新能源发电 第28讲 （西安交大）.ppt

新能源发电 主讲教师：王栋 * Email地址： 时间： 沼气发酵原理 沼气是有机物在厌氧条件经微生物分解发酵而生成的一种可燃性气体，主要成分是甲烷（CH4）和CO2。通常情况下CH4含量为50%--70%， CO2为30%--40%。沼气的热值约为21520kJ/m3，相当于0.69m3的天然气. 沼气是1776年意大利科学家A.Volta发现的,当时他发现沼泽地里腐烂的生物质发酵，从水底帽出一串串气泡，收集起来可以燃烧，分析其成分主要是甲烷和二氧化碳等气体，因此称它为沼气。 1781年法国科学家Mouras根据沼气产生原理,人工制造了一个沼气发生器.它是一个密闭的闷罐，与外界空气隔绝，内装植物的茎叶和牲畜粪便等。由于罐内微生物的作用，这些生物质就被消化了，其中有一种甲烷菌专门吸收营养后产生甲烷。另外一些菌类则分解纤维素、蛋白质、脂肪和乙酸等，它们通力合作一步步把固体的生物质消化掉，制成各种酶、葡萄糖、氨基酸等，有些养分供二氧化碳菌享用，有些则供甲烷菌饱食。这是一种消化过程，并且是在缺氧情况下进行，所以叫厌氧消化。 我国采用人工方法制造沼气也比较早,约在1880年代在广东汕头一带就有利用垃圾发酵制取沼气的尝试,当时称为“人造瓦斯”.20世纪初，我国台湾新竹的罗国瑞先生为了抵制“洋油”曾用沼气点灯，进而扩大到用沼气煮饭。1921年，罗先生在汕头开办了第一个人造瓦斯公司，专门生产沼气。1930年代，罗先生又联合一些人在上海、江苏、福建、湖北、四川等地先后开办了“国瑞天然瓦斯（沼气）公司”，逐步扩大到南方14个省，后因抗战而停办。解放后沼气在我国得到了很大的发展,国际上称中国式沼气池为“水压式沼气池”. 沼气发酵过程可分为两个阶段,不产甲烷和产甲烷阶段.共产生3类物质:甲烷,消化液(可溶性N,P,K,优质肥料)和消化污泥(菌体和难分解的残渣和无机物,也是一种优质肥料) 一般1公斤有机物能产气0.3—0.5m3,约需发酵10—60天. 沼气发酵的特点: 微生物自身耗能少,是好氧微生物的(1/30—1/20) 能够处理高浓度的有机废物,COD 含量可以高达10000mg/L,而在好氧条件下COD 的含量仅在1000mg/L以下. 能处理各种各样的废物, 从人蓄粪便,作物秸秆,到加工企业的废水,废渣. 90%以上都可以通过沼气发酵除掉,其余10%可以用好氧方法除去. 一般认为,从复杂有机物分解开始到最后生成甲烷,共有5大类细菌参与发酵过程,它们是发酵性细菌,产氢产乙酸菌,耗氢产乙酸菌,食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌.这5类菌构成一条食物链,前3群细菌共同完成水解酸化阶段,后2群完成产甲烷阶段. 发酵性细菌种类繁多，已知的就有几百种，包括梭状芽孢杆菌、拟肝菌、丁酸菌、乳酸菌、双岐杆菌和螺旋体等。这些细菌多数为厌氧菌。 产氢产乙酸菌 发酵性细菌将复杂有机物发酵所产生的有机酸和醇类，除除乙酸、甲酸和甲醇外还不能被甲烷菌所利用，必须由产氢、产乙酸菌将其分解转化为乙酸、氢气和二氧化碳。 耗氢产乙酸菌 也称同型乙酸菌，这是一类既能自养生活又能异养生活的混合营养型细菌。它们既能利用H2+CO2生成乙酸，也能代谢糖类产生乙酸。在产甲烷中的重要性还未被广泛地研究。 产甲烷菌 包括 食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌，是厌氧消化过程食物链中的最后一组成员。产甲烷菌在厌氧条件下将前三群细菌代谢的终产物，在没有外援受氢体的情况下，把乙酸和H2/CO2转化成气体产物CH4/CO2。 产甲烷菌的生长要求严格厌氧条件。产甲烷菌的食物简单，只能代谢甲酸等几种低生物生成甲烷。适于生长在PH中性范围。产甲烷菌生长缓慢。与产酸菌相互依存。 沼气发酵条件 为了达到较高的产气率、污水净化率或废弃物处理率，发酵过程要最大限度地培养和积累厌氧消化细菌，使细菌具有良好的生活条件。包括原料类型、厌氧活动污泥、消化器负荷、发酵温度、PH值、原料碳氮比、有害物质控制和搅拌等因素。 发酵原料 良好的原料包括各种禽畜粪便，作物秸秆，杂草，农产品加工残余物，废水等。 厌氧活性污泥 是厌氧消化细菌与悬浮物质和胶体物质结合在一起所形成的具有很强吸附分解有机物能力的絮凝体、颗粒体或附着膜。其量与消化器负荷和产气率成正相关。能保持数年的活性。 温度 沼气发酵可分为3个温度范围，46—60度为高温发酵，25—45为中温发酵，25度以下为低温发酵。另外随自然界温度而变的发酵称为常温发酵。高温发酵的产气率比中温高，但要维持高温运行需要消耗一定的能量，从净能产量看并不合算。但有余热可用时除外。另外需要杀灭有害生物时也可采用高温发酵，一般采用55度最宜。一般温度越高产气率也越高，10度以下会影响正常的发酵。因此生产过程中尽量采用增温保温措施。 PH值与碱度 最适宜的PH值为6.8—7.4之间。6.4以下或7.6以