物質(zhì)能.ppt課件

1、1第七講 生物質(zhì)能利用技術(shù)沼氣技術(shù)生物柴油利用技術(shù)1 思考題： 1 什么是生物質(zhì)能？ 2 沼氣的主要成分是什么？ 3 簡述沼氣利用的優(yōu)點(diǎn)。 4 什么是生物柴油？ 5 簡述生物柴油制備的主要過程。3一、生物質(zhì)能的概念二、生物質(zhì)能在能源環(huán)境系統(tǒng)中的地位三、生物質(zhì)能的分類四、生物質(zhì)能開發(fā)與利用五、沼氣六、生物柴油4 生物質(zhì)是討論能源時(shí)常用的一個(gè)術(shù)語，是指由光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體。光合作用即利用空氣中的二氧化碳和土壤中的水，將吸收的太陽能轉(zhuǎn)換為碳水化合物和氧氣的過程，光合作用是生命活動中的關(guān)鍵過程。生物質(zhì)能的概念5 植物的光合作用圖解 生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括所有的動植物和微

2、生物。而所謂生物質(zhì)能（biomass energy ），就是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。6生物質(zhì)能的定義與范疇 生物質(zhì)包括：糖類（甘蔗、甜菜）；淀粉類（土豆、玉米）；纖維類（木材、農(nóng)作物秸桿、雜草）等。7生物質(zhì)能的定義與范疇CO2人類需要的能人類需要的能生物質(zhì)的產(chǎn)生和利用循環(huán)生物質(zhì)的產(chǎn)生和利用循環(huán)H2O太陽能太陽能C6H12O6燃燒、分解、氣化。燃燒、分解、氣化。8生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質(zhì)為載體的能量。 它直接或間接地來源于植物的光合作用，在各種可再生能源中，生物質(zhì)是獨(dú)特的，它是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生

3、的碳源，可轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。據(jù)估計(jì)地球上每年植物光合作用固定的碳達(dá)21011t，含能量達(dá)31021J，因此每年通過光合作用貯存在植物的枝、莖、葉中的太陽能，相當(dāng)于全世界每年耗能量的10倍。 生物質(zhì)能的概念9生物質(zhì)能的概念 生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，生物質(zhì)遍布世界各地，其蘊(yùn)藏量極大。世界上生物質(zhì)資源數(shù)量龐大，形式繁多，其中包括薪柴，農(nóng)林作物，尤其是為了生產(chǎn)能源而種植的能源作物，農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘剩物，食品加工和林產(chǎn)品加工的下腳料，城市固體廢棄物，生活污水和水生植物等等（中國生物質(zhì)資源主要是農(nóng)業(yè)廢棄物及農(nóng)林產(chǎn)品加工業(yè)廢棄物、薪柴、人畜糞便、城鎮(zhèn)生活垃圾等四個(gè)方面）地

4、球上每個(gè)國家都有某種形式的生物質(zhì)，生物質(zhì)能是熱能的來源，為人類提供了基本燃料。10優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) （1）清潔性）清潔性 （2）充足性）充足性 （3）可再循環(huán)）可再循環(huán) （4）可儲存和運(yùn)輸）可儲存和運(yùn)輸 （5）易燃性）易燃性 （6）開發(fā)轉(zhuǎn)化技術(shù)容易）開發(fā)轉(zhuǎn)化技術(shù)容易 （7）與農(nóng)林業(yè)關(guān)系緊密）與農(nóng)林業(yè)關(guān)系緊密生物質(zhì)能的特點(diǎn)生物質(zhì)能的特點(diǎn) 11缺點(diǎn)缺點(diǎn) （1）體積密度和能量密度低）體積密度和能量密度低 （2）生物質(zhì)供應(yīng)和價(jià)格不穩(wěn)定）生物質(zhì)供應(yīng)和價(jià)格不穩(wěn)定 （3）生物質(zhì)組成性質(zhì)差異大）生物質(zhì)組成性質(zhì)差異大 （4）水分含量）水分含量 （5）灰成分）灰成分12生物質(zhì)能在能源環(huán)境系統(tǒng)中的地位 生物質(zhì)是世界第四大能

5、源。作為能源，在人類歷史上曾起過巨大的作用，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中，特別是在農(nóng)村地區(qū)，仍然占有重要的地位。目前亞洲、非洲的大多數(shù)發(fā)展中國家，生物質(zhì)能的消費(fèi)量占全國能源消費(fèi)總量的40%以上。1996年中國薪柴、秸稈的消耗量已達(dá)2.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約占全國能源消費(fèi)量的14%，占農(nóng)村地區(qū)能源消耗量的34%，占農(nóng)村生活用能的59%。其中約有1.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的秸稈和0.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的薪柴供農(nóng)付居民及部分小城鎮(zhèn)居民燒柴之用，另外的0.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的生物質(zhì)能則主要用于農(nóng)副產(chǎn)品加工和用作小磚窯、石灰窯、陶瓷廠、溶膠廠的燃料。 13生物質(zhì)能在能源環(huán)境系統(tǒng)中的地位 生物質(zhì)能是來源于太陽能的一種可再生能源，具有資源豐富、含

6、碳量低的特點(diǎn)；加之在其生長過程中吸收大氣中的CO2，因而用新技術(shù)開發(fā)利用生物質(zhì)能不僅有助于減輕溫室效應(yīng)和生態(tài)良性循環(huán)，而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料，成為解決能源與環(huán)境問題的重要途徑之一。 能源危機(jī)以后，工業(yè)發(fā)達(dá)國家曾研究發(fā)展能源林來替代礦物燃料的技術(shù)。因?yàn)?，生物質(zhì)資源量豐富且可以再生，其含硫量和灰分都比煤低，而含氫量較高，因此比煤清潔。若把它變成氣體或液體燃料，使用起來清潔、方便。 14生物質(zhì)能在能源環(huán)境系統(tǒng)中的地位 生物質(zhì)能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽能，最有可能成為21世紀(jì)主要的新能源之一。據(jù)估計(jì)，植物每年貯存的能量約相當(dāng)于世界主要燃料消耗的10倍；而作為能源的利用量還不到其

7、總量的l%。這些未加以利用的生物質(zhì)，為完成自然界的碳循環(huán)，其絕大部分由自然腐解將能量和碳素釋放，回到自然界中。事實(shí)上，生物質(zhì)能源是人類利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有15億以上的人口以生物質(zhì)作為生活能源。 15生物質(zhì)能的分類 依據(jù)是否能大規(guī)模代替常規(guī)化石能源，而將其分為傳統(tǒng)生物質(zhì)能和現(xiàn)代生物質(zhì)能。傳統(tǒng)生物質(zhì)能主要包括農(nóng)村生活用能：薪柴、秸稈、稻草、稻殼及其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物和畜禽糞便等；現(xiàn)代生物質(zhì)能是可以大規(guī)模應(yīng)用的生物質(zhì)能，包括現(xiàn)代林業(yè)生產(chǎn)的廢棄物、甘蔗渣和城市固體廢物等。 依據(jù)來源不同，將適合于能源利用的生物質(zhì)可分為林業(yè)資源、農(nóng)業(yè)資源、生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水、城市固體廢物及畜

8、禽糞便等五大類。 16生物質(zhì)能的分類 (1)林業(yè)資源 林業(yè)生物質(zhì)資源是指森林生長和林業(yè)生產(chǎn)過程提供的生物質(zhì)能源，包括薪炭林、在森林撫育和間伐作業(yè)中的零散木材、殘留的樹枝、樹葉和木屑等；木材采運(yùn)和加工過程中的枝丫、鋸末、木屑、梢頭、板皮和截頭等；林業(yè)副產(chǎn)品的廢棄物，如果殼和果核等。17生物質(zhì)能的分類 (2)農(nóng)業(yè)資源 農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能資源是指農(nóng)業(yè)作物(包括能源植物)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的廢棄物，如農(nóng)作物收獲時(shí)殘留在農(nóng)田內(nèi)的農(nóng)作物秸稈(玉米秸、高粱秸、麥秸、稻草、豆秸和棉稈等)；農(nóng)業(yè)加工業(yè)的廢棄物，如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中剩余的稻殼等。能源植物泛指各種用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳?xì)浠?/p>

9、物植物和水生植物等幾類。 18生物質(zhì)能的分類 (3)生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水 生活污水主要由城鎮(zhèn)居民生活、商業(yè)和服務(wù)業(yè)的各種排水組成，如冷卻水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、廚房排水、糞便污水等。工業(yè)有機(jī)廢水主要是酒精、釀酒、制糖、食品、制藥、造紙及屠宰等行業(yè)生產(chǎn)過程中排出的廢水等，其中都富含有機(jī)物。19生物質(zhì)能的分類 (4)城市固體廢物 城市固體廢物主要是由城鎮(zhèn)居民生活垃圾，商業(yè)、服務(wù)業(yè)垃圾和少量建筑業(yè)垃圾等固體廢物構(gòu)成。其組成成分比較復(fù)雜，受當(dāng)?shù)鼐用竦钠骄钏?、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、城鎮(zhèn)建設(shè)、自然條件、傳統(tǒng)習(xí)慣以及季節(jié)變化等因素影響。20生物質(zhì)能的分類 (5)畜禽糞便 畜禽糞便是畜禽排泄物的總稱

10、，它是其他形態(tài)生物質(zhì)(主要是糧食、農(nóng)作物秸稈和牧草等)的轉(zhuǎn)化形式，包括畜禽排出的糞便、尿及其與墊草的混合物。我國主要的畜禽包括雞、豬和牛等，其資源量與畜牧業(yè)生產(chǎn)有關(guān)。根據(jù)這些畜禽的品種、體重、糞便排泄量等因素，可估算出2000年全國畜禽糞便可獲得資源的實(shí)物量為3.2億噸干物質(zhì)。21生物質(zhì)能開發(fā)與利用 生物質(zhì)能的載體生物質(zhì)是以實(shí)物的形式存在的，相對比風(fēng)能、水能、太陽能和潮汐能等，生物質(zhì)能是惟一可存儲和運(yùn)輸?shù)目稍偕茉?。生物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)與常規(guī)的化石燃料相似，它的利用方式與化石燃料類似。常規(guī)能源的利用技術(shù)無需做大的改動，就可以應(yīng)用于生物質(zhì)能。但生物質(zhì)的種類繁多，分別具有不同特點(diǎn)和屬性，利用技術(shù)遠(yuǎn)比化

11、石燃料復(fù)雜與多樣，除了常規(guī)能源的利用技術(shù)以外，還有其獨(dú)特的利用技術(shù)。22生物質(zhì)能開發(fā)與利用 生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用途徑主要包括燃燒、熱化學(xué)法、生化法、化學(xué)法和物理化學(xué)法等，可轉(zhuǎn)化為二次能源，分別為熱量或電力、固體燃料(木炭或成型燃料)、液體燃料(生物柴油、生物原油、甲醇、乙醇和植物油等)和氣體燃料(氫氣、生物質(zhì)燃?xì)夂驼託獾?。 23生物質(zhì)能開發(fā)與利用 24生物質(zhì)能的綜合利用生物質(zhì)能的綜合利用25生物質(zhì)能開發(fā)與利用 生物質(zhì)燃燒技術(shù)是傳統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)化形式，是人類對能源的最早利用。生物質(zhì)燃燒所產(chǎn)生的能源可應(yīng)用于炊事、室內(nèi)取暖、工業(yè)過程、區(qū)域供熱、發(fā)電及熱電聯(lián)產(chǎn)等領(lǐng)域。炊事方式是最原始的利用方式，主要應(yīng)用于農(nóng)

12、村地區(qū)，效率最低，一般在15-20%左右。人們通過改進(jìn)現(xiàn)有爐灶，以提高燃燒效率及熱利用率。室內(nèi)取暖主要應(yīng)用于室內(nèi)加溫，此外還有裝飾及調(diào)節(jié)室內(nèi)氣氛等作用。工業(yè)過程和區(qū)域供暖主要采用機(jī)械燃燒方式，適用于大規(guī)模生物質(zhì)利用，效率較高；配以汽輪機(jī)、蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或斯特林發(fā)動機(jī)等設(shè)備，可用于發(fā)電及熱電聯(lián)產(chǎn)。 26生物質(zhì)能利用生物質(zhì)能利用直接燃燒直接燃燒秸稈發(fā)電秸稈發(fā)電熱效率可達(dá)熱效率可達(dá)90%;90%;生物質(zhì)能凈轉(zhuǎn)化效率生物質(zhì)能凈轉(zhuǎn)化效率4040 27生物質(zhì)能利用直接燃燒垃圾發(fā)電28浦東御橋工業(yè)區(qū)：國內(nèi)第一座日處理千噸以上的大浦東御橋工業(yè)區(qū)：國內(nèi)第一座日處理千噸以上的大型現(xiàn)代化生活垃圾發(fā)電廠，每天可處理

13、型現(xiàn)代化生活垃圾發(fā)電廠，每天可處理120120150150萬萬城市居民產(chǎn)生的生活垃圾（約城市居民產(chǎn)生的生活垃圾（約10001000噸）。噸）。 我國目前規(guī)模最大的垃圾焚燒廠我國目前規(guī)模最大的垃圾焚燒廠上海江橋上海江橋生活垃圾焚燒廠，每天處理垃圾生活垃圾焚燒廠，每天處理垃圾2000噸。噸。截至截至2006年，我國已經(jīng)建成有年，我國已經(jīng)建成有100多個(gè)多個(gè)日處理量在日處理量在200噸以上的焚燒裝置。噸以上的焚燒裝置。 29 目前全球有垃圾電站近1000座，預(yù)計(jì)未來三年內(nèi)，將超過3000座。30p 垃圾發(fā)電平均上網(wǎng)電價(jià)為元千瓦時(shí)，發(fā)電成本為元千瓦時(shí)。p 火力發(fā)電成本僅為元千瓦時(shí)，水力發(fā)電的運(yùn)營成本僅

14、為千瓦時(shí)元千瓦時(shí)。p 相比之下，垃圾發(fā)電成本是相當(dāng)高的，沒有任何競爭優(yōu)勢。 31生物質(zhì)能開發(fā)與利用 壓縮成型是利用木質(zhì)素充當(dāng)黏合劑將農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)的廢棄物壓縮為成型燃料，提高其能源密度，是生物質(zhì)預(yù)處理的一種方式。生物質(zhì)壓縮成型的設(shè)備一般分為螺旋擠壓式、活塞沖壓式和環(huán)模滾壓成型。將松散的秸稈、樹枝和木屑等農(nóng)林廢棄物擠壓成固體燃料，能源密度相當(dāng)于中等煙煤，可明顯改善燃燒特性。生物質(zhì)成型燃料應(yīng)用在林業(yè)資源豐富的地區(qū)、木材加工業(yè)、農(nóng)作物秸稈資源量大的區(qū)域和生產(chǎn)活性炭行業(yè)等。32 國內(nèi)生產(chǎn)的生物質(zhì)成型機(jī)一般為螺旋擠壓式，生產(chǎn)國內(nèi)生產(chǎn)的生物質(zhì)成型機(jī)一般為螺旋擠壓式，生產(chǎn)能力多在能力多在100200kg/h

15、之間，電機(jī)功率之間，電機(jī)功率7.518kW，電加熱功率，電加熱功率24kW，生產(chǎn)的成型燃料多為，生產(chǎn)的成型燃料多為棒狀。棒狀。 生物質(zhì)壓縮成型燃料（棒狀）生物質(zhì)壓縮成型燃料（棒狀）33生物質(zhì)成型燃料的特點(diǎn) 熱性能優(yōu)于木材，與中質(zhì)混煤相當(dāng)，而且燃熱性能優(yōu)于木材，與中質(zhì)混煤相當(dāng)，而且燃燒特性明顯改善，點(diǎn)火容易，火力持久，黑煙燒特性明顯改善，點(diǎn)火容易，火力持久，黑煙少，爐膛溫度高，便于運(yùn)輸和儲存，使用方便少，爐膛溫度高，便于運(yùn)輸和儲存，使用方便、衛(wèi)生，是清潔能源，有利于環(huán)保。可作為生、衛(wèi)生，是清潔能源，有利于環(huán)保?？勺鳛樯镔|(zhì)氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐的燃料。物質(zhì)氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐的燃料

16、。 3435生物質(zhì)能開發(fā)與利用 熱化學(xué)法包括熱解、氣化和直接液化。熱解是指在隔絕空氣或通入少量空氣的條件下，利用熱能切斷生物質(zhì)大分子中的化學(xué)鍵，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿游镔|(zhì)的熱化學(xué)反應(yīng)。熱解的產(chǎn)物包括醋酸、甲醇、木焦油抗聚劑、木餾油和木炭等產(chǎn)品。其中，快速熱解是一種盡可能獲得液體燃料的熱解方法，其產(chǎn)物在常溫下具有一定的穩(wěn)定性，在存儲、運(yùn)輸和熱利用等方面具有一定的優(yōu)勢。36生物質(zhì)能開發(fā)與利用 氣化是以氧氣(空氣、富氧或純氧)、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑，在高溫的條件下通過熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)中可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?主要為一氧化碳、氫氣和甲烷等)的熱化學(xué)反應(yīng)。氣化可將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)的氣態(tài)燃料，直接應(yīng)用作為

17、鍋爐燃料或發(fā)電，產(chǎn)生所需的熱量或電力，或作為合成氣進(jìn)行間接液化以生產(chǎn)甲醇、二甲醚等液體燃料或化工產(chǎn)品。 37生物質(zhì)能開發(fā)與利用 液化是把固體狀態(tài)的生物質(zhì)經(jīng)過一系列化學(xué)加工過程，使其轉(zhuǎn)化成液體燃料(主要是指汽油、柴油、液化石油氣等液體烴類產(chǎn)品，有時(shí)也包括甲醇、乙醇等醇類燃料)的清潔利用技術(shù)，根據(jù)化學(xué)加工過程的不同技術(shù)路線，液化可分為直接液化和間接液化。 直接液化是把固體生物質(zhì)在高壓和一定溫度下與氫氣發(fā)生反應(yīng)(加氫)，直接轉(zhuǎn)化為液體燃料的熱化學(xué)反應(yīng)過程。與熱解相比，直接液化可以生產(chǎn)出物理穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性都更好的液體產(chǎn)品。 38生物質(zhì)能開發(fā)與利用 間接液化是指將生物質(zhì)氣化得到的合成氣(CO十H2)

18、，經(jīng)催化合成為液體燃料(甲醇或二甲醚等)。合成氣是指由不同比例的CO和H2組成的氣體混合物。生產(chǎn)合成氣的原料包括煤炭、石油、天然氣、泥炭、木材、農(nóng)作物秸稈及城市固體廢物等。生物質(zhì)間接液化主要有兩個(gè)技術(shù)路線，一個(gè)是合成氣甲醇汽油(MTG)的Mobil工藝，另一個(gè)是合成氣費(fèi)托(Fischer-Tropsch)合成。39生物質(zhì)能開發(fā)與利用 生化法是依靠微生物或酶的作用，對生物質(zhì)能進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)出如乙醇、氫、甲烷等液體或氣體燃料。主要針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和加工過程產(chǎn)生的生物質(zhì)，如農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、生活污水、工業(yè)有機(jī)廢水和其他農(nóng)業(yè)廢棄物等。 40生物質(zhì)能開發(fā)與利用 酯化是指將植物油與甲醇或乙醇在催化劑和

19、230250 溫度下進(jìn)行酯化反應(yīng)，生成生物柴油，并獲得副產(chǎn)品甘油。生物柴油可單獨(dú)使用以替代柴油，又可以一定比例(230)與柴油混合使用。除了為公共交通車、卡車等柴油機(jī)車提供替代燃料外，又可為海洋運(yùn)輸業(yè)、采礦業(yè)、發(fā)電廠等具有非移動式內(nèi)燃機(jī)行業(yè)提供燃料。 41生物質(zhì)能開發(fā)與利用 生物質(zhì)能源的開發(fā)利用早已引起世界各國政府和科學(xué)家的關(guān)注。有許多國家都制定了相應(yīng)的開發(fā)研究計(jì)劃，在日本的陽光計(jì)劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計(jì)劃等發(fā)展計(jì)劃。其它諸如丹麥、荷蘭、德國、法國、加拿大、芬蘭等國，多年來一直在進(jìn)行各自的研究與開發(fā)，并形成了各具特色的生物質(zhì)能源研究與開發(fā)體系，擁有各自的技術(shù)優(yōu)勢

20、。42生物質(zhì)能開發(fā)與利用 沼氣技術(shù) 主要為厭氧法處理禽畜糞便和高濃度有機(jī)廢水，是發(fā)展較早的生物質(zhì)能利用技術(shù)。80年代以前，發(fā)展中國家主要發(fā)展沼氣池技術(shù)，以農(nóng)作物秸稈和禽畜糞便為原料生產(chǎn)沼氣作為生活炊事燃料。如印度和中國的家用沼氣池；而發(fā)達(dá)國家則主要發(fā)展厭氧技術(shù)，處理禽畜糞便和高濃度有機(jī)廢水。 43沼氣的概念與特性 一、什么是沼氣一、什么是沼氣 二、沼氣的來源二、沼氣的來源 三、沼氣的成分三、沼氣的成分 四、沼氣的性質(zhì)四、沼氣的性質(zhì)44利用植物的秸桿、枝葉、雜草等制取沼氣利用植物的秸桿、枝葉、雜草等制取沼氣45沼氣沼氣 農(nóng)村沼氣池的填料主要是豬糞、秸稈、污泥、水等。當(dāng)然，農(nóng)村沼氣池的填料主要是豬

21、糞、秸稈、污泥、水等。當(dāng)然，人的糞便、牛糞、雞糞等都是很好的發(fā)酵料。將植物的秸稈、枝葉、人的糞便、牛糞、雞糞等都是很好的發(fā)酵料。將植物的秸稈、枝葉、雜草和人畜糞便加入沼氣發(fā)酵池中，在厭氧條件下，經(jīng)過沼氣細(xì)菌雜草和人畜糞便加入沼氣發(fā)酵池中，在厭氧條件下，經(jīng)過沼氣細(xì)菌的作用，生成沼氣。沼氣的主要成分是甲烷和二氧化碳。的作用，生成沼氣。沼氣的主要成分是甲烷和二氧化碳。 建造沼氣池，不僅能有效地利用生物質(zhì)能，還能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建造沼氣池，不僅能有效地利用生物質(zhì)能，還能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)良的肥料。提供優(yōu)良的肥料。 4546開發(fā)利用沼氣的意義3甲烷的溫室氣體效應(yīng)是CO2的21倍，溫室氣體效應(yīng)20%來自甲烷，60

22、%來自CO2，因此減排甲烷氣體是應(yīng)對氣候變化的重大舉措。一座日產(chǎn)10000m3沼氣的工程每年可減排45000噸CO2。 1、治理畜禽糞污，保護(hù)生態(tài)環(huán)境、治理畜禽糞污，保護(hù)生態(tài)環(huán)境減量化，減少污染物的排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)資源化，制取生物質(zhì)能源及優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料無害化，沼液沼渣綜合利用，實(shí)現(xiàn)廢棄物的零排放2、減排溫室氣體，應(yīng)對氣候變化、減排溫室氣體，應(yīng)對氣候變化474 3、開發(fā)生物能源，改善能源結(jié)構(gòu)、開發(fā)生物能源，改善能源結(jié)構(gòu) 能源利用形態(tài)的轉(zhuǎn)變：固態(tài)（煤炭） 液態(tài)（石油） 氣態(tài)（天然氣/沼氣） 高碳燃料 低碳高氫燃料 生物質(zhì)沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可提供至少60萬個(gè)以上農(nóng)村剩余勞動力的就業(yè)機(jī)會，提高農(nóng)民生活質(zhì)量

23、，改善農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生，促進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)。4、改善農(nóng)村民生，推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)、改善農(nóng)村民生，推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)48 中國是研究開發(fā)沼氣技術(shù)最早的國家，也中國是研究開發(fā)沼氣技術(shù)最早的國家，也是當(dāng)今世界沼氣技術(shù)比較先進(jìn)的國家之一。是當(dāng)今世界沼氣技術(shù)比較先進(jìn)的國家之一。沼氣池總數(shù)已達(dá)到沼氣池總數(shù)已達(dá)到1000多萬個(gè)。多萬個(gè)。 49農(nóng)村能源問題國際關(guān)注。目前全球仍有近國際關(guān)注。目前全球仍有近5050的農(nóng)家使用牛糞、樹干農(nóng)作物秸稈和煤炭作的農(nóng)家使用牛糞、樹干農(nóng)作物秸稈和煤炭作為炊事燃料為炊事燃料 。在發(fā)展中國家，嗆人炊煙每年導(dǎo)致。在發(fā)展中國家，嗆人炊煙每年導(dǎo)致160160萬人死亡，即每萬人死亡，即每2020秒鐘秒鐘

24、就有一人喪生，受害者主要是婦女和兒童。就有一人喪生，受害者主要是婦女和兒童。 農(nóng)村能源革命。一個(gè)沼氣池一年省上萬斤柴，節(jié)約燃料費(fèi)農(nóng)村能源革命。一個(gè)沼氣池一年省上萬斤柴，節(jié)約燃料費(fèi)500500多元；循環(huán)利用：多元；循環(huán)利用：糞便產(chǎn)沼氣，沼渣當(dāng)肥料。糞便產(chǎn)沼氣，沼渣當(dāng)肥料。農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。20042004年全國有年全國有2.42.4億多農(nóng)民主要用柴草燒火做飯，農(nóng)億多農(nóng)民主要用柴草燒火做飯，農(nóng)民生活年使用薪柴民生活年使用薪柴2.112.11億億t t，超過了限額的，超過了限額的2.42.4倍；消耗秸稈倍；消耗秸稈3.43.4億億t t；消耗煤；消耗煤炭炭2.282.28億

25、億t t我國有我國有1.41.4億農(nóng)民適宜使用沼氣億農(nóng)民適宜使用沼氣 。50資源量和產(chǎn)氣量的確定1、資源潛力、資源潛力生物燃?xì)饪衫觅Y源：- 畜禽糞便（ 750億m3年）- 農(nóng)產(chǎn)品加工殘余物（ 60億m3年）- 有機(jī)垃圾（ 90億m3年）- 作物秸稈（按1/3計(jì)，600億m3年）- 總量：1500億m3年 農(nóng)林廢棄物生物質(zhì)氣化合成氣可利用資源量490億m3 /年兩項(xiàng)合計(jì)可利用資源潛力1990億m3 沼氣當(dāng)量/年，相當(dāng)于：1200億 m3生物天然氣/年，比全國2008年天然氣消費(fèi)量807億m3還多51中國主要有機(jī)廢棄物的年產(chǎn)生量及可用量52有機(jī)廢棄物的分布特點(diǎn) 看似分散，卻又相對集中 秸稈集中于

26、糧區(qū)，畜禽糞便集中于養(yǎng)殖，林余物集中于林地，工業(yè)有機(jī)廢棄物集中于城市 農(nóng)戶飼養(yǎng)三五頭豬的糞便和殘羹爛草也能成為戶用沼氣的生產(chǎn)原料大分散小集中，適合中小型開發(fā)模式大分散小集中，適合中小型開發(fā)模式536畜禽類和秸稈的沼氣產(chǎn)氣潛力畜禽類和秸稈的沼氣產(chǎn)氣潛力54開發(fā)利用沼氣的能源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益 能源效益：據(jù)測算，建造一個(gè)能源效益：據(jù)測算，建造一個(gè)8 8立方米的沼氣池一年可產(chǎn)沼氣立方米的沼氣池一年可產(chǎn)沼氣370370440440立方米立方米, ,能解決能解決3 35 5口人的農(nóng)戶一年的生活燃料，每口人的農(nóng)戶一年的生活燃料，每年可節(jié)約薪柴年可節(jié)約薪柴1.5t1.5t或節(jié)煤或節(jié)煤1000kg1000kg，

27、節(jié)電，節(jié)電100kWh100kWh左右。左右。 經(jīng)濟(jì)效益：一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益：一個(gè)8m8m3 3的沼氣池每年可為的沼氣池每年可為2020畝耕地提供肥料，每畝畝耕地提供肥料，每畝節(jié)約農(nóng)藥、化肥支出節(jié)約農(nóng)藥、化肥支出100100多元，施用沼肥后的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量增加、多元，施用沼肥后的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量增加、品質(zhì)提高。南方推廣品質(zhì)提高。南方推廣“豬沼果豬沼果”能源生態(tài)模式，戶均年增能源生態(tài)模式，戶均年增收收30003000元；北方推廣元；北方推廣“四位一體四位一體”能源生態(tài)模式，戶均增收能源生態(tài)模式，戶均增收40004000元以上元以上 55生態(tài)效益：生態(tài)效益： 一口沼氣池省出的一口沼氣池省出的1.5t1.5t薪柴，

28、相當(dāng)于封育了薪柴，相當(dāng)于封育了4 4畝山林，保護(hù)畝山林，保護(hù)了森林植被，同時(shí)還可減少了森林植被，同時(shí)還可減少15kg15kg二氧化硫和二氧化硫和2.7 t2.7 t二氧化碳排二氧化碳排放。放。 561）什么是沼氣 沼氣是各種有機(jī)物質(zhì)在一定的溫度、水分、沼氣是各種有機(jī)物質(zhì)在一定的溫度、水分、酸堿度和隔絕空氣的條件下，經(jīng)過嫌氣性細(xì)菌的酸堿度和隔絕空氣的條件下，經(jīng)過嫌氣性細(xì)菌的發(fā)酵作用，產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w。在含腐爛有機(jī)發(fā)酵作用，產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w。在含腐爛有機(jī)質(zhì)較多的沼澤、池塘、污水溝和糞坑里，經(jīng)常可質(zhì)較多的沼澤、池塘、污水溝和糞坑里，經(jīng)?？梢钥吹接袣馀菝俺?。把這種冒出的氣泡收集起來，以看到有氣泡冒

29、出。把這種冒出的氣泡收集起來，可以用火點(diǎn)燃。因?yàn)檫@種可燃?xì)怏w最初是在池沼可以用火點(diǎn)燃。因?yàn)檫@種可燃?xì)怏w最初是在池沼中發(fā)現(xiàn)的，所以稱它為沼氣。中發(fā)現(xiàn)的，所以稱它為沼氣。 572）沼氣的成分 沼氣是一種混合氣體。它的主要成分是甲沼氣是一種混合氣體。它的主要成分是甲烷（烷（CH4CH4）、二氧化碳（）、二氧化碳（CO2CO2）和少量的硫化氫）和少量的硫化氫（H2SH2S）、氫（）、氫（H2H2）、一氧化碳（）、一氧化碳（COCO）、氮）、氮（N2N2）等氣體。其中甲烷約占）等氣體。其中甲烷約占50-70%50-70%、二氧化、二氧化碳約占碳約占30-40%30-40%，其他成分含量極少。，其他成分含

30、量極少。583）沼氣的性質(zhì) 沼氣的主要成分是甲烷，甲烷是一種簡單的碳?xì)浠险託獾闹饕煞质羌淄椋淄槭且环N簡單的碳?xì)浠衔?。它的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，不溶于水，比空氣輕一半，物。它的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，不溶于水，比空氣輕一半，是一種無色、無味、無臭、無毒的可燃性氣體。沼氣未燃是一種無色、無味、無臭、無毒的可燃性氣體。沼氣未燃燒時(shí)略有蒜味或臭雞蛋氣味，是因?yàn)檎託庵泻猩倭苛蚧療龝r(shí)略有蒜味或臭雞蛋氣味，是因?yàn)檎託庵泻猩倭苛蚧瘹錃怏w的緣故。甲烷的分子式是氫氣體的緣故。甲烷的分子式是CHCH4 4，是由一個(gè)碳原子和，是由一個(gè)碳原子和四個(gè)氫原子構(gòu)成的化合物，不含氮、磷、鉀等元素，所以四個(gè)氫原子構(gòu)成的化合物，

31、不含氮、磷、鉀等元素，所以在燃燒時(shí)不會把發(fā)酵原料中的肥分燒掉。在燃燒時(shí)不會把發(fā)酵原料中的肥分燒掉。59 當(dāng)甲烷完全燃燒時(shí)，呈藍(lán)白色火焰，燃燒溫度可達(dá)當(dāng)甲烷完全燃燒時(shí)，呈藍(lán)白色火焰，燃燒溫度可達(dá)14001400，能夠產(chǎn)生大量的熱。每立方米甲烷氣體，完全燃，能夠產(chǎn)生大量的熱。每立方米甲烷氣體，完全燃燒時(shí)，發(fā)熱量為燒時(shí)，發(fā)熱量為87178717大卡。每立方米人工沼氣的發(fā)熱量為大卡。每立方米人工沼氣的發(fā)熱量為50005000大卡左右。相當(dāng)于大卡左右。相當(dāng)于1 1公斤優(yōu)質(zhì)煤或公斤優(yōu)質(zhì)煤或0.70.7公斤汽油的發(fā)熱公斤汽油的發(fā)熱量。沼氣是一種優(yōu)良的氣體燃料，不僅能用來燒菜、煮飯、量。沼氣是一種優(yōu)良的氣體燃

32、料，不僅能用來燒菜、煮飯、點(diǎn)燈，還可以用作動力燃料，開動內(nèi)燃機(jī)。一立方米的人點(diǎn)燈，還可以用作動力燃料，開動內(nèi)燃機(jī)。一立方米的人工沼氣，能供工沼氣，能供3-43-4口之家三餐飯菜的燃料，能使一盞口之家三餐飯菜的燃料，能使一盞6060支支光的沼氣燈照明光的沼氣燈照明6 6小時(shí)，能使一馬力的內(nèi)燃機(jī)工作小時(shí)，能使一馬力的內(nèi)燃機(jī)工作2 2小時(shí)，小時(shí)，能發(fā)電能發(fā)電1.251.25度。度。60沼氣發(fā)酵基本原理1）什么是沼氣發(fā)酵 沼氣發(fā)酵又稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵和甲烷發(fā)酵，是指有機(jī)物質(zhì)（如人畜糞便、秸稈、雜草等）在一定的水分、溫度和厭氧的條件下，被種類繁多、數(shù)量巨大、且功能不同的各類微生物的分解代謝，最終形成

33、甲烷和二氧化碳等混合氣體（沼氣）的復(fù)雜的生物化學(xué)過程。61沼氣發(fā)酵的基本工藝流程沼氣發(fā)酵的基本工藝流程 一個(gè)完整的大中型沼氣發(fā)酵工程，無論其規(guī)模大小，一個(gè)完整的大中型沼氣發(fā)酵工程，無論其規(guī)模大小，都包括了如下的工藝流程：原料（廢水）的收集、預(yù)都包括了如下的工藝流程：原料（廢水）的收集、預(yù)處理、消化器（沼氣池）、出料的后處理和沼氣的凈處理、消化器（沼氣池）、出料的后處理和沼氣的凈化與儲存等?；c儲存等。 有機(jī)廢物調(diào)節(jié)柜預(yù)處理厭氧消化器后處理排放剩余污泥（可做肥料）凈化儲存用戶62 只有了解參加沼氣發(fā)酵的多種微生物活動規(guī)律、只有了解參加沼氣發(fā)酵的多種微生物活動規(guī)律、生存條件及作用，并按照微生物的生

34、存條件、活生存條件及作用，并按照微生物的生存條件、活動規(guī)律去修建沼氣池，收集發(fā)酵原料，進(jìn)行日常動規(guī)律去修建沼氣池，收集發(fā)酵原料，進(jìn)行日常管理，使參加發(fā)酵的各種微生物得到最佳的生長管理，使參加發(fā)酵的各種微生物得到最佳的生長條件，才能獲得較多的產(chǎn)氣量和沼肥，滿足生產(chǎn)、條件，才能獲得較多的產(chǎn)氣量和沼肥，滿足生產(chǎn)、生活的需要。生活的需要。632）沼氣發(fā)酵微生物（細(xì)菌） （一）沼氣微生物的種類（一）沼氣微生物的種類 在沼氣發(fā)酵過程中，主要有：在沼氣發(fā)酵過程中，主要有：“發(fā)酵性細(xì)發(fā)酵性細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、耗氧產(chǎn)乙酸菌、食氫產(chǎn)甲菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、耗氧產(chǎn)乙酸菌、食氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸產(chǎn)甲烷菌烷菌和食乙酸產(chǎn)甲烷菌

35、”等五大菌群參與活動。等五大菌群參與活動。64五大菌群：.發(fā)酵性細(xì)菌：一些不溶性物質(zhì)被發(fā)酵性細(xì)菌所分泌的胞外酶水解為可 溶性的糖、肽、氨基酸和脂酸，再將吸入細(xì)胞，發(fā)酵為 乙酸、丙酸、丁 酸等和醇類及一定量的H2及CO2以纖維素為例，反應(yīng)過程如下： （C6H10O5）+ nH2O n(C6H12O6)2 C6H12O6 CH3COOH + CH3CH2COOH + CH3CH2CH2COOH +3CO2 +3H2.產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌：除甲酸、乙酸和甲醇外的物質(zhì)均不能被產(chǎn)甲烷菌所 利用，所以必須由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將其分解轉(zhuǎn)化為乙 酸、氫和二氧化碳 反應(yīng)過程如下： CH3CH2COOH + 2H2O CH3C

36、OOH + CO2 + 3H2 CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H265.耗氫產(chǎn)乙酸菌：它們既能利用H2+ CO2 生成乙酸，也能代謝糖類生 成乙酸。 2CO2 + 4H2 CH3COOH + 2H2O C6H12O6 3CH3COOH .產(chǎn)甲烷菌（食氫、食乙酸）：它們在厭氧條件下將前三群細(xì)菌代謝的 終產(chǎn)物，在沒有外源受氫體的情況下，把乙酸 和H2/CO2轉(zhuǎn)化成CH4/ CO2。產(chǎn)甲烷菌廣泛存在于水底 沉積物和動物消化道等極端厭氧的環(huán)境中。 生成CH4的主要反應(yīng)如下： CH3COOH CH4 + CO2 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O 4HCOOH

37、CH4 +3CO2 + 2H2O 4CH3OH 3CH4+ CO2 + 2H2O66 五大菌群：各種發(fā)酵性細(xì)菌各種發(fā)酵性細(xì)菌 玉米秸發(fā)酵時(shí)的發(fā)酵性細(xì)菌玉米秸發(fā)酵時(shí)的發(fā)酵性細(xì)菌 67 五大菌群：食氫產(chǎn)甲烷菌食氫產(chǎn)甲烷菌甲烷八疊球菌甲烷八疊球菌甲烷絲菌甲烷絲菌68 （二）沼氣發(fā)酵微生物的作用 1、不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供營養(yǎng)； 2、不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧環(huán)境； 3、不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌清除有毒物質(zhì)； 4、不產(chǎn)甲烷菌與產(chǎn)甲烷菌共同維持環(huán)境中適宜的酸堿度。69（三）沼氣發(fā)酵微生物的特點(diǎn) 1 1、分布廣，種類多、分布廣，種類多 上至上至1.21.2萬米的高空，下萬米的高空，下至至2 2千米的

38、地層深處都有微生物的蹤跡；沼氣微千米的地層深處都有微生物的蹤跡；沼氣微生物在自然界分布也很廣，種類達(dá)生物在自然界分布也很廣，種類達(dá)200-300200-300種。種。 2 2、繁殖快，代謝強(qiáng)、繁殖快，代謝強(qiáng) 產(chǎn)酸菌在生長旺盛時(shí)，產(chǎn)酸菌在生長旺盛時(shí)，2020分鐘或更短的時(shí)間內(nèi)就可以繁殖一代，產(chǎn)甲烷分鐘或更短的時(shí)間內(nèi)就可以繁殖一代，產(chǎn)甲烷菌繁殖速度較慢，約為產(chǎn)酸菌的菌繁殖速度較慢，約為產(chǎn)酸菌的1/151/15。 3 3、適應(yīng)性強(qiáng)，容易培養(yǎng)、適應(yīng)性強(qiáng)，容易培養(yǎng) 與高等生物相比，與高等生物相比，多種微生物適應(yīng)性較強(qiáng)，并且容易培養(yǎng)。例如，多種微生物適應(yīng)性較強(qiáng)，并且容易培養(yǎng)。例如，沼氣池里的微生物在沼氣池

39、里的微生物在10-6010-60C C條件下，都能進(jìn)行條件下，都能進(jìn)行沼氣發(fā)酵。沼氣發(fā)酵。703）沼氣發(fā)酵過程目前公認(rèn)的沼氣發(fā)酵過程目前公認(rèn)的沼氣發(fā)酵過程復(fù)雜有機(jī)物（多糖、脂類、蛋白質(zhì)等）可溶性物質(zhì)（糖類、脂酸、氨基酸等）H2+CO2CH3COOHCH4H2O丙酸、丁酸等長鏈脂肪酸CH4CO271 （一）液化（水解）階段 在沼氣發(fā)酵中首先是發(fā)酵性細(xì)菌群利用它所分泌的胞在沼氣發(fā)酵中首先是發(fā)酵性細(xì)菌群利用它所分泌的胞外酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，對有機(jī)物進(jìn)行體外酶外酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，對有機(jī)物進(jìn)行體外酶解，也就是把畜禽糞便、作物秸稈、豆制品加工后的廢水解，也就是把畜禽糞便、作物秸稈、豆

40、制品加工后的廢水等大分子有機(jī)物分解成能溶于水的單糖、氨基酸、甘油和等大分子有機(jī)物分解成能溶于水的單糖、氨基酸、甘油和脂肪酸等小分子化合物。這個(gè)階段叫液化階段。脂肪酸等小分子化合物。這個(gè)階段叫液化階段。72 （二）產(chǎn)酸階段 這個(gè)階段是三個(gè)細(xì)菌群體的聯(lián)合作用，先由發(fā)酵性細(xì)菌將液化階段產(chǎn)生的小分子化合物吸收進(jìn)細(xì)胞內(nèi)，并將其分解為乙酸、丙酸、丁酸、氫和二氧化碳等，再由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌把發(fā)酵性細(xì)菌產(chǎn)生的丙酸、丁酸轉(zhuǎn)化為產(chǎn)甲烷菌可利用的乙酸、氫和二氧化碳。另外還有耗氫產(chǎn)乙酸菌群，這種細(xì)菌群體利用氫和二氧化碳生成乙酸，還能代謝糖類產(chǎn)生乙酸，它們能轉(zhuǎn)變多種有機(jī)物為乙酸。73 液化階段和產(chǎn)酸階段是一個(gè)連續(xù)過程，統(tǒng)常

41、稱之為不產(chǎn)甲烷階段，它是復(fù)雜的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成沼氣的先決條件。在這個(gè)過程中，不產(chǎn)甲烷的細(xì)菌種類繁多、數(shù)量巨大，它們主要的作用是為產(chǎn)甲烷菌提供營養(yǎng)和為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧條件，消除部分毒物。74 （三）產(chǎn)甲烷階段 在此階段中，產(chǎn)甲烷細(xì)菌群，可以分為為食氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸菌兩大類群，已研究過的就有70多種產(chǎn)甲烷菌。它們利用以上不產(chǎn)甲烷的三種菌群所分解轉(zhuǎn)化的甲酸、乙酸等簡單有機(jī)物分解成甲烷和二氧化碳，其中二氧化碳在氫氣的作用下還原成甲烷。這一階段叫產(chǎn)甲烷階段，或叫產(chǎn)氣階段。75 產(chǎn)甲烷菌的共同特征是： 生長緩慢。如甲烷八疊球菌在乙酸上生長其倍增時(shí)間為1-2天，甲烷菌絲倍增時(shí)間為4-9天。 嚴(yán)格厭氧。對

42、氧氣和氧化劑非常敏感，在有空氣的條件下就不能生存或死亡。 只能利用少數(shù)簡單的化合物作為營養(yǎng)。 要求在中性偏堿和適宜溫度環(huán)境條件。 代謝活動主要終產(chǎn)物是甲烷和二氧化碳為主要成分的沼氣。76沼氣發(fā)酵基本條件 沼氣發(fā)酵是由多種細(xì)菌群參加完成的，它們在沼氣池中進(jìn)行新陳代謝和生長繁殖過程中，需要一定的生活條件，只有用人工為其創(chuàng)造適宜生長條件，使大量的微生物迅速的繁殖，加快沼氣池內(nèi)的有機(jī)物分解。因此，只有滿足微生物的生長條件和沼氣池正常運(yùn)行條件才能獲得產(chǎn)氣率高、沼氣和有機(jī)沼肥多的效果。 77 人工制取沼氣的基本條件： 1）、適宜的發(fā)酵原料 2）、質(zhì)優(yōu)足量的菌種 3）、嚴(yán)格的厭氧環(huán)境 4）、適宜的發(fā)酵溫度

43、5）、適度的發(fā)酵濃度 6)、適宜的酸堿度 78 1)、適宜的發(fā)酵原料 沼氣發(fā)酵原料是產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是沼氣發(fā)酵細(xì)菌賴以生存的養(yǎng)料來源。因?yàn)檎託饧?xì)菌在沼氣池內(nèi)正常生長繁殖過程中，必須從發(fā)酵原料里吸取充分的營養(yǎng)物質(zhì)，如水分、碳素、氮素、無機(jī)鹽類和生長素等到，用于生命活動，成倍繁殖細(xì)菌和產(chǎn)生沼氣。79 有機(jī)物中的碳水化合物如秸稈中的纖維素和淀粉是細(xì)菌的碳素營養(yǎng)，有機(jī)物中的有機(jī)氮如人畜糞尿中的含氮物質(zhì)則是細(xì)菌的氮素營養(yǎng)。當(dāng)有機(jī)物被細(xì)菌分解時(shí)，其中一部分有機(jī)物的碳素和氮素被同化成菌體細(xì)胞，以及組成其他新的物質(zhì)，另一部分有機(jī)物則被產(chǎn)酸細(xì)菌分解為簡單有機(jī)物，后經(jīng)甲烷菌的作用產(chǎn)生甲烷。因此，沼氣發(fā)酵時(shí)，

44、原料不僅需要充足，而且需要適當(dāng)搭配。保持一定的碳氮比例（最適宜C/N=25：1），這樣才不會因缺碳素或缺氮素營養(yǎng)而影響沼氣的產(chǎn)生和細(xì)菌正常繁殖。80 2)、質(zhì)優(yōu)足量的沼氣菌種 制取沼氣必須有沼氣細(xì)菌才行。這和發(fā)面需要有酵母一樣。如果沒有沼氣細(xì)菌作用，沼氣池內(nèi)的有機(jī)物本身是不會轉(zhuǎn)變成沼氣的。所以沼氣發(fā)酵啟動時(shí)要有足夠數(shù)量含優(yōu)良沼氣菌種的接種物，這是制取沼氣的重要條件。81 在農(nóng)村含有優(yōu)良沼氣菌種的接種物，普遍存在于糞坑底污泥、下水污泥、沼氣發(fā)酵的渣水、沼澤污泥、豆制品作坊下水溝中的污泥，這些含有大量沼氣發(fā)酵細(xì)菌的污泥稱為接種物。沼氣發(fā)酵加入接種物的操作過程稱為接種，新建沼氣池第一次裝料，如果不加

45、入足夠數(shù)量含有沼氣細(xì)菌的接種物，常常很難產(chǎn)氣或產(chǎn)氣率不高，甲烷含量低無法燃燒。另外，加入適量的接種物可以避免沼氣池發(fā)酵初期產(chǎn)酸過多而導(dǎo)致發(fā)酵受阻。82 3)、嚴(yán)格的厭氧環(huán)境 沼氣發(fā)酵中起主要作用的是厭氧分解菌和產(chǎn)甲烷菌。它們怕氧氣、在空氣中暴露幾秒鐘就會死亡，就是說空氣中的氧氣對它們有毒害致死的作用。因此，嚴(yán)格的厭氧環(huán)境是沼氣發(fā)酵的最主要條件之一。我們根據(jù)沼氣細(xì)菌怕空氣的特性，修建的沼氣池除進(jìn)出料口外必須嚴(yán)格密閉，達(dá)到不漏水、不漏氣，保證沼氣細(xì)菌正常生命代謝活動和貯存沼氣。83 4)、適宜的發(fā)酵溫度 沼氣池內(nèi)發(fā)酵液的溫度，對產(chǎn)生沼氣的多少有很大影響，這是因?yàn)樵谶m宜的溫度范圍內(nèi)溫度越高，沼氣細(xì)菌

46、的生長、繁殖越快，產(chǎn)沼氣就多；如果溫度不適宜，沼氣細(xì)菌生長發(fā)育慢，產(chǎn)氣就少或不產(chǎn)氣。所以，溫度是沼氣發(fā)酵的重要外因條件。84 研究發(fā)現(xiàn)，沼氣細(xì)菌在研究發(fā)現(xiàn)，沼氣細(xì)菌在10-6010-60的范圍內(nèi)，均能正常的范圍內(nèi)，均能正常發(fā)酵產(chǎn)氣（最適溫度為發(fā)酵產(chǎn)氣（最適溫度為3535）。低于）。低于10 10 或高于或高于 6060都都嚴(yán)格抑制微生物生存、繁殖，影響產(chǎn)氣。人們把不同的發(fā)嚴(yán)格抑制微生物生存、繁殖，影響產(chǎn)氣。人們把不同的發(fā)酵溫度區(qū)分為三個(gè)范圍，即常溫發(fā)酵區(qū)酵溫度區(qū)分為三個(gè)范圍，即常溫發(fā)酵區(qū)10-2510-25、中溫發(fā)、中溫發(fā)酵區(qū)酵區(qū)25-3525-35、高溫發(fā)酵區(qū)、高溫發(fā)酵區(qū)50-6050-60

47、。農(nóng)村戶用沼氣池，一。農(nóng)村戶用沼氣池，一般都采用常溫發(fā)酵，夏天溫度高產(chǎn)氣多，冬季池溫低產(chǎn)氣般都采用常溫發(fā)酵，夏天溫度高產(chǎn)氣多，冬季池溫低產(chǎn)氣少（池溫低于少（池溫低于1010，產(chǎn)氣效果很差）。為了提高沼氣池溫，產(chǎn)氣效果很差）。為了提高沼氣池溫度使沼氣池常年產(chǎn)氣，在北方寒冷地區(qū)多把沼氣池修建在度使沼氣池常年產(chǎn)氣，在北方寒冷地區(qū)多把沼氣池修建在日光溫室內(nèi)或太陽能禽畜舍內(nèi)，使池溫增高，提高冬季的日光溫室內(nèi)或太陽能禽畜舍內(nèi)，使池溫增高，提高冬季的產(chǎn)氣量，達(dá)到常年產(chǎn)氣。產(chǎn)氣量，達(dá)到常年產(chǎn)氣。85 5)、適度的發(fā)酵濃度 沼氣池中的料液在發(fā)酵過程中需要保持一定的濃度，才能正常產(chǎn)氣運(yùn)行，如果發(fā)酵料液中含水量過少

48、、發(fā)酵原料過多，發(fā)酵液的濃度過大，產(chǎn)甲烷菌又食用不了那么多，就容易造成有機(jī)酸的大量積累，結(jié)果使發(fā)酵受到阻礙。如果水太多，發(fā)酵液的濃度過稀，有機(jī)物含量少，產(chǎn)氣量就少。86 農(nóng)村沼氣池的發(fā)酵料液濃度一般采用6-12%之間。在這個(gè)范圍內(nèi)，沼氣的初始啟動濃度要低一些便于啟動。夏季和初秋池溫高，原料分解快，濃度可適當(dāng)?shù)鸵恍?，一般控制?-8%；冬季、初春池溫低，原料分解慢，發(fā)酵料液濃度應(yīng)高些，一般保持在8-12%為宜。 87 6)、適宜的酸堿度 沼氣發(fā)酵細(xì)菌最適宜的pH為6.5-7.5，6.4以下7.6以上都對產(chǎn)氣有抑制作用。如果pH在5.5以下，就是料液酸化的標(biāo)志，其產(chǎn)甲烷菌的活動完全受到抑制。如沼氣

49、池初始啟動時(shí)，投料濃度過高，接種物中的產(chǎn)甲烷菌數(shù)量又不足，或者在沼氣池內(nèi)一次加入大量的雞糞、薯渣造成發(fā)酵料液濃度過高，都會因產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷的速度失調(diào)而引起揮發(fā)酸(乙酸、丙酸、丁酸)的積累，導(dǎo)致pH下降。這是造成沼氣池啟動失敗或運(yùn)行失常的主要原因。88 在沼氣發(fā)酵過程中，pH變化規(guī)律一般是：在發(fā)酵初期，由于產(chǎn)酸細(xì)菌的迅速活動產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，使pH下降；但隨著發(fā)酵繼續(xù)進(jìn)行，一方面氨化細(xì)菌產(chǎn)生的氨中和了一部分有機(jī)酸，另一方面甲烷菌群利用有機(jī)酸轉(zhuǎn)化成甲烷，這樣使pH又恢復(fù)到正常值。這樣的循環(huán)繼續(xù)下去使沼氣池內(nèi)的pH一直保持在7.0-7.5的范圍內(nèi)，使發(fā)酵正常運(yùn)行。所以沼氣池內(nèi)的料液發(fā)酵時(shí)，只要保持一定

50、的濃度、接種物和適宜的溫度，它就會正常發(fā)酵，不需要進(jìn)行調(diào)整。89制取沼氣制取沼氣8990沼氣池型與結(jié)構(gòu) 1)、沼氣池類型 在我國,經(jīng)過100多年的發(fā)展歷程，形成了各種各樣的沼氣池。一般可按以下幾種方式進(jìn)行分類： a、按儲氣方式 有水壓式、浮罩式和氣袋式三大類，在實(shí)際應(yīng)用中，水壓式最為普遍，浮罩式次之。 b、按幾何形狀 有圓筒形、球形、橢球形、長方形、方形、拱形等多種形狀，其中，圓筒形池和球形池應(yīng)用最為普遍。91 c、按建池材料 有混凝土結(jié)構(gòu)池、磚結(jié)構(gòu)池、塑料（或橡膠）池、玻璃鋼池、鋼絲網(wǎng)水泥池、鋼結(jié)構(gòu)池等，在實(shí)際應(yīng)用中，最為普遍的是混凝土結(jié)構(gòu)池。 d、按沼氣池埋設(shè)位置 有地下式、半埋式和地上式

51、，在實(shí)際應(yīng)用中以地下式為主。 e、按發(fā)酵溫度 有常溫發(fā)酵池、中溫發(fā)酵池和高溫發(fā)酵池。除此以外，也有按照發(fā)酵工藝進(jìn)行分類的。922）、沼氣池組成與功能939495成都大唐人公司產(chǎn)品96 1、進(jìn)料口和進(jìn)料管 進(jìn)料口位于畜禽舍地面下，由設(shè)在地下的進(jìn)料管與發(fā)酵間連通。進(jìn)料口將廁所、畜禽糞便污水通過進(jìn)料管流入沼氣池發(fā)酵間。 進(jìn)料管內(nèi)徑一般為200-300mm，采取直管斜插于池墻中部或直插與池頂部的方式與發(fā)酵間連通，目的是保持進(jìn)料順暢、攪拌方便、施工方便。97 2、發(fā)酵間和儲氣室 是沼氣池的主體，可分為發(fā)酵間和儲氣室。發(fā)酵原料在發(fā)酵間進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣溢出水面進(jìn)入上部的削球形儲氣室儲存。因此，要求發(fā)酵間

52、不漏水，儲氣室不漏氣。9899 3、水壓間（出料間） 主要功能是為儲存沼氣、維持正常氣壓和便于出料而設(shè)置的，其容積由沼氣池產(chǎn)氣量來決定，一般為沼氣池24小時(shí)所產(chǎn)沼氣的一半。水壓間與發(fā)酵間的連接，隨著出料方式的不同而存在兩種方式： 當(dāng)滿足沉降、殺滅寄生蟲卵的需要，采取中層出料時(shí)，水壓間通過安裝于其中部的出料管與發(fā)酵間連接。 為便于出料、免除一年一度的大換料，采取底層出料時(shí)，水壓間通過其下部的出料口與發(fā)酵間直接相通。100 4、活動蓋 設(shè)計(jì)在池蓋的頂部，呈瓶塞狀，上大下小。活動蓋可以按需要開啟或關(guān)閉，是一個(gè)裝配式的部件。其功能主要有： （1）在進(jìn)行沼氣池的維修和清除沉渣時(shí)，打開活動蓋可以排除池內(nèi)殘

53、存有害氣體，并利于通風(fēng)、采光，使操作安全。 （2）當(dāng)遇到導(dǎo)氣管堵塞、氣壓表失靈等特殊情況，造成池內(nèi)氣壓過大時(shí)，活動蓋即被沖開，從而降低池內(nèi)氣壓，使池體得到保護(hù)。 （3）當(dāng)池內(nèi)發(fā)酵表面嚴(yán)重結(jié)殼，影響產(chǎn)氣時(shí)，可以打開活動蓋，破碎浮渣層，攪動料液。 101102102Floating Cover Digester U 102103103Fixed Dome Digesterhttp:/www.biogas.nl/103104沼氣的制取和利用沼氣的制取和利用104105106107新型沼氣池108109110and動物排泄物蔬果廢棄物沼氣廠處理維護(hù)環(huán)保110111111112113用沼氣做飯的農(nóng)婦11

54、3114114115大功率沼氣發(fā)動機(jī)116117118沼氣發(fā)電機(jī)組 江蘇省啟東市寶駒動力機(jī)械廠http:/ 利用糞便制取沼氣的全套工程設(shè)施利用糞便制取沼氣的全套工程設(shè)施 ，包括原料，包括原料的預(yù)處理、厭氧消化、沼氣凈化及輸配、發(fā)酵的預(yù)處理、厭氧消化、沼氣凈化及輸配、發(fā)酵殘留物后處理以及工藝流程的控制、監(jiān)測五個(gè)殘留物后處理以及工藝流程的控制、監(jiān)測五個(gè)部分組成部分組成三、集約化沼氣工程三、集約化沼氣工程122123生物質(zhì)能利用生物化學(xué)轉(zhuǎn)化厭氧消化124 上海南匯老港垃圾填埋場（國內(nèi)最大的垃圾填埋場）的上海南匯老港垃圾填埋場（國內(nèi)最大的垃圾填埋場）的沼氣收集和預(yù)處理系統(tǒng)一期工程已建成，開始實(shí)驗(yàn)性發(fā)電

55、。沼氣收集和預(yù)處理系統(tǒng)一期工程已建成，開始實(shí)驗(yàn)性發(fā)電。 125東灘生態(tài)農(nóng)業(yè)可再生能源與氫能應(yīng)用示范人畜糞便秸稈沼氣發(fā)電中溫?zé)煔夤岬蜏責(zé)煔庥酂崂枚逊蚀笈镎託庹景l(fā)電機(jī)科教基地秸稈氣化灰肥料氣化發(fā)電未來村莊能源系統(tǒng)展示館氫能觀光車分布式供能加氫站風(fēng)光互補(bǔ)耦合制氫肥料土壤改良?xì)⑾x劑沼液126126 生產(chǎn)清潔能源生產(chǎn)清潔能源高效、可再生能源高效、可再生能源 治理環(huán)境污染治理環(huán)境污染處理糞便、垃圾、有機(jī)廢處理糞便、垃圾、有機(jī)廢水、廢渣水、廢渣 提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益綜合利用、改善生產(chǎn)綜合利用、改善生產(chǎn)條件條件 形成新的產(chǎn)業(yè)形成新的產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)、施工、副產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計(jì)、施工、副產(chǎn)品生產(chǎn)銷售、配套設(shè)備

56、加工銷售、配套設(shè)備加工沼氣工程的作用127127 沼氣原料沼氣原料-糞便資源亟待開發(fā)利用糞便資源亟待開發(fā)利用 “菜籃子菜籃子”工程發(fā)展工程發(fā)展全國集約化畜禽養(yǎng)殖場達(dá)全國集約化畜禽養(yǎng)殖場達(dá)1萬家萬家以上，糞便處理利用不到以上，糞便處理利用不到10% 糞水污染嚴(yán)重糞水污染嚴(yán)重水體富營養(yǎng)化、臭氣水體富營養(yǎng)化、臭氣 糞便是可利用的資源糞便是可利用的資源生產(chǎn)清潔能源、增加能源供應(yīng)；生產(chǎn)清潔能源、增加能源供應(yīng)；生產(chǎn)高效有機(jī)肥、發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效有機(jī)肥、發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè) 畜禽糞便資源總量（干物質(zhì)）約畜禽糞便資源總量（干物質(zhì)）約1.8億噸，實(shí)際可利用億噸，實(shí)際可利用量約量約4000萬噸，可產(chǎn)沼氣近萬噸，可產(chǎn)沼氣

57、近100億立方米，按熱值相當(dāng)億立方米，按熱值相當(dāng)于于800萬萬tce，用于發(fā)電可裝機(jī)，用于發(fā)電可裝機(jī)500萬萬kW，年發(fā)電量，年發(fā)電量150億億kWh128128 有機(jī)污染治理有物理化學(xué)和生化處理方法有機(jī)污染治理有物理化學(xué)和生化處理方法 物理化學(xué)辦法物理化學(xué)辦法過濾、凝聚沉淀等，成本極高且難以過濾、凝聚沉淀等，成本極高且難以達(dá)標(biāo)達(dá)標(biāo) 生化處理方法生化處理方法厭氧、好氧和厭氧厭氧、好氧和厭氧-好氧并用好氧并用 采用厭氧處理設(shè)備投資少，可同時(shí)獲得環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和采用厭氧處理設(shè)備投資少，可同時(shí)獲得環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益社會效益 我國適合厭氧消化的高濃度有機(jī)廢水排放量年我國適合厭氧消化的高濃度有機(jī)廢水排放量

58、年25.2億億立方米以上，年廢渣立方米以上，年廢渣7400萬萬m3，可轉(zhuǎn)化為沼氣，可轉(zhuǎn)化為沼氣108億億m3，熱值相當(dāng)于，熱值相當(dāng)于800萬萬tce，可裝機(jī)，可裝機(jī)50萬萬kW，年發(fā)電，年發(fā)電150億億kWh厭氧是處理工業(yè)有機(jī)廢水的最合理方法129129 2001年工業(yè)沼氣年工業(yè)沼氣600多座，池容多座，池容150萬萬m3，年，年 處理廢水處理廢水1.5億億m3，年產(chǎn)沼氣，年產(chǎn)沼氣10.0億億m3 2000年農(nóng)業(yè)沼氣年農(nóng)業(yè)沼氣853座，池容座，池容22萬萬m3，年處理糞便年處理糞便1500萬萬t，年產(chǎn)沼氣，年產(chǎn)沼氣0.5億億m3技術(shù)成熟，具備了規(guī)模化發(fā)展條件130工業(yè)化沼氣池系統(tǒng)131沼氣消化

59、系統(tǒng)Digester131132133沼氣利用 biogas usage133134沼氣消化系統(tǒng)134135136136 萬頭育肥豬場，日產(chǎn)糞萬頭育肥豬場，日產(chǎn)糞水水603，設(shè)計(jì)池容，設(shè)計(jì)池容500m3，產(chǎn)氣率為，產(chǎn)氣率為0.39m3/m3d，總投資為，總投資為175萬元萬元 年產(chǎn)沼氣年產(chǎn)沼氣10萬立方米，萬立方米，固體有機(jī)肥固體有機(jī)肥540噸噸 收益收益=沼氣沼氣+有機(jī)肥有機(jī)肥+避免避免排污罰款排污罰款+畜禽發(fā)病率減畜禽發(fā)病率減少避免的損失少避免的損失 COD、BOD去除率分別去除率分別70 %、75%以上以上A 集約化禽畜場沼氣工程集約化禽畜場沼氣工程137137138138138 利用工

60、業(yè)有機(jī)廢水、廢渣生產(chǎn)沼氣利用工業(yè)有機(jī)廢水、廢渣生產(chǎn)沼氣 包括酒精、釀酒、制糖、食品、制藥、造紙、屠宰等包括酒精、釀酒、制糖、食品、制藥、造紙、屠宰等 可轉(zhuǎn)化為沼氣的資源量約可轉(zhuǎn)化為沼氣的資源量約107億立方米億立方米/年年B 工業(yè)有機(jī)廢水沼氣工程工業(yè)有機(jī)廢水沼氣工程139139140140蒙牛沼氣站1411411411425沼渣沼液的用途沼渣沼液的用途用作肥料 As Fertilizer根部施肥葉面噴施制作培養(yǎng)基制作有機(jī)肥1434沼渣沼液的成分活性成分 多種水解酶：蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等； 多種維生素B：B1、B2、B5、B6、B11、B12； 多種氨基酸：不少于17種； 多種植物激素：吲