沼氣的開發與利用

 知識百科     |      2015/9/7 9:11:21

沼氣(有機物經微生物作用產生的可燃氣體)

沼氣,化學名;甲烷,顧名思義就是沼澤里的氣體。人們經??吹?,在沼澤地、污水溝或糞池里,有氣泡冒出來,如果我們劃著火柴,可把它點燃,這就是自然界天然發生的沼氣。沼氣,是各種有機物質,在隔絕空氣(還原條件),并在適宜的溫度、PH值下,經過微生物的發酵作用產生的一種可燃燒氣體。沼氣屬于二次能源,并且是可再生能源。

中文名      沼氣           外文名      methane pits                       zhǎo qì               化學名      甲烷

定義

沼氣是有機物質在厭氧條件下,經過微生物的發酵作用而生成的一種混合氣體。沼氣,顧名思義就是沼澤里的氣體。人們經??吹?,在沼澤地、污水溝或糞池里,有氣泡冒出來,如果我們劃著火柴,可把它點燃,這就是自然界天然發生的沼氣。由于這種氣體最先是在沼澤中發現的,所以稱為沼氣。人畜糞便、秸稈、污水等各種有機物在密閉的沼氣池內,在厭氧(沒有氧氣)條件下發酵,類繁多的沼氣發酵微生物分解轉化,從而產生沼氣。沼氣是一種混合氣體,可以燃燒。沼氣是有機物經微生物厭氧消化而產生的可燃性氣體。

沼氣是多種氣體的混合物,一般含甲烷5070%,其余為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化氫等。其特性與天然氣相似。沼氣除直接燃燒用于炊事、烘干農副產品、供暖、照明和氣焊等外,還可作內燃機的燃料以及生產甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。經沼氣裝置發酵后排出的料液和沉渣,含有較豐富的營養物質,可用作肥料和飼料。

發酵是復雜的生物化學變化,有許多微生物參與。反應大致分兩個階段:(1)微生物把復雜的有機物質中的糖類、脂肪、蛋白質降解成簡單的物質,如低級脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氫氣和硫化氫等。(2)由甲烷菌種的作用,使一些簡單的物質變成甲烷。要正常地產生沼氣,必須為微生物創造良好的條件,使它能生存、繁殖。沼氣池必須符合多種條件。首先,沼氣池要密閉。有機物質發酵成沼氣,是多種厭氧菌活動的結果,  因此要造成一個厭氧菌活動的缺氧環境。在建造沼氣池時要注意隔絕空氣,不透氣、不滲水。其次,沼氣池里要維持2040,因為通常在這種溫度下產氣率最高。第三,沼氣池要有充足的養分。微生物要生存、繁殖,必須從發酵物質中吸取養分。在沼氣池的發酵原料中,人畜糞便能提供氮元素,農作物的秸稈等纖維素能提供碳元素。第四,發酵原料要含適量水,一般要求沼氣池的發酵原料中含水80%左右,過多或過少都對產氣不利。第五,沼氣池的pH值一般控制在78.5。

發展

中國作為能源消費大國,新能源的開發利用對國民經濟的可持續發展具有重要的意義,隨著農村社會經濟的迅速發展,農村能源消耗也日益增大,在此背景下,沼氣資源作為一項極具應用前景的新能源,其開發利用是解決能源緊張形勢下農村能源供應問題的有效舉措,其發展日益受到國家的重視。2000年以后,中央財政不斷加大對農村沼氣建設的資金投入,其中,十一五以來,中央累計投入農村沼氣建設資金212億元。

在中央政策引導及資金投入的支持下,中國沼氣產業的規模呈現逐年遞增的趨勢,尤其是戶用沼氣池的數量增加明顯,已經成為沼氣產業的主力。中國農村戶用沼氣池近幾年來逐年增加,2000年底,農村戶用沼氣池達到848萬戶,2006年底已達到2200萬戶,2007年底為2650萬戶,2008年底為2800萬戶,2009年底為3500萬戶,2010年底已經超過4000萬戶,可以看出,戶用沼氣池數量一直呈現遞增的發展趨勢,并以平均每年約17%的速度增長。

2012122526日,全國農村沼氣工作會議在四川成都召開。農業部副部長張桃林說,多年來,在中央投資帶動下,經過各地共同努力,我國農村沼氣發展進入了大發展、快發展的新階段。截止到2011年底,全國戶用沼氣達到3996萬戶,占鄉村總戶數的23%,受益人口達1.5億多人;中央支持建成了2.4萬處小型沼氣工程和3690多處大中型沼氣工程,多元化發展的新格局初步形成;全國鄉村服務網點達到9萬個、縣級服務站800多個,服務沼氣用戶3000萬戶左右,覆蓋率達到75%

據農業部規劃,十二五期間中央投資優先支持向農戶集中供氣的大中型沼氣項目,要在保證戶用沼氣供應的情況下,擴大沼氣用戶,調整沼氣發展的布局,通過試點工程的示范帶動商業沼氣的發展;2015年,農村戶用沼氣用戶達到5000-5500萬戶。

沼氣是由意大利物理學家A.沃爾塔于1776年在沼澤地發現的。1916年俄國人Β.П.奧梅良斯基分離出了第一株甲烷菌(但不是純種)。中國于1980年首次分離甲烷八疊球菌成功。世界上已分離出的甲烷菌種近20株。

世界上第一個沼氣發生器(又稱自動凈化器)是由法國L.穆拉于1860年將簡易沉淀池改進而成的。1925年在德國、1926年在美國分別建造了備有加熱設施及集氣裝置的消化池,這是現代大、中型沼氣發生裝置的原型。第二次世界大戰后,沼氣發酵技術曾在西歐一些國家得到發展,但由于廉價的石油大量涌入市場而受到影響。后隨著世界性能源危機的出現,沼氣又重新引起人們重視。1955年新的沼氣發酵工藝流程──高速率厭氧消化工藝產生。它突破了傳統的工藝流程,使單位池容積產氣量(即產氣率)在中溫下由每天1立方米容積產生0.71.5立方米沼氣,提高到48立方米沼氣,滯留時間由15天或更長的時間縮短到幾天甚至幾個小時。

中國于20世紀20年代初期由羅國瑞在廣東省潮梅地區建成了第一個沼氣池,隨之成立了中華國瑞瓦斯總行,以推廣沼氣技術。中國農村戶用沼氣池的數量達 1300萬座。而高速率厭氧消化工藝生產性試驗裝置已在糖廠和酒廠正常運行。

成分組成

沼氣的主要成分是甲烷。沼氣由50%80%甲烷(CH4)、20%40%二氧化碳(CO2)、0%5%氮氣(N2)、小于1%的氫氣(H2)、小于0.4%的氧氣(O2)與0.1%3%硫化氫(H2S)等氣體組成 。由于沼氣含有少量硫化氫,所以略帶臭味。其特性與天然氣相似??諝庵腥绾?/span>8.620.8%(按體積計)的沼氣時,就會形成爆炸性的混合氣體。

沼氣的主要成分甲烷是一種理想的氣體燃料,它無色無味,與適量空氣混合后即會燃燒。每立方米純甲烷的發熱量為 34000千焦,每立方米沼氣的發熱量約為2080023600千焦。即1立方米沼氣完全燃燒后,能產生相當于0.7千克無煙煤提供的熱量。與其它燃氣相比,其抗爆性能較好,是一種很好的清潔燃料。

沼氣發酵

沼氣發酵微生物

(聯想 細菌之間的關系:促進、抑制、競爭等)

沼氣發酵微生物是一個統稱,包括發酵性細菌、產氫產乙酸菌、耗氫產乙酸菌、食氫產甲烷菌、食乙

酸產甲烷菌五大類群。五大類群細菌構成一條食物,從各群細菌的生理代謝產物或它們的活動對發酵液pH值的影響來看,沼氣發酵過程可分為水解、產酸和產甲烷階段。前三類群細菌的活動可使有機物形成各種有機酸,因此,將其統稱為不產甲烷菌。后二類群細菌的活動可使各種有機酸轉化成甲烷,因此,將其統稱為產甲烷菌。

1)不產甲烷菌

不產甲烷菌能將復雜的大分子有機物變成簡單的小分子量的物質。它們的種類繁多,根據作用基質來分,有纖維分解菌、半纖維分解菌、淀粉分解菌、蛋白質分解菌、脂肪分解菌和一些特殊的細菌,如產氫菌、產乙酸菌等。

2)產甲烷菌

產甲烷菌是沼氣發酵的主要成分--甲烷的產生者。是沼氣發酵微生物的核心,它們嚴格厭氧,對氧和氧化劑非常敏感,最適宜的pH值范圍為中性或微堿性。它們依靠二氧化碳和氫生長,并以廢物的形式排出甲烷,是要求生長物質最簡單的微生物。

沼氣發酵的原理

(聯想 微生物生長代謝)

沼氣發酵又稱厭氧消化 ,是指各種有機物在厭氧條件下 ,被各類沼氣發酵微生物 分解轉化 ,最終生成沼氣的過程。所公認的沼氣發酵的過程如圖所示:

(說明: I、I I為三階段理論,I、II、II、IV、為四類群理論

沼氣發酵的優點

1 沼氣發酵后殘渣中有機物含量減少;

2消化后殘渣是一種氣味很小的固體或流體,不吸引蒼蠅或鼠類;

3 可產生有用的終產物甲烷,它是清潔而方便的燃料;

4 在沼氣發酵過程中雜草種子和一些病原物被殺滅;

5 發酵過程中N、P、K等肥料成分幾乎得到全部保留,一部分有機氮被水解成氨態氮,速效性養分增加;

6 發酵殘渣可作為飼料;

7 沼氣發酵在處理有機物可大量地節省曝氣消化所消耗的能量;

8 厭氧活性污泥可保存數月而無需投加營養物,當再次投料時可很快啟動;

發酵工藝

根據發酵原料和發酵條件的不同,所采用的發酵工藝也多種多樣。

基本工藝流程

一個完整的大中型沼氣發酵工程,無論其規模大小,都包括了如下的工藝流程:原料(廢水)的收集、預處理、消化器(沼氣池)、出料的后處理和沼氣的凈化與儲存等,如下圖所示:

基本條件

(聯想微生物培養條件和培養基的制備)

1)適宜的發酵溫度

沼氣池的溫度條件分為:常溫發酵 (也稱為低溫發酵)1030,在這個溫度條件下,產氣率可為01503 m3/m3·d。 中溫發酵 3045,在這個溫度條件下,池容產氣率可達1m3 /m3·d左右。高溫發酵4560,在這個溫度條件下,池容產氣率可達225 m3/m3·d左右。沼氣發酵最經濟的溫度條件是35 ,即中溫發酵。

2)適宜的發酵液濃度

發酵液的濃度范圍是230% 。濃度愈高產氣愈多。發酵液濃度在20%以上稱為干發酵。農村戶用沼

沼氣工藝流程圖 

 氣池的發酵液濃度可根據原料多少和用氣需要以及季節變化來調 整。夏季以溫補料濃度為56%;冬季以料補溫10 12%。

3)發酵原料中適宜的碳、氮比例(CN

沼氣發酵微生物對碳素需要量最多,其次是氮素,我們把微生物對碳素和氮素的需 要量的比值,叫做碳氮比,用 CN來表示。目前一般采用CN=251。但并不十 分嚴格,201、251、301都可正常發酵 。

4)適宜的酸堿度(pH值)

沼氣發酵適宜的酸堿度為pH=6575 。pH值響酶的活性,所以影響發酵速率。

5)足夠量的菌種

沼氣發酵中菌種數量多少,質量好壞直接影響著沼氣的產量和質量。一般要求達到發酵料液總量的1030%,才能保證正常啟動和旺盛產氣。

6)較低的氧化還原電位(厭氧環境)

沼氣甲烷菌要求在氧化還原電位大于一330mv的條件下才能生長。這個條件即:嚴格的厭氧環境。所以,沼氣池要密封。

沼氣利用

利用技術

沼氣作為能源利用已有很長的歷史。我國的沼氣最初主要為農村戶用沼氣池,20世紀70年代初,為解

沼氣綜合利用

決的秸稈焚燒和燃料供應.不足的問題,我國政府在農村推廣沼氣事業,沼氣池產生的沼氣用于農村家庭的炊事來逐漸發展到照明和取暖。目前,戶用沼氣在我國農村仍在廣泛使用。我國的大中型沼氣工程始于1936年,此后,大中型廢水、養殖業污水、村鎮生物質廢棄物、城市垃圾沼氣的建立拓寬了沼氣的生產和使用范圍。隨著我國經濟發人民生活水平的提高,工業、農業、養殖業的發展,大廢棄物發酵沼氣工程仍將是我國可再生能源利用和環護的切實有效的方法。

80年代以來建立起的沼氣發酵綜合利用技術沼氣為紐帶,物質多層次利用、能量合 理流動的高效農產模 ,巳逐漸成為我國農村地區利用沼氣技術促進可持續發展的有效方法。通過沼氣發酵綜合利用技術沼氣用于農戶生活用能和農副產品生產、加工 ,沼液用料、飼料、生物農藥、培養料液 的生產,沼渣用于肥料、的生產,我 國北方推廣的塑料大棚、沼氣池、禽畜舍和相結合的四位一體沼氣生 態農業模式、中部地區的以沼氣為紐帶的生態果園模式、南方建立的豬一果模式 、以及其他地 區因地制宜建立的養殖一沼氣植、豬一沼一魚草一牛一沼等模式都是以業為龍頭,以沼氣為紐帶,對沼氣、沼液、沼渣的多層次利用的生態農業模式,沼氣發酵綜合利用生態農業模建立使農村沼氣和農業生態緊密結合起來,是改善農村環境衛生的有效措施,是發展綠色種植業、養殖業的有效途徑 ,已成為農村經濟新的增長點。

沼氣發電技術

沼氣燃燒發電是隨著大型沼氣池建設和沼氣綜合利用的不斷發展而出現的一項沼氣利用技術,它將厭氧發酵處理產生的沼氣用于發動機上,并裝有綜合發電裝置,以產生電能和熱能。沼氣發電具有創效、節能、安全和環保等特點,是一種分布廣泛且價廉的分布式能源。

沼氣發電在發達國家已受到廣泛重視和積極推廣。生物質能發電并網在西歐一些國家占能源總量的10%左右。

我國沼氣發電有30多年的歷史,在十五期間研制出20600kW純燃沼氣發電機組系列產品,氣耗率0608m0/kw h(沼氣熱值 ~>21MJ/m0)。但國內沼氣發電研究和應用市場都還處于不完善階段,特別是適用于我國廣大農村地區小型沼氣發 電技術研究更少,我國農村偏遠地區還有許多地方嚴重缺電,如牧區、海島、偏僻山區等高壓輸電較為困難,而這些地區卻有著豐富的生物質原料。如能因地制宜地發展小沼電站,則可取長補短就地供電。

沼氣燃料電池技術

燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能, 直接轉化為電能的裝置。當源源不斷地從外部向

沼氣池

燃料電池供 給燃料和氧化劑 時,它可以連續 發電。依據 電解質的不同,燃料電池分為堿性燃料電池(AFC)等。

燃料電池不受卡諾循環限制,能量轉換效率高,潔凈、無污染、噪聲低,模塊結構、積木性強、比功率高,既可 以集中供電,也適合分散供電。 燃料電池將是21世紀最有競爭力的高效、清潔的發電方式 ,它將在潔凈煤燃料電站 、電動汽車、移動 電源、不間斷電源、潛艇及空間電源等方面 ,有著廣泛的應用前景和巨大的潛在市場。

沼氣燃料電池是最新出現的一種清潔、高效、低噪音的 電裝置 ,與沼氣發電機發電相比,不僅出電效率和能量利用率高,而且振動和噪音小,排出的氮氧化物和硫化物濃度低 ,因此是很有發展前途的沼氣利用工藝,將沼氣用于燃料 電池發電,是有效利用沼氣 資源的一條重要途。我國的燃料電池研究始于1958年。但是 ,由于多年來在燃料電池研究方面投入資金數量很少,就燃料電池技術的總體水平來看,與發達國家尚有較大差距。燃料電池的出現與發展,將會給便 攜式電子設備帶來一場深刻 的革命,并且還會波及到汽車業、住宅以及社會各方面的集中供電系統。

污染治理

對于以農業為主的中國,沼氣技術在農業領域正發揮著很大的作用,目前,國家制定法律法規中有許多發展農村沼氣的有關政策規定,并在全國各地大力推動大中型沼氣工程建設,并且進一步提高設計、工藝和自動控制技術水平。預計到2015 ,處理工業有機廢水的大中型沼氣工程達2500 ,形成年 生產沼氣能力40億立方米 ,相當于 343萬噸標準煤 ,年處理工業有機廢水37500萬立方米 。農業廢棄物沼氣工程到2015年累計建成近4100個,形成年生產沼氣能力4.5億立方米 ,相當于58萬噸 標準煤 ,年處理 糞便 123億噸 ,從而解決全國集約化養殖場的污染治理問題 ,使糞便得到資源化利用。

沼氣池

沼氣是有機物質在厭氧環境中,在一定的溫度、濕度、酸堿度的條件下,通過微生物發酵作 用,產生的一種可燃氣體。由于這種氣體最初是在沼澤、湖泊、池塘中發現的,所以人們叫 它沼氣。沼氣含有多種氣體,主要成分是甲烷(CH4)。沼氣細菌分解有機物,產生沼氣的 過程,叫沼氣發酵。根據沼氣發酵過程中各類細菌的作用,沼氣細菌可以分為兩大類。第一類細菌叫做分解菌,它的作用是將復雜的有機物分解成簡單的有機物和二氧化碳(CO2)等 。它們當中有專門分解纖維素的,叫纖維分解菌;有專門分解蛋白質的,叫蛋白分解菌;有 專門分解脂肪的,叫脂肪分解菌;第二類細菌叫含甲烷細菌,通常叫甲烷菌,它的作用是把 簡單的有機物及二氧化碳氧化或還原成甲烷。因此,有機物變成沼氣的過程,就好比工廠 里生產一種產品的兩道工序:首先是分解細菌將糞便、秸稈、雜草等復雜的有機物加工成半 成品——結構簡單的化合物;再就是在甲烷細菌的作用下,將簡單的化合物加工成產品—— 即生成甲烷。

發展前景

目前,世界各國已經開始將沼氣用作燃料和用于照明。用沼氣代替汽油、柴油,發動機器的效果也很好。將它作為農村的能源,具有許多優點。例如,修建一個平均每人l15平方米的發酵池,就可以基本解決一年四季的燃柴和照明問題;人、畜的糞便以及各種作物秸稈、雜草等,通過發酵后,既產生了沼氣,還可作為肥料,而且由于腐熟程度高使肥效更高,糞便等沼氣原料經過發酵后,絕大部分寄生蟲卵被殺死,可以改善農村衛生條件,減少疾病的傳染?,F在,沼氣的應用正在各國廣大農村推廣,沼氣能源的開發利用的普及等方面,已經取得了較好的成績。

世界上一些發達國家,也正在進行利用微生物厭氧消化農場廢物、生產甲烷的較大規模試驗。英國建立了甲烷的自動化工廠。在厭氧消化器中有三個基本過程:

第一階段的水解把不溶解的有機化合物和聚合物,通過酶法轉化為可溶解的有機物。

第二階段再將上一步轉化成的產物如碳水化合物、蛋白質、脂肪類、醇等發酵為有機酸。

第三階段由有機酸發酵產生甲烷。

據估計,在英國,利用人和動物的各種有機廢物,通過微生物厭氧消化所產生的甲烷,可以替代整個英國25%的煤氣消耗量。蘇格蘭已設計出一種小型甲烷發動機,可供村莊、農場或家庭使用。美國一牧場興建了一座工廠,主體是一個寬30米、長213米的密封池組成的中烷發酵結構,它的任務是把牧場廄肥和其他有機廢物,由微生物轉變成甲烷、二氧化碳和干燥肥料。這座工廠每天可處理1650噸廄肥,每日可為牧場提供11.3萬立方米的甲烷,足夠1萬戶家庭使用。目前美國已擁有24處利用微生物發酵的能量轉化工程。從世界范圍看,利用各種微生物協同作用生產甲烷的研究和應用,正處于方興未艾的階段。近年來,中國沼氣事業獲得了迅速的發展,沼氣池總數已達到1000多萬個。在四川、浙江、江蘇、廣東、上海等省市農村,有些地方除用沼氣煮飯、點燈外,還辦起了小型沼氣發電站,利用沼氣能源作動力進行脫粒、加工食料、飼料和制茶等,闖出了用辦法解決農村電力問題的新路子。專家們認為,21世紀沼氣在農村之所以能夠成為主要能源之一,是因為它具有不可比擬的特點,特別是在中國的廣大農村,這些特點就更為顯著了。首先,沼氣能源在中國農村分布廣泛,潛力很大,凡是有生物的地方都有可能獲得制取沼氣的原料,所以沼氣是一種取之不盡,用之不竭的再生能源。其次,可以就地取材,節省開支。沼氣電站建在農村,發酵原料一般不必外求。興辦一個小型沼氣動力站和發電站,設備和技術都比較簡單,管理和維修也很方便,大多數農村都能辦到。據調查對比,小型沼氣電站每千瓦投資只要400元左右,僅為小型水力電站的1/21/3,比風力、潮汐和太陽能發電低得多。小型沼氣電站的建設周期短,只要幾個月時問就能投產使用,基本上不受自然條件變化的影響。采用沼氣與柴油混合燃燒,還可以節省17%的柴油。中國地廣人多,生物能資源豐富。研究表明,在21世紀無論在農村還是城鎮,都可以根據本地的實際情況,就地利用糞便、秸稈、雜草、廢渣、廢料等生產的沼氣來發電。

現實意義

沼氣是可再生的清潔能源,既可替代秸稈、薪柴等傳統生物質能源,也可替代煤炭等商品能源,而且能源效率明顯高于秸稈、薪柴、煤炭等。

中國農業資源和環境的承載力十分有限,發展農業和農村經濟,不能以消耗農業資源、犧牲農業環境為代價。農村沼氣把能源建設、生態建設、環境建設、農民增收鏈接起來,促進了生產發展和生活文明。發展農村沼氣,優化廣大農村地區能源消費結構,是中國能源戰略的重要組成部分,對增加優質能源供應、緩解國家能源壓力具有重大的現實意義。沼氣知識的普及和應用并非紙上談兵,是一個任重而道遠的過程!

相關用途

農村戶用沼氣池生產的沼氣主要用來做生活燃料。修建一個容積為10立方米的沼氣池,每天投入相當于4頭豬的糞便發酵原料,它所產的沼氣就能解決一家3―4口人點燈、做飯的燃料問題。沼氣還可以用于農業生產中,如溫室保溫、烘烤農產品、儲備糧食、水果保鮮等。沼氣也可發電做農機動力,大、中型沼氣工程生產的沼氣可用來發電、燒鍋爐、加工食品、采暖或供給城市居民使用。沼氣還很環保。

產生使用

要使沼氣池正常啟動,首先,要選擇好投料的時間,然后準備好配比合適的發酵原料,入池后原料攪拌要均勻,水封蓋板要密封嚴密。一般沼氣池投料后第二天,便可觀察到氣壓表上升,表明沼氣池已有氣體產生。最初,要將產生的氣體放掉(直至氣壓表降至零),待氣壓表再次上升時,在灶具上點火,如果能點燃,表明沼氣池已經正常啟動。如果還不能點燃,照上述方法再重試一次,還不行,則要檢查沼氣的料液是否酸化或其它原因。經檢查沼氣池的密封性能符合要求即可投料。沼氣池投料時,先應按要求根據發酵液濃度計算出水量,向池內注入定量的清水,將準備的原料先倒一半,攪拌均勻,再倒一半接種物與原料混合均勻,照此方法,將原料和菌種在池內充分攪拌均勻,凈沼氣池密封。農村沼氣發酵的適宜溫度為15—25。因而,在投料時宜選取氣溫較高的時候進行,北方宜在3月份準備原料,4—5月份投料,等到7—8月份溫度升高后,有利于沼氣發酵的完全進行,充分利用原料;南方隊5月份可以投料外,下年宜在9月份準備原料,10月投料,超過11月份,沼氣池的啟動緩慢,同時,使沼氣發酵的周期延長。在具體某一天什么時間投料,則宜選取中午進行投料。

配制原料

農村沼氣發酵種類根據原料和進料方式,常采用以秸稈為主的一次性投料和以禽畜糞便為主的連續進料兩種發酵方式?,F以后一種方式舉例說明。中國農村一般的家庭宜修建6立方米水壓式沼氣池,發酵有效容積約5立方米。由于不同種類畜禽糞便的干物質含量不同,現以豬糞為例計算如何配制沼氣發酵原料。豬糞的干物質含量為18%左右,南方發酵濃度宜為6%左右,則需要豬糞1200公斤,制備的接種物500公斤(視接種物干物質含量與豬糞一樣),添加清水3300公斤;北方發酵濃度宜在8%左右,則需豬糞約1700公斤左右,制備的接種物500公斤,添加清水2800公斤,在發酵過程中由于沼氣池與豬圈、廁所修在一起,可自行補料。

制備沼氣發酵接種物,農村沼氣發酵接種物一般采用老沼氣池的發酵液添加一定數量的人畜糞便。比如,要制備500公斤發酵接種物,一般添加200公斤的沼氣發酵液和300公斤的人畜糞便混合,堆漚在不滲水的坑里并用塑料薄膜密閉封口,1周后即可作為接種物。如果沒有沼氣發酵液,可以用農村較為肥沃的陰溝污泥250公斤,添加250公斤人畜糞便堆漚1周左右即可;如果沒有污泥,可直接用人畜糞便500公斤進行密閉堆漚,10天后便可作沼氣發酵接種物。

修建好處

興辦沼氣的好處很多,綜合起來主要有以下幾個方面:

(一)興辦沼氣有利于解決農村能源問題。一戶3―4口人的家庭,修建一個10立方米的沼氣池,只要發酵原料充足,并管理得好,就能解決點燈、煮飯的燃料問題。

(二)興辦沼氣有利于促進農業生產發展。興辦起沼氣后,大量畜禽糞便加入沼氣池發酵,即可生產沼氣,又可漚制出大量優質有機肥料,擴大了有機肥料的來源。凡是施用沼肥的作物不僅增強了抗旱防凍的能力,而且提高秧苗的成活率。施用沼肥不但節省化肥、農藥的噴施量,也有利于生產綠色無公害食品。

(三)興辦沼氣有利于促進畜牧業的發展。辦起沼氣后,有利于解決三料(燃料、飼料和肥料)的矛盾,促進畜牧業的發展。

(四)興辦沼氣有利于改善衛生條件。凡是建了沼氣池的農民都體會到,利用沼氣當燃料,無煙無塵,清潔方便。一些糞便、垃圾、生活污水等都是沼氣發酵的好原料,隨著這些原料進入沼氣池的病菌、寄生蟲卵等,在沼氣池中密閉發酵而被殺死。從而改善了農村的環境衛生條件,對人畜健康都有好處。

(五)興辦沼氣有利于保護生態環境。興辦沼氣解決了農民的燃料問題,減少森林砍伐和牛羊對山場的破壞,有利于保護林草資源,促進植樹造林的發展,減少水土流失,改善農業生態環境。

(六)興辦沼氣有利于解放勞動力。辦起沼氣后,過去農民揀柴、運煤花費的大量勞動力就能節約下來,可以投入到農業生產第一線上去。廣大農村婦女通過使用沼氣,從煙熏火燎的傳統炊事方式中解脫出來,節約了生火做飯的時間,減輕了家務勞動。沼氣是一種清潔能源,所以各國都在農村推廣。

農村應用

應用意義

1.農村戶用沼氣推廣、應用的現狀

目前,中國沼氣池的推廣應用規模居世界首位,國家計劃到2010年,要達到2600萬口。由此,建池數量將占到全國適宜沼氣發展農戶的20%。然而,如此巨大的建池量和驚人的發展速度,帶來的管理壓力可想而知。技術干部不但要負責新建池的規劃、放線、施工,還要負責舊池管護使用中出現的各種故障的排除和綜合利用技術的指導、培訓等工作。

2.推廣應用戶用沼氣的意義

1)沼氣不僅能解決農村能源問題,而且能增加有機肥料資源,提高質量和增加肥效,從而提高農作物產量,改良土壤;(2)使用沼氣,能大量節省秸稈、干草等有機物,以便用來生產牲畜飼料和作為造紙原料及手工業原材料;(3)興辦沼氣可以減少亂砍樹木和亂鏟草皮的現象,保護植被,使農業生產系統逐步向良性循環發展;(4)興辦沼氣,有利于凈化環境和減少疾病的發生。這是因為在沼氣池發酵處理過程中,人畜糞便中的病菌大量死亡,使環境衛生條件得到改善;(5)用沼氣煮飯照明,既節約家庭經濟開支,又節約家庭主婦的勞作時間,降低勞動強度;(6)使用沼肥,提高農產品質量和品質,增加經濟收入,降低農業污染,為無公害農產品生產奠定基礎。常用的物質循環利用型生態系統主要有種植業養殖業沼氣工程三結合、養殖業漁業種植業三結合及養殖業漁業林業三結合的生態工程等類型。其中種植業養殖業沼氣工程三結合的物質循環利用型生態工程應用最為普遍,效果最好。

常見問題

1.常見問題包括的三個方面:農戶在使用沼氣或沼氣池運行管理過程中,最常見的問題概括來講,有這樣三個方面:

一是用戶缺乏沼氣池運行管理的知識,無法保證正常、持續地用上并用好沼氣;

二是用戶對灶具等沼氣配套設備的自查、保養、維修能力較弱;

三是一些農戶對沼氣給生活帶來的變化和好處認識不足。

2.常見問題的具體表現和排除方法

1)發酵料液偏酸或偏堿。沼氣池正常產氣,要求的料液酸堿度在ph=6~8之間,均可產氣,以ph=6.8~7.5產氣量最高。辨別的最簡單方法是用眼睛去觀察,當發現沼氣池中的料液有點兒泛藍色即表明料液偏酸了;如果是料液上泛起一層白色的蒙就說明料液偏堿了。a.當發現料液偏酸時,就取3~4公斤石灰兌上4~5桶清水,先充分攪勻后再直接從進料口倒入池中并攪拌,使石灰澄清液與池中的料液充分接觸。b.當料液偏堿時,就用事先鍘成2~3公分長的青雜草澆上豬或牛的尿液并在池外堆漚處理2~3天,再從進料口投入池中并攪拌均勻,使新加入的青雜草與池中料液充分接觸,使其盡快恢復正常。

2)長期以豬糞作沼氣池的發酵原料,氣壓高卻點不著火或燃燒時間短。傳統的養豬習慣以糧食喂豬為主,豬糞中的碳氮比的含量為CN=131,而在其它條件都具備的情況下,碳氮比的含量CN=25~301才能保證正常產氣,所以會出現點不著等情況。A.利用每年春秋兩季大出料的時機給沼氣池中加入1方牛糞。B.在平常的入料過程中加入適量的富碳原料,如:麩皮、秕殼、碎秸稈等農作物的殘余物。

3)發酵原料充足或料液發酵正常,但產氣量不足。出現這種問題的原因是:發酵料液在池中形成沉淀或料液表面形成結殼。解決辦法是:堅持經常性地攪拌沼氣池發酵料液。

4)沼氣池及輸氣管路等出現漏氣。沼氣出現漏氣有多種情況:a.輸氣管路等不漏氣,但氣壓不上升且人為加壓后又較快降壓1個以上,沼氣池發酵間漏氣。剔除表面密封劑,重新粉刷2~4遍后,重新刷密封劑。b.水封圈有氣泡或密封膠泥局部變黑,密封蓋漏氣。重新封蓋,水封圈加滿水,長期保證水封圈有水。c.安裝沼氣的房間能聞到臭雞蛋味或硫磺味,輸氣管路、開關漏氣或凈化器‘U’型壺的密封蓋破裂。用洗衣粉水查找漏氣部位,更換損壞的零部件。d.只在做飯或點燈時能聞到臭雞蛋味,脫硫劑失效。更換凈化器中的脫硫劑。

可行建議

1)加強對沼氣用戶的專業知識、技能培訓,特別是應盡快培養一批業余的農民沼氣技術員;

2)要利用農村集會和喇叭、廣播、電視等多種方式、方法,對沼氣推廣、應用的意義和作用,沼氣池的修建過程和補助政策等進行廣泛、深入的宣傳;

3)對沼氣用戶來講,要保證正常用氣,堅持長期養畜是基礎。沼氣池就像小工廠,沒有畜禽糞便等原料,就不能生產出沼氣、沼肥等新產品;

4三分建池,七分管護,說明使用好沼氣池重在管理,堅持經常攪拌是關鍵;

5)要堅持對沼氣戶的尋訪,及時發現不產氣沼氣池,并排除故障。

6)把每天居民衛生間產生的人類糞便,下水道集中處理產生沼氣建設沼氣管道給居民使用就象液化氣管道一樣。

7)沼氣液化態提煉技術,沼氣是一種混合氣體,主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(C02)。甲烷占60%70%,二氧化碳占30%40%,還有可燃氣體氫、一氧化碳、硫化氫、氧和氮氣體。只要使用氣體分離技術把二氧化碳變成干冰做其他工業用途,使用零點壓縮成液化形態并不需要多高的成本,提煉可燃氣體壓縮成液化狀態。制造成鋼瓶形式取代液化氣供應居民使用。

綜合節約成本可以建設城市小區居民衛生間下水道產生糞便的沼氣處理站,一方面制作成鋼瓶形式,另一方面建設沼氣輸送管道,就象液化氣管道一樣節約城市液化氣需要西氣東送的大量成本資金。在周圍建設綠色農業產生基地,產生沼液可以做成無土栽培農業種植原料,沼渣直接加工成有機化肥。

1、混合沼氣發酵料及其制作方法

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10、沼氣池內氧化脫除硫化氫工藝

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16、球形懸注式沼氣池鋼制整體內外模具

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18、太陽能沼氣裝置

19、活動罩水壓沼氣裝置

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21.冬季應使用自增溫免護理沼氣池

我國農村戶用沼氣建設適宜性分析

沼氣發酵條件

沼氣發酵是多種微生物分解有機物產生甲烷的過程。要使沼氣發酵正常進行,獲得較高產氣量,就必須保證沼氣細菌進行正常生命活動(包括生長、發育、繁殖、代謝等)所需要的基本條件。

一、沼氣細菌:制取沼氣必須有沼氣細菌才行,這和發面需要酵母菌一樣。如果沒有沼氣細菌的作用,沼氣池內的有機物本身是不會轉變成沼氣的。

含有優良沼氣菌種的接種物普遍存在于糞坑底污泥、下水道污泥、沼氣發酵的渣水、沼澤污泥和豆制品作坊下水溝污泥中,新建沼氣池可以到這些地方去收集菌種。這些含有大量沼氣發酵細菌的污泥稱為接種物。沼氣發酵加入接種物的操作過程稱為接種,新建沼氣池頭一次裝料,如果不加入足夠數量含有沼氣細菌的接種物,常常很難產氣或產氣率不高,甲烷含量低,無法燃燒。另外,加入適量的接種物,可以避免沼氣池發酵初期產酸過多而導致發酵受阻。

一般投入的新鮮發酵原料本身帶有的菌種很少,如果不預先富集和加入沼氣菌種,將會遲遲不產氣或產氣少,所產沼氣中甲烷含量也很少。因此在新池啟動或老池大換料時,一定要添加一定量的接種物,接種物太少,不利于產氣。接種物過多,又會占去沼氣池的有效容積,影響產氣量(見表2—1)。通過實踐,加入接種物的數量一般應占發酵料液總重量的10%30%為宜。對于中溫和高溫沼氣發酵,還要注意沼氣菌的馴化培養問題,以適應相應的發酵溫度。

沼氣儲存

雙膜儲氣柜

各種中性氣體存儲如沼氣、空氣、二氧化碳、氧氣等。

膜儲氣柜系統結構組成

雙膜生物儲氣柜主要由底膜(一體化氣柜除外)、內膜、外膜、恒壓控制柜、安全保護器及一些控制設備和輔助材料組成。設備組成(詳情見圖)。

底膜:主要用于基礎密封,以實現傳統基礎設施無法達到的防腐、防滲透。

內膜:與底膜或發酵罐口相連接,形成一個完全獨立密閉的空間以用于儲存各類適用氣體。

外膜:使內膜適用氣體恒壓輸出并對內膜起到保護作用,外膜與內膜及底膜的邊緣或發酵罐口連接。作為氣柜的外殼保護內膜,恒定柜內壓強。

原理

底膜、內膜、外膜共同形成兩個空間。內膜空間作為儲氣空間儲存各種氣體,外膜與內膜夾層的空間作為調壓空間。當儲存的氣體增加時內膜曲張,控制設備排出外膜的調壓空氣騰出一定的容量。當內膜儲存的氣體較少時控制設備向調壓層注入空氣,平衡柜內的壓強,穩定外膜剛度。(即用一個軟體球形作為儲氣柜,儲存的氣體容積變少控制設備就自動充空氣填補,儲存氣體增多安全保護器就釋放空氣以平衡壓力。為不讓氣體混合,儲存的氣體與空氣之間使用內膜隔離開。)

護理“三要點”

第一,防止空池,防止池壁過于干燥,做好池壁的保潮養護。建造的沼氣池一般為混凝土澆筑,而水泥是一種多孔性的建筑材料,如果沼氣池在夏季空池,遭遇高溫干燥的環境,很容易使水泥毛細孔開放,破壞池壁結構,很容易導致漏氣。因此,夏季沼氣池要杜絕空池,即使沼氣池停用時,也需在沼氣池內注滿水,起到保護池壁的作用,防止池壁干裂。

第二,進出料口防止過多雨水流入。夏季雨水較多,要做好進出料口的雨季防范工作,多數建造在棚室外面,加之進料口和出料口密封性不是很好,一旦進入池內的雨水過多,會影響正常發酵濃度,會減緩帶慢沼氣的產生速率,影響到沼氣池的正常使用。

第三,夏季溫度高,發酵速度快,沼氣產量大,要時刻注意壓力表,及時排氣,防止池壓過大發生安全事故。壓力變大超過指針12以上,要及時放氣,以免管道鼓裂、氣壓表損壞。夏季產氣快,每天將所產沼氣用完;倘若長時間不在家或沒有用氣,要在壓力表安全瓶上端接一段輸氣管通往室外,使多余的沼氣可以跑掉,絕對不能使多余的沼氣留在室里,造成安全隱患。