沼气的生产及应用
《新能源技术》课程报告
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题目: 沼气的生产及其应用
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硕士导师
2015年11月20号
沼气的生产及其应用
摘要：沼气是有机物（比如污水、动物排泄物、工农业废弃物、城市固体废物）分解之后的产物。沼气的成分中一般含有50%-70%的甲烷和30%-40%的二氧化碳，其他的成分还有氢气、一氧化碳和氮气等。与之形成对比，天然气通常含有超过70%的甲烷，其余的大部分是烃类（比如丙烷和丁烷）和二氧化碳，以及其他的污染成分。如果用来给汽车提供燃料，沼气必须就近经过净化和压缩或者注入到燃气管道运输至各地的加气站。中国作为能源消费大国，新能源的开发利用对国民经济的可持续发展具有重要的意义。本文将围绕沼气的组成、制备沼气所需的原料、厌氧发酵、沼气的应用和其优缺点这5个部分的内容介绍。
关键词：沼气；厌氧发酵；沼气的应用；甲烷
Production and Applications of Biogas
ABSTRACT：Biogas is a product of decomposing organic matter, such as sewage, animal byproducts, and agricultural, industrial, and municipal solid waste. Biogas is usually 50%-70% methane and 30%-40% carbon dioxide, with traces of gases such as hydrogen, carbon monoxide, and nitrogen. In contrast, natural gas is usually more than 70% methane, with most of the rest being other hydrocarbons (such as propane and butane) and traces of carbon dioxide and other contaminants. To fuel vehicles, biogas must be upgraded to a purity standard and either compressed for onsite dispensing or injected into the gas grid for distribution to dispersed fueling locations. As a big energy consumption country, China's new energy development and utilization of the sustainable development of national economy is very importance.This paper will tell you something about biogas, Anaerobic Digestion, The application of biogas, The application of biogas,methane.
KEYWORDS：Biogas, Anaerobic Digestion, The application of biogas,methane
1 引言
沼气，顾名思义就是沼泽里的气体。是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪池里，有气泡冒出来，如果我们划着火柴，可把它点燃，这就是自然界天然发生的沼气。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条件下发酵，类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。沼气是一种混合气体，可以燃烧。沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。沼气是多种气体的混合物，一般含甲烷50～70%，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。其特性与天然气相似。中国作为能源消费大国，新能源的开发利用对国民经济的可持续发展具有重要的意义。本文将围绕沼气的组成、制备沼气所需的原料、厌氧发酵、沼气的应用和其优缺点这5个部分的内容介绍。2 沼气在我国的发展趋势
中国作为能源消费大国，新能源的开发利用对国民经济的可持续发展具有重要的意义，随着农村社会经济的迅速发展，农村能源消耗也日益增大，在此背景下，沼气资源作为一项极具应用前景的新能源，其开发利用是解决能源紧张形势下农村能源供应问题的有效举措，其发展日益受到国家的重视。2000年以后，中央财政不断加大对农村沼气建设的资金投入，其中，“十一五”以来，中央累计投入农村沼气建设资金212亿元。据农业部规划，“十二五”期间中央投资优先支持向农户集中供气的大中型沼气项目，要在保证“户用沼气”供应的情况下，扩大“沼气用户”，调整沼气发展的布局，通过试点工程的示范带动商业沼气的发展；2015年，农村户用沼气用户达到5000-5500万户。
3 沼气的组成
沼气是一种可燃性混合气体，主要成分是CH4（约为50%～70%）和CO2（约为30%～40%），还含有少量的H2S、O2、H2、CO、N2
以及其他碳氢化合物（C m H n）等，占总成分的5%左右。
沼气的成分取决于被消化的有机物的种类和浓度、消化器内的物理化学状况（PH 值、碱度、温度）和阴离子如硫酸根和硝酸根的存在，因此由于发酵方式不同，发酵原料的种类及其相对含量不同，各沼气工程所产生的沼气成分会有所差异，即使同一沼气工程，在不同的发酵条件下和发酵阶段，所产的沼气成分也会有差别。
4 沼气的生产过程
沼气是由有机物质制备的。所需的原料多种多样，从牲畜粪便、农作物废料、植物油到家庭收集的有机废物都可以用来做为制备沼气的原材料。对沼气制取过程中所需材料的评估取决于他们潜在的收益。（如图1为沼气制造过程流程图）
图1沼气制造过程流程图
与可再生原材料相同，非农业材料也可以制备沼气，比如餐饮剩余物（果渣、洗碗水、油脂分离的残余物）、零售市场的蔬菜茎叶，食物残渣或者剪出的杂草和城市垃圾处理的有机废物。残留物质的发酵(称为联合发酵)提供了一种循环处理并且降低有害物质排放方式的可能性，并且整个过程非常得卫生。
除了传统材料以外，由于发酵方法的改进，草也可以用来发酵制取沼气。由于绿色植物的发酵，农民也成为了能源的主人。从草地获得的清洁能源便于运输，也极大地减少了温室气体的排放。杂草的发酵可以为未来能源供给提供了一种经济、环保、高效的方法。德国沼气厂所用的原料含有48 %的动物粪便，26 %的有机废料和工农业废料以及26 %的可再生原料。
实际上，所有粉碎之后的生物质都可以用来生产沼气，它们的主要成分是：
●糖类
●蛋白质
●脂肪
●纤维素和半纤维素
那些含有大量木质素的木材不适合用来生产沼气。农场型沼气厂的基本材料是猪粪和牛粪。共基质的能源作物比如青贮草、青贮甜玉米或者青贮谷物（小麦、黑小麦等）可以大量得增加沼气产量。
5 沼气的厌氧发酵过程
沼气发酵过程主要分为三个阶段：
（如图
2 为甲烷发酵的流程图）
●第一阶段为水解发酵细菌把非水溶性的大分子碳水化合物、脂肪和蛋白质等水解成可溶性的较小分子化合物的过程；
●第二阶段由产酸细菌发酵分解生成小分子有机酸和氢气的产氢产酸阶段；
●第三阶段是产甲烷菌利用降解产物产生甲烷的过程
图2 甲烷发酵的流程图
6 沼气的应用
沼气中能够做为能源使用的成分是甲烷。在热电联产的系统中，沼气的能量被转化为电能和热能，整个系统能量利用的效率可以达到80%到90 %。
用沼气发出的热能可以被直接用来给房屋供暖或者热水供应，有时候也可以就进或
者远距离并入供暖网络。热电联供的沼气厂可以把用沼气产生的热能转化成发电机机械能从而产生电能。然后再用来给工厂供电，也可以反馈给公共电网系统。从当地供电部门得到的收益
对很多沼气厂来说也是一项额外的收入。沼气也可以直接联通生物质热厂，这么做用户也可以避免加设一个超大号的锅炉和安装额外的热源。
考虑到沼气的成功制取并且有很多应用，沼气也可以被应用在我们的实际生活中。它不仅可以被应用于商业领域提供能源，也可以用于我们的家用发电机提供家庭日常用电。
6.1 沼气发电
沼气中的甲烷可以被用来发电。最简单的方法是燃烧沼气来加热水产生水蒸汽推动汽轮
机转动产生电能。如图3是沼气发电的流程图。
图3沼气发电的流程图
6.2 堆肥
除了所含甲烷的广泛应用之外，沼气还有很多其他方面的应用。在沼气池的产气量增长减慢时，池内的材料需要被替换为新的粪肥和水。发酵之后发酵槽内剩余的粪肥或者废料可以被用来做肥料因为它仍然含有大量的植物材料和有机物。
6.3 沼气制天然气
生物质(如污泥、有机残渣和废料,等等)在厌氧条件下经过不同微生物分解、发酵产生沼气。生成的沼气中只含有50%左右的甲烷，但是要是做为燃料使用，首先甲烷含量必须达到100%，接下来对得到的甲烷进行压缩，得到所谓的沼气制天然气。它的品质跟化石燃气很相似。这也就是用沼气制备天然气的过程。如下图4所示。
图4 沼气制天然气流程图
燃气汽车的燃料其实是甲烷，也就是我们日常生活中使用的天然气。甲烷做为替代化石燃料的燃料也可以通过沼气厂生产。在国外的一个叫Mabagas的企业，他们仅仅用废物不用能源作物就可以达到这个目的，这样也确保了他们使用的原材料不跟粮食生产竞争。另外，如果你用这种燃料基本没有CO2的排放，同时也保护了化石天然气资源。7.沼气的优缺点
7.1 沼气的优点
●可再生能源：一开始沼气就做为一种可再生能源被人们认识。由于沼气大部分原料来自污水和生产生活垃圾，所以只要我们不停止制造垃圾，沼气发展就不会停滞；
●无污染：沼气也被认为是全程无污染的能源。沼气的生产不需要氧气意味着不需要任何燃料，保护了资源；
●减少了垃圾填埋：垃圾场、甚至是各个农场都经常把废弃物、垃圾填埋处理，这种方法污染了土壤和水资源；
●廉价科技：由于利用沼气的技术越来越好，沼气的应用场合也越来越多。它可以用来发电、发热。沼气净化后经压缩制成天然气可以被用作汽车燃料。产品通过小型或者大型沼气厂推广。
●创造了大量工作岗位：大型沼气厂甚至可
以创造数千个工作岗位，在农村地区，这些工作岗位是他们祈求的。事实上沼气通过那些住在偏远地区的人或者那些经常断电地区的人很容易推广。
●投资小：沼气池很容易建造并且需要很少的投资。事实上很多农场通过利用他们自己的生活垃圾使用沼气厂为自己供应能量。仅仅是一头牛一天的排泄物就可以提供足够一个灯泡亮一天所需的电能。
●减少温室效应：使用垃圾产生的沼气会减少温室气体，也是我们使用沼气的一个重要因。
7.2 沼气的缺点
●技术进步小：首先，目前用来生产沼气的系统效率并不高。很少引进新的技术来推动沼气的生产过程，也不能进一步减少投资。结果是，并没有大量的工业沼气产品投入市场。尽管世界各国都知道沼气可以帮助解决能源问题，但是很少投资者愿意投资。每户都建造一个沼气池也不是一个好的解决办法，也就是说必须要建造个集中的系统。
●含有杂质：即使沼气经过净化提炼，它仍然会含有一定的杂质，压缩之后做为燃料用的产物将会腐蚀发动机的金属部件。
●没有大规模发展：沼气的大规模的使用并不都很经济，而且很难提高沼气生产、利用系统的效率。
●不稳定：有些部分不稳定，如果甲烷跟氧气接触时可能会引起爆炸。
即使有这么多的缺点，各国也都开始启动了沼气的开发利用。由于沼气制天然气的使用使公共交通变得更高效，经常断电的偏远地区也得到了稳定的电力供应，即使也面临很多的问题，沼气应用的未来仍然是光明的。
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沼气生产工艺流程
沼气生产工艺流程 图7-1工艺流程简图二、工艺流程简述
厌氧消化的主要粪源为项目所在地周边的养殖场的猪粪、秸秆、餐厨垃圾和园区及周边的蔬菜残余，猪粪有干清猪粪和水冲猪粪。干清猪粪、秸秆和蔬菜残余这三种原料采用固体进料系统进料，水冲猪粪和餐厨垃圾采用液体进料系统进料。 秸秆经过X-Ripper破碎机破碎后，通过铲车输送至预混池中，预混池中装有潜水搅拌机，可将破碎的秸秆和水充分混匀（TS为7.5%），混匀后的物料采用螺杆进料泵泵送至生物预处理发酵罐，生物预处理后的秸秆溢流至出料池后用螺杆泵泵送至快速混合系统。 蔬菜残余经X-Ripper破碎机破碎后，用铲车输送至固体进料系统，干清猪粪也被加到固体进料系统中，然后通过无轴螺旋输送机输送至快速混合系统，从厌氧反应器泵出的出料也被输送到快速混合系统。经预处理的秸秆、破碎的蔬菜残余、猪粪、工艺水和反应罐的出料在快速混合系统中混合并最终被输送到厌氧反应罐中。 水冲猪粪、破碎后的餐厨垃圾在混料池中混合均匀后经螺杆泵泵入厌氧反应罐中。 厌氧反应罐内设中轴搅拌装置，罐内物料呈全混状态，在适宜的碱度、温度条件下确保厌氧反应充分进行。厌氧反应产生的沼气经净化系统净化后部分供居民用气，其余部分经由净化提纯、高压储气柜储存后运送至加气站；消化罐内出来的残渣由螺杆泵输送至换热器经热交换后流入缓冲池，再由污泥泵输送入卧螺式离心分离机进行固液分离，分离后的沼渣沼液作为有机肥厂的原料，根据市场需求生产有机肥。出于安全因素的考虑，需要在变压吸附系统前设置一个沼气火炬。 设置换热器回收出料热量，进行余热利用，减少外加热量，进而减少能源消耗。设置燃煤锅炉以补充余热回收热量的不足，在厌氧消化罐内设置加热盘管，维持厌氧反应稳定运行的温度。 1、预处理工艺 秸秆单独收集，收集后先进行粉碎，然后采用生物预处理。 蔬菜残余单独收集，收集后进行破碎。 猪粪经过格栅，去除石块、塑料等大的无机物质。
沼气净化的方法
厌氧消化装置刚产出的沼气是含饱和水蒸气的混合气体，除含有气体燃料CH4和惰性气体CO2外，还含有一定比例的H2S、H2O，少量的NH3，H2、N2、O2、CO和卤化烃。沼气的净化是指沼气中CH4之外其他气体的去除。 一沼气净化机理 概括起来，目前沼气净化的机理有三大类，即化学吸收、物理提纯和生物脱除。 （1）化学吸收。一种化学吸收机理是采用胺、碱、醇等复合溶液吸收剂，利用酸碱中和反应吸收沼气中的CO2、H2S等酸性物质，同时也能吸收NH3等易溶于水、醇的气体。另一种化学吸收机理是采用干化学物质（如Fe2O3）作为吸收剂吸收杂质气体。化学吸收的吸收剂都可以通过装置的自净系统和再生系统释放出各种杂质和气体得到再生循环使用。（2）物理提纯。通过此机理净化沼气的主要是变压吸附法。利用吸附剂在不同压力条件下对不同气体吸附力不同的原理来分离沼气中的不同组份。沼气中的H2O、CO2、H2S等吸附容量较大的强吸附组分在一定压力下被吸附剂吸附停留在床层中，而较小吸附容量的弱吸附组分N2、CH4 等从床层出口输出，从而实现了对沼气的净化。 （3）生物脱除。在一定的条件下利用微生物生长繁殖需要沼气中某些杂质气体作为营养物质，从而实现对沼气的净化。 现阶段，物理化学法已被广泛地应用且积累了丰富的经验。但该方法存在运行费用高、投资大、再生困难、产生二次污染等缺点。生物法具有不需催化剂和氧化剂、不需处理化学污泥、少污染、低能耗、高效率、可回收单质硫等优点，正在成为沼气脱硫领域的发展趋势。 二沼气净化方法 沼气净化的程度取决于沼气的用途。沼气供热需要脱H2S、H2O，沼气发电需要脱H2S、H2O、有机卤化物，沼气作汽车燃料需要脱H2S、H2O、有机卤化物、CO2，沼气并入天然气网需要脱H2S、H2O、有机卤化物、CO2以及金属。沼气中不同组分脱除的具体方法见表1。 三常用的沼气净化技术 不管是什么用途，沼气中的H2O 和H2S都要脱除。本文就沼气脱H2O和脱H2S常用的技术详述如下。 （1）脱H2O 脱H2O是因为导气管中如果积累了水会溶解H2S腐蚀管道，此外当沼气被加压储存时，沼气中的水会凝结冻坏储气罐。发酵装置出来的沼气中所含的水分形式是饱和水蒸气，一般采用冷分离法将其除去。通过调整压力引起混合气体温度发生变化，使水蒸气从气态冷凝为液态的水后，将其从沼气中脱除。此法经济简单，被大多数沼气工程所采用。 沼气冷却的方式有自然降温及机械脱水两种。冷却温度还要考虑下一步脱硫过程中不同脱硫剂对水分量的要求，根据脱硫剂的水分合理量进行适当的初步冷却。 在沼气输送过程中，还有一部分水要析出。为了避免析出的水分腐蚀或堵塞管道，常在管路的最低处安装集水器，定期排除集水器中的水。 （2）脱H2S 脱H2S是为了避免H2S腐蚀设备、H2S中毒和如果沼气燃烧H2S被氧化成SO2或SO3造成更大的危害。 总结出来的8种H2S脱除方法可以分为物理提纯、化学净化和生物吸收。现就3种机理中常用的方法分析如下。 ①活性炭吸附工艺。在变压吸附系统中H2S可以通过用KI浸泡过的活性炭去除。此过程中，H2S被转化为单质S和H2O，单质S就被活性炭吸收了。在连续运行的情况下，系统要包含两个吸附装置。如果活性炭上H2S的浓度超过3ppm，需要进行再生。
沼气的利用与发展
沼气的利用和发展 The use and development of biogas 摘要沼气是可再生的清洁能源，既可替代秸秆、薪柴等传统生物质能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明显高于秸秆、薪柴、煤炭等。 Abstract Biogas is a renewable and clean energy, can replace the straw, firewood and other traditional biomass energy sources, and can also replace coal and commodities such as energy and energy efficiency is significantly higher than the straw, firewood, coal. 关键词沼气新能源利用发展 Keywords biogas, new energy, energy use, development 1．沼气的简介 1.1沼气的概念 沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。由于这种气体最先是在沼 泽中发现的，所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条件下发酵，即被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。沼气是一种混合气体，可以燃烧。沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。 沼气是多种气体的混合物，一般含甲烷50～70%，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。其特性与天然气相似。空气中如含有8.6～20.8%（按体积计）的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。 沼气是一些有机物质,在一定的温度、湿度、酸度条件下，隔绝空气（如用沼气池），经微生物作用（发酵）而产生的可燃性气体。它含有少量硫化氢，所以略带臭味。发酵是复杂的生物化学变化，有许多微生物参与。反应大致分两个阶段：（1）微生物把复杂的有机物质中的糖类、脂肪、蛋白质降解成简单的物质，如低级脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氢气和硫化氢等。（2）由甲烷菌种的作用，使一些简单的
沼气的工艺比较
生物燃气俗称沼气，是指生物质在厌氧条件下被甲烷菌等多种微生物分解利用所产生的气体，主要成分是CH4和CO2。 生物质都是以大分子状态存在，不能被微生物直接吸收利用，必须被分解成可溶于水的小分子化合物，即多糖分解成单糖或二糖，才能进入微生物细胞内，进行以后的一系列的生物化学反应。，生物质的化学预处理手段大量使用酸、氧化剂、敏化剂等化学试剂，选择性差, 降解过程有许多副产物产生，且降解反应条件较为苛刻，后处理困难。而酶催化将纤维素水解成葡萄糖，选择性高，反应条件温和，环境友好，是理想的洁净工艺，但由于酶的制造成本高, 限制了其在生物质水解中的工业化应用。虽然木质素是一种难于降解的高分子化合物，但还是有一些真菌和细菌作用于木质素，有的真菌还能彻底降解木质素为CO，但是利用真菌降解木质素的最大缺点是真菌生长慢、降解需要的时间长。 工艺流程如下：秸秆称量后在秸杆储料场经装载机运送到秸秆揉搓机，揉碎后再经皮带输送机送至卸料池。预处理后的秸秆通过螺旋输送机卸至调浆池与锅炉供应的热水及回流的沼液进行混合、加热、接种，达到设计浓度及温度要求,然后由转子泵输送，再经切割机进一步粉碎至粒径为2 mm后进入1级发酵罐。 在1级发酵罐中，秸秆中大部分可降解物质被微生物降解转化成沼气，混合液经自流或泵送至2级发酵罐，再进行降解及储存。产生的沼气通过管道送至沼气净化装置。混合液则进行固液分离。沼渣经皮带输送机送至沼渣储场，外运到其他储存区或直接外售；沼液直接回流至调浆池，多余部分沼液利用沼液储存池暂存后再用于调浆配料。 存在问题：由于秸秆的成分较为复杂，所以发酵制沼气时存在一些不利因素。首先秸秆内的高木质纤维素含量难以被厌氧菌消化，存在分解时间慢、产气周期长、产气效率低的问题。且秸秆是固态物质，发酵过程中流动性差、无法进行连续消化、容易结壳，对反应器结构设计有很大的障碍。其次利用秸秆发酵效率不高，只能利用其中一部分已挥发的固体，其余很大一部分固体仍未得到充分利用、需要频繁出渣、由于发酵环境封闭，导致进出料操作麻烦[9]。 固态厌氧消化也称为干发酵，适合处理木质纤维类原料和生活有机垃圾等固态原料，反应器内总固体浓度（TSr）一般在20% ~ 50%。 秸秆干发酵产沼气是水稻、玉米、花生等农作物秸秆作为原料，经过粉碎并添加发酵菌剂做堆沤等预处理后 ,加入沼气池进行厌氧发酵来生产沼气和有机肥料。农作物秸秆干发酵产沼气技术主要是以厌氧消化和生物酶技术为主。针对有机垃圾、秸秆等有机固废原料的特性，高效低耗的沼气干法发酵技术受到重视，尤其是干法沼气技术的工程化研究。 固态厌氧消化与传统发酵技术的区别就在于：不一般不需要加大量的水稀释原料，不仅节水还能避免
沼气在农村发展中的应用
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/718078821.html, 沼气在农村发展中的应用 作者：新达 来源：《农家致富顾问·下半月》2017年第06期 摘要发展农村沼气是新农村建设的主要内容，也是改善农村生态环境、提高农民生活水平、增强农民的科技观念的有效途径，更是实现环境、经济、社会可持续发展、推进农村城市化、建设生态文明家园的主要内容。沼气是以人畜粪便为原料，经过发酵处理而生产甲烷气体，供农户生活用能的一种高效可再生能源建设技术。沼气在为农民提供高质量生活能源的同时，能有效处理人畜粪便，改善农村庭院环境卫生，还能通过发酵处理提高人畜粪便的养分含量，使其变为优质农家肥和畜禽优质有机饲料添加剂，变废为宝；沼气建设不仅可以节约农村生活用能开支和农业投入开支，而且可以促进畜牧养殖业的发展，增加农民收益，具有良好的经济效益、生态效益和社会效益。 关键词农村沼气；生态农业；综合利用； 1 沼气的特性 1.1沼气的理化性质。沼气是一种以甲烷（CH 4）为主要成分的混合性气体，其次是CO 2，之外还有少量的N 2、O 2、H 2、NH 4、CO和H 2 S等气体，其含量一般不超过总体积的2%。 1.2 沼气发酵的原理。沼气发酵是指在一定的水分、温度和厌氧条件下，利用微生物将人畜家禽粪便、秸秆、杂草等有机物质分解代谢成沼气的过程，又称为厌氧消化、厌氧发酵。 2 沼气在农村污水处理中的优势 我国农村建设发展迅速，生活污水处理迫在眉睫，“厌氧净化沼气池以其建设投资省，资金投入分散，运行费用低，几乎不占地，使用寿命长等特点，为小城镇建设提供了一条污水处理的可靠途径”。 2.1 沼气燃料效益。沼气是利用人畜粪便等有机物，在厌氧条件下，通过沼气池内微生物能量代谢和呼吸作用产生的可燃性气体。普通5口人的农户，正常存养4头猪、1头牛，年排放的人畜粪便，按理论计算每年可产810 m 3-950 m 3沼气，扣除粪便散失和沼气发酵压力损失，实际可利用沼气500 m 3-550 m 3。采用传统的人畜粪便堆沤制肥方法，这部分能量同样被微生物分解释放出来，但无法收集利用，只能散失到周围环境中。 2.2 沼气的环境效益。利用厌氧净化沼气池处理生活污水时对BOD，COD，病原微生物的处理率较高，处理后的污水，污泥含氨、氮、磷较高，具有很高的肥效。
利用沼气发电方案
一．沼气的气体组成特点 沼气是一种具有较高热值的可燃气体，其主要成分是甲烷，杂质及有害成分含量少，抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料。沼气与天然气成分对比如下： 利用活塞式内燃机发电，每立方沼气一般可发电度以上。以单台500kW沼气机组长期运行（400kW）为例，耗气量为174m3/h。甲烷的热值为／立方米。沼气的热值20MJ 立方米~25MJ／立方米 二. 燃气净化要求： 沼气是一种清洁的燃气，1512Z系列沼气发电机组一般经过滤后可直接接入机组进气管路，不需升压，可适应零压或负压气源。如沼气中硫含量高于标准应进行
热值在21~42MJ/m3 压力范围5kPa~400kPa（需根据不同的压力选用合适的调压阀）。 燃气温度范围：0~65℃。 过滤精度：50um。 三. 技术参数 ①沼气发动机主要技术参数 型 号：G12V190ZLDTZ G12V190ZLDZ-2 型式：四冲程、火花塞点火、增压中冷、增压前混合 气缸排列： 12缸V型、60°夹角12缸V型、60°夹角 缸径×行程（mm）：190×210190×210 活塞总排量（L）： 标定转速（r/min）：1500 1 000 空载最低稳定转速（r/min）：700 600 标定功率（kW）： 800（12小时功率）550（12小时功率） 燃气压力(kPa) ： 5~400 5~400 热耗率(kJ/kW·h) ：≤11000≤11000机油消耗率(g/kW·h ) ：≤≤
排气温度(涡轮前)(℃) ：≤650≤650 出水温度(℃) ：≤90 ≤90 中冷器进水温度(℃) ：≤45≤45 机油温度(油底壳内℃) ：≤90≤90 主轴道机油压力(kPa) ：500～800 500～800 调速方式：电子调速电子调速 起动方式：DC24V电马达起动DC24V电马达起动 稳定调速率(%)：≤5 ≤5 冷却方式：双温双循环、半开式强制水冷 润滑方式：压力润滑和飞溅润滑曲轴转向(自飞轮端视) ：逆时针逆时针 ② ③燃气发电机组主要技术参数 机组参数 机组型号：500GF -NK1
探秘!沼气提纯生物天然气的发展前景
探秘！沼气提纯生物天然气的发展前景 目前，以有机废弃物为原料的现代化的沼气生产、加工和应用越来越受到重视和普及，例如原料相对集中进行厌氧发酵、沼气经压缩净化后精制成生物天然气用于运输燃料或民用燃气和发电等。 甲烷作为燃料燃烧过程释放出的温室气体最低，而以甲烷为主要成分的沼气生产又是消除环境污染物的清洁过程，因此制造与利用的双向清洁过程，使沼气越来越得到人们的青睐。把沼气净化、压缩后作为天然气的替代产品，是人类在环境保护、实现可持续发展方面又迈进的一步。 联合国工业发展组织的《生物能源战略(2007)》指出，沼气可提纯为生物天然气，并可通过压缩制成CNG供车用。在国外，沼气提纯制取生物天然气技术成熟，已基本实现产业化。瑞典在全球率先开发车用压缩天然气，已有多个城市完全使用车用生物天然气，瑞士、德国等国家也建设了大量的沼气提纯厂和压缩车用生物天然气加气站。 在国内，沼气资源十分丰富，但利用方式比较传统，除少数获得发电上网补贴的企业外，主要为烧锅炉、发电自用。近年来，出现了较多高产量沼气工程，日产沼气量达到10000~150000Nm3，远远大于企业自用所需的气量，多余沼气往往通入锅炉不完全燃烧甚至直接排放，造成环境污染和资源浪费。在当前节能减排严峻趋势下，沼气提纯生物天然气是必然的发展趋势。
一、提纯技术的可行性 沼气提纯在西欧（德国、丹麦、瑞典等）一些国家的能源总量的比例为10%左右。沼气提纯技术，如加压水洗法、化学吸收法、变压吸附法和膜分离法等技术已实现商业化利用，其中加压水洗法和变压吸附法欧洲沼气提纯市场使用率最高，各占1/3。 在国内，沼气提纯技术近几年逐渐兴起，但提纯的主要工艺，包括脱硫、脱碳和脱水，在合成氨等工业气体净化项目中早已应用广泛并发展成熟。 脱硫方面，可分为干法和湿法两大类，其中干法以活性碳法和氧化铁法为主，湿法包括化学法、物理法和物化法。在硫含量低的情况下采用干法脱硫即可，硫含量高的情况下一般以湿式氧化法为主，并采用干法脱硫加以辅助结合。 脱碳方面，主要有加压水洗法、变压吸附法、膜分离法等物理法和NDEA、碳酸丙烯酯等化学法，其中压力水洗法和变压吸附法是较为成熟和稳定的工艺，适用于大型沼气工程，运行可靠性高，工程经验多，压力水洗法甲烷回收率更具优势。 脱水方面，在国内的加气母站均设有脱水装置，一般采用物理吸附脱水法。 经过上述工艺，可使净化气达到车用燃气标准，净化后的产品气可进入城市燃气管网。 二、沼气提纯生物天然气的意义 1、改善能源结构
沼气发酵
沼气发酵 食品院轻化071 肖小根 目录 ?课程感言 ?沼气发酵简介 ?沼气发酵机理 ?沼气发酵工艺 ?沼气发酵工艺条件 ?沼气池的类型 ?沼气的利用与前景 ?中国发展沼气产业的现实意义 课程感言 “发酵工程原理与技术”这门课程内容分为五篇，前三篇从原料到产物阐述了发酵的整个过程后两篇是对发酵工程的延伸。第五篇讲述的“发酵工厂废物处理和清洁生产技术”是目前我们国家及至全世界都在致力于发展的技术，以应对日趋严重的能源、资源和环境危机。 整本书的主要内容侧重于对发酵工程原理的介绍，大部分内容与“工业微生物学”和“生物化工”相类似，可以说是以往学习的相关知识的综合，在学习过程中也是一种巩固。我认为学习这门课程的目的最重要还是要知道如何去运用它。在本教中关于发酵工程的应用内容不多主要集中在第五篇：关于发酵工厂废物处理和清洁生产技术的介绍。这部分内容我也大略地看过，由于全球环境污染日趋严重，节能减排、防污治污技术必然成为全球的聚集点。对于这方面的内容我也比较感兴趣，我希望能找到一种技术，通过查找一些资料来系统地它认识和了解，同时也希望以此作为一根主线用具体的例子来串连起教材的所有内容，最终我选择了沼气发酵。选择它的理由有三点：1、更贴近于实际生活；2、它能够在节能减排、资源循环利用的条件下有效地改善农村居民的生活；3、该技术已经成熟，相关资料比较多，但亟待大力推广，学习它在将来更有可能用得上。 在介绍沼气发酵这一技术中，我主要引用了：《微生物学教程》（第二版高教出版社周德庆主编）和《发酵工程》（科学出版社韦革宏杨祥主编）和百度关于沼气发酵的内容。 我希望能够通过对“沼气发酵”的全面了解，以后自己可以来建造沼气池。
沼气发酵技术及其发展应用
沼气发酵技术及其发展应用 摘要：沼气是由微生物产生的一种可燃性混合气体，是一种理想的优质的气体燃料，其主要 成分是甲烷（CH 4）和二氧化碳（CO 2 ）等气体。作为重要的可再生资源，具有很高的经济价值 和环境效益。本文将对沼气发酵技术进行介绍，论述我国沼气发酵综合利用技术的现状，并结合生态农业的大背景，对沼气发酵的发展前景，及其应用进行分析。 关键词：沼气；沼气发酵；效益；发展；应用； Methane fermentation technology and its development application Abstract：Biogas is produced by microorganisms of a combustible gas mixture, is an ideal high-quality fuel gas whose main component is methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) gas. As an important renewable resource with high economic value and environmental benefits. Biogas fermentation technology will be introduced and discussed the the status quo of China's comprehensive utilization of biogas fermentation technology, combined with the background of the ecological agriculture, the prospects for the development of biogas fermentation, and its application for analysis. Key words:Biogas; methane fermentation; Benefit; development; application; 前言（引言）： 沼气，是各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并在适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼 气。沼气是一种可燃性混合气体，其主要成分是CH 4、CO 2 ,此外还有少量的N 2 、CO、H 2 、 NH 3、H 2 S等[1]。作为一种可再生的优质清洁能源，沼气能够有效地缓解农村能源紧缺的 局面、保护和恢复森林植被、改善生态环境、增加农民收入，在农业和农村经济结构调整中占有举足轻重的地位[2]。 沼气发酵是生物质能转化最重要的技术之一，它不仅能有效处理有机废物，降低化学需氧量，还有杀灭致病菌，减少蚊蝇孳生的功能。此外，沼气发酵作为废物处理的手段，不仅能耗省，还能产生优质的燃料沼气和肥料。 正文： 1.沼气发酵原理 沼气是生物质经过多种微生物联合厌氧消化作用而生成的可燃气体。厌氧消化就是在无氧的条件下, 由兼性厌氧菌和专性厌氧菌[3]联合降解有机物，最终生成二氧化碳和甲烷等气体的过程。沼气发酵三个阶段理论将沼气发酵过程分为水解液化、酸化和甲烷化三个阶段：第一阶段为水解液化阶段；这一阶段兼性厌氧菌和发酵性细菌将原料中较大分子的成分(如纤维
新能源科技沼气提纯项目
1.1.3.2 项目投资的必要性及建设意义 1992年瑞典建立的Laholm沼气厂是瑞典首例将生物甲烷并入天然气管网的工厂。到2011年底，我国民用沼气池达到3400多万口，污水处理厂、食品加工厂、酒厂等大中型沼气工程达2500多处，年产沼气总计超过180亿m3，对比我国2011年天然气用量1120亿m3，这部分能源相当可观。目前，大量的沼气利用还是以低品位的热利用为主，随着集中式沼气工程不断发展，沼气提纯和发电等能量利用率更高，能量输出更多。 沼气的主要利用方式有：①直接民用取暖、照明和炊事等②直接燃烧产生蒸汽，用于工业供热③内燃机发电上网④经净化提纯后并入天然气管网或用作车用燃料等。在我国农村，沼气工程由于规模小、技术落后，基本以直接燃烧供暖、炊事等低端利用方式为主；而一般的大型污水处理厂和垃圾填埋厂等产生的沼气，一般就地燃烧供热或直接火炬燃烧。沼气供应具有非常强的区域性，输送距离有限，实际利用效率较低；另外沼气发电工程需额外负担昂贵的上网费用，再加上发电输出效率较低，因此，我国一般的沼气发电项目都很难单独盈利。沼气通过提纯制取天然气，不仅能增加燃烧的热值，还能减轻环境污染，是一种较好的沼气利用方式。各种方式的能量利用情况比较如图1.1.3-1所示。 由图1.1.3-1可知，沼气提纯净化能量损失最小，且得到的可输送能量最多。相比其他几种沼气利用方式，将沼气提纯后作为燃气或者汽车燃料等可实现沼气的高效利用，是最有前景的一种利用方式。 图1.1.3-1 沼气能量的利用情况
天然气主要成分为甲烷，是一种无色、无味、无腐蚀性气体，它是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，比重轻于空气，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易聚积成爆炸性气体，安全性较高。采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而能大大改善环境污染问题；天然气作为一种洁净环保的优质能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。 将沼气通过提纯制取的天然气与未经处理的沼气相比有以下几个方面的优点：①沼气中甲烷含量为45%～60%，而通过提纯制取的天然气甲烷含量在97%以上，因此天然气燃烧起来火力要强，能源利用率高；②沼气中含有硫化氢气体，直接用于燃烧会产生二氧化硫，排放后对环境造成较严重的污染，而天然气基本上不含有硫化氢，属于清洁燃料；③沼气中二氧化碳含量在40%左右，二氧化碳的存在有灭火阻燃的作用，在燃烧时会降低燃烧热的利用率、降低火焰温度、降低燃烧室的容积利用率，导致燃烧放热过程的成本增加。 沼气回收提纯后完全可以达到天然气的标准，甚至可以达到并超过车载天然气的标准，可以缓解能源危机，通过脱硫脱碳可以减少大气的污染，减少废气的排放。 为了缓解国内天然气供应不足，我国LNG进口量正在不断增加。2011年我国进口了天然气约合280亿m3，相当于2011年全国天然气总消费量的近21.5%。随着中亚天然气管道、西气东输二线西段的投产运营以及我国液化天然气项目的加速发展，预计未来我国天然气进口量将有较大幅度的增长。 随着居民生活水平提高，对清洁能源需求增加，中国天然气需求将继续旺盛。未来中国将形成国产气为主，进口气为辅的多气源资源保障体系，国内天然气供应将呈现西气东输、北气南下、就近供应以及海气登陆四大格局。到2020年，我国天然气市场需求有望达到2000亿m3，占整个能源构成的10%。天然气工业发展前景广阔。 综合来说，在当前节能减排的严峻形势下，由于天然气的碳排放低于煤炭和石油，是替代煤炭和石油类高碳排放能源的较理想的过渡性能源，战略意义日益突出。从国家对新能源规划情况看，规划中将煤炭能源占比由70%降低到63%，降低了7个百分点，而天然气的规划占比增长了4.4个百分点，绝对百分数来说是目前3.9%的一倍多，而相对来说将占据由从煤炭能源转化而来的62.9%的份额。可以说，天然气将成为我国工业化中后期的重点应用能源之一。 4.1.1回收综合利用工艺选择的理由 沼气中成分较多较杂，有一些气体夹杂在沼气中在应用过程中对工艺、设备、环境都将造成一定的影响，如硫化氢、二氧化碳等。沼气中的硫化氢是一种可燃性无色气体，常温下为无色有臭鸡蛋气味的气体，有剧毒，密度比空气大，溶于水后的水溶液为氢硫酸，氢硫酸对钢铁有较大的腐蚀作用，对与之接触的输送管道和使用机械的使用寿命具有较大影响。而且硫化氢在燃烧过程中产生二氧化硫
沼气应用的社会效益和经济效益
沼气应用的社会效益和经济效益 沼气应用的社会效益和经济效益2008-02-23 20:29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条件下，通过少量厌理微生物的分解代谢而产生的气体。 农村家用沼气池生产的沼气主要用来做生活燃料。所产的沼气能解决农村家庭点灯、做饭的燃料问题。 沼气还可综合利用，将沼气、沼液、沼渣（简称“三沼”）运用到逐业生产中，范围涉级种植业、养殖业、加工业、服务业、仓储业等方面。 种植业：塑料大棚增温、增二氧化碳； 养殖业：孵禽、幼禽增温，点灯诱蛾，养鸡、养鸭、养鱼、蚕房增温： 其他行业：储粮、柑橘保鲜、火补轮胎、沼气冰箱、沼气热水器、沼气喷灯、灭菌灯、金属焊接切割等、医药化工原料、炒茶。 实践证明，农村办沼气是一举多得的好事，它能给国家，集体和农民带来许多好处，是我国农村建设一件大事。农村办沼气的好处，概括起来主要有以下几个方面。 第一、农村办沼气是解决农村燃烧问题的重要途径之一。 一户3-5口人的家庭，使用一口容积6立方米左右的沼气池，只要发酵原料充足，并管理得好，就能解决点灯、煮饭的燃料问题。凡是沼气办得好的地方，农户的卫生状况及居住环境大有改观，尤其是广大农妇通过使用沼气，从烟熏火燎的传统炊事方式解脱出来。 第二、农村办沼气可以改变农业生产条件，促进农业生产发展，增加农民收入。 （1）增加能料办起沼气后，过去被烧掉的大量农作物秸杆和畜禽粪便加入沼气池密闭发酵，即能产气，又沤制成了优质的有机肥料，扩大了有机肥料的来源。同时，人畜粪便、秸杆等经过沼气池密闭发酵，提高了肥效，消灭寄虫卵等危害人们健康病原菌。沼气办得好，有机肥料能成位增加，粮食、蔬菜、瓜果连年增产，同时产品的质量也大大提高，生产成本下降。 （2）增强作物抗旱、防冻能力凡是施用沼肥的作物均增强了抗旱防冻的能力，提高秧苗的成活率，由于人畜粪便及秸杆经过密切发酵后，在产生沼气的同时，还产生一定的沼肥，沼肥中因存留丰富的氨基酸B族维生素、各种水解酶、某些植物激素和对病虫害有明显抑制作用的物质，所以是各类农作物、花卉、果树、蔬菜等的优良有机肥料，对各类作物均具有促进生产、增产、抗寒、抗病虫之功能。施用沼肥不但节省化肥、农药的喷施量，也有利于生产绿色食品。 （3）有利于发展畜禽养殖办起沼气后，有利解决"三料"（燃料、饲料和肥料）的矛盾，促进畜牧业的发展。 （4）节省劳动力和资金办起沼气后，过去农民拣柴、运煤花费的大量劳动力就能节约下来，投入到农业生产第一线上去。同时节省了买柴、买煤、买农药、化肥的资金，使办沼气的农户减少了日常的经济开支，得到实惠。据生产实际调查，建一个6立方米的玻璃钢沼气池，可减少化肥、农药量节支450-600元；节能节电300-200-300元；与大棚结合，增产30%以上，增收1800元；与果窖结合，增效800-1000元，年直接经济效益2200-3500元。
农村沼气的建设和使用
成教教案（一） 农村沼气的建设和使用 教学总目标： 1、让学员了解沼气的原理。 2、让学员掌握如何建设沼气池并知道如何使用沼气。 教学重点：沼气池的建设和沼气的使用。 教学难点：沼气的使用。 教学方法：讨论法和讲授法 课时划分：7课时 第一课时沼气的基本知识 一、导入： 在国家大力推动节约型社会建设的今天，作为新型洁净能源和可再生能源的农村沼气建设，被国家列入改善农村生产生活条件的“六小工程”之一，成为各级政府的重点建设项目。大力发展农村沼气，建设绿色生态家园，可为农民提供优质清洁能源，可实现燃料、肥料和饲料的量佳转化，可通过生态链的延长增加农民收入，起着回收农业废弃物能量和物质的特殊作用。同时，发展沼气可保护森林资源，减少农药、化肥和大气污染，改善农村环境卫生，提高农民的生活质量，推进农民奔小康，促进农村经济可持续发展。 二、介绍资料： 通过询问农村技术员、查阅图书资料、上网查询等方式，了解查询有关沼气的基本知识。沼气最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。沼气是多种有机物质，在隔绝空气（厌氧或还原条件），并在适宜的温度、湿度条件下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃气体。 沼气的主要成分为甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）。沼气发酵的主要原料有：多种秸秆、杂草等，农产品加工的各种有机物废物和废水，城市垃圾及生活污水等。 沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫它沼气。 第二课时沼气的用途及价值 在沼气生产过程中，可产生沼气、沼液和沼渣。沼气的综合利用就是将沼气、沼液和沼渣运用到生产过程，是农村沼气建设中降低生产成本、提高经济效益的一系列综合技术措施。 1、沼气
沼气净化提纯制取生物甲烷之天然气、车用燃气的应用
沼气净化提纯制取生物甲烷之天然气、车用燃气的应用 能源和环境的双重危及使可再生能源的研究开发被提升到前所未有的高度。厌氧发酵技术作为一种既可以处理有机废弃物，又能回收能源的工程技术越来越受到重视。政府的支持使我国沼气工程快速发展。目前，国内大中型沼气工程生产的沼气主要用于供热和热电联产，如何高值化利用沼气，使其发挥更大的经济效益是沼气产业可持续发展的关键因素之一。 一、沼气净化提纯技术 沼气制取生物甲烷是高值化利用的有效途径，主要涉及到净化和提纯两个步骤，净化是去除沼气中微量的有害成分，如沼气中的硫主要以H 2S形式存在，含量为500-5000mg/L，须予以脱除。提纯主 要是对沼气中的CO 2进行去除，减少CO 2的含量，增大CH 4的纯度。沼气的净化提纯工艺主要是保留其 可燃和助燃成分，包括CH 4、H 2、O 2和CO，并对沼气中的CO 2、H 2S、H 2O和其他杂质进行去除。 脱硫是为了避免H 2S腐蚀压缩机、气体储罐和发动机以及避免H 2S中毒，其燃烧产生SO 2和SO 3，危害更大，且SO 2会降低露点。 脱除CO 2是因为CO 2降低了沼气的热值、能量密度及燃烧速度，且增大了沼气的点火温度，如果沼气 经净化提纯后须达到生物甲烷的标准，就必须脱除其中的CO 2。 脱水是因为H 2O与H 2S、CO 2和NH 3反应，会引起压缩机、气体储罐和发动机的腐蚀，且当沼气被加压储 存时，为了防止高压下冷凝或结冰，也必须对水进行去除。
1、沼气脱硫技术简述 S是含硫化合物在微生物还原过程中形成的，其含量随发酵原料和发酵工艺的不同而有所变化。H 2 S的存在会导致很多问题，所以在沼气净化过程中应尽早予以去除，最常用的方法主要有湿由于H 2 法脱硫、干法脱硫和生物脱硫。 湿法脱硫按溶液的吸收与再生性质分为物理吸收法、化学吸收法和氧化法。干法脱硫按原理和方法分为化学吸附法、化学吸收法和催化加氢法。生物脱硫是20世纪80年代发展起来替代传统脱硫方法的新工艺，它是在适宜的温度、湿度、PH值、营养物和微氧条件下，利用脱硫细菌（如光合硫细菌、 S转化为单质硫或硫酸的过程。 硫杆菌、无色硫细菌等），将H 2 2、沼气脱碳技术简述 目前沼气中二氧化碳的脱除工艺有变压吸附法、压力水洗法、物理吸收法、化学吸收法、胺洗法、膜分离法和低温分离法等多种方法。其中变压吸附法、压力水洗法、化学吸收法和膜分离法这四种方法在沼气净化提纯方面应用较多。 3、沼气脱水技术简述 脱水是因为导气管中如果积累了水会溶解硫化氢而腐蚀管道，此外当沼气被加压储存时，为了防止因为凝结水而冻坏储气罐，也必须对水进行去除。常用的脱水方法有冷分离法、固体物理吸水法和溶剂吸收法等。 二、在天然气、车用燃气中的应用 沼气提纯后可制取生物甲烷，生物甲烷又称为生物燃气、生物天然气，是沼气经过净化提纯达到天然气标准（GB17820-1999），输入天然气管网替代石化天然气的燃料，也可用作车用燃气。沼气通过净化提纯工艺达到含甲烷95%-97%，用作车用燃气，或并入天然气管网，是将沼气高值化利用、发挥更大经济价值的重要方向。 沼气若要用作车用燃气，就应达到汽车内燃机对车用燃料的要求。依据我国车用压缩天然气国家标准（GB18047-2000）规定，提纯后的生物甲烷用作车用燃气必须达到表1中的主要性能指标。
沼气发酵工艺介绍
1.2.2 厌氧处理工艺选择 1、各类厌氧工艺性能概述 （1）完全混合厌氧工艺（CSTR） CSTR是在常规消化器内安装了搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态，该消化器常采用恒温连续投料或半连续投料运行，适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理。在该消化器内，新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵期内的发酵液混合，使发酵池底浓度始终保持相对较低的状态。而其排除的料液又与发酵液的底物浓度相等，并且在出料时微生物也一起被排出，所以，出料浓度一般较高。该消化器具有完全混合的状态，其水力停留时间、污泥停留时间、微生物停留时间完全相等，即HRT=SRT=MRT。为了使生长缓慢的产甲烷菌的增殖和冲出速度保持平衡，要求HRT较长，一般要10-15d或更长的时间，进料浓度8%-12%。中温发酵时负荷为3-4kgCOD（m3.d），高温发酵为5-6 kgCOD（m3.d）。 CSTR的优点：1.可以进入高悬浮固体含量的原料；2.消化器内物料的均匀分布，避免了分层状态，增加了底物和微生物接触的机会；3. 消化器内温度分布均匀；4.进入消化器的抑制物质，能够迅速分散，保持较低的浓度水平；5.避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象。 缺点：1.由于消化器无法做到使SRT和MRT在大于HRT的情况下运行，所以需要消化器体积较大；2.要有足够的搅拌，所以能量消耗较高；3.生产用大型消化器难以做到完全混合；4.底物流出该系统时未完全消化，微生物随出料而流失。 （2）厌氧接触工艺反应器 厌氧接触工艺反应器是完全混合式的，是在连续搅拌完全混合式厌氧消化反应器（CSTR）的基础上进行了改进的一种较高效率的厌氧反应器。反应器排出的混合液首先在沉淀池中进行固液分离，污水由沉淀池上部排出，沉淀池下部的污泥被回流至厌氧消化池内。这样的工艺既保证污泥不会流失，又可提高厌氧消化池内的污泥浓度，从而提高了反应器的有机负荷率和处理效率，与普通厌氧消化池相比，可大大缩短水力停留时间。目前，全混合式的厌氧接触反应器已被广泛应用于SS浓度较高的废水处理中。其不足之处在于，厌氧污泥经沉淀池再回流，温度变化较大，影响了厌氧处理效率的提高，同时，厌氧罐内的热能损失也较大。但因受水泵性能的限制，该装置进料的干物质浓度（TS%）为4-6%，故需配兑2.5-3倍于发酵原料重量的配料污水；还需多级“预处理”以去除堵察水泵和管道的秸草等较大固形物。 （3）厌氧滤器（AF） 厌氧滤器是采用填充材料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器，厌氧菌在填充材料上附着生长，形成生物膜。生物膜与填充材料一起形成固定的滤床。厌氧滤床可分为上流式厌氧滤床和下流式厌氧滤床二种。污水在流动过程中生长并保持与充满厌氧细菌的填料接触，因为细菌生长在填料上将不随出水流失，在短的水力停留时间下可取得较长的污泥泥龄。厌氧滤器的缺点是填料载体价格较贵，反应器建造费用较高，此外，当污水中SS含量较高时，容易发生短路和堵塞。 （4）上流式厌氧污泥床反应器（UASB） 待处理的废水被引入UASB反应器的底部，向上流过由絮状或颗粒状厌氧污泥的污泥床。随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应，产生沼气引起污泥床的扰动。在污泥床产生的沼气有一部分附着在污泥颗粒上，自由气泡和附着在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的上部。污泥颗粒上升撞击到三相分离器挡板的下部，这引起附着的气泡释放；脱气的污泥颗粒沉淀回到污泥层的表面。自由状态下的沼气和由污泥颗粒释放的气体被收集在三相分离器锥顶部的集气室内。液体中包含一些剩余的固体物和生物颗粒进入到三相分离器的沉淀区内，剩余固体物和生物颗粒从液体中分离并通过三相分离器的锥板间隙回到污泥层。UASB反应器的特点在于可维持较高的污泥浓度，很长的污泥泥龄（30天以上），较高的进水容积负荷率，
污水处理沼气生产工艺流程
污水处理沼气生产工艺操作流程 沼气生产工艺流程图 沼气发酵基本原理 沼气发酵又称为厌氧消化，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。 沼气发酵过程一般要经历三个阶段，即液化阶段、产酸阶段和产甲烷阶段。 沼气发酵过程的液化阶段 用作沼气发酵原料的有机物种类繁多，如禽畜粪便、作物秸秆、食品加工废物和废水，以及酒精废料等，其主要化学成分为多糖、蛋白质和脂类。其中多糖类物质是发酵原料的主要成分，它包括淀粉、纤维素、半纤维素、果胶质等。这些复杂有机物大多数在水
中不能溶解，必须首先被发酵细菌所分泌的胞外酶水解为可溶性糖、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能被微生物所吸收利用。发酵性细菌将上述可溶性物质吸收进入细胞后，经过发酵作用将它们转化为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类及一定量的氢、二氧化碳。在沼气发酵测定过程中，发酵液中的乙酸、丙酸、丁酸总量称为中挥发酸(TVA)。蛋白质类物质被发酵性细菌分解为氨基酸，又可被细菌合成细胞物质而加以利用，多余时也可以进一步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氢等。蛋白质含量的多少，直接影响沼气中氨及硫化氢的含量，而氨基酸分解时所生成的有机酸类，则可继续转化而生成甲烷、二氧化碳和水。脂类物质在细菌脂肪酶的作用下，首先水解生成甘油和脂肪酸，甘油可进一步按糖代谢途径被分解，脂肪酸则进一步被微生物分解为多个乙酸。 沼气发酵过程的产酸阶段 （1）产氢产乙酸菌 发酵性细菌将复杂有机物分解发酵所产生的有机酸和醇类，除甲酸、乙酸和甲醇外，均不能被产甲烷菌所利用，必须由产氢产乙酸菌将其分解转化为乙酸、氢和二氧化碳。 （2）耗氢产乙酸菌 耗氢产乙酸菌也称同型乙酸菌，这是一类既能自养生活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，也能代谢产生乙酸。通过上述微生物的活动，各种复杂有机物可生成有机酸和H2／CO2等。 沼气发酵过程中的产甲烷阶段 （1）产甲烷菌的类群 产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大类群。在沼气发酵过程中，甲烷的形成是由一群生理上高度专业化的古细菌--产甲烷菌所引起的，产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌，它们是厌氧消化过程食物链中的最后一组成员，尽管它们具有各种各样的形态，但它们在食物链中的地位使它们具有共同的生理特性。它们在厌氧条件下将前三群细菌代谢终产物，在没有外源受氢体的情况下把乙酸和H2／CO2转化为气体产生CH4／CO2，使有机物在厌氧条件下的分解作用以顺利完成。 目前已知的甲烷产生过程由以上两组不同的产甲烷菌完成。 ①由CO2和H2产生甲烷反应为： CO2+4H2—CH4+ 2H2O ②由乙酸或乙酸化合物产生甲烷反应为： CH3COOH—CH4+CO2 CH3COONH4+ H2O—CH4+ NH4 HCO3 （2）产甲烷菌的生理特性
沼气发展现状报告
沼气发展现状 能源是向自然界提供能量转化的物质，是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。当今世界，人类社会发展日益加速，无论是在工业，农业，还是第三产业服务业，高新技术产业，都是处于人类历史上空前发展最快的一个阶段。社会的发展提高了人类的生活水平，大大加强了社会生产力，同时对能源（如煤，石油）的需求和使用也大幅提高，从汽车内燃机到家用电器，无不需要能源去运作。 人类对能源的利用主要有三大转换：第一次是煤炭取代木材等成为主要能源；第二次是石油取代煤炭而居主导地位；而当今世界是在石油逐渐枯竭的状况下向多能源结构的过渡转换。世界能源利用现状主要表现为3个特点：1. 受经济发展和人口增长的影响，世界一次能源消费量不断增加； 2. 世界能源消费呈现不同的增长模式，发达国家增长速率明显低于发展中国家；3. 世界能源消费结构趋向优质化。纵观当今世界能源利用状况，我们仍然以化石燃料作为主要能源，对环境的破坏极大，并且面临着枯竭。从目前新能源发展状况来看，发展力度仍不够大，对多能源结构的转换仅处于过渡或者说是只是开始的阶段。所以加大力度发展新能源是人类目前一项重要并且紧迫的工作。正因如此，整个世界都十分关注新能源的开发。目前人们主要关注的新能源有以下几类：太阳能，风能，生物质能，核能，氢能，地热能，海洋能，小水电。相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资
源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。 沼气，正是新能源之一——生物质能中的一份子。 一.沼气定义： 有机物质在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，经各种微生物发酵及分解作用而产生的一种以甲烷为主要成分的混合可燃气体。 二.沼气发展简史： 沼气发酵是一种古老的有机物发酵方法，广泛存在于自然界。它是各种有机物在兼性厌氧菌和专性厌氧菌等微生物的联合作用下，进行生物降解并生成有机酸、醇、二氧化碳和氢气等物质，并经产甲烷细菌等微生物进一步厌氧消化转化为以甲烷为主要成分的生物气的过程。厌氧发酵主要原料是农林废弃物、工业有机废水、畜禽粪便和城市垃圾等“废弃”资源。厌氧发酵的两个基本功能——降解有机物和产生可燃气体，是生态农业发展的基本推动力。早在1630 年，Vam Helmeuy 就发现生物质厌氧发酵能产生可燃气体。1776 年，意大利无力学家Volta 发现沼泽中有可燃气体产生，他认为这种气体的产生与有机质分解有关。1806 年，Herry 确定这种气体是甲烷。1868 年Becbamp 首次提出甲烷形成过程是一种微生物学过程，1875 年，俄国学者Popoff 也得到了相同的结论。1901～1902 年，巴斯德研究所的Maze 获得了一种产甲烷的微球菌，并将其命名为马氏甲烷球菌（Methanococcus mazei）。1936 年，Barker 发现了能在合成培养基上发酵产乙醇、丙醇和丁醇的有机体，并指出发酵分为产酸和分解酸形成甲烷的两个阶段，同时获得了几个产甲烷细菌的纯培养物，分别命名为甲