生物質(zhì)能利用原理與技術(shù) 厭氧過(guò)程與沼氣技術(shù)

1、生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)劉燦西南林業(yè)大學(xué)目錄第一章 總論第二章 生物質(zhì)能資源與能源植物第三章 生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)第四章 厭氧過(guò)程與沼氣技術(shù)第五章 生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)第六章 生物質(zhì)氣化技術(shù)第七章 生物質(zhì)燃料乙醇技術(shù)第八章 生物質(zhì)熱裂解技術(shù)第九章 生物質(zhì)制氫與間接液化技術(shù)第十章 植物油與生物柴油技術(shù)第十一章 城市有機(jī)垃圾能源第四章 沼氣技術(shù)第一節(jié) 前言第二節(jié) 生物質(zhì)資源量的估算方法第三節(jié) 我國(guó)生物質(zhì)能資源第四節(jié) 能源植物 沼氣是約含60%甲烷、40%二氧化碳和少量氮、氫、氧、氨、一氧化碳、硫化氫等氣體的混合氣體 。甲烷和一氧化碳是可以燃燒的氣體，人類主要是利用它們來(lái)獲得能量。一 前言1、沼氣的綜

2、合利用 炊事和照明； 供熱和烘干； 加工與發(fā)電； 果菜二氧化碳施肥； 貯糧與果品保鮮；沼氣主要用途沼氣做飯沼氣照明沼氣養(yǎng)蠶沼氣炒茶沼氣二氧化碳施肥沼氣貯糧沼氣貯糧 沼液是沼氣發(fā)酵后的水溶性物質(zhì)，其中存留了豐富的氨基酸、水解酶、生長(zhǎng)素、對(duì)病蟲害有抑制作用的物質(zhì)或因子，以及氮、磷、鉀和微量元素等。2.沼液綜合利用農(nóng)作物浸種；果菜葉面肥；淡水養(yǎng)殖餌料；畜禽飼料添加劑；沼液主要用途沼液水稻浸種的工藝流程沼液浸種沼液施肥沼液施肥沼液施肥沼液施肥沼液養(yǎng)殖 沼渣是沼氣發(fā)酵剩余的半固體物質(zhì)，含有豐富的有機(jī)質(zhì)、腐殖酸、氨基酸、氮、磷、鉀和微量元素。 3.沼渣的綜合利用 土壤改進(jìn)劑 農(nóng)作物基肥和追肥； 配制花卉和

3、蔬菜育苗土； 養(yǎng)殖蚯蚓、黃鱔等； 栽培食用菌。沼渣主要用途沼渣施肥沼渣種果沼渣養(yǎng)殖沼渣栽培二 . 厭氧過(guò)程與沼氣技術(shù) 沼氣： 有機(jī)物在厭氧和其他適宜條件下，經(jīng)沼氣微生物分解化解，產(chǎn)生以甲烷和二氧化碳為主體的混合氣體。 有機(jī)物是覆蓋地表植被在陽(yáng)光作用下的產(chǎn)物，從光合作用的角度來(lái)說(shuō)，沼氣是一種可再生能源。厭氧過(guò)程： 有機(jī)物被厭氧菌在厭氧條件下分解產(chǎn)生甲烷和二氧化碳的過(guò)程。1 厭氧過(guò)程的根本原理 早在19世紀(jì)人們就已經(jīng)知道沼氣的產(chǎn)生是一個(gè)微生物學(xué)過(guò)程。1965年美國(guó)微生物學(xué)家Hungate教授創(chuàng)立了嚴(yán)格厭氧微生物培養(yǎng)技術(shù)，人們逐步開(kāi)始認(rèn)識(shí)到沼氣發(fā)酵的本質(zhì)，揭示了沼氣發(fā)酵的微生物學(xué)原理: 沼氣發(fā)酵過(guò)程

4、由多個(gè)生理類群的微生物在無(wú)氧條件下共同參與完成，是微生物為適應(yīng)缺氧環(huán)境，利用不同類群的不同分解作用，構(gòu)成完整的生化反響系列，逐步將有機(jī)質(zhì)降解，最終形成甲烷、氫氣和二氧化碳，即沼氣。 1.1 沼氣的理化性質(zhì)沼氣是一種混合氣體，其中主要成分是：甲烷(CH4)，占總體積的50%-70%，二氧化碳(CO2)，占25%-45%。少量的氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、氧氣(O2)、氨氣(NH3)、一氧化碳(CO)和硫化氫(H2S)等氣體。甲烷與沼氣的主要理化性質(zhì)如下表：1.2 厭氧發(fā)酵的主要?dú)v程沼氣發(fā)酵是一個(gè)(微)生物學(xué)的過(guò)程各種有機(jī)質(zhì)，包括農(nóng)作物秸稈、人畜糞便以及工農(nóng)業(yè)排放廢水中所含的有機(jī)物等，在厭氧及其他

5、適宜的條件下，通過(guò)微生物的作用，最終轉(zhuǎn)化為沼氣，完成這個(gè)復(fù)雜的過(guò)釋，即為沼氣發(fā)酵。多糖脂類蛋白質(zhì)液化單糖低聚糖脂肪酸氨基酸產(chǎn)酸丁酸丙酸乙酸乳酸產(chǎn)甲烷H2+CO2CH3COOHCH4+H2OCH4+H2OCO2氣發(fā)酵的根本示意歷程沼氣發(fā)酵主要分為：液化；產(chǎn)酸；產(chǎn)甲烷三個(gè)階段進(jìn)行，其發(fā)酵的根本示意歷程如圖以下圖所示: 液化階段有機(jī)物中大分子碳水化合物(淀粉、纖維素、蛋白質(zhì))微生物產(chǎn)生的胞外酶小分子化合物多糖分解成單糖或二糖蛋白質(zhì)分解成膚或氨基酸 脂肪分解成甘油和脂肪酸 酶解纖維素酶肽酶脂肪酶農(nóng)作物秸稈、人畜糞便、垃圾以及其他各種有機(jī)廢棄物必須通過(guò)微生物分泌的胞外酶進(jìn)行酶解分解成可溶于水的小分子化合

6、物，這些小分子化合物才能進(jìn)人到微生物細(xì)胞內(nèi) ，進(jìn)行以后的一系列的生物化學(xué)反響，這個(gè)過(guò)程稱為液化。 產(chǎn)酸階段單糖類肽氨基酸甘油脂肪酸 產(chǎn)酸微生物群簡(jiǎn)單的 有機(jī)酸甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等轉(zhuǎn)化醇甲醇乙醇等二氧化碳、氫氣、 氨氣和硫化氫等 在產(chǎn)酸微生物群的作用下小分子化合物轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的有機(jī)酸、醇以及二氧化碳、氫氣、氨氣和硫化氫等。其中主要的產(chǎn)物是揮發(fā)性有機(jī)酸.以乙酸為主，約占80%，故稱為產(chǎn)酸階段。 產(chǎn)甲烷階段有機(jī)酸、醇以及二氧化碳和氨等甲烷+二氧化碳產(chǎn)甲烷微生物群 上述三個(gè)階段的界線和參與作用的沼氣微生物都不是截然分開(kāi)的。尤其是液化和產(chǎn)酸兩個(gè)階段，許多參與液化的微生物也會(huì)參與產(chǎn)酸過(guò)程。因此，有

7、的學(xué)者把沼氣發(fā)酵根本過(guò)程分為產(chǎn)酸(含液化階段)和產(chǎn)甲烷兩個(gè)階段。 注意：隨后，這些有機(jī)酸、醇以及二氧化碳和氨氣等物質(zhì)又被產(chǎn)甲烷微生物群利用，分解形成甲烷和二氧化碳。1.3 沼氣發(fā)酵的微生物群1.發(fā)酵性細(xì)菌 復(fù)雜有機(jī)物如纖維素、蛋白質(zhì)、脂類等不能溶解于水.必須首選被發(fā)酵性細(xì)菌所分泌的胞外酶水解為可溶性糖類、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能為微生物所利用。 不能溶解于水的復(fù)雜有機(jī)物(如纖維素、蛋白質(zhì)、脂類等)可溶于水的糖類、肽、氨基酸和脂肪酸 發(fā)酵性細(xì)菌所分泌的胞外酶 水解發(fā)酵性細(xì)菌將上述可溶性物質(zhì)吸收進(jìn)細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)發(fā)酵分解，將它們轉(zhuǎn)化為乙酸、丙酸、丁酸等和醇類及一定量H2、CO2。 不能溶解于水的復(fù)雜有

8、機(jī)物(如纖維素、蛋白質(zhì)、脂類等)可溶于水的糖類、肽、氨基酸和脂肪酸 被發(fā)酵性細(xì)菌吸收至細(xì)胞內(nèi)發(fā)酵分解參與這一水解發(fā)酵過(guò)程的微生物種類繁多，已研究過(guò)的就有幾百種，包括梭狀芽抱桿菌、擬桿菌、丁酸菌、嗜熱雙歧桿菌、產(chǎn)氣梭狀芽抱桿菌、產(chǎn)琥珀酸梭菌、北京丙酸桿菌和產(chǎn)氫螺旋體等。這些細(xì)菌多數(shù)為厭氧菌，也有兼性厭氧菌。2.產(chǎn)氫乙酸菌 只有甲酸、乙酸和甲醇可被絕大局部產(chǎn)甲烷菌直接利用。 其他有機(jī)酸和醇類被產(chǎn)乙酸菌將分解轉(zhuǎn)化為乙酸、H2及CO2。 經(jīng)研究說(shuō)明，上述反響過(guò)程在標(biāo)準(zhǔn)狀況下不但不能產(chǎn)生能量，反而消耗能量，因而反響不能發(fā)生。由于技術(shù)上的困難，有關(guān)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的報(bào)道不多，布賴恩特實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了兩個(gè)分別代謝丙

9、酸鹽和丁酸鹽的共培養(yǎng)物。其中的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌分別為沃氏互營(yíng)桿菌和沃氏互營(yíng)單胞菌。我國(guó)也別離到了沃氏夫氏互營(yíng)單胞菌，并對(duì)其與甲烷菌互營(yíng)聯(lián)合條件下降解丁酸鹽的反響進(jìn)行了研究。3.耗氫乙酸菌耗氫乙酸菌既能代謝H2和CO2生成乙酸，也能代謝糖類產(chǎn)生乙酸。該細(xì)菌產(chǎn)生乙酸只占乙酸總量的1%-2%(40)、3%-4% (60)。已別離到的耗氫產(chǎn)乙酸菌有伍德乙酸桿菌、威林格乙酸桿菌、嗜熱自養(yǎng)梭菌等多種。耗氫產(chǎn)乙酸菌生長(zhǎng)速度慢，在沼氣發(fā)酵過(guò)程中的作用可能并不重要。4.產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌在生理上高度?；?在厭氧條件下，產(chǎn)甲烷菌將前三群細(xì)菌和代謝的終產(chǎn)物，在沒(méi)有外源受氫體的情況下，把乙酸和H2/CO2轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)物(C

10、H4、CO2)。絕大局部產(chǎn)甲烷菌只代謝甲酸、甲醇、乙酸，但局部產(chǎn)甲烷菌還可代謝甲胺、二甲胺和三甲胺產(chǎn)生甲烷。個(gè)別菌株可代謝乙醇/CO2、丙醇/CO2 等，研究說(shuō)明在厭氧消化器中約有2/3的甲烷是由乙酸裂解形成的，其余的大多數(shù)是來(lái)自H2和CO2的復(fù)原。產(chǎn)甲烷菌厭氧， 暴露在空氣中會(huì)很快死亡。產(chǎn)甲烷菌種類多，據(jù)美國(guó)Oregon產(chǎn)甲烷菌收藏巾心布恩(Boone)報(bào)道，該中心已收藏產(chǎn)甲烷菌215株，分屬于3目、6科、16屬、55種。通過(guò)對(duì)以上沼氣發(fā)酵各微生物類群的討論，可以認(rèn)識(shí)到沼氣發(fā)酵過(guò)程是多種細(xì)菌協(xié)同完成的微生物學(xué)過(guò)程。因此，要提高沼氣發(fā)酵的效率:應(yīng)注意所進(jìn)原料與微生物之間的一致性，這在利用難降解

11、有機(jī)物為原料時(shí)尤其重要。要注意活性污泥中產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量 為厭氧消化微生物創(chuàng)造良好生長(zhǎng)條件，如適宜的溫度、pH等，防止有毒物質(zhì)的進(jìn)人，特別是控制負(fù)荷以維持酸化和甲烷化速度的平衡，都是消化器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要因素。 1.4 沼氣發(fā)酵的工藝條件1.嚴(yán)格的厭氧環(huán)境 沼氣發(fā)酵微生物包括：產(chǎn)酸菌；產(chǎn)甲烷菌,它們都是厭氧性細(xì)菌,尤其是產(chǎn)甲烷菌是嚴(yán)格慶氧菌，對(duì)氧特別敏感。 因此，建造一個(gè)不漏水、不漏氣的密閉沼氣池是人工制取沼氣的關(guān)鍵。在密閉的沼氣池內(nèi)，好氧菌和兼性厭氧菌的活動(dòng)，迅速消耗了溶解氧，從而創(chuàng)造了良好的氧化復(fù)原勢(shì)條件。2.發(fā)酵溫度 沼氣發(fā)酵微生物可以在865產(chǎn)生沼氣。4050是沼氣微生物高溫菌和中溫菌活動(dòng)

12、的過(guò)渡區(qū)間，二者都不太適應(yīng)，產(chǎn)氣速度會(huì)下降。5355時(shí)，沼氣微生物中的高溫菌活潑，產(chǎn)沼氣的速度最快35左右中溫菌最活潑，產(chǎn)沼氣量出現(xiàn)峰值。高溫發(fā)酵低溫發(fā)酵3.發(fā)酵原料原料中水分、TS、VS和灰分之間的組成關(guān)系如以下圖所示：原料水分總固體(TS)可被微生物利用灰分揮發(fā)性固體(VS)TS和VS計(jì)算方法如下：式中：Wd-樣品中干物質(zhì)質(zhì)量，mgWs-樣品總質(zhì)量，mgWh-樣品灰分質(zhì)量，mg不同的原料，產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣速度都會(huì)不同。原料種類產(chǎn)沼氣量/(m3/t干物質(zhì))甲烷含量/%原料種類產(chǎn)沼氣量/(m3/t干物質(zhì))甲烷含量/%豬糞560樹(shù)葉21029458馬糞200300廢物污泥61050青草630

13、70酒廠廢水30060058亞麻稈359碳水化合物75049麥桿43259類脂化合物144072表1.發(fā)酵原料的產(chǎn)沼氣量幾種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)氣量的比較 表2.幾種有機(jī)物質(zhì)的產(chǎn)氣速度 為了使天然有機(jī)物質(zhì)易于分解，以加強(qiáng)發(fā)酵菌的營(yíng)養(yǎng)，要求培養(yǎng)基(為沼氣微生物提供生存營(yíng)養(yǎng)的固性物質(zhì))有較大的反響外表，所以必須將含有不溶性物質(zhì)的原料粉碎。產(chǎn)氣率分為原料產(chǎn)氣率、料液產(chǎn)氣率、池容產(chǎn)氣率幾種 原料產(chǎn)氣率：是指單位原料重量在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中的產(chǎn)氣量口說(shuō)明在一定的發(fā)酵條件下，原料被利用水平的上下，或發(fā)酵原料的產(chǎn)沼氣能力。原料產(chǎn)氣率的表示方法有三種： 式中RTS 發(fā)酵原料總固體產(chǎn)氣率，m3/kg；RVS發(fā)酵原料揮發(fā)性固體

14、產(chǎn)氣率,m3/kg；RCOD 有機(jī)廢水單位COD產(chǎn)氣率，m3/kg；Vg沼氣產(chǎn)量，m3；TS一發(fā)酵原料總固體量，kg；VS發(fā)酵原料揮發(fā)性固體量，kg；COD用化學(xué)需氧量表示的有機(jī)物量，kg。采用哪種方法表示，要根據(jù)測(cè)試手段的實(shí)際條件而選取。料液產(chǎn)氣率：是指單位體積的發(fā)酵料液每天產(chǎn)沼氣的數(shù)量。料液中所含原料種類和質(zhì)量(料液濃度)不同，產(chǎn)氣率差異較大。料液產(chǎn)氣率不能說(shuō)明原料的利用水平的上下，也不能說(shuō)明消化器容積被利用的水平，在大中型沼氣工程中不宜被采用。池容(對(duì)大中型沼氣工程而言，池容也為罐容)產(chǎn)氣率 是指消化器單位容積每天生產(chǎn)沼氣的多少，其表示單位為m3/(m3d)，池容產(chǎn)氣率說(shuō)明消化器被利用水

15、平上下。用原料產(chǎn)氣率和池容產(chǎn)氣率去評(píng)價(jià)兩種原料或兩個(gè)裝置被利用水平時(shí)，還要考慮兩者的發(fā)酵條件和生產(chǎn)狀況，因?yàn)樵习l(fā)酵好壞與接種物、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、料液濃度等因素有關(guān)。 4.料液濃度 料液中干物質(zhì)含量的百分比為料液濃度 一般要求：夏季濃度在6%左右；冬季濃度在8%左右。濃度太低時(shí)，即含水量太多，有機(jī)物含量相對(duì)減少，會(huì)降低沼氣池單位容積中的沼氣產(chǎn)量濃度太高時(shí)，即含水量太少，不利于沼氣細(xì)菌的活動(dòng)，發(fā)酵料液不易分解，使沼氣發(fā)醉受到阻礙，產(chǎn)氣慢而少。 發(fā)酵料液的濃度太低或太高，對(duì)產(chǎn)生沼氣都不利，因?yàn)椋?.酸堿度 研究工作說(shuō)明，碳氮比以(2030):1為佳；碳、氮、磷比例以10:4:0.8為宜。 農(nóng)副

16、產(chǎn)品的污水一般適當(dāng)，工業(yè)污水應(yīng)補(bǔ)充到適宜值。6.碳、氮、磷比例沼氣微生物最適宜的pH范圍是6.87.5 。在大中型沼氣工程中給消化器投料時(shí)，要根據(jù)pH來(lái)控制投料量。例如：超負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)造成有機(jī)酸大量積累，pH下降，當(dāng)pH50m3或日產(chǎn)量50m3 大型：V1000m3或日產(chǎn)量1000m3 高速消化器 接觸式厭氧工藝大中型沼氣工程設(shè)計(jì)和建造 大中型沼氣工程建設(shè)范圍和內(nèi)容集約化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程工業(yè)有機(jī)廢水沼氣工程沼氣民用：集中供氣-炊事沼氣供熱：鍋爐沼氣發(fā)電：70厭氧處理方法的很多，按消化器的類型分，可分為常規(guī)型、污泥滯留型和附著膜型。常規(guī)型消化器包括常規(guī)消化器也稱常規(guī)沼氣池、完全混合式消化器也稱

17、高效消化器和塞流式消化器也稱推流式消化器。污泥滯留型消化器包括厭氧接觸工藝、升流式固體反響器USR、升流式厭氧污泥床反響器UASB、折流式反響器等。附著膜型反響器包括厭氧濾器AF、流化床FBR和膨脹床EBR等。常規(guī)型消化器一般適宜于料液濃度較大、懸浮物固體含量較高的有機(jī)廢水。污泥滯留型和附著膜型消化器主要適用于料液濃度低、懸浮物固體含量少的有機(jī)廢水。根本概念2厭氧消化器的分類：厭氧處理的方法很多，但目前國(guó)內(nèi)在養(yǎng)殖場(chǎng)應(yīng)用最多的還是完全混合式消化器和UASB工藝兩種：完全混合工藝可使畜禽糞水全部進(jìn)行厭氧處理，優(yōu)點(diǎn)是處理量大，濃度高，產(chǎn)沼氣量多，便于管理，易起動(dòng)，運(yùn)行費(fèi)用低；缺點(diǎn)是需消化器容積大，投

18、資多，后處理麻煩。一般適宜于以產(chǎn)沼氣為主，有使用水肥習(xí)慣的地區(qū)。UASB工藝是先將糞水進(jìn)行別離，只處理有機(jī)廢水，優(yōu)點(diǎn)是需消化器容積小，投資少，處理效果好；缺點(diǎn)是產(chǎn)沼氣量相對(duì)較少，起動(dòng)漫，管理復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用稍高，一般適宜于以廢水達(dá)標(biāo)排放，減少環(huán)境污染為目的的地方。升流式厭氧污泥床UASB有反響區(qū)、沉淀區(qū)和集氣室三局部組成。廢水從污泥床底部進(jìn)入，與污泥床中的污泥進(jìn)行混合接觸，微生物分解廢水中的有機(jī)物產(chǎn)生較強(qiáng)烈的攪動(dòng)，在污泥床上部形成懸浮污泥層。氣、水、泥的混合液上升至三相別離器內(nèi)，沼氣氣泡碰到別離器下部的反射板時(shí)，折向氣室而被有效地別離排出；污泥和水那么經(jīng)孔道進(jìn)入三相別離器的沉淀區(qū)，在重力作用下，

19、水和泥別離，上清液從沉淀區(qū)上部排出，沉淀區(qū)下部的污泥沿著斜壁返回到反響區(qū)內(nèi)。在一定的水力負(fù)荷下，絕大局部污泥顆粒能保存在反響區(qū)內(nèi)，是反響區(qū)具有足夠的污泥量。UASB設(shè)計(jì)主要考慮的幾個(gè)參數(shù)：1廢水水質(zhì)厭氧污泥的顆?；篊OD含量；總固體濃度TSS高蛋白，高脂肪含量的廢水：消泡設(shè)施和裝置2反響器容積負(fù)荷廢水濃度、不溶性COD比率、出水TSS濃度確定能否采用UASB。表7-5，7-6 UASB容積負(fù)荷推薦值 P1763水流上升速度主要取決于反響器的進(jìn)水流量和反響器的水平截面積。允許出現(xiàn)短時(shí)間6m/h和2m/h的頂峰值。4反響器容積和其他尺寸Vn=QS0/LorgVn：反響器液體局部的有效容積，m3Q

20、：進(jìn)液流量，m3/hS0：進(jìn)水COD濃度，kgCOD/m3Lorg：反響器有機(jī)負(fù)荷率，kgCOD/(m3.d)VL=Vn/EVL反響器液體局部總?cè)莘e；E：有效系數(shù)，在0.80.9之間選取。HL=VL/AHL：反響器液體局部高度：HT=HL=HGHT ：反響器總高度，m;HG :反響器集氣局部高度，m。5布水器保證污水和污泥之間充分接觸，一般采用多點(diǎn)進(jìn)水方式。布水點(diǎn)數(shù)量的設(shè)計(jì)：表7-8 UASB反響器布水點(diǎn)數(shù)量的計(jì)算依據(jù)。進(jìn)水方式設(shè)計(jì)：分為連續(xù)進(jìn)水和脈沖進(jìn)水6三相別離器功能：1.收集從別離器下的反響區(qū)產(chǎn)生的沼氣；2.使在別離器之上的懸浮物沉淀下來(lái)。目前所采用三相別離器多為專利產(chǎn)品。升流式厭氧污泥

21、床工藝 優(yōu)點(diǎn)：1除三項(xiàng)別離器外消化器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)攪拌裝置及填料；2長(zhǎng)的SRT及MRT使其實(shí)現(xiàn)了很高負(fù)荷率；3顆粒污泥的形成使微生物天然固定化，增加了工藝的穩(wěn)定性；4出水SS含量低。缺點(diǎn)：1需要安裝三項(xiàng)別離器；2需要有效的布水器，使進(jìn)料能均勻布于消化器底部；3進(jìn)水要求低SS含量；4在高水力負(fù)荷或高SS負(fù)荷時(shí)易流失固體和微生物，運(yùn)行技術(shù)要求較高。內(nèi)循環(huán)厭氧反響器IC1986年由荷蘭派克公司研究成功并用于生產(chǎn)內(nèi)循環(huán)厭氧反響器，是目前世界上效能最高的厭氧反響器。該反響器是集UASB反響器和流化床反響器的優(yōu)點(diǎn)于一身，利用反響器內(nèi)所產(chǎn)沼氣的提升力實(shí)現(xiàn)發(fā)酵料液內(nèi)循環(huán)的一種新型反響器。IC厭氧反響器的根本構(gòu)造

22、如同把兩個(gè)UASB反響器疊加在一起，反響器高度可達(dá)16-25m，高徑比可達(dá)4-8。在其內(nèi)部增設(shè)了沼氣提升管和回流管，上部增加了氣液別離器。該反響器啟動(dòng)時(shí)，投加了大量顆粒污泥。運(yùn)行過(guò)程中，用第一反響室所產(chǎn)沼氣經(jīng)集氣罩收集并提升管上升作為動(dòng)力，把第一反響室的發(fā)酵液和污泥提升至反響器頂部的氣液別離器，別離出的沼氣從導(dǎo)管排走，泥水混合液沿回流管返回第一反響室內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了下部料液的內(nèi)循環(huán)。 集約化禽畜場(chǎng)沼氣工程利用畜禽糞便制取沼氣的全套工程設(shè)施 ，包括原料的預(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(cè)五個(gè)局部組成。技術(shù)特點(diǎn)1.技術(shù)模式：熱、電、肥聯(lián)產(chǎn)，零排放模式冬季發(fā)電機(jī)

23、余熱增溫，中溫發(fā)酵，無(wú)需外加熱源。TS 8%: 冬季余熱80%用于增溫；TS 10%: 冬季余熱60%用于增溫；TS 12%: 冬季余熱40%用于增溫。多余熱量還可用于蔬菜大棚的供暖。夏季利用余熱烘干沼渣；沼液、沼渣全部用于有機(jī)肥料，實(shí)現(xiàn)零排放。熱、電、肥聯(lián)產(chǎn)，零排放模式2.發(fā)酵工藝：高濃度、全混合、中溫發(fā)酵、有攪拌TS 8%-12%：節(jié)省投資、節(jié)約增溫能源、降低運(yùn)輸能耗、產(chǎn)氣率高，池容產(chǎn)氣率可到達(dá)1-1.5m3/m3.d。有攪拌裝置，解決含固率高，物料不均，易結(jié)殼的問(wèn)題。3.裝置結(jié)構(gòu)：大型沼氣工程，宜采用分體式厭氧罐和雙模干式貯氣裝置；中小型沼氣工程，宜采用發(fā)酵、貯氣一體化沼氣裝置。4.關(guān)鍵

24、設(shè)備工藝設(shè)計(jì)1.分體式沼氣工程生物脫硫塔雙膜干式貯氣柜沼氣增壓風(fēng)機(jī)沼氣發(fā)電機(jī)組余熱鍋爐熱水貯藏余熱利用發(fā)電并網(wǎng)沼氣火炬雞糞收集沖洗污水集水池水解沉沙池一級(jí)厭氧反響罐二級(jí)厭氧反響罐后發(fā)酵罐固液別離固態(tài)有機(jī)肥液態(tài)有機(jī)肥沼液池某雞場(chǎng)沼氣發(fā)電工程流程圖沼氣冷水熱水1預(yù)處理水解除砂工藝蛋雞糞中砂含量8%，別離難度大。通過(guò)中溫水解工藝除砂后可去除80-90%的砂，防止貝殼粉和砂在厭氧罐和管道內(nèi)的沉積、堵塞，保證后續(xù)工藝正常運(yùn)行。2發(fā)酵工藝a.厭氧發(fā)酵罐完全混合厭氧反響器CSTR高濃度發(fā)酵原料：TS 8-12%有攪拌裝置發(fā)酵原料和微生物完全混合處理量大，停留時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)沼氣多b.進(jìn)料濃度大中型沼氣工程進(jìn)料TS

25、濃度較高，在8%-12%之間：1可以提高裝置利用率和產(chǎn)氣率；2減少反響器容積，節(jié)省工程投資；3減少冬季增溫能耗；4減少沼液、沼渣的運(yùn)輸量，降低運(yùn)輸本錢。c.停留時(shí)間中溫發(fā)酵為20-25d，高溫發(fā)酵10-15d。d.發(fā)酵溫度1高溫發(fā)酵：最正確溫度范圍50-55；2中溫發(fā)酵：溫度范圍為32-42。發(fā)酵溫度每升高10，厭氧反響速度約增加1倍。3沼氣生物脫硫技術(shù)采用生物脫硫工藝，可使沼氣中的H2S含量降至200ppm以下，脫硫效率95%。脫硫本錢0.03元/m3，比傳統(tǒng)化學(xué)脫硫降低70%。生物脫硫原理H2S+1/2O2S+H2OH2S+3/2O2H2SO3沼氣生物脫硫裝置4雙膜干式貯氣柜雙層膜干式貯氣

26、柜由外膜、內(nèi)膜和底膜組成，外膜構(gòu)成貯氣柜外部球體形狀，內(nèi)膜與底膜圍成內(nèi)腔貯存沼氣。貯氣柜可抵抗強(qiáng)風(fēng)、積雪、冰凍等惡劣天氣的影響，在寒冷地區(qū)冬季也能平安運(yùn)行。工藝設(shè)計(jì)2.一體化沼氣工程脫硫塔沼氣發(fā)電機(jī)組民用燃?xì)庥酂崂冒l(fā)電并網(wǎng)換熱水箱糞便及污水收集勻漿水解池發(fā)酵、貯氣一體化厭氧反響罐固液別離沼液池固態(tài)有機(jī)肥液態(tài)有機(jī)肥沼氣冷水熱水沼氣發(fā)酵、貯氣一體化反響器1主要優(yōu)勢(shì)：適合于各種高濃度發(fā)酵原料；占地面積小，節(jié)省占地面積30%；節(jié)省工程造價(jià)15%；建設(shè)工期短，縮短工期50%；寒冷第七冬季也能正常運(yùn)行；產(chǎn)氣率高：；平安可靠，檢修維護(hù)方便。2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：裝置下部為發(fā)酵局部，上部貯氣。罐體常用徑高比為2：1-

27、3：1。中溫發(fā)酵，常年穩(wěn)定運(yùn)行罐內(nèi)安裝側(cè)攪拌器或斜攪拌器生物脫硫罐底和罐壁上安裝增溫管。3工作原理：通過(guò)支撐鼓風(fēng)機(jī)的充氣，調(diào)整并維持內(nèi)外膜之間夾層的空氣壓力，以保護(hù)維持貯氣柜的結(jié)構(gòu)，并將內(nèi)膜的沼氣送入輸氣管道。平整地面為建造發(fā)酵罐進(jìn)行挖掘水養(yǎng)護(hù)第一次灌漿鋪設(shè)地?zé)峁艿啦嫉臒峁艿谰€順到墻外使用松木，可以不被硫腐蝕；木條有輕微的間隔，氣可以緩慢的透過(guò)。使用防護(hù)材料防止混凝土被沼氣腐蝕。在墻上制作空洞為管線，傳感器，透視窗等用。寬21米，高6米，共28排加熱管線，在集氣層沒(méi)有熱管線。罐頂和中心柱注漿穩(wěn)固美觀，提供線路，內(nèi)部平安觀察保護(hù)。斜攪拌機(jī)貯氣外膜：具有良好的抗紫外線、耐老化的性能，起到保護(hù)內(nèi)膜、

28、保持結(jié)構(gòu)的作用。內(nèi)膜具有良好抗甲烷滲透性能，防火性能良好，耐磨，乃褶并且耐硫化氫腐蝕。工藝設(shè)計(jì)3秸稈厭氧發(fā)酵制取車用沼氣工程技術(shù)機(jī)械收獲秸稈青儲(chǔ)蒸汽爆破兩相高效厭氧發(fā)酵壓縮脫二氧化碳高壓儲(chǔ)存加氣機(jī)秸稈蒸汽爆破原理汽爆的物理學(xué)根底是氣體膨脹做功降溫，利用氣體膨脹功去別離纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、糖鏈等，到達(dá)生物預(yù)處理目的。汽爆過(guò)程是將植物被爆物置于一直徑相等、徑高比為1：3-4的耐高壓容器內(nèi)，充入3.5MP、220-250度的蒸汽，保壓90秒，在內(nèi)外壓差的作用下爆炸，完成膨脹做功，破壞植物組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而完成木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等組織及糖鏈的別離。物料的物理形態(tài)、特性和結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，

29、物料溫度也由250度降到了20度左右。物料首先要脫水自然枯燥，約14-17%針式粉碎機(jī)效率2-4t/h，每噸耗電2-4度。粉碎顆粒可調(diào)整。針式粉碎機(jī)斗式升料機(jī)斗式生料上部連接汽爆倉(cāng)，下部連接粉碎機(jī)。反響器工程設(shè)備1鋼結(jié)構(gòu)的厭氧消化器工程設(shè)備2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)厭氧消化裝置工程設(shè)備3各種專用配套設(shè)備工程設(shè)備3各種貯氣裝置濕式鋼結(jié)構(gòu)貯氣柜球冠型貯氣柜工程設(shè)備4沼氣發(fā)電機(jī)組及余熱回收裝置現(xiàn)階段，中國(guó)生產(chǎn)的沼氣發(fā)電機(jī)組規(guī)格：24KW,80KW,100KW,120KW,180KW,200KW,300KW，500KW,潛水?dāng)嚢璞眠M(jìn)料泵切碎機(jī)糞草進(jìn)料裝置增溫保溫裝置鋼筋混凝土罐體的增溫管一般安裝在罐壁內(nèi)側(cè)的下部

30、。鋼結(jié)構(gòu)罐體的增溫管一般安裝在罐壁外側(cè)。氣暖熱電肥聯(lián)產(chǎn)的沼氣工程典型案例1北京德青源健康養(yǎng)殖生態(tài)園2MW沼氣發(fā)電工程20071.雞糞資源量：212t/d，TS 30%；2.工程規(guī)模：3,000m3厭氧罐4座；3.設(shè)計(jì)沼氣產(chǎn)量：20,000m3/d4.設(shè)計(jì)發(fā)電量：40,000kW.h/d5.沼肥18萬(wàn)噸/年，供4萬(wàn)畝果園、飼料地。6.年減排溫室氣體80,000tCO2當(dāng)量。7.現(xiàn)該工程已并網(wǎng)發(fā)電。2內(nèi)蒙古蒙牛澳亞牧場(chǎng)1MW沼氣發(fā)電工程27001.牛糞資源量：280t/d，TS20%2.工程規(guī)模：2,500m3厭氧罐4座3.設(shè)計(jì)沼氣產(chǎn)量：10,000m3/d4.設(shè)計(jì)發(fā)電量：20,000kw.h/d

31、5.年產(chǎn)有機(jī)肥：沼渣8,000噸，沼液18萬(wàn)噸。6.年減排溫室氣體30,000tCO2當(dāng)量。7.該工程現(xiàn)已并網(wǎng)發(fā)電。3厭氧自然處理達(dá)標(biāo)示范工程新農(nóng)村沼氣集中供熱工程秸稈沼氣集中供氣示范工程杭州燈塔養(yǎng)殖總場(chǎng)沼氣與廢水處理工程技術(shù)簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)建造大中型沼氣工程的公司：杭州能源環(huán)境工程北京興星偉業(yè)工程青島天人工程 背景 Background養(yǎng)殖場(chǎng)地處城郊，環(huán)境敏感年出欄200,000頭豬，存欄120,000頭豬日排放185t豬糞和3,000t污水 污水性質(zhì)：CODcr=10,000mg/L， SS=4,000mg/L， NH3-N=900mg/L排放標(biāo)準(zhǔn)：?畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)?GB18596-20

32、01 1999年列入U(xiǎn)NDP/GEF工業(yè)化沼氣與水處理示范工程。 設(shè)計(jì)原那么 Design principle減量化 清潔生產(chǎn)，將豬糞污染物的排放量減少到最小， 實(shí)現(xiàn)固體物的充分利用 資源化 沼氣：鍋爐燃?xì)?、食堂用?豬糞和別離后的固形物：生產(chǎn)復(fù)合有機(jī)肥無(wú)害化 厭氧出水：進(jìn)行生物脫氮和好氧生物處理，并進(jìn)行深度凈 化，使最終出水到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)處理后的出水回用。氣水別離器脫硫塔貯氣柜稀污水集水池輸氣泵、阻火器豬糞污水稀污水燒鍋爐或發(fā)電鼓風(fēng)機(jī)SBR池配水池厭氧消化池水解調(diào)節(jié)池沉淀池濃污水集水池格柵去復(fù)合肥料廠達(dá)標(biāo)排放沉淀池污泥濃縮池污泥池脫水機(jī)運(yùn)泥機(jī)SBR生物反響池主要工藝單元的技術(shù)介紹-1Th

33、e technological characteristics of main units實(shí)行清潔生產(chǎn)，改進(jìn)飼養(yǎng)工藝。 優(yōu)點(diǎn)：1、減少工程投資和運(yùn)行費(fèi)用； 2、減少豬舍的沖洗水量，節(jié)省水費(fèi)； 3、新鮮豬糞生產(chǎn)的有機(jī)肥肥效高，可提 高資源化利用程度。主要工藝單元的技術(shù)介紹-2The technological characteristics of main units豬糞生物堆肥制作復(fù)合有機(jī)肥 生產(chǎn)工藝：新鮮豬糞+生物菌群 特點(diǎn)： 1、可機(jī)械化連續(xù)生產(chǎn) 2、發(fā)酵周期：15d 3、能量釋放多，堆肥溫度達(dá)650900 C， 足以殺滅病原菌 4、有機(jī)物總量35%，氮磷鉀養(yǎng)分含量6%， 水分200C常溫發(fā)酵，冬季增溫； 包括：布水系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、三相別離器、溢 流系統(tǒng)等； 有效容積：6000m3； HRT=2d； CODcr去除率：85%； 日產(chǎn)沼氣biogas：8500m3 /d厭氧池UASB主