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第九章厭氧過(guò)程與沼氣技術(shù)第一頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四9.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。第二頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四9.1厭氧過(guò)程的基本原理早在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)程由多個(gè)生理類(lèi)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(lèi)群的不同分解作用,構(gòu)成完整的生化反應(yīng)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。第三頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四9.1.1沼氣的理化性質(zhì)沼氣是一種混合氣體,其中主要成分是:①甲烷(CH4),占總體積的50%-70%,②二氧化碳(CO2),占25%-45%。③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:第四頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四9.1.2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?zhuān)礊檎託獍l(fā)酵。多糖脂類(lèi)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)酵的基本示意歷程沼氣發(fā)酵主要分為:①液化;②產(chǎn)酸;③產(chǎn)甲烷三個(gè)階段進(jìn)行,其發(fā)酵的基本示意歷程如圖下圖所示:第五頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四①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①多糖分解成單糖或二糖②蛋白質(zhì)分解成膚或氨基酸
③脂肪分解成甘油和脂肪酸
酶解①纖維素酶②肽酶③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)反應(yīng),這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為液化。第六頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四②產(chǎn)酸階段單糖類(lèi)肽氨基酸甘油脂肪酸產(chǎn)酸微生物群①簡(jiǎn)單的有機(jī)酸甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等轉(zhuǎn)化②醇甲醇乙醇等③二氧化碳、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(chēng)為產(chǎn)酸階段。第七頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四③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,有的學(xué)者把沼氣發(fā)酵基本過(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。第八頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四9.1.3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(lèi)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(lèi)、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(lèi)等)可溶于水的糖類(lèi)、肽、氨基酸和脂肪酸
發(fā)酵性細(xì)菌所分泌的胞外酶水解第九頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四發(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(lèi)及一定量H2、CO2。不能溶解于水的復(fù)雜有機(jī)物(如纖維素、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)等)可溶于水的糖類(lèi)、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(lèi)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。第十頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四2.產(chǎn)氫乙酸菌只有甲酸、乙酸和甲醇可被絕大部分產(chǎn)甲烷菌直接利用。其他有機(jī)酸和醇類(lèi)被產(chǎn)乙酸菌將分解轉(zhuǎn)化為乙酸、H2及CO2。經(jīng)研究表明,上述反應(yīng)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,因而反應(yīng)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(lài)恩特實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了兩個(gè)分別代謝丙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)也分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應(yīng)進(jìn)行了研究。第十一頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四3.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(lèi)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℃)。已分離到的耗氫產(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。第十二頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四4.產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌在生理上高度專(zhuān)化在厭氧條件下,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(CH4、CO2)。絕大部分產(chǎn)甲烷菌只代謝甲酸、甲醇、乙酸,但部分產(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,研究表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的還原。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(lèi)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。第十三頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四通過(guò)對(duì)以上沼氣發(fā)酵各微生物類(lèi)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,如合適的溫度、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。第十四頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四9.1.4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:①產(chǎn)酸菌;②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)造了良好的氧化還原勢(shì)條件。第十五頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四2.發(fā)酵溫度①沼氣發(fā)酵微生物可以在8~65℃產(chǎn)生沼氣。②40~50℃是沼氣微生物高溫菌和中溫菌活動(dòng)的過(guò)渡區(qū)間,二者都不太適應(yīng),產(chǎn)氣速度會(huì)下降。③53~55℃時(shí),沼氣微生物中的高溫菌活躍,產(chǎn)沼氣的速度最快④35℃左右中溫菌最活躍,產(chǎn)沼氣量出現(xiàn)峰值。高溫發(fā)酵低溫發(fā)酵第十六頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四3.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第十七頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四不同的原料,產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣速度都會(huì)不同。原料種類(lèi)產(chǎn)沼氣量/(m3/t干物質(zhì))甲烷含量/%原料種類(lèi)產(chǎn)沼氣量/(m3/t干物質(zhì))甲烷含量/%豬糞560―樹(shù)葉210~29458馬糞200~300―廢物污泥61050青草63070酒廠廢水300~60058亞麻稈359―碳水化合物75049麥桿43259類(lèi)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)氣量的比較第十八頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四表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))有較大的反應(yīng)表面,所以必須將含有不溶性物質(zhì)的原料粉碎。第十九頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四產(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,原料被利用水平的高低,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。第二十頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四料液產(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(lèi)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高低,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/(m3·d),池容產(chǎn)氣率說(shuō)明消化器被利用水平高低。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)。第二十一頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四4.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)椋旱诙?yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四5.酸堿度研究工作表明,碳氮比以(20~30):1為佳;碳、氮、磷比例以10:4:0.8為宜。
農(nóng)副產(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①沼氣微生物最適宜的pH范圍是6.8~7.5
。②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)pH<6.8時(shí),產(chǎn)甲烷菌的生命活動(dòng)將受到抑制,正常發(fā)酵將遭到破壞。此時(shí)可采取:Ⅰ.停止進(jìn)料,Ⅱ.投加堿性物質(zhì)。第二十三頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四7.添加劑和抑制劑揮發(fā)性酸過(guò)量,對(duì)發(fā)酵有阻抑作用。氨態(tài)氮(NH3-N)濃度過(guò)高時(shí),對(duì)沼氣發(fā)酵菌有抑制和殺傷作用。各種農(nóng)藥,都有極強(qiáng)的殺菌作用。鹽類(lèi),特別是金屬離子,都有強(qiáng)烈的抑制作用。
例如:100~200mg/L鈉、200~400mg/L鉀、100~200mg/L鈣和75~150mg/L鎂能刺激發(fā)酵過(guò)程。而濃度增加至鈉為3500~5500mg/L、鉀為2500~4500mg/L、鈣為2500~4500mg/L和鎂為1000~1500mg/L時(shí),則產(chǎn)生中等強(qiáng)度的抑制。當(dāng)濃度更大時(shí),即鈉為8000mg/L、鉀12000mg/L、鈣為8000mg/L和鎂為3000mg/L時(shí),對(duì)發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生強(qiáng)烈抑制作用。第二十四頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四8.攪拌攪拌的目的是使發(fā)酵原料分布均勻,增加沼氣微生物與原料的接觸面,加快發(fā)酵速度,提高產(chǎn)氣量。同時(shí)也可防止大量原料浮渣結(jié)殼,致使原料利用率降低,使產(chǎn)生的沼氣釋放困難。攪拌的方法有三種:(1)機(jī)械攪拌(2)氣攪拌(3)液攪拌第二十五頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四9.接種物有機(jī)物厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣,是由多種厭氧菌參與完成的。在發(fā)酵初期加人厭氧菌作為接種物(亦稱(chēng)為菌種),其菌種多少,直接影響產(chǎn)氣的快慢。條件具備時(shí),采用生態(tài)環(huán)境一致的厭氧污泥作為接種物;不具備這樣條件時(shí),需要進(jìn)行菌種富集和培養(yǎng)。菌種富集和培養(yǎng),是選擇活性較強(qiáng)的污泥、污水等添加適量(菌種量的5%~10%)、有機(jī)廢水或作物桔稈,裝入要密封的容器內(nèi),在適宜的溫度(常溫15~25℃,中溫35℃,高溫54℃)條件下,厭氧培養(yǎng)7~8d,控制其pH=6.8~7.5,再加人適量的有機(jī)廢水,重復(fù)操作,逐漸擴(kuò)大。沼氣微生物像其他生物一樣,對(duì)環(huán)境有個(gè)適應(yīng)范圍。為沼氣微生物群創(chuàng)造一個(gè)適宜的生活環(huán)境,以達(dá)到較高產(chǎn)氣量的目的。第二十六頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四9.2小型戶用沼氣池我國(guó)小型沼氣技術(shù)的研究與應(yīng)用,經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的歲月,其發(fā)展歷程大體可劃分為4個(gè)階段。我國(guó)沼氣的研究起始于20世紀(jì)初期,沼氣進(jìn)入實(shí)用階段是20世紀(jì)30年代。(起步階段)20世紀(jì)70年代初,解決了中國(guó)農(nóng)村一些地方生活用能。(探索階段)20世紀(jì)80年代初期,為適應(yīng)沼氣發(fā)展的需要,國(guó)家建立了一批沼氣研究機(jī)構(gòu)。(發(fā)展階段)進(jìn)人20世紀(jì)90年代,中國(guó)沼氣已有了二十幾年的豐富經(jīng)驗(yàn)。(推廣沼氣綜合利用階段)
據(jù)統(tǒng)計(jì),到2002年底,全國(guó)小型沼氣池保有量為1000萬(wàn)個(gè),年產(chǎn)沼氣近3×108m3。第二十七頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四9.2.1小型沼氣池類(lèi)型1.水壓式沼氣池主要由發(fā)酵間、進(jìn)料營(yíng)和水壓間三部分組成。(見(jiàn)下圖)發(fā)酵間中的是下部固、液混合料的液面,液面上的空間為儲(chǔ)氣室。在沼氣池正常產(chǎn)氣與向外供氣過(guò)程中,這個(gè)液面的上下位置經(jīng)常是變動(dòng)的,但二者之和永遠(yuǎn)是發(fā)酵間的容積。當(dāng)儲(chǔ)氣室中氣體壓力增大時(shí),下面的一部分料液被擠入水壓間,液面下降;儲(chǔ)氣室中氣體壓力減小時(shí),水壓間里的一部分料液又返回到發(fā)酵間內(nèi),液面上升。主酵間、水壓間和進(jìn)料管,三者相當(dāng)于一個(gè)"液體連通器"。第二十八頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四(1)水壓式沼氣池供氣原理如下圖:第二十九頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四產(chǎn)氣前,發(fā)酵原料未產(chǎn)氣時(shí),儲(chǔ)氣室內(nèi)的氣體沒(méi)有壓力,此時(shí)的發(fā)酵間液面、水壓間液面和進(jìn)料管液面處于同一水平面位置。產(chǎn)氣不供氣,料液發(fā)酵產(chǎn)氣,儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣室內(nèi)。隨氣量的增多,壓力升高,氣體擠壓發(fā)酵間的液面,迫使水壓間液面上升,發(fā)酵間液面下降,氣體的壓力大小決定了液面的高差值。產(chǎn)氣同時(shí)供氣,用氣時(shí)打開(kāi)閥門(mén)1,隨著儲(chǔ)氣室氣體的減少,壓力降低,水壓間的液面下降,發(fā)酵間的液面上升。當(dāng)氣量與供給燃具的用氣量相等時(shí),發(fā)酵間液面與水壓間液面.維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的高度差上。當(dāng)發(fā)酵液料不產(chǎn)氣時(shí),水壓間的液面回落,同時(shí)發(fā)酵間的液面上升,直到三個(gè)液面達(dá)到同一個(gè)高度的水平面為止。第三十頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四(2)標(biāo)準(zhǔn)型水壓式沼氣池圓筒形沼氣池[圖(a)]主要由圓筒形池身、削球殼地蓋及池底的發(fā)酵間,進(jìn)料管及圓形水壓間三部分組成。球形沼氣池[圖(b)]。由球形發(fā)酵間、進(jìn)料及矩形或扇形水壓間三部分組成。橢球形沼氣池[圖(c)]主要由橢球形發(fā)酵間,進(jìn)料管及矩形或扇形水壓間三部分組成。第三十一頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四(3)設(shè)攪拌裝置的水壓式沼氣池農(nóng)村小型沼氣池經(jīng)常出現(xiàn)料液分層和結(jié)殼現(xiàn)象。料液結(jié)殼與分層一直是困擾沼氣用戶的一大難題。分層,下面干上面稀,不利發(fā)酵,影響產(chǎn)氣結(jié)殼,發(fā)酵產(chǎn)出的沼氣不能順利地進(jìn)人儲(chǔ)氣室,轉(zhuǎn)向從水壓間、進(jìn)料口冒出,造成氣源的浪費(fèi)。設(shè)攪拌裝置的水壓式沼氣池能克服上述問(wèn)題。第三十二頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四水壓式沼氣池破殼攪拌裝置,主要由兩部分組成:①破殼籠:破殼籠為鐵絲焊接而成,液面的浮渣層由于受到破殼籠的阻攔而破裂。②攪拌器:攪拌的主要日的是防止料液分層,使原料和接種物充分接觸,增加微生物與原料的接觸面,加快發(fā)酵速度,提高產(chǎn)氣量。攪拌器也具有防止浮渣層積厚結(jié)殼的作用。圖10所示是湖南省岳陽(yáng)縣農(nóng)村能源技術(shù)服務(wù)站研制的水壓式沼氣池破殼攪拌裝置圖9-11所示是貴州省桃縣能源辦研制的水壓式沼氣池的攪拌裝置第三十三頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四(4)曲流布料水壓式沼氣池發(fā)酵原料入池先在進(jìn)料口喉部濾網(wǎng)過(guò)濾,進(jìn)入池內(nèi)經(jīng)分流板進(jìn)行半控或全控進(jìn)行布料,目的要形成多路曲流使原料充分與污泥接觸。池底呈斜坡,在坡面設(shè)隔板阻流,保留一定量的污泥。在油拱中央設(shè)有傘架型破殼掛籠進(jìn)行破殼。手動(dòng)攪拌杠桿操縱傘架型掛籠破殼,并同時(shí)帶動(dòng)底部連桿推盤(pán)推出沉積物。第三十四頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四(5)發(fā)酵液高位差自功循環(huán)水壓式沼氣池基本結(jié)構(gòu)如上圖所示,該池由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)水壓式沼氣池和一個(gè)掛有軟填料做菌床的生物濾池組成,兩池軍零壓液面一高一低,并共用一個(gè)水壓箱,第三十五頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四特點(diǎn):這種形式的沼氣池和發(fā)酵工藝流程,具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):a.用水壓箱作發(fā)酵原料預(yù)漚池,使原料在好氧的條件下,加快違度產(chǎn)酸菌的分解,促進(jìn)對(duì)原料的液化產(chǎn)酸,發(fā)酵后的酸液留下自動(dòng)入池,沉渣留下,解決了沉渣人池出料難的問(wèn)題,同時(shí)好氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱量,有利于沼氣池增溫和保溫;b.高位池設(shè)置的軟填料作為厭氧池內(nèi)的生物載體,能起到富集菌種、促進(jìn)沼氣發(fā)酵速度、提早產(chǎn)氣、提高產(chǎn)氣量的作用;c.料液自動(dòng)循環(huán)能起到攪拌發(fā)酵液的作用,提高產(chǎn)氣量,防止液面結(jié)殼等;d.可利用循環(huán)發(fā)酵由沖刷與沼氣池相結(jié)合的廁所蹲位及豬舍的地面,同時(shí)可作為預(yù)處理池的接種物,促進(jìn)發(fā)酵,節(jié)約用水。第三十六頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四2.浮罩式沼氣池按其結(jié)構(gòu),可分為:①直接儲(chǔ)氣浮罩式沼氣池②分離儲(chǔ)氣浮罩式沼氣池浮罩內(nèi)的沼氣壓力值,可用下式計(jì)算:特點(diǎn):罩內(nèi)壓力基本穩(wěn)定式中:P-沼氣壓力,cmH2O;G-浮罩及其配重的質(zhì)量,kg;D-圓筒形浮罩內(nèi)直徑,cm;1000-由kgf/cm2H20換算的系數(shù)。第三十七頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四3.氣袋式沼氣池氣袋式沼氣池的發(fā)酵間沒(méi)有儲(chǔ)氣部分,沼氣直接輸入儲(chǔ)氣袋儲(chǔ)存起來(lái)。特點(diǎn):池內(nèi)沼氣壓力較低,在利于發(fā)酵和產(chǎn)氣。第三十八頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四4.印度"戈巴"沼氣裝置其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示:發(fā)酵間成井狀,是地下建筑,井體直徑一般為1.5-6m之間。特點(diǎn):出料靠池滿自溢,可年不需大出料,節(jié)約勞力。第三十九頁(yè),共四十五頁(yè),編輯于2023年,星期四9.2.2小型沼氣池發(fā)酵工藝(1)半連續(xù)式發(fā)酵工藝(其工藝流程如下圖)備料配料攪拌接種發(fā)酵產(chǎn)氣
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