收藏!各大领域沼气发酵原料产气特性及原料产气率汇总整表
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三沼综合利用沼气发酵不仅是生产沼气——能源的厌氧微生物过程,而且伴随这一过程富集了有机废弃物中的大量养分,如氮、磷、钾等大量营养元素和锌、铁、钙、镁、铜、铝、硅、硼、钴、钒、锶等丰富的微量元素;同时,沼气发酵过程中,复杂的厌氧微生物代谢产生了许多生物活性物质——丰富的氨基酸、B族维生素、各种水解酶类、全套植物激素、腐殖酸等,使其在种植业和养殖业中有着广泛的用途。
一、沼气发酵残留物的特性由于沼气发酵所涉及的微生物群类相当复杂,有水解性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、产甲烷菌、某些具有合成功能的细菌等。
所以,沼气发酵过程中代谢产物是非常丰富的,这就构成了沼气发酵的多功能性,这种多功能性表现出系统利用的综合功能和农牧复合生态工程建立基础的多功能性。
(一)沼气发酵残留物的营养成分:沼气发酵残留物含有丰富的营养成分。
从营养元素来看,沼气发酵过程是碳、氢、氧的代谢过程,农牧复合生态工程有机废弃物中的碳、氢、氧经发酵转化为沼气——甲烷和二氧化碳;有机废弃物中大量的氮、磷、钾则保存于发酵残留物中,而且这些元素在发酵过程中被转化为简单的化合物——被动物、植物吸收利用的形态。
例如,有机废弃物中的有机氮素,一部分被转化为氨态氮(NH3-N)的形式,相当于速效氮,另一部分则参与代谢或分解为氨态氮——游离氨基酸的形式。
氨态氮是理想的氮肥,而氨基酸则是饲料的最佳氮素来源。
从营养成分来看,农牧复合生态工程有机废弃物经沼气发酵后,原料中的纤维素被部分降解,蛋白质一方面通过蛋白水解酶降解为氨基酸,另一方面通过微生物繁殖而转化为菌体蛋白。
总体比较分析,沼气发酵残留物中的粗纤维含量比有机废弃物中的低,而粗蛋白含量则高于有机废弃物。
用于沼气发酵的农牧复合生态工程有机废弃物通常为人畜粪便和植物废弃茎叶等,这些原料的成分大都为纤维素、蛋白质、脂肪等。
通过沼气发酵后,其发酵残留物保留了丰富的粗蛋白、粗纤维、粗脂肪等营养成分。
人们把有机质厌氧消化后的残留物统称为沼肥,它是沼液和沼渣的混合物。
沼气常用参数一览表
说明:
1、参照相关商品化沼气发生器为计算依据。
产气量为年平均值:常温年均0.2-0.4m3/ 天,中温1-3m3/m3.天,高温2-6m3/m3/天(指反应器内发酵液温度)。
2、发酵温度提高时产气量等均相应增加。
投料、出料不一定每日进行,可定期或不定期进出(相应的进出量)。
沼液量根据需求进放。
3、粪量以肉牛(约每天20kg/头)、奶牛(约每天30kg/头)、猪(约每天3kg/头)、人(约每天1.5kg/口)、鸡(约每天0.3kg/只)、马(每天约10kg),羊(每天约1kg)。
4、秸秆以干物质含量70%计算。
鲜牛粪量以干物质20%计算,鲜猪粪为18%:约3-4kg有机干物质产1 m3沼气。
酒厂、化工厂、污水厂有机废水10kgCOD可产沼气4左右。
5、以有机物降解为70~80%计算。
6、造价50m3以上均为半混(凝土)半钢(搪瓷)结构,含土方工程及配套系统,不含有机肥加工设备和发电机组造价。
10 m3以下为商品化产品。
7、回收期主要以气、肥计算,社会效益未计,管理好回收期更快。
8、需人、禽、畜、秸草数量是指选任意一类,实际投料时各类原料混合最佳。
9、工程中恒温自身耗气年均为30%,用发电余热自身耗气为10%左右。
10、沼气的发热值仅以5500大卡计算,1m3沼气以发电1.7kwh计算,供热水以水温升40℃(15升至55℃)计算,生活用能以0.6 m3/人·天计算,平均每户约1.5 m3。
农村沼气池一次投料能用多久?很多人问这个问题,有人说能用半年,有人宣称能用8-10个月。
其实这个问题牵涉到两个实际问题:一是每立方原料每天能产多少气,用多大的沼气池能满足使用要求;二是在满足使用要求的前提下一次投料能用多久。
其实这个问题的答案并不复杂。
但是需要弄明白几个问题:累计产气量、温度和产气量的关系、不同温度下的发酵周期等。
1,一次投料累计能产多少气。
1.1 每公斤干物质的产气量:这是在35度条件小每公斤干物质的产气量(m3/kg)。
家用常温发酵池的温度按照20度计算,是上表产气量的60%。
均20度计算。
例如每公斤麦秸产气量的计算方法是:0.45*60%*82%=0.2214计算结果如下:1.4按照每立方原料含秸秆100公斤,每立方原料含粪便500公斤,以8立方的沼气池有效容积为7立方计算。
例如秸秆的计算方法是:7*100*0.2214=154。
98m³计算结果如下:8立方沼气池不同原料一次投料的累计产气量有了以上数据作为基础,我们再根据不同温度条件下不同原料的发酵周期,就可以大致计算出不同原料的产气时间了。
2,发酵周期。
稻草和牛粪在不同温度下的发酵周期上表是在实验室恒温条件下得出来的数据,在实际运用中影响发酵产气的因素很多,例如接种物不足、温差变化等因素,实际的发酵周期要比实验室的数据长久。
根据实际经验和实验室数据,我们大致可以得出牛粪和稻草在家用沼气发酵环境下的产气率和产气时间。
2,1 夏天沼气池内的温度取23度,8立方的沼气池采用牛粪发酵,则完全发酵需要45天,每天的产气量为1.9方。
采用秸秆粪便混合发酵,则完全发酵需要80天,每天的产气量为1.7方。
2,2 春秋季节池内的温度取17度,8立方沼气池采用牛粪发酵,则完全发酵需要80天,每天的产气量为1.2方。
采用秸秆粪便混合发酵,则完全发酵需要120天,每天的平均产气量为1.13方。
2.3 冬季沼气池内的温度取13度,8立方沼气池采用牛粪发酵,则完全发酵需要110天,每天的产气量为0.9方。
沼气颗粒发酵原料产气性能试验摘要:针对广西农林废弃物的特点,研究制成沼气颗粒发酵原料,并与猪粪进行产气性能对比试验,为农村沼气原料拓展提供参考。
关键词:沼气;原料;试验由于养殖业由过去一家一户家庭养殖逐步向集约化、规模化方向转变,不少农户不再养猪养牛,农村户用沼气原料供应不足的问题已成为制约沼气发展的主要因素,使已建沼气池使用率降低,同时又制约新建户用沼气池的发展。
一方面,由于规模养殖不断增加,产生粪便得不到及时处理造成环境污染,另一方面,广西每年产生秸秆6 000多万t,但由于秸秆的使用均需要进行预处理才能使用,而且使用后造成沼气池浮渣严重试运行等,给后期沼气池管理带来困难。
为此,笔者开展沼气颗粒发酵原料研究,采用广西丰富的农林剩余物玉米秆、稻草、养殖废弃物,粪便原料需经固液分离机脱水加工,秸秆为自然风干后用筛网粉碎机粉碎,按一定的比例混合粉碎后添加发酵促进剂挤压造粒成型。
其产气试验如下。
1 试验方案试验于2011年11~12月在广西南宁进行颗粒发酵原料产气性能试验,试验装置用高分子材料制成发酵容积为4 m3的地上式沼气罐。
试验用的发酵原料分别为:新鲜农家猪粪,猪粪取自广西林科院附近猪场,堆沤2 d、投料100 kg,测得猪粪干物质含量为24 %;沼气发酵颗粒原料,测得干物质含量为80 %,投料30 kg;两个沼罐接种物为正常发酵沼气池中的沼液。
2 测定方法沼气产气量测定采用宁波津宁仪表有限公司生产的家用沼气专用流量计(JB1.6);甲烷含量测定采用武汉四方光电科技有限公司生产的GASBOARD-3200P沼气成分分析仪;池外温度用感量0.20 ℃水银温度计放于沼气池附近离地面高0.50 m处测定[1],每天下午13时读数并记录。
3 结果与分析3.1 不同发酵原料产量分析猪粪和颗粒发酵原料日产气甲烷含量趋势和日产气量趋势(见图1、图2)。
猪粪和颗粒发酵原料在地上沼气罐的条件下启动较快,在投料后分别于第7天和第2天达到日产气量峰值,最高产气量分别为0.20 m3和0.497 m3,之后逐渐下降,到第10天之后基本达到稳定的产气量。
农学学报2012,2(12):57-61Journal of Agriculture基金项目:农业部农村能源综合建设项目“农村户用沼气池不同发酵原料产气效果和运行管理对比研究”(2009)。
第一作者简介:周宪龙,男,1973年出生,山东烟台人,博士,主要从事农作制度研究和期刊编辑工作。
通信地址:100125北京市朝阳区麦子店22号楼,E-mail :xianlongzhou@ 。
通讯作者:王全辉,男,1965年出生,高级农艺师,研究方向为都市农业发展、农民科学普及。
长期从事科学普及与学术交流相关工作,从1997年开始,致力于推动都市农业的理论研究和实践工作,先后组织了10余次全国都市农业相关的学术研讨会,并组织了多次都市农业经验交流活动,对促进都市农业理论交流提升和都市农业的快速发展做出了一定的努力。
通信地址:100125北京市朝阳区麦子店街22号农业部人力资源开发中心/中国农学会,E-mail :hui35cn@ 。
收稿日期:2012-11-15,修回日期:2012-11-30。
不同发酵原料对户用沼气产气量的影响周宪龙1,李强2,黄涛3,常广忠3,王全辉1,尹小波2(1农业部人力资源开发中心/中国农学会,北京1001252中国农科院沼气科学研究所,成都610041;3甘谷县农村能源技术推广站,甘肃甘谷741200)摘要:为提高农村户用沼气不同发酵原料产气量,促进农村户用沼气的发展,通过采用富氮、富碳和常规对照3种发酵原料,分析不同类型原料的产气量、部分理化特性及影响因素。
结果表明:富氮原料和富碳原料均可生产沼气,且可满足用户的正常使用,但点火时间均分别比对照慢5.5天和12.5天;富氮原料发酵产气速度快于富碳原料;3种发酵原料发酵过程中沼气池pH 值均在正常范围内;富碳原料产气量极显著低于对照和富氮原料;3种发酵原料产气量均与温度变化呈极显著指数正相关,说明气温变化是影响当前农村户用沼气产气量的重要因素。
超声波气体流量计如何提高沼气产气率?理论上,绝大部分有机物都可以作为沼气发酵原料,超声波气体流量计分析出的沼气发酵原料一般可分为四大类:农业类发酵原料、工业类发酵原料、市政废弃物类发酵原料和水生植物废弃物发酵原料。
本期对这四大类沼气发酵原料产气特性及原料产气率进行了整表汇总,方便大家随时对照查看,欢迎收藏!一、畜禽粪污表1、畜禽粪污原料特性及原料产气率注:FM:鲜重;TS:总固体;VS:挥发性固体畜禽粪便作为沼气发酵的原料有许多优势:①碳氮比一般在15:1~30:1,十分适合厌氧微生物的生长。
②具有较高的缓冲能力,能应对不严重的酸化现象。
③一些畜禽粪便(如牛粪、鹿粪)中含有瘤胃微生物,可以为沼气发酵体系补充沼气发酵菌种。
然而,畜禽粪污作为沼气发酵原料也有一些限制因素:①畜禽粪污体积大、干物质含量比较低,鲜粪一般小于30%,冲洗污水低于3%,所以单位体积原料的沼气产量比较低,原料或沼液的运输成本较高。
②饲料中重金属和抗生素的添加量日趋加大,重金属和抗生素会影响沼气发酵过程以及沼渣、沼液的处理和还田利用。
③畜禽粪污中氮的含量较高,容易造成沼气发酵体系氨抑制。
为解决上述问题,通常将畜禽粪污和易降解种植业废弃物混合发酵,畜禽冲洗污水可以用于稀释其他发酵原料,相对于畜禽粪污原料单一发酵,混合发酵体系更加稳定。
不同种类的畜禽粪便,具有不同的理化特性,会影响超声波气体流量计分析沼气工程的效率和稳定性。
在沼气工程设计时,需要特别注意:①牛粪中草较多,沉淀物较少,浮渣量多于沉渣量。
奶牛粪含砂量还比较高,要注意除砂。
②猪粪中草和沉淀物都比较多,沉渣量多于浮渣量,由于冲洗污水量较大,所以猪场粪污水量大,浓度低,升温困难,冬季产气少。
③鸡粪中含有羽毛、砂石,发酵过程中沉渣较为结实。
另外,不同于奶牛粪中的砂,鸡粪中的砂石包裹于有机物中,所以对砂的去除更为困难。
④羊粪和兔粪中含草较多,呈颗粒状,需要在预处理阶段设置泡粪池,使其中的有机物尽可能溶于料液中。
沼气常识一、沼气的基本知识(一)沼气的基本特性参数沼气是一种混合的可燃性气体,其主要成分是甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)、还有少量的氢(H2)、一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)等。
其性质由组成它的气体性质及相对含量而决定,其中以甲烷和二氧化碳对沼气性质影响最大。
如以沼气中的甲烷体积占60%,二氧化碳体积占39%为例,甲烷重量百分比为35.35%、二氧化碳重量百分比为64.07%;沼气的容量为1.22公斤/标米3;沼气的比重为0.943;沼气的热值为21528千焦/标米3(5142千卡/标米3);沼气燃烧的理论空气量5.38/标米3;沼气的燃烧范围:上限24.44%,下限8.8%。
(二)制取沼气的条件沼气是细菌在一定条件下发酵、分解有机物质产生的。
当制取沼气的条件越合适,细菌的生命活动越旺盛,产生的沼气句越多。
因此,在制取沼气时,要求产气量高,就必须使沼气微生物在厌氧条件下有较旺盛的生命活动,为此,创造一个良好的环境是生产沼气的关键。
下面介绍制取沼气必须满足的条件。
1.严格的厌氧环境分解有机物质产生沼气的微生物都是嫌气性细菌,他们的整个生命活动都不需要空气(厌氧)。
相反,空气中的氧气对它们还有损害。
因此,修建不漏水、不漏气的沼气池,不仅上为装料和贮气的需要,更重要的是保证细菌在厌氧条件下生活,使之达到非常产气的目的。
2.接种物有机物质厌氧分解产生甲烷的过程,是由多种沼气微生物来完成的。
因此,在沼气发酵中,加入足够的所需要的微生物作为接种物(亦称菌种)是极为重要的。
有没有接种物决定了沼气发酵的成败,而接种物中的有效成分是活性直接关系发酵过程的好坏。
接种物中的有效成分是活的沼气微生物群体。
不同来源的接种物,活性是不同的。
因此,在选择接种物时,不但要有占投料量20%-30%的接种物,而且更应选择活性强的接种物。
3.充足的发酵原料沼气微生物的生命活动除了严格的厌氧环境外,还需要一定的营养条件,主要是碳素、氮素、水分、矿物质等。
广西大学硕士学位论文沼气发酵的物料理化特性及微生物群落多样性分析姓名:蒋建林申请学位级别:硕士专业:生物化学与分子生物学指导教师:武波20090624沼气冀肆的物料理化特性反微生物群落多样性分析900008(100070000童600。
o鞋50000萋400001J300002000010000406080艇酵天数累计产甲烷帚・祟lf产沼气吊l划3-3牛巍发酵过桴的累积产沼气m和产甲烷苗Fig3—3Cumulationofbiogasyieldandmelhaneyielddunngfomentation根据牛粪发酵每人的,n沼气耻和产甲烷带,计算山粱¨沼气砒雨l累计甲烷鼙的变化.横芈标为垃酵时问,纵坐标为气体体积(mL)。
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横坐札、为发酵时问.土纵坐标为2L体体积,次纵屯标为甲烷弁艟。
一蚓姐堪廿ii0●l六个发酵罐都在108之后每天产气量小于100mL,基本停止产气。
再回到图3.1的pH值变化图,第12天pH值最低,牛粪发酵罐和猪粪发酵罐pH都达到最低6.4,说明发酵罐里的有机酸的积累达到最大,是不产甲烷菌(产酸菌)将有机物分解为简单有机酸的缘故。
牛粪发酵罐持续一周之后,pH恢复到7.0;猪粪发酵罐持续到第29天之后pH值逐渐回升,而这个时期正是产甲烷高峰期,是产甲烷菌将甲酸、乙酸转变为甲烷的活跃时期。
牛粪发酵罐在第22天之后,pH上升到初始的7.2左右,猪粪发酵罐在第48天之后,pH上升到初始的7.O左右,基本维持稳定,而这个时候正是稳定产气期,之后,当产甲烷菌将已经积累的酸基本都转化为甲烷,所以pH值一直回升且产气量之后也在下降直至产气基本停止。
沼气发酵基本原理沼气发酵基本原理沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵和甲烷以酵,是指有机物质(如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等)在一定的水分、温度和厌氧条件下,通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢,最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体(沼气)的复杂的生物化学过程。
一、沼气发酵微生物沼气发酵微生物是人工制取沼气最重要的因素,只有有了大量的沼气微生物,并使各种类群的微生物得到基本的生长条件,沼气发酵原料才能在微生物的条件下转化为沼气。
(一)沼气微生物的种类沼气发酵是一种极其复杂的微生物和化学过程,这一过程的发酵和发展是五大类群微生物生命活动的结果。
它们是:发酵性细菌、产氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌。
这些微生物按照各自的营养需要,起着不同的物质转化作用。
从复杂不机物的降解,到甲烷的形成,就是由它们分工合作和相互作用完成的。
在沼气发酵过程中,五大类群细菌构成一条食物链,从各类群细菌的生理代谢产物或它们的活动对发酵液酸碱度(pH )的影响来看,沼气发酵过程可分为产酸阶段和产甲烷阶段。
前三群细菌的活动可使有机物形成各种有机酸,因此,将其统称为不产甲烷菌。
后二群细菌的活动可使各种有机转化成甲烷,因此,将其统称为产甲烷菌。
1、不产甲烷菌在沼气发酵过程中,不能直接产生甲烷微生物统称为不产甲烷菌。
不产甲烷菌能将复杂的大分子有机物变成简单的小分子量的物质。
它们的种类繁多,现已观察到的包括细菌、真菌和原生动物三大类。
以细菌种类最多,目前已知的有18 个属51 个种,随着研究的深入和分离方法的改进,还在不断发现新的种。
根据微生物的呼吸类型可将其分为好氧菌、厌氧菌、兼性厌氧菌三大类型。
其中,厌氧菌数量最大,比兼性厌氧菌、好氧菌多100~200 倍,是不产甲烷阶段起主要作用的菌类。
根据作用基质来分,有纤维分解菌、半纤维分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和其他一些特殊的细菌,如产氢菌、产乙酸菌等。
沼气基础常识1.沼气的概念沼气是有机物质如秸秆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥、工业有机废水等在厌氧的环境和一定条件下,经过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类厌氧微生物的分解代谢而产生的一种气体,因为人们最早是在沼泽地中发现的,因此称为沼气。
沼气在自然界分布很广,凡是有水和有机物质同时存在的地方几乎都有沼气产生。
例如:海洋、湖泊以及在日常生活中常见的水沟、粪坑、污泥塘等地方冒出的气泡就是沼气。
沼气最早被发现于100多年前,我国是世界上最早制取和利用沼气的国家之一,近几年来,随着人们生活水平的提高,人们对卫生条件和环保的重视,加上各级政府的大力支持和发展生态农业的需要,沼气事业在全国各地得到了快速发展,目前已迎来了又一个历史发展高潮。
到2009年底,我国拥有户用沼气反应器约3000万多户左右,大中小型沼气工程约30000多处,遍及全国各地,工程涉及到有机化工、酒厂、酒精厂、纸厂、食品厂、垃圾场、污水厂、养殖场等领域。
2004年我国西藏在世界的屋脊上也建成使用了沼气,打破了西藏不能建沼气的观点。
沼气工程的工艺也有了新的突破。
2.沼气的理化性沼气是一种多组分的混合气体,它的主要成分是甲烷,约占体积的50%~70%;其次是二氧化碳,约占体积的30%~40%;此外,还有少量的一氧化碳、氢气、氧气、硫化氢、氮气等气体组成。
沼气中的甲烷、一氧化碳、氢气、硫化氢是可燃气体,氧气是助燃气体,二氧化碳和氮气是惰性气体。
未经燃烧的沼气是一种无色、有臭味(含有的其它气体)、有毒(硫化氢)、比空气轻、易扩散、难溶于水的可燃性混合气体。
沼气经过充分燃烧后即变为一种无毒、无臭味、无烟尘的气体。
沼气燃烧时最高温度可达1400℃,每立方米沼气热值为2.13万~2.51万焦耳,因此说沼气是一种比较理想的优质气体燃料。
沼气中的主要气体甲烷还是大气层中产生“温室效应”的主要气体,其对全球气候变暖的影响率达20%~25%,仅次于二氧化碳气体。
不同发酵原料产气效果和运行管理对比研究1试验目的本试验通过在甘谷县大石乡咸川村选取同一类型沼气池,对不同发酵原料的产气效果,从原料的预处理、原料的浓度及运行管理等方面,提出运行与管理建议,提高农村户用沼气的运行和管理效率。
通过试验,总结现有农村户用沼气池的管理经验,为不同地区和不同原料农村户用沼气池提供科学管理的建议。
2试验材料与方法2.1试验材料2.1.1试验池在甘谷县大石乡咸川村选择当年新建成的10口沼气池作为试验池,池容10m3,池型为旋流布料型。
经检验,池体无漏水、漏气,密封性良好,管路、开关、净化器、灶具等配件安装合格,符合试验要求。
2.1.2测量仪器北京合百意公司沼气流量表,型号J1.6/J2.5;北京合百意公司便携式甲烷检测仪(BX668),酸碱分析仪(BX170);温度计(-10 ~100 ℃, -30 ~50 ℃)。
2.2试验处理本试验设家畜粪便型和作物秸秆型2个处理组,以当地常规处理混合型为对照(ck)。
处理Ⅰ:家畜粪便型,发酵原料以猪粪为主,每口10m3沼气池选择鲜猪粪3 800kg、油菜秸壳50kg和小麦秸壳20kg混合搅拌均匀,将原料收堆,用塑料布覆盖并压实,进行池外堆沤,期间搅拌2次,每次根据料液干湿程度补加水量,以地面无积水为准。
观察至发酵原料长出白色菌丝后,选择在晴天正午时将原料入池,继续在池内加15℃~20 ℃水4 650kg。
加水后每天从天窗口用木棒搅拌2次,使发酵原料充分混合均匀,搅拌期间观察液面,如持续3~5d均有大量气泡冒出时,即可加盖封口。
处理Ⅱ:作物秸秆型,发酵原料以玉米秸秆为主,即每口10m3沼气池选择680kg秸秆、油菜秸壳100kg和小麦秸壳100kg,玉米秸秆用铡草机铡成1.50~2cm,小麦和油菜秸秆粉碎成直径2mm左右。
混合后进行润湿。
分2次加水,第1次加水300kg,第2次加水150kg,2次加水间隔1d,期间用塑料布覆盖。
操作时用喷雾器进行加湿,有利于原料均匀、充分润湿。
沼气池的发展非常不平衡,差别巨大。
在地域方面,南方、北方应用普遍、成功,但冬季气温较低的东北、西北、内蒙古等区域,沼气池的应用极少、极不成功,而这里恰恰是中国主要的畜牧业、养殖业基地,存在着大量的粪便无法处理。
在沼气池建设方面,由于生产技术、工艺发展的滞后,原始生产手段、材料无法满足沼气池的规模化生产、应用,并造成了新的环境污染隐患。
滚塑是与注塑、吹塑、挤出并列的塑料生产工艺,主要用于化工防腐储罐,出口量较大。
金融危机对中国出口的不利影响,政府采取的扩大内需措施,使得过去用于化工、包装、中空塑料成形物体的滚塑技术,得以应用于附加值不高的沼气池生产。
塑料滚塑是高度机械化、工厂化、没有手工作业的生产手段,塑料是食品级材料,本身具有几十年的使用寿命,并能够再生、重复利用、寿终的无害化处理。
塑料滚塑沼气池,是不受地域限制的工业产品,尤其适用于寒冷地区,为沼气池的规模化推广、应用提供了生产保障。
沼气是人畜粪尿、生活污水、植物茎叶等有机物质,在一定的水分、温度和厌氧条件下(隔绝空气),经过沼气微生物的发酵转换而成的一种方便、清洁、优质、高品位气体燃料。
沼气的主要成份是甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)和少量的硫化氢(H2S)、氢(H2)、一氧化碳(CO)、氮(N2)等气体,其中甲烷占50%~70%,二氧化碳占30%~40%,其他成分含量极少。
沼气中的甲烷、氢气、一氧化碳等是可燃气体,主要利用这一部分气体的燃烧来获得能量。
沼气可以直接炊事和照明,也可以供热、烘干、贮粮。
沼气发酵剩余物,是一种高效有机肥料和养殖辅助营养料。
沼气提纯后(除去二氧化碳、有害物质),性能与天然气基本相同,可以代替天然气用于汽车燃料供应。
沼气池是个密封的容器,隔绝有机物质与空气的接触,为发酵提供了厌氧条件。
沼气微生物种类繁多、数量巨大、功能不同,广泛存在于自然界中。
有氧发酵产生臭气、二氧化碳等不可燃气体,常见的动植物腐烂就是这种情况。
在隔绝空气的情况下,例如沼气池、池塘、沼泽地,动植物发酵产生甲烷和二氧化碳等混合气体,这就是沼气。
各大领域沼气发酵原料产气特性及原料产气率汇总理论上,绝大部分有机物都可以作为沼气发酵原料,沼气发酵原料一般可分为四大类:农业类发酵原料、工业类发酵原料、市政废弃物类发酵原料和水生植物废弃物发酵原料。
(注:FM:鲜重;TS:总固体;VS:挥发性固体)畜禽粪污表1、畜禽粪污原料特性及原料产气率数据来源:《沼气工程》畜禽粪便作为沼气发酵的原料有许多优势:①碳氮比一般在15:1~30:1,十分适合厌氧微生物的生长。
②具有较高的缓冲能力,能应对不严重的酸化现象。
③一些畜禽粪便(如牛粪、鹿粪)中含有瘤胃微生物,可以为沼气发酵体系补充沼气发酵菌种。
然而,畜禽粪污作为沼气发酵原料也有一些限制因素:①畜禽粪污体积大、干物质含量比较低,鲜粪一般小于30%,冲洗污水低于3%,所以单位体积原料的沼气产量比较低,原料或沼液的运输成本较高。
②饲料中重金属和抗生素的添加量日趋加大,重金属和抗生素会影响沼气发酵过程以及沼渣、沼液的处理和还田利用。
③畜禽粪污中氮的含量较高,容易造成沼气发酵体系氨抑制。
为解决上述问题,通常将畜禽粪污和易降解种植业废弃物混合发酵,畜禽冲洗污水可以用于稀释其他发酵原料,相对于畜禽粪污原料单一发酵,混合发酵体系更加稳定。
不同种类的畜禽粪便,具有不同的理化特性,会影响沼气工程的效率和稳定性。
在沼气工程设计时,需要特别注意:①牛粪中草较多,沉淀物较少,浮渣量多于沉渣量。
奶牛粪含砂量还比较高,要注意除砂。
②猪粪中草和沉淀物都比较多,沉渣量多于浮渣量,由于冲洗污水量较大,所以猪场粪污水量大,浓度低,升温困难,冬季产气少。
③鸡粪中含有羽毛、砂石,发酵过程中沉渣较为结实。
另外,不同于奶牛粪中的砂,鸡粪中的砂石包裹于有机物中,所以对砂的去除更为困难。
④羊粪和兔粪中含草较多,呈颗粒状,需要在预处理阶段设置泡粪池,使其中的有机物尽可能溶于料液中。
农作物秸秆表2、农作物秸秆原料特性及原料产气率数据来源:《沼气工程》相对于畜禽粪便,农作物秸秆干物质含量高,单位鲜重的沼气产气率高,对原料和沼渣的运输也较为容易。
收藏!各大领域沼气发酵原料产气特性及原料产气率汇总
理论上,绝大部分有机物都可以作为沼气发酵原料,沼气发酵原料一般可分为四大类:农业类发酵原料、工业类发酵原料、市政废弃物类发酵原料和水生植物废弃物发酵原料。
本期对这四大类沼气发酵原料产气特性及原料产气率进行了整表汇总,方便大家随时对照查看,欢迎收藏!
一、畜禽粪污
表1、畜禽粪污原料特性及原料产气率
注:FM:鲜重;TS:总固体;VS:挥发性固体
畜禽粪便作为沼气发酵的原料有许多优势:
1 碳氮比一般在15:1~30:1,十分适合厌氧微生物的生长。
2 具有较高的缓冲能力,能应对不严重的酸化现象。
3 一些畜禽粪便(如牛粪、鹿粪)中含有瘤胃微生物,可以为沼气发酵体系补充沼气发酵菌种。
然而,畜禽粪污作为沼气发酵原料也有一些限制因素:
1 畜禽粪污体积大、干物质含量比较低,鲜粪一般小于30%,冲洗污水低于3%,所以单位体积原料的沼气产量比较低,原料或沼液的运输成本较高。
2 饲料中重金属和抗生素的添加量日趋加大,重金属和抗生素会影响沼气发酵过程以及沼渣、沼液的处理和还田利用。
3 畜禽粪污中氮的含量较高,容易造成沼气发酵体系氨抑制。
为解决上述问题,通常将畜禽粪污和易降解种植业废弃物混合发酵,畜禽冲洗污水可以用于稀释其他发酵原料,相对于畜禽粪污原料单一发酵,混合发酵体系更加稳定。
不同种类的畜禽粪便,具有不同的理化特性,会影响沼气工程的效率和稳定性。
在沼气工程设计时,需要特别注意:
1 牛粪中草较多,沉淀物较少,浮渣量多于沉渣量。
奶牛粪含砂量还比较高,要注意除砂。
2 猪粪中草和沉淀物都比较多,沉渣量多于浮渣量,由于冲洗污水量较大,所以猪场粪污水量大,浓度低,升温困难,冬季产气少。
3 鸡粪中含有羽毛、砂石,发酵过程中沉渣较为结实。
另外,不同于奶牛粪中的砂,鸡粪中的砂石包裹于有机物中,所以对砂的去除更为困难。
4 羊粪和兔粪中含草较多,呈颗粒状,需要在预处理阶段设置泡粪池,使其中的有机物尽可能溶于料液中。
二、农作物秸秆
表2、农作物秸秆原料特性及原料产气率
相对于畜禽粪便,农作物秸秆干物质含量高,单位鲜重的沼气产气率高,对原料和沼渣的运输也较为容易。
根据秸秆的贮藏方式不同,秸秆可分为青贮秸秆和黄贮秸秆。
青贮是将收获的作物秸秆切碎,在无氧条件下,通过微生物的发酵产酸作用降低pH而使秸秆得以保存的方法。
青贮秸秆含水率较高,通常在65%~75%,有机物损失较小。
黄贮是将收获的作物自然风干而贮藏秸秆的方法,黄贮秸秆含水率低,是我国秸秆主要的贮藏方式。
目前我国大部分秸秆沼气工程采用黄贮秸秆作为沼气发酵的原料,而欧洲的沼气工程则基本采用青贮秸秆或青贮秸秆与其他原料混合作为沼气发酵的原料。
但是农作物秸秆直接作为沼气发酵原料也有一些缺点:
1 秸秆中含有大量的纤维素、半纤维素和木质素,在沼气发酵体系中,纤维素和半纤维素的降解需要较长时间,木质素基本不降解,所以,通常需要对秸秆发酵原料采用物理、化学或生物的方法进行预处理,这样就会增加沼气工程的建设和运行成本。
2 秸秆原料的碳氮比较高,一般在50以上,不适宜沼气发酵微生物的正常生长,所以纯秸秆沼气工程的启动时间较长。
3 规模较大的沼气工程,需要原料多,秸秆收集半径大,收贮的成本高。
4 由于长纤维和木质素的存在,在沼气发酵过程中容易产生浮渣,进料和出料比较困难。
三、能源作物
表3、能源作物原料特性及原料产气率
沼气工程运行实践证明,大部分能源作物都适合作为沼气发酵原料,能源作物的沼气利用方式主要是与畜禽粪便混合发酵,优点是混合后原料碳氮比更利于沼气发酵微生物的生长,而且产气率也有提高。
其中包括玉米、青草、谷物、甜菜、马铃薯和向日葵等。
将能源作物作为沼气发酵原料,也需要其他一些技术支撑,例如,作物收
集技术、预处理技术和贮藏技术等。
草本能源作物,例如,牧草、向日葵、玉米、甜菜等通常直接切碎或青贮来作为沼气发酵原料。
能源作物的组分以及作为沼气发酵原料的适应性与其生长时间有关。
总的来说,纤维素含量随着作物的成熟越来越高,对作物的降解和产甲烷过程越不利。
但是,不成熟的作物含水率较高,会使原料的贮
藏变得较为困难。
四、工业废弃物
表4、工业废水类沼气发酵原料特性及原料产气率
表5、工业废渣类沼气发酵原料特性及原料产气率
相较于农业废弃物,工业废弃物的产量也比较大,大多数有机工业废弃物均可作为沼气发酵原料。
这些废弃物主要有食品和饮料生产废弃物、饲料加工废弃物、制糖废弃物、淀粉加工废弃物、造纸废水、水果加工废弃物等。
根据废弃物的来源不同,其组成成分、干物质含量和产沼气潜力等特性有较大的区别。
一般来说,大部分可作为沼气发酵原料的工业废弃物的悬浮物都较低、性质比较单一,脂类、蛋白质和糖的含量都比较高,易于降解。
基于这些性质,一些工业废弃物作为沼气发酵原料,在使用高效的厌氧反应器(如UASB、IC、EGSB)时,常能得到相对于畜禽粪便和能源作物更高的沼气产量。
但工业废弃物的来源十分复杂,加之水量加大,所以废水经沼气发酵后产生的沼液还田利用较为困难。
因此,以工业废弃物为发酵原料的沼气工程都是以废水达标排放为主要建设目的,通常在沼气发酵单元的后端还需建设后处理设施,将厌氧出水进一步处理,达到排放标准。
五、市政及水生植物废弃物
除以上原料,市政废弃物以及水生植物废弃物也是良好的沼气发酵原料。
如市政废弃物中的餐厨垃圾、有机垃圾、市政污泥等;水生植物废弃物中的水葫芦、水花生、藻类等。
表6、餐厨垃圾类沼气发酵原料特性及原料产气率
相对于其他沼气发胶原料,餐厨垃圾的油脂含量和盐含量较高,其来源也比较复杂,不同饮食习惯地区的餐厨垃圾的成分也有很大的区别。
针对餐厨垃圾的特性,在沼气工程设计和运行阶段还需注意以下几点:
1 由于餐厨垃圾中含有骨头、刀叉筷子、碗等坚硬的物质,这些物质易损坏泵、管道等工艺设施,所以在预处理阶段应该设置分离装置将这些物质去除。
2 餐厨垃圾中蛋白质含量较高,所以在发酵过程中容易造成氨的积累,在沼气工程的运行中应注意原料性质和进料量的监测,防止氨抑制现象的发生。
3 餐厨垃圾发酵产生的沼气中硫化氢含量较高,因此硫费用较高,制约了能源的有效利用。
4 餐厨垃圾中易降解有机物比例高,容易酸化。
有机垃圾的VS/TS一般在80%以上,碳氮比为12~20,适合作为沼气发酵原料,其产沼气潜力为300~400m³
CH4/tVS in。
但有机垃圾通常还含有一些病原菌,在利用前后还需采取一些卫生措施使其利用更加安全。
在污水处理过程中,污泥的产量一般为污水处理量的0.23%~0.7%(污泥含水率为96%)平均值为0.359%或者0.14kg 干污泥/m³污水。
初沉池和二沉池污泥的产沼气潜力与畜禽粪污的产气潜力相近,当投入的污泥含水率为96%,产生的沼气量为8~12倍污泥量,相当原料产气率0.20~0.30m³沼气/kgTS。
实际工程调查显示,单位体积的污泥产气率为4~14m³/m³污泥,平均污泥产气率为7.54m³/m³污泥。
通常还会采取一些预处理措施来增加沼气产量,例如,化学分解、热解、酶解等方法。
表7、水生生物沼气发酵原料特性及原料产气率
注:以上列举的不同发酵原料的产气特性及产气量数据,是根据大量文献的报道以及工程调研获得的,具有一定的代表性,但并不代表该类原料在任何条件下的特性参数,特别是原料产量数据,应尽量以现场实测数据为准,在无法得到实测数据的情况下,进行沼气产量评估和沼气工程设计时,可做参考!
那么问题来了!
如何获得现场实测数据?
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