生物质沼气

2024-06-13

生物质沼气（精选八篇）

生物质沼气篇1

关键词：养牛场,沼气发电,并网发电

沼气发电技术是集环保和节能于一体的能源综合利用技术, 利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物, 经厌氧发酵处理产生的沼气, 驱动沼气发电机组发电, 并可充分将发电机组的余热用于沼气生产等工艺, 综合能源利用效率达80%以上。沼气发电技术不但消耗了大量废弃物、保护了环境、减少了温室气体的排放, 而且产生了大量的热能和电能, 符合能源循环利用的理念, 同时也带来巨大的经济和社会效益。

沼气的主要成份有CH4、CO2及少量的H2S、CO、H2、N2、NH3、O2气等。CH4一般占总体积的55%~70%, CO2占总体积的30%~40%, 其它气体含量一般不超过总体积的2%。沼气的成份决定于发酵原料、发酵条件、发酵阶段等多种因素。影响厌氧发酵产生沼气的因素主要有原料配比、厌氧碳氮比、反应温度、p H值等。一般情况下, 原料碳氮比20~30、温度30℃~45℃、p H值6.8~7.5是厌氧发酵反应产沼气的适宜条件。

1 项目概况

沼气发电项目位于辽宁省沈阳市法库县, 项目对奶牛养殖场牲畜粪便进行处理, 并利用其产生的沼气进行发电, 余热资源充分利用, 供给厂区的沼气发生工艺和生活用热水。项目的建成对优化区域能源结构、改善当地环境、发展循环经济、建设节约型社会具有重要意义。

本项目奶牛场饲养规模为50000头奶牛, 牛粪收集半径为5km~10km。根据奶牛粪便排

量相关资料, 平均每头牛每天产粪量为30kg/头·d, 固体物含量18%, 粪便收集率90%, 每吨牛粪料液平均每天产气45m3。

牛粪料液:

产沼气量为:1350×45=60750m3/d;

平均每小时产气量:60750/24=2530m3/h。

通过粪便收集车, 对项目周边范围内的数十个分散式奶牛养殖基地进行粪便收集。将收集的牛粪料液和项目厂区内的生活污水一同混入水解沉砂池, 经过1~3天的水力停留, 去除粪便料液中的杂物, 然后将料液抽入反应罐, 随着发酵反应的进行, 依次经过水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段, 产生的沼气经过生物脱硫塔去除其中的H2S, 达到燃气内燃气发动机燃烧的进气要求。沼气经过干式储气柜进入到燃气发电机组, 输出电力实现上网售电, 同时产生的余热可供厌氧发酵反应和厂区生活用热。在后发酵罐完成最终的厌氧反应产沼气的过程后, 发酵污泥通过固液分离装置得到沼渣和沼液, 可以用于农作物肥料、改善土壤营养结构和制成高附加值的牲畜饲料。

2 技术方案

2.1 能源方案

燃气内燃机发电机以其发电效率高、运行安全稳定、操作灵活便捷等优势, 在近年来的燃气发电领域占到越来越大的市场份额。通过国内外相关产品的对比分析、综合考虑, 采用美国通用GE-Jenbacher JMS420GS-B.L内燃发电机, 单台发电功率1415k W。

项目平均产沼气2530m3/h, J420燃气发电机组进气量为672m3/h, 为保证沼气的充分利用, 结合机组自身的运行方式和特点, 确定利用4台JMS420GS-B.L发电机组并联运行, 总发电功率5660k W。在机组停机或检修的情况下, 利用沼气锅炉产生蒸汽供厂区内的生活生产需要。此外系统还配置火炬, 在沼气燃烧设备不能正常运行时, 将产生的沼气通过点燃的方式进行处理。

在沼气燃烧发生过程中产生大量的余热, 包括沼气燃烧的烟气排放和机组本身散热冷却带出的热量。烟气温度高达400℃以上, 高温循环缸套水温度在90℃以上, 为了充分利用这部分热量, 项目采用余热锅炉、板式换热器和相关泵组等回收装置, 产生蒸汽和热水用于加热沼气厌氧发生罐和为厂区提供生活热水, 提高能源的综合利用率。

2.2 设备配置

在沼气发电能源站内, 设备配置主要包括燃气发电机组、余热蒸汽锅炉、沼气锅炉以及水工循环系统, 各个设备之间通过通信协议和程序进行运行控制和操作管理, 实现整个能源站的供能可靠稳定。表1为沼气发电能源站的主要设备参数表。

2.3 电力运行

国家和地方积极鼓励和倡导可再生能源发电上网, 相继出台了一些指导性政策和激励性措施, 例如《国家电网关于做好分布式能源并网服务工作意见》、《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》、《国家发展改革委员会可再生能源电价附加补助资金说明》和《国家电监会关于可再生能源电价补贴和配额交易方案的通知》等。一方面促进了国家电网的供需平衡, 调整电力产业结构和分配;另一方面通过大力开发利用可再生能源, 建设环境友好型、资源节约型社会, 实现资源环境的可持续发展。

燃气发电机组为0.38k V低压电力输出, 通过升压变压器将输出电压升至10.5k V, 与周边市政电网的电压一致, 同时电力输出的频率、周期、相位、相序等参数要与市政电网完全同期一致, 偏差值在电力部门和相关标准的规定范围内。通过并网同期设备、同期开关断路、同期保护、电能计量等措施, 保证能源站上网售电的安全稳定可靠。依据国家相关的可再生能源发电上网补贴政策, 商议协调政府、财政、电力等部门, 确定最终的上网售电价格为0.6元/k Wh。

3 效益分析

3.1 经济效益

考虑到机组的停机检修和维护保养, 燃气发电机组年运行时间8000小时, 能源站总发电装机容量5660k W, 年沼气发电量4528万k Wh, 按照并网上网电价补贴0.6元/k Wh, 则年发电直接创造经济效益2717万元。此外, 沼气发电能源站充分利用烟气和缸套循环冷却水的余热资源, 年产184℃、1.0MPa蒸汽27200t和60℃热水60230t, 供厂区沼气发生工艺和生活用热水。

3.2 环境效益

沼气是一种清洁可再生的能源, 燃烧后CO2排放量是同样发电量火力电厂CO2排放量的40%, 几乎不产生SO2、粉尘颗粒物等大气污染物。项目年发电和余热综合利用能量, 折合成标准煤22383t, 减少CO2排放量35900t, 减少SO2排放量190t, 减少粉尘排放量224t, 对于区域性大气环境质量改善和保护具有重要作用。

3.3 社会效益

绿色循环生态农牧业是以物质循环和能量转化规律为依据, 以科学技术为支撑, 以经济、生态和社会效益有机统一为目标的良性循环的新型综合系统。根据生态循环再利用、再生产的循环链原理发展农牧业, 不仅可以净化生活氛围, 解决能源环境问题, 而且还可以有效转化利用废弃物, 促进行业的良性循环, 实现社会可持续发展。

参考文献

[1]于海滨.畜禽养殖业沼气发电前景广阔[J].农业工程学报, 2006 (10) :58-61.

[2]王冬梅.利用沼气沼渣发酵生物有机肥[J].中国资源综合利用, 2003 (06) :19-21.

[3]施晨路.能源农场—中国可持续农业新模式[J].可再生能源, 2006:73-75.

[4]马跃峰.沼气技术与新疆绿洲生态农业建设[J].农业环境与发展, 2003 (05) :31-32.

[5]夏训峰.沼气法处理规模化养殖场畜禽粪便优点及问题[J].可再生能源, 2003 (02) :26-28.

生物质沼气篇2

编制单位：北京智博睿投资咨询有限公司

0 本报告是针对行业投资可行性研究咨询服务的专项研究报告，此报告为个性化定制服务报告，我们将根据不同类型及不同行业的项目提出的具体要求，修订报告目录，并在此目录的基础上重新完善行业数据及分析内容，为企业项目立项、申请资金、融资提供全程指引服务。

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关联报告：

年产700万立方米生物天然气项目建议书年产700万立方米生物天然气项目申请报告年产700万立方米生物天然气资金申请报告年产700万立方米生物天然气节能评估报告年产700万立方米生物天然气市场研究报告年产700万立方米生物天然气商业计划书年产700万立方米生物天然气投资价值分析报告年产700万立方米生物天然气投资风险分析报告年产700万立方米生物天然气行业发展预测分析报告

可行性研究报告大纲（具体可根据客户要求进行调整）第一章年产700万立方米生物天然气项目总论

第一节年产700万立方米生物天然气项目概况

1.1.1年产700万立方米生物天然气项目名称

1.1.2年产700万立方米生物天然气项目建设单位

1.1.3年产700万立方米生物天然气项目拟建设地点

1.1.4年产700万立方米生物天然气项目建设内容与规模

1.1.5年产700万立方米生物天然气项目性质

1.1.6年产700万立方米生物天然气项目总投资及资金筹措

1.1.7年产700万立方米生物天然气项目建设期

第二节年产700万立方米生物天然气项目编制依据和原则

1.2.1年产700万立方米生物天然气项目编辑依据

1.2.2年产700万立方米生物天然气项目编制原则

1.3年产700万立方米生物天然气项目主要技术经济指标

1.4年产700万立方米生物天然气项目可行性研究结论第二章年产700万立方米生物天然气项目背景及必要性分析

第一节年产700万立方米生物天然气项目背景

2.1.1年产700万立方米生物天然气项目产品背景

2.1.2年产700万立方米生物天然气项目提出理由

第二节年产700万立方米生物天然气项目必要性

2.2.1年产700万立方米生物天然气项目是国家战略意义的需要

2.2.2年产700万立方米生物天然气项目是企业获得可持续发展、增强市场竞争力的需要

2.2.3年产700万立方米生物天然气项目是当地人民脱贫致富和增加就业的需要

第三章年产700万立方米生物天然气项目市场分析与预测

第一节产品市场现状第二节市场形势分析预测

第三节行业未来发展前景分析

第四章年产700万立方米生物天然气项目建设规模与产品方案

第一节年产700万立方米生物天然气项目建设规模

第二节年产700万立方米生物天然气项目产品方案

第三节年产700万立方米生物天然气项目设计产能及产值预测第五章年产700万立方米生物天然气项目选址及建设条件

第一节年产700万立方米生物天然气项目选址

5.1.1年产700万立方米生物天然气项目建设地点

5.1.2年产700万立方米生物天然气项目用地性质及权属

5.1.3土地现状

5.1.4年产700万立方米生物天然气项目选址意见

第二节年产700万立方米生物天然气项目建设条件分析 5.2.1交通、能源供应条件

5.2.2政策及用工条件

5.2.3施工条件

5.2.4公用设施条件

第三节原材料及燃动力供应 5.3.1原材料

5.3.2燃动力供应

第六章技术方案、设备方案与工程方案

第一节项目技术方案 6.1.1项目工艺设计原则

6.1.2生产工艺

第二节设备方案

6.2.1主要设备选型的原则

6.2.2主要生产设备

6.2.3设备配置方案 6.2.4设备采购方式

第三节工程方案

6.3.1工程设计原则

6.3.2年产700万立方米生物天然气项目主要建、构筑物工程方案

6.3.3建筑功能布局

6.3.4建筑结构

第七章总图运输与公用辅助工程第一节总图布置

7.1.1总平面布置原则

7.1.2总平面布置

7.1.3竖向布置

7.1.4规划用地规模与建设指标

第二节给排水系统

7.2.1给水情况

7.2.2排水情况

第三节供电系统

第四节空调采暖

第五节通风采光系统第六节总图运输

第八章资源利用与节能措施第一节资源利用分析 8.1.1土地资源利用分析

8.1.2水资源利用分析

8.1.3电能源利用分析

第二节能耗指标及分析

第三节节能措施分析 8.3.1土地资源节约措施

8.3.2水资源节约措施

8.3.3电能源节约措施

第九章生态与环境影响分析第一节项目自然环境 9.1.1基本概况

9.1.2气候特点

9.1.3矿产资源

第二节社会环境现状 9.2.1行政划区及人口构成9.2.2经济建设

第三节项目主要污染物及污染源分析

9.3.1施工期

9.3.2使用期

第四节拟采取的环境保护标准

9.4.1国家环保法律法规

9.4.2地方环保法律法规 9.4.3技术规范

第五节环境保护措施 9.5.1施工期污染减缓措施

9.5.2使用期污染减缓措施

9.5.3其它污染控制和环境管理措施

第六节环境影响结论

第十章年产700万立方米生物天然气项目劳动安全卫生及消防

第一节劳动保护与安全卫生 10.1.1安全防护

10.1.2劳动保护

10.1.3安全卫生

第二节消防

10.2.1建筑防火设计依据

10.2.2总面积布置与建筑消防设计

10.2.3消防给水及灭火设备

10.2.4消防电气

第三节地震安全

第十一章组织机构与人力资源配置第一节组织机构

11.1.1组织机构设置因素分析

11.1.2项目组织管理模式 11.1.3组织机构图

第二节人员配置

11.2.1人力资源配置因素分析

11.2.2生产班制

11.2.3劳动定员

表11-1劳动定员一览表

11.2.4职工工资及福利成本分析

表11-2工资及福利估算表

第三节人员来源与培训

第十二章年产700万立方米生物天然气项目招投标方式及内容

第十三章年产700万立方米生物天然气项目实施进度方案

第一节年产700万立方米生物天然气项目工程总进度

第二节年产700万立方米生物天然气项目实施进度表

第十四章投资估算与资金筹措

第一节投资估算依据

第二节年产700万立方米生物天然气项目总投资估算

表14-1年产700万立方米生物天然气项目总投资估算表单位：万元

第三节建设投资估算

表14-2建设投资估算表单位：万元第四节基础建设投资估算表14-3基建总投资估算表单位：万元

第五节设备投资估算

表14-4设备总投资估算单位：万元第六节流动资金估算

表14-5计算期内流动资金估算表单位：万元

第七节资金筹措

第八节资产形成第十五章财务分析

第一节基础数据与参数选取

第二节营业收入、经营税金及附加估算

表15-1营业收入、营业税金及附加估算表单位：万元第三节总成本费用估算

表15-2总成本费用估算表单位：万元

第四节利润、利润分配及纳税总额预测

表15-3利润、利润分配及纳税总额估算表单位：万元第五节现金流量预测

表15-4现金流量表单位:万元

第六节赢利能力分析 15.6.1动态盈利能力分析

16.6.2静态盈利能力分析

第七节盈亏平衡分析第八节财务评价

表15-5财务指标汇总表

第十六章年产700万立方米生物天然气项目风险分析

第一节风险影响因素 16.1.1可能面临的风险因素

16.1.2主要风险因素识别

第二节风险影响程度及规避措施

16.2.1风险影响程度评价

16.2.2风险规避措施

第十七章结论与建议

第一节年产700万立方米生物天然气项目结论

生物质沼气篇3

随着农村沼气建设的快速推进,以沼气池为纽带的生态家园富民工程逐渐成为促进农民增收,改善生产生活条件和社会主义新农村建设的重要内容。截止到2009年,辉南县共建设“四位一体”和“一池三改”户用沼气池5000多户。沼气的建设对增加农民收入、巩固退耕还林成果,保护植被起到了非常重要的作用,但是沼气后续管理服务的工作严重滞后,给沼气的健康发展带来了一定的障碍。因此建立一个专业的后续管理服务体系,为沼气户提供全方位、专业化的管护服务是沼气建设健康发展的根本措施。

1.沼气物业服务体系建设的总体思路

坚持以政府引导、支持,市场化运作、专业化服务、物业化管理的总体思路,以建设队伍、健全网络、落实待遇、完善机制为重点,先期实行政府引导、效益吸引、项目先行等措施,建立一个县级服务站,并逐步在全县每200个项目户建立一个独立经营的农村沼气物业化管理服务点。

2.沼气物业服务体系建设组织形式

2.1 县级服务站建设组织形式

在全县建立一个县级沼气服务站,与县农环站签订服务委托书,承担全县沼气及农村能源建设工程物业管理与服务,并接受县农环站的业务培训、指导和监督。县级服务站的服务范围是:指导村级服务网点的工作;采购沼气及农村能源建设设施配件;审查聘用村级服务点管护员;调查掌握全县沼气及农村能源建设项目实施后的管理、维护情况,总结管护维修经验,探索管护维修途径和方式;对各村级的服务点工作情况和服务质量进行监督管理;对村级服务点的管护员进行沼气安全使用注意事项等方面的培训,做好农村能源行业技术的宣传、培训与推广工作;及时向业务主管部门汇报全县沼气及农村能源项目建后管理维护和使用情况;组织实施能源部门有关农村能源设施管护维修服务技术规范和管理办法。

2.2乡村服务网点建设组织形式

按照每200个沼气农户建立一个乡村级服务网点的原则,根据全县沼气建设户数,逐步建立乡村服务网络。根据辉南县实际情况,初步计划在全县建立30个以上服务网点,可采取两步到位的办法:第一步先在全县将具备条件、有积极性的乡村先搞起来,再带动其它项目村;第二步在发展起来的服务网点上总结经验,逐步完善,全部完成服务网络建设。

乡村服务网点作为全县沼气及农村能源建设服务网络的最基层组织,业务工作由县级服务站管理,接受村委会监督。每个服务网点至少配备一名经过技术培训或具备管理维护能力的人员作为本服务点沼气及农村能源设施维护人员。服务网点的服务范围是:负责向本服务网点农户提供沼气及能源设施维修配件,严把沼气配件质量关;负责和指导本服务网点农户对沼气及农村能源设施进行日常管护和维修,确保沼气池长期正常、安全使用;推广沼气、沼渣、沼液综合利用技术;宣传农村能源政策法规;总结农户先进管理经验建立健全沼气农户的沼气池建设、使用和维修服务档案;向县级服务站汇报工作情况;发展其它乡镇成立沼气服务体系,从而带动全县沼气服务体系的建设;推广使用其他清洁能源。

3.沼气服务站、点从业人员条件

沼气物业工作人员应从经过专业培训、持有国家颁发的职业资格证书的沼气工作者中择优选拔,并实行合同管理。要求身体健康,热爱沼气及农村能源事业,热心为农户服务,熟练掌握沼气及农村能源建设项目配套系统的使用、安装、维护、故障排除及相关知识。

4.沼气服务站、点的服务要求

按照服务周到、农户满意的原则,服务站、网点要对外公开服务电话,接到用户求助电话后及时进行故障排除;公布用户投诉电话,建立畅通的用户投诉渠道,保证服务承诺落到实处;建立沼气及农村能源建设项目零配件服务部,向农户提供质优、价廉的沼气配件产品。

5.沼气服务站、点的服务内容

指导农户科学管理、安全使用沼气池及农村能源设施;向农户传授沼气、沼渣、沼液综合利用技术;向农户提供相关的科学种植、养殖技术咨询;更换沼气管路零部件、脱硫剂的再生及沼气池和农村能源设施的维护;沼气池进、出料服务;对建池户进行安全使用注意事项及沼气池安全越冬等方面的培训;为建沼气池农户提供建池技术服务及配件产品供应。

6.沼气服务站、点运行管理

6.1 资金来源

沼气及农村能源建设基层服务体系建设启动资金应采取能源主管部门和技术员相结合的方式进行筹措,政府以适当资金进行扶持,以服务站、网点的技术人员个人投资为主,形成独立经营、自负盈亏的良性发展体系。

6.2 服务费用构成

村级服务人员工资应采取“政府财政拿一点、乡镇统筹一点、村上补一点、会费交一点、服务收一点”的方式,并制定严格的考核管理办法,确保服务质量和应聘人员年工资不低于3000元的标准,有效地提高项目户的利用效益。

对建池户交纳的物业管理服务费,沼气池建成产气后,物业服务站、网点与自愿加入沼气物业管理服务的农户签订服务合同,双方按照服务合同规定履行职责。物业服务站、网点负责沼气池的日常管理、维护,保证用户正常使用,自愿加入沼气物业管理的农户需交纳一定的管理服务费。

6.3 服务站、点的管理

沼气及农村能源建设物业服务站、网点必须设立服务费台账,集中保管,任何单位和个人都不能挤占、挪用农户缴纳的沼气及农村能源建设项目服务费用。县级服务站每半年要向省农环站书面报告资金的管理使用情况,同时报县农环站备案。县农环站组织人员定期检查,确保服务站、网点和物业工服务到位、资金管理使用安全。享受国债资金补助的项目户,要全部加入沼气物业服务体系管理,并交纳管理服务费。对非项目建池户,要坚持建、管分离原则,通过宣传动员,让农户自愿加入沼气物业服务体系。

7.沼气服务站、点保障措施

7.1主管部门要加大支持和扶持力度

要一手抓沼气池建设,一手抓服务体系建设,确保沼气池建设率达到100%,使用率达100%,并使沼气、沼渣、沼液得到充分利用,发挥沼气建设的最大效益。

7.2坚持农户自愿,合同管理

服务期限可为5～10年,服务费用可一次交清,也可根据情况适时结算。起步期间,县农环站人员可临时兼职物业服务站站长,运行规范后实行分离,服务站逐步向独立的服务实体发展。积极支持以股份制、合作承包、个体承包等多种机制介入沼气物业服务体系建设,并成为服务主体。

7.3 加大物业服务体系的协调力度,强化宣传和引导工作

要制定统一的收费标准、服务内容和服务标准,并监督物业站、网点的服务质量、收费定额、服务承诺的落实。要出台扶持政策,既保护沼气用户利益,也保护物业站、网点的利益。物业站、网点要强化服务意识,拓宽服务范围,保证服务质量。在沼气国债项目村中选择条件成熟的村建立服务点。

7.4 建立考核、评比制度

沼气生物脱硫工艺及菌种鉴定篇4

1 试验部分

1.1 试验装置

1.2 分析方法

H2S浓度:硫化氢气体检测管;S2-浓度:电位滴定法;p H值:p Hs-25型p H计;气体流量:玻璃转子流量计LZB-4;液体流量:玻璃转子流量计LZB-10;SO42-:铬酸钡光度法, DO:碘量法。

1.3 菌种的筛选培养与挂膜

将污泥上清液接种于液体培养基进行增殖培养, 菌斑生成后, 挑入新鲜培养液继续纯化, 液固交替分离几次, 最后将纯化菌种斜面划线培养并保存, 以备分子鉴定和反应器使用。将纯化的功能微生物扩大培养后投入到反应器滤料中浸泡接种, 运行反应器直到滤料孔隙上生物膜形成后, 启动试验。

1.4 菌株的形态特征观察及生理生化特性测定

用革兰染色法对菌落进行染色后使用显微镜对菌体形态和特征进行观察。

1.5 温度、p H和H2S进口浓度对菌株脱硫的影响

分别考察当H2S进口浓度为1500~3500 mg·m-3, 温度为10、20、35、40、50℃, p H为2、3、4、5、6、7条件下的生物脱硫效果。

1.6 16S r DNA序列鉴定

16S r RNA扩增引物:5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′和5′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3′。

2 结果与讨论

2.1 最适循环液p H值

由图2可知, p H 6.5时, H2S可完全去除, 随着反应的进行, 滴滤塔循环液p H逐渐降低, 这可能是因为微生物消化H2S产生的硫酸盐与水生成了H2SO4, 以及H2S微溶于水生成的HS-造成溶液环境p H的下降, H2S的去除率随着p H的降低而下降, 然而当p H下降到3时, H2S去除率上升。p H 2时, H2S去除率达到98%。在p H 4时, H2S去除率处于最低点, 原因可能是因为此处属于嗜中性和嗜酸性细菌最适p H范围外, 两类细菌均不处于最佳活性, 所以造成H2S去除率有所降低。

2.2 最适水浴温度

由图3中可知滴滤塔中的微生物在35℃下对H2S的去除率最高, 原因是此温度下微生物体内酶活性最高, 单位酶所需的底物量H2S最多, 故对H2S去除效果最好。10℃时微生物的酶活性由于温度较低未完全活化, 故对H2S的吸收摄取率较低, 而在40℃和50℃时已经超过了滴滤塔中微生物的最适酶活性, 造成一部分酶活性下降或失活, 也就降低了对H2S的去除率。

2.3 循环液喷淋量对H2S去除率的影响

由图4可知, 当H2S气体入口浓度C2=2500 mg/m3, C3=3500 mg/m3时, H2S达到完全去除时的液体循环喷淋量分别为40L/h和50L/h。由此可见, 随着气体入口浓度的增加, 所需循环液的流量也在增加。但液体循环量也不能过大, 因为水流过大会冲击滤料表面, 造成菌体的流失, 需要的能耗和费用也随之加大, 并且过多的液体也会减少H2S和微生物的有效接触, 单位体积液体所覆盖的H2S含量降低, 减少了微生物对H2S的有效利用, 也就造成了微生物对H2S去除率的下降。

2.4 气体流量对H2S去除率的影响

使液体循环喷淋量稳定在40L/h, 调整气体流量在35 L/h~85L/h, 由图5可知, 当H2S入口浓度为C1=1000 mg/m3, 气体流量在35L/h~55L/h时, 微生物对H2S的去除率可以保持在100%, 当气体流量调整为55L/h以上时, H2S去除率有所降低。虽然气体流量加大有利于气相进入液相的传质过程, 但是随着气体流量的逐步加大, 每立方米体积的微生物所承受的H2S负荷量也随之增大, 当超过微生物所能承受的负荷时, 就导致了去除率的降低。当H2S入口浓度C2=2000 mg/m3、C3=3000 mg/m3时, 所对应的最适气体流量分别为45L/h和35L/h。

2.5 菌株CTD843-T-3的分子发育树构建

分离筛选到1株革兰阴性菌, 暂命名为CTD843-T-3, 采用16S r RNA构建分子发育树, 对其菌属进行分析。通过对构建的16S r DNA发育树 (图5) 分析, 发现CTD843-T-3与假单胞菌属 (Pseudomonas sp.) 同源性为99%, 可初步认为分离的菌株归于假单胞菌属。

3 结论

(1) 当循环液p H在2.0~7.0之间时, H2S都有较高的去除率, 考虑到溶液在强酸条件下会对仪器设备产生腐蚀作用, 造成一定损失, 溶液最适p H为4~6.5。

(2) 滴滤塔中环境温度为30℃时, 微生物处于最佳活性状态, H2S的去除率最高。

(3) 当H2S气体入口浓度C1=1500 mg/m3、C2=2500 mg/m3、C3=3500mg/m3时, 所对应的H2S达到完全去除时所需液体循环喷淋量分别为20L/h、40 L/h、50 L/h, 所需气体流量分别为35~55L/h、45L/h、55L/h, 最高负荷率为7.1 g/ (m3·h) 。

(4) 从污水处理活性污泥中分离到1株革兰阴性细菌CTD843-T-3, 通过16S r DNA序列分子发育树构建分析得出其属于假单胞菌属。

参考文献

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沼气产业体系构建篇5

关键词：沼气；产业体系；保障措施；关联产业

中图分类号： S216.4；F323.214 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）03-0435-03

近年来，随着“生态家园富民工程计划” “农村沼气建设国债项目” “绿色能源示范县建设”等项目的实施，我国农村户用沼气工程快速发展。笔者对四川省绵阳市农村600户沼气用户进行问卷调查，回收512份有效问卷，现将具体情况总结如下。

1 我国沼气产业存在的问题

1.1 沼气工程及设备情况

78%的农户认为沼气池建设施工在一般规范及以上，说明沼气池建设施工规范程度比较高；56.7%的农户认为沼气工程设施配套一般，说明农户对沼气工程配套设施不是很满意；59.3%的农户认为获取沼气配件困难，表明沼气配件供应商少、售卖点少；60.7%的农户认为可以选择的沼气相关设备品牌只有1种，表明沼气设备品牌单一。75.2%的农户认为沼气设备维修比较方便；42.8%的农户认为农户周边有沼气技术服务站；423%的农户认为有沼气技术服务人员上门服务；50.4%的农户认为现在的沼气技术服务是免费的；61.4%的农户认为沼气安装建设人员没有国家职业资格证或者是只有少数几个合格人员。农户主要将沼气用于做饭、照明、取暖、沼气灯引诱虫子4个方面，其比例分别占75.98%、58.00%、21.68%、30.10%；也有极少数农户将沼气用在水果保鲜、贮藏粮食、烧烤农副产品、孵化幼禽、为畜舍增温等方面，但所占比例不高。农户对沼液与沼渣的使用包括以肥料的方式用于种植业或者以饲料的方式用于养鱼业，只有38%的农户直接排放沼液沼渣，表明沼液沼渣直接排放对农村环境造成二次污染的程度很小。调查表明，沼气发酵原料主要包括畜禽粪便、生活污水，分别占85.35%、31.64%。只有12%的农户很清楚沼气相关政策，6.2%的农户比较了解，56%的农户一般了解。

1.2 沼气产业存在问题成因分析

调查结果表明，沼气产业发展水平并没有随着沼气工程数量的增加而提高，致使各类沼气池运行效果一般，经济效益、能源效益、社会效益、环保效益没有得到充分体现。沼气产业发展主要存在3个问题：第一，户用小沼气主要用于农户炊事，大中型沼气工程主要用于规模化畜禽养殖，受养殖数量、规模、地域限制，很难形成产业化；第二，我国沼气产业发展缺乏政府的系统化政策支持。目前政府政策支持集中在沼气工程初始投资方面，沼气后续利用、沼气发酵原料补贴、沼气价格补贴以及税收减免等缺乏配套政策支持，无法吸引社会资本进入沼气行业，难以实现沼气产业可持续发展；第三，沼气相关设备设计、生产、售后发展不完善，难以支持沼气产业化发展。沼气产业发展涉及到农业、能源业、环保业、农产品加工业等多个产业，且各产业之间跨度较大，增加了产业之间协调难度。要使沼气产业实现可持续发展，应当明确沼气产业所涉及的關联产业以及各产业所处的地位与层次。

2 沼气产业及关联产业

2.1 沼气产业

沼气产业是参与或者辅助沼气产品生产的企业集合。各企业将生产要素进行多元化组合、多层次运用，实现沼气产品的标准化与规模化生产、企业化经营、专业化服务[1-2]。

2.2 沼气关联产业

沼气关联产业是指与沼气产业相关的产业，如种植业、养殖业、加工业、制造业、建筑业等[2]。沼气关联产业包含多种关联关系，纵向关联表示沼气产业内部关联关系，横向关联代表沼气产业与其他产业之间的关系，产业之间的关联关系可以表现为直接关联、间接关联、单向关联、多向循环关联[3]。

3 沼气产业体系构建原则

3.1 突出沼气产业特殊性原则

构建沼气产业体系过程中要遵循产业发展的一般性原则，同时更要考虑沼气产业的特殊性，将两者有机结合起来。沼气产业的特征性包括以下2个方面：第一，由于产业技术水平、能源消费结构、国民生活习惯、国家发展水平等原因，目前我国沼气产业主要靠政府政策支持，处于相对微利的境况，并没有完全按照市场规律来运作。第二，我国沼气产业不存在工业领域的模块化发展趋势，导致沼气产品的产业链条长度较短。在构建沼气产业体系过程中，要以现代产业理论为准绳，充分考虑当前我国沼气产业的特殊性，构建既符合沼气产业发展一般规律，又适合沼气产业发展特殊规律的中国沼气产业体系。

3.2 市场调节与宏观调控有机结合的原则

1个产业要同时面对国内与国外2个竞争市场，其产业体系构建必须将市场调节与政府宏观调控有机结合起来，才能充分发挥产业体系在市场中的竞争力。政府可以采用经济、法律及相关政策等手段对沼气产业体系建设进行调节，从而加快推进沼气产业化进程；同时按照市场经济的内在要求，发挥市场机制的作用，由市场引导沼气产业体系的利益相关者进行生产、销售活动。换言之，就是市场失灵的时候，政府就发挥其调节作用；市场能有效配制资源时，就让市场机制发挥其功能[4]。

3.3 坚持各产业之间的关联原则

沼气产业体系强调的是该体系中各产业与沼气产业之间的经济技术联系。

3.4 产业的动态性原则

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沼气产业体系是客观存在的，有其自身的客观规律，不以人们的主观意志为转移，但体系中产业构成以及内部结构状况因受到经济社会发展综合因素以及产业发展程度的影响而有所不同[5]。

4 沼气产业体系构建

沼气产业化发展与各产业之间的联系首先表现为沼气产前部门制造业与建筑业涉入沼气产业，种植业、养殖业、垃圾回收业等也涉入沼气产业；在沼气产后部门，沼气发电并入电力系统，民用沼气经过提纯并入天然气管网作为民用燃料，车用沼气经过提纯作为车用燃料。其次，沼气相关产品及工业加工性沼气产品经过运输、储藏、销售等环节提供给消费者，实现沼气产品商业化。再次，沼气产业的健康、稳定、可持续发展离不开政府政策与资金支持，离不开市场、科学技术、教育文化、信息传播。

4.1 沼气关联产业选择标准

沼气关联产业选择是在确定主要沼气产业基础之上，按照规定的关联标准、遵循关联产业原则、依据产业之间的关联方式及类型，从国民经济行业中挑选相关产业。沼气关联产业选择主要遵循以下3个标准：（1）与沼气产业具有前向或后向关联关系的产业；（2）与沼气产业具有间接关联关系的产业；（3）为沼气产业提供资金、技术、信息、服务的部门或行业[6]。

4.2 沼气产业及沼气关联产业体系构成

4.2.1 沼气工程建筑业

沼气工程建筑业包括沼气工程土建施工、沼气工程设备安装、工程调试，如户用沼气工程、大中型沼气工程建设、安装与工程调试等。

4.2.2 沼气设备制造业

沼气工程设备制造业是指生产沼气发酵装置的企业。主要包括2类：一类是生产沼气反应器，也就是生产各类沼气发酵池的企业，如生产水泥砖混沼气池、水泥现浇沼气池、水泥预制大板沼气池、玻璃钢沼气池、塑料沼气池（软体袋式）、塑料沼气池（硬体）、复合材料沼气池等企业；另一类是大中型沼气工程建设关键设施生产企业，如生产发酵装置、净化设备与贮气设备的企业，主要产品包括压力表、脱硫器、汽水分离器、净化调控器。沼气、沼肥（沼液、沼渣）利用设备制造业是指生产利用沼气设备及附属产品的企业，如生产沼气灶、沼气灯、沼气热水器、沼气饭煲、沼气锅炉、沼气发电相关设备、沼气提纯相关设备、沼气输送产品（沼气输送管材、管件、开头等）以及沼肥生产设备（如固液分离机、有机肥发酵装置）等。沼气服务体系建设设备制造业是指生产沼气池故障检测、沼气池进出料、沼气服务工具相关产品的企业，如生产沼气成分检测仪、沼气池酸碱度检测仪、各类沼气池进出料设备、维修工具箱、秸秆粉碎机、空气压缩机、防爆灯、安全服的企业。

4.2.3 沼气发酵原料供应业

沼气发酵原料业是指为沼气产业提供发酵原料的行业。这些行业主要包括以下几个行业：（1）种植业。这里的种植业指粮食种植、蔬菜种植、果树种植。为沼气产业提供的发酵原料主要包括2类：一类是农作物秸秆、腐烂果实、蔬菜下脚料、粮食、藻类以及植物加工残余物或者废弃物等，另一类是专门用于沼气发酵的植物。（2）养殖业。主要是指家畜养殖业。（3）垃圾回收业。主要是指城市垃圾经过分类后可以作为沼气发酵原料的有机物，如餐厨垃圾、瓜果皮等。（4）市政污水处理业。主要包括生活污水、人的粪便、工业污水等。（5）能源环保业。

4.2.4 沼气、沼液、沼渣加工利用业

沼气电力行业指为沼气转化为电能提供各种设施、设备、服务的产业，如沼气发电设备企业、电网建设与运营服务企业。民用沼气业是指生产沼气供居民日常生活所需的各种设备、服务的产业，如为农村、城市居民集中供气设备、服务的企业。车用沼气业指将沼气转化为生物燃料供汽车使用过程中所涉及的企业集合，如生产汽车燃气净化设备的企业、生产沼气运输车的企业、生产加气设备的企业、修建加气站的企业以及为车用沼气业提供相关服务的企业。化工原料业，包括用沼气生产工业气体（CH4、CO2）企业以及用沼气生产合成气体（CO+H2）的企业[7]。

4.2.5 沼气产业发展的支撑产业[8]

沼气支撑产业指为沼气产品生产、加工、销售、使用等提供技术、金融、保险、管理以及服务支持的产业，如科研、咨询、可行性研究、初步设计、施工图设计、运营管理、服务等。科技研发业如发酵反应器的研究、沼液沼渣利用技术研究、发酵制剂研究、施工图设计、可行性研究等。教育培训与鉴定业如高校相关专业设置、相关职业技能、技术推广、相关设备与沼气工程鉴定等。金融业与保险业包括银行、保险、基金等相关行业。管理服务业包括以政府为主导的管理服务体系建设以及以企业为主导的产业化自我管理服务体系等，如沼气安全使用宣传、沼气池修善维护、沼气设备售后指导与维修等。

4.3 沼气产业体系的结构

根据前述构建的沼气产业及沼气关联产业体系，按轻重不同把沼气产业划分为3个层次：核心层、纽带支持层、外围层。沼气产业体系具体结构如图1所示。第1层由沼气燃气业、沼气电力业、沼气化工业、沼肥业、沼气工程与安装业等5个主要沼气产业构成。第2层由沼气科研、管理与服务机构构成，为沼气产业发展提供技术、咨询、管理、资金、服务等方面的支持。第3层由沼气种植业、沼气养殖业、沼气设备制造业、垃圾回收业、污水处理业、节能环保业构成。

[FK（W23][TPHZL1.tif]

5 促进沼气产业体系完善的保障措施

本研究构建了沼气及沼气关联产业体系，体系中的核心层是沼气产业发展的重心，纽带支持层为沼气产业做大做强提供支撑，外围层则是沼气产业能否健康、持续发展的关键。

5.1 注重沼气产业与其关联产业的协调发展

没有其相关产业发展的支持，沼气产业无法或者不能顺利进行产业化。在各级政府的支持下，目前我国沼气工程建设、安装与设计等相关的沼气产业发展已经基本成熟。其他一些主导产业（如沼气电力行业、车用沼气业、民用燃气业、沼气化工业等）以及支撑产业还未发展或者未发展成熟。沼气产业要想进一步取得突破性进展，需要沼气产业与各关联产业之间协调平衡共同发展。

5.2 顾全大局的整体规划与地区特殊性规划相结合

制定兼顾全局与长远利益的系统规划是沼气产业顺利发展的前提。在充分考虑其产业关联性前提下，充分发挥各部门（发改委、财政部门、科技部门、农业部门、林业部门、市政部门、法律部门等）的协调作用，从整体上做好沼气产业发展的宏观规划[8-9]。

5.3 制定切实可行的沼气补贴政策与管理办法

目前，我国沼气产业发展的相关补贴政策仍停留在沼气工程建设层面，外部性补贴政策、鼓励企业进入沼气产业的税收减免政策等还处于空白。应该尽快理顺沼气产业及相关产业的关系，完善管理辦法、补贴办法、资金配套标准，制定有利的沼气补贴政策，激励民间资本进入沼气产业。

5.4 完善相关法律法规与制度

完善沼气产业发展相关的沼气价格体系、市场机制，制定相关法律法规，促进沼气产业化健康、稳定、持续发展。

参考文献：

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生物质沼气篇6

关键词：沼气,牛粪,秸秆,干物质,厌氧发酵

0 引言

厌氧发酵产沼气是在厌氧条件下利用厌氧微生物分解有机物产生甲烷和二氧化碳的过程[1]。由于厌氧发酵产生的沼气属于生物质能源,可减少燃烧化石燃料导致的温室气体排放,因此在当前能源紧张的环境下,厌氧产甲烷技术具有极大的环境效益和生态效益[2]。

我国是农业大国,每年生产出大量粮食和畜禽产品的同时,也会产生大量的农作物秸秆和畜禽粪便[3]。近年来,由于农业生产方式和农村生活方式的转变,大量秸秆和畜禽粪便被废弃在田间地头或河渠沟畔[4]。将畜禽粪便和秸秆进行厌氧发酵产生沼气,在解决环境污染的同时,也可以回收利用生物质资源[5,6]。农作物秸秆含碳量高,单一秸秆作为发酵原料时产生的高浓度挥发性脂肪酸(VFA)对甲烷菌的活性会产生抑制作用[7,8]。与秸秆不同,畜禽粪便中蛋白质等含氮物质较多,这些含氮物质分解后产生的NH4+-N对VFA所造成的pH下降具有缓冲作用[9,10];另一方面,与粪便单一发酵相比,粪便秸秆混合发酵具有更高的产气量[11]。

根据干物质浓度的不同,厌氧发酵可以分为湿式发酵和干式发酵。湿式发酵的干物质浓度一般小于10%,发酵原料易于水解,底物扩散和传质速率快,容易被微生物利用,因此湿式发酵生化反应速率较快,且产气稳定。干式发酵的干物质浓度大于10%,其有机负荷率也较高,可以高达10kg/m3·d,远高于湿式发酵的2~4kg/m3·d[12]。与湿式发酵相比,干式发酵装置容积较小,投资费用较低。

目前已有学者对发酵温度、原料配比、接种物的种类和数量等研究较多,对干物质浓度的研究尚不多见。因此,本文研究了不同干物质浓度条件下牛粪和秸秆混合发酵产沼气的效果,分析发酵渗滤液性质和发酵产沼气效果的关系,考察其有机负荷率和池容产气率,以期找到合适的发酵干物质浓度,为实际工业应用提供参考资料。

1 材料和方法

1.1 实验材料

所用的发酵原料为秸秆和牛粪。牛粪来源于天津市西青区某大型奶牛场,为风干样并含有较多的纤维,颜色呈棕褐色,味微臭,牛粪颗粒大小不等,将其粉碎为小于5mm的颗粒备用。秸秆来源于天津农学院玉米实验田,玉米收获后秸秆已在试验田风干半年。实验前,将秸秆剪为长度为3~5cm的小段,放入FW80型粉碎机中粉碎备用,粉碎后的秸秆呈纤维丝状。接种污泥为本实验室自行培养驯化的活性污泥,颜色呈黑褐色,含水量为97.5%。发酵原料和接种污泥的性质如表1所示。

1.2 实验装置和方法

实验装置由发酵瓶、集水瓶、集气瓶和气、水管路组成,如图1所示。发酵瓶容积为500mL,其顶部由橡胶塞密封,在橡胶塞上钻孔并插入塑料管,以收集发酵产生的沼气;发酵瓶侧面上部设有取样口,以收集发酵产生的渗滤液;发酵瓶密封,以保证厌氧条件。

1.发酵瓶 2.集气瓶 3.集水瓶 4.排水管5.集气管 6.橡胶密封塞 7.液体取样口

首先,将牛粪、秸秆和接种污泥装入发酵瓶中,牛粪和秸秆的比例为3:1(质量比),使发酵原料的C/N=25~30;接种污泥的添加量都是50.0mL,同时分别加入不同数量的自来水,使发酵原料的干物质浓度分别为20%,15%,10%,5%和2.5%,具体物料装填数据见表2。采用中温条件进行发酵,将发酵瓶置于(36±1)℃的恒温水浴中,以保持中温条件。

1.3 分析指标和方法

分析测试指标包括沼气产生量,发酵温度T,粪便和秸秆的TN,TC ,TS和VS,发酵渗滤液的pH 、碱度、NH4+-N和VFA。沼气产生量采用排水法进行测定,通过记录每天排出饱和食盐水的数量来确定产生的沼气体积,并记录水浴温度和室温。每周测定1次渗滤液的VFA,NH4+-N,碱度和pH。TN采用凯式定氮法测定,TC用重铬酸钾-稀释热法,测定TS与VS采用烘干法和灼烧法测定;碱度采用酸碱滴定法测定,VFA和NH4+-N采用蒸馏法测定,其他指标都采用文献中的标准方法进行测定[13,14]。

2 结果和讨论

2.1 日产沼气量

5种干物质浓度条件下的日产气量变化如图2所示。由图2可见,发酵实验进行了80d,可以分为两个阶段:前30d为第1阶段,30d后为第2阶段。在第1阶段中,5种干物质浓度条件下日产沼气量均较高,因此将第1阶段称为产气高峰期。其中,干物质浓度为20%条件下最高日产气量达到840mL(14d),15%和20%也多次出现日产沼气量超过400mL的情况。在第2阶段,日产沼气量明显下降,一般小于50mL。

由图2还可以看出:在20%,15%和10%等3种干物质浓度条件下,日产沼气量波动远高于5%和2.5%条件。其中,20%条件下日产沼气量在0~840mL之间变化,而5%和2.5%日产沼气量的变化范围分别为0~178mL和0~81mL。与其他文献相似[15],干物质浓度增大时,发酵装置的产气量不稳定,体现在日产沼气量波动和变化范围大。

2.2 累积沼气产量

和上述的日产沼气量相对应,5种干物质浓度条件下的累积产气量如图3所示。由图3可见,随着时间的增加,累积沼气产量逐渐增多。实验结束时(80d),5种干物质浓度条件下的累积沼气产量分别为2693,1532,5826,2874,1726mL。90%累积产气量最多,其次为95%和80%,85%和97.5%最低。与日产沼气量相似,在第1阶段产气量较多。第1阶段结束时,5种干物质浓度条件下的累积产气量分别为2625,1265,4710,2400,1348mL,分别占到总产气量的97.5%,82.6%,80.8%,83.5%,78.1%。

不同干物质浓度条件下,发酵原料在反应器中的停留时间是不同的。干物质浓度越高,特别是含有较多数量的秸秆时,为了取得较好的发酵效果,固体停留时间越长[16]。从本实验可以看出,发酵前30d为产气高峰期,30d后产气量大大降低,因此即使是干物质浓度较高的干式发酵,发酵时间也不宜超过30d。

2.3 渗滤液成分

5种干物质浓度条件下渗滤液中,pH、碱度、NH4+-N和VFA的变化分别如图4、图5、图6和图7所示。

由图4可见,5种干物质浓度条件下发酵渗滤液中,pH基本上保持稳定在中性范围内(6.5~8.5);与发酵初期相比,发酵后期5种干物质浓度条件下渗滤液中,pH均稍有上升。

由图5可见,与pH相似,每种干物质浓度条件下的渗滤液碱度基本保持稳定,但不同浓度之间碱度差别较大。20%和15%条件下,渗滤液的碱度平均值分别为11882mg/L(CaCO3计,下同)和10391mg/L;而2.5%和5%条件下,碱度的平均值分别只有3509mg/L和5231mg/L,10%的碱度处于中间水平,其平均值为7861mg/L。

由图6可知,不同于pH和碱度,渗滤液中NH4+-N浓度波动较大。5种干物质浓度条件下,最小的NH4+-N浓度为128.8 mg/L(2.5%),最大值达到700 mg/L(10%)。从图6中还可以看出:干物质浓度越高,NH4+-N浓度也越大;20%条件下NH4+-N浓度平均为489.7 mg/L;而2.5%条件下的NH4+-N浓度的平均值只有128.8 mg/L。

由图7可知,不同于pH、碱度和NH4+-N,渗滤液中VFA浓度呈现出先升高后下降的趋势。在发酵的第1阶段(前30d),5种干物质浓度条件下的VFA浓度都较高,20%,15%,10%,5%和2.%5条件下的VFA浓度最大值分别达到8845.2(乙酸计,下同),7711.2,6917.4,7597.8,7938.0mg/L。30d后,5种干物质浓度条件下渗滤液中VFA浓度均开始下降,一般小于50mg/L。

一般来说,在发酵初期,随着发酵原料中易降解有机物的快速分解,发酵渗滤液中VFA浓度会较高,造成pH值下降[17]。本实验中,发酵前30d内5种条件下渗滤液中VFA浓度均超过2480mg/L;但同时由于原料中蛋白质等碱性物质分解会产生的NH4+-N以及渗滤液中碱度的存在,渗滤液pH下降不明显;此后,随着VFA的不断降解,渗滤液的pH稍有上升,基本保持在中性偏碱性的范围。

2.4 有机负荷率和容积产气率

有机负荷率(单位kg/m3·d)是指单位反应器容积单位时间装填的干物质质量。在同样的发酵时间和装填数量条件下,高有机负荷率所需要的反应器体积更小,因此可以减少工程投资费用。有机负荷率还与发酵时间有关。本实验中,如以第1阶段时间(30d)为基准,则20%,15%,10%,5%和2.5%等5种干物质浓度条件下的有机负荷率分别为6.667,5.0,3.333,1.667,0.833kg/m3·d。由此可见,由于在干物质浓度较高时,单位容积反应器中可以装填更好的发酵原料,因此干式发酵的有机负荷率要高于湿式发酵。

池容产气率(单位m3/m3·d)是指示发酵装置容积利用效率的指标。据文献[18]报道,户用沼气池的池容产气率为0.132m3/m3·d。本实验中,20%,15%,10%,5%和2.5%等5种干物质浓度条件下的池容产气率(以30d的产气量计算)分别为0.173,0.100,0.313 ,0.160和0.090m3/m3·d;10%条件下的池容产气率(0.313 m3/m3·d)远高于互用沼气池,因此10%的干物质浓度是合适的发酵浓度。

3 结论

1)20%,15%,10%,5%和2.5%等5种干物质浓度条件下,发酵前30 d为产气高峰期,产气量占到总产气量的78.1%~97.5%。

2)前30 d发酵渗滤液中的VFA浓度较高。干物质浓度增加时,产气量波动增大,渗滤液中碱度和NH4+-N浓度升高,发酵装置的有机负荷率也较高。

沼气发电工程沼气净化技术研究篇7

沼气发电技术是一种沼气终端利用技术, 包括沼气生产与储存、沼气净化、沼气并网发电等多项关键技术内容。有机废物通过厌氧发酵过程产生沼气, 通过沼气脱水、脱硫等一系列净化过程后, 进入发电机组完成发电过程。因沼气中含有的硫化氢和饱和水蒸气遇冷后形成亚硫酸, 容易对管道及发电机的金属部件产生腐蚀, 特别是对铜质及铝质部件腐蚀更为严重, 还会造成大气环境的污染, 故需要进行脱水和脱硫净化。

随着国家对PM2.5等环境指标的不断重视, 以及对农业生物质能产业的大力推动, 以农业废弃物为主体处理对象的大型沼气工程已得到了迅猛的发展, 而沼气使用领域的不断增加, 也提高了对沼气质量的要求。目前相对于国外发达国家, 我国的沼气净化技术尚处于起步阶段, 所兴建的大型沼气发电工程的沼气净化工艺也处于研发阶段, 没有一个统一的技术标准, 并未真正实现净化的要求。因此, 加强对沼气净化的研究显得极为重要和紧迫。

1 沼气的组成及其对燃烧的影响分析

1.1 沼气的组成

沼气由多种气体组合而成, 其成分根据发酵原料和处理工艺的不同发生变化[2], 其组成成分为:甲烷55%~65%, 二氧化碳35%~45%, 此外还含有少量的一氧化碳、氢气、硫化氢、氧气、氮气、氨气等气体[3,4]。

1.2 沼气成分对其燃烧特性的影响分析

由于沼气是一种混合气体, 其主要成分甲烷和二氧化碳的含量是一个变量, 致使沼气的着火温度也不是一个固定数值。该数值取决于沼气中甲烷气在空气中的浓度、混合程度以及压力等各项参数。同时, 由于沼气中含有大量的二氧化碳, 使得沼气的着火温度高于甲烷和其他可燃气体的着火温度[5]。当沼气与空气混合后, 只有在一定的混合浓度范围内才可以点燃, 沼气过多或过少都不能点燃。通常情况下, 甲烷在空气中的浓度在5%~15%时, 遇火就会爆炸[6]。

2 沼气干燥工艺分析

由于大型沼气工程厌氧发酵多采用中温或高温工艺, 致使发酵罐产生的沼气伴有大量的饱和水分。这些水分和沼气中存在的硫化氢反应生成硫酸, 腐蚀管道和设备, 同时水分的存在会影响检测设备的准确性, 降低沼气燃烧的热值。因此, 在沼气产生之后, 首先要将沼气中的饱和水分去除。

2.1 冷凝干燥法

冷凝法是根据不同温度下沼气中具有不同饱和水蒸汽的含量, 利用压力变化引起温度的变化, 使水蒸气从沼气中冷凝出来的一种方法。该方法常用的有两种流程:

A.节流膨胀冷却脱水法。该法一般用于高压燃气, 经过节流膨胀或低温分离, 使部分水冷凝下来。这种方法简单、经济, 但除水效果欠佳。

B.加压后冷却法。该法对于高、中温沼气脱除部分蒸汽可进行初步冷却[7]。但冷凝法采用热交换器的表层冷却, 通常比露点低0.5℃~1℃, 为了取得更低的露点, 达到最佳干燥效果, 必须在冷凝之前对气体进行压缩, 然后再释放到需要的压力[8]。

2.2 固体吸附干燥法

该方法是指在吸附剂固体表面力作用下吸收沼气水分, 实现干燥的方法, 常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝和分子筛等[7], 各种干燥剂的特点见表1[9]。根据表面力的性质分为化学吸附 (脱水后不可再生) 和物理吸附 (脱水后可再生) [10]。该法能获得露点极低的燃气, 对燃气温度、压力、流量变化不敏感, 且设备简单, 便于操作, 较少出现腐蚀及起泡等现象。为达到连续操作的目的通常使用两套装置, 当一个工作的时候, 另外一个可以再生。干燥剂的再生可以通过两种途径, 一种是可以用一部分 (3%~8%) 的高压干燥气体再生干燥剂, 这部分气体可以重新回流至压缩机入口。另外一种是在常压下, 用空气和真空泵再生干燥剂, 但此法会把空气混入沼气中, 一般不使用。

2.3 液体溶剂吸收法

富含水蒸汽的沼汽经过吸水性极强的脱水剂时, 水分可被脱水剂吸收, 从而脱除沼气中的水分。常用的脱水剂有氯化钙、氯化锂、二甘醇和三甘醇等。

氯化钙的吸水性是通过无水氯化钙与水结合生成水合物, 如Ca Cl2·6H2O, 但该水合物不稳定, 极易脱水变成无水盐, 且与H2S接触又会发生沉淀, 目前已被逐渐淘汰。氯化锂是一种吸水性极强的无机盐, 氯化锂溶液表面的水蒸气压力很低, 因此具有很强烈的吸收水蒸气能力[11]。甘醇类脱水剂主要包括二甘醇和三甘醇, 其吸水性能都较强, 二甘醇的“露点降”为17℃~33℃, 三甘醇的露降点更大, 为28℃~47℃。二甘醇在脱水过程中有雾沫夹带, 三甘醇较少, 但有液烃存在时易起泡, 需添加消泡剂。三甘醇易达到98%以上再生, 二甘醇再生则不易超过95%。因此, 三甘醇使用最多, 但初期投资较高[8]。

3 沼气脱硫工艺分析

沼气发酵时由于微生物对蛋白质的分解或硫酸盐的还原作用会有一定量的H2S气体生成并进入沼气[12]。H2S气体可以和大部分金属反应, 腐蚀金属设备、管道和发电机等, 所以必须加以去除。

3.1 氧化铁干式脱硫工艺

氧化铁脱硫剂多为条状多孔结构固体, 当含有H2S的沼气通过氧化铁脱硫剂时, 会在氧化铁表面发生化学置换反应, 生成硫化铁。当脱硫剂工作一定时间后, 其活性会逐渐下降, 脱硫效果逐渐变差。当脱硫剂中硫未达到30%时, 脱硫剂可进行再生, 若脱硫剂硫容超过30%时, 就要更新脱硫剂。脱硫剂再生原理是使硫化铁与空气接触, 经反应生成单体硫和氧化铁, 再生的氧化铁可继续使用, 重新参加脱硫反应[13]。

3.2 生物氧化脱硫工艺

生物脱硫是利用发酵液中的各种微生物, 如脱氮硫杆菌、氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、排硫硫杆菌、丝状硫细菌、氏硫菌属、辨硫菌属、发硫菌属等, 在微氧条件下将H2S氧化成单质S和H2SO2, 沼气中的S可以通过微生物被去除[14]。生物法脱硫需要严格控制氧含量, 如氧过量, 硫化物会被氧化为硫酸盐从而影响脱硫的效率。

3.3 碱性液体吸收工艺

由于碱性液体能吸收酸性气体, 故可采用碱性液体吸收硫化氢, 达到脱硫的效果。常用的溶剂有氢氧化钠和碳酸氢钠溶剂。此外, 还有萘醌氧化脱硫技术、HAPS氧化脱硫技术和PDS脱硫技术等方法, 都可应用到沼气去除H2S。

3.4 活性炭吸附工艺

活性炭作为一种常用的脱硫剂, 适用于H2S含量小于0.3%的气体[15], 故可用来脱除沼气中的微量H2S。在常温下, 活性炭可加速H2S氧化为硫的催化作用并使之被吸附, 吸附在活性炭上的硫, 可用质量分数为12%~14%的硫化铵溶液萃取活性炭上的游离硫而得到回收。活性炭法具有反应速度快, 接触时间短, 处理气体量大等优点[16]。

4 结论

随着国家在政策的大力扶持以及对能源环境的高度重视, 我国沼气工程建设的重点已从原有农村小沼气逐渐过渡到集约化的大型沼气工程, 并以此为纽带, 形成养殖业、种植业和加工业为产业链的能源的综合循环利用。产生的沼气通过输入天然气网、热电联产或用作汽车燃料取代原有的沼气直接燃烧利用模式。在这些沼气利用模式之前的关键工艺就是沼气净化工艺, 包括沼气干燥脱水、沼气脱硫, 甚至沼气脱碳提纯工艺的选择也在沼气产品的形式及性能中起到了关键性作用, 必须加以重视。

参考文献