生物能 生物能Bio-energy 1.厌氧消化 厌氧消化为一生化转化过程,依靠不需氧微生物将固体有机物转化成甲烷、二氧化碳、氢及其他产物,整个转化过程可分成三个步骤。首先将不可溶复合有机物转化成可溶化合物;然后可溶化合物再转化成短链(Short chain)酸与乙醇;最后,二步骤的产物再经各种厌氧菌(不需氧生物)转化成气体,一般最后的产物含有50~80%的甲烷,最典型产物为含65%的甲烷与35%的二氧化碳。其主要优点为可利用水分含量达90%的有机物,可小规模利用,淤渣能充当农作物的肥料。至于主要缺点为大量废水需适当处理,气体产品储藏费用高。 2.乙醇发酵 糖类作物发酵可制成乙醇。一般所谓的乙醇整批制程(batch process),先将发酵物(糖类作物)稀释至糖分约为20%(重量),且酸化至Ph4~5,再加入酵母菌(约5%,),再将液体施以分留和精炼。一般2.5加伦糖或5.85 公斤糖(约 2184Kcal)可制造1加伦的乙醇(3.79升,21257Kcal),因此在整个发酵过程中几无能量损失。若使用淀粉作物(例如,玉米、大麦)做发酵物,必须先将淀粉转化成可发酵糖分,然后再进行发酵。可供发酵制造乙醇的作物,包括甘蔗、番薯,甜菜等。,由作物发酵生产乙醇的费用约为每公升0.34美元,其高生产成本是由于制程为整批式而非连续的,最终产物(乙醇)含有酵母需再精炼处理。这种产量不足以克服高度工业化的需求。现在美国的消费量将近30亿桶,以能含量计约为四十亿桶的酒精(酒精的热能约为汽油的70%)。在美国木材地区此等数字作比较,总计约为70万平方里(=1.8百万平方公里),其三分之一-即约16亿亩-是有的卖的,且实际可用的约为35亿亩,我们认为,像美国这样的国家的燃料需求还不能由发酵酒精来克服。 二、热化学转化过程
沼 气 利 用
沼气:有机物在厌氧条件下被微生物分解发酵生成的一种可燃性气体.有成生物气其主要可染成分时甲烷,含量占60%左右,此外,二氧化碳占40%左右,以及其他微量成分.沼气在农村有广泛的应用,探索出多种沼气利用技术:下面是几个应用例子:猪场粪便沼气发酵处理技术背景与意义。随着人们物质生活的日益改善和外向型农牧业的发展,我国畜禽养殖业集约化生产近十年来发展迅速,每个大中型畜禽场日排放粪水上百吨,严重危害城郊环境卫生,同时成为阻碍养殖业持续稳定发展的重要因素。猪粪水是一优质有机肥源,早先融合于传统农业生产中,进入良性生态循环,它又是一种良好的生物质能资源,通过沼气池发酵回收生物质能沼气,已为人们熟识,而且回收沼气的过程不仅能够保持粪水的肥料成份,还可以增进肥质的速效化和腐殖化。农业的集约化生产在显著提高效率和效益的同时,不幸伴随着大农业生产良性生态循环体系的肢解。集约化畜禽业生产与农业生产脱离,大量的粪水资源未经妥善处理而任意排放,而成为社会注目的公害,因此对集约化猪场粪便污水进行处理意义重大。技术猫述 技术原理:通过对集约化猪场粪水进行包括固液分离段、制肥段、厌氧两步消化段和好氧处理段在内的处理过程,实现猪粪水的综合处理,充分回收资源。技术关键:固液分离技术,厌氧消化过程,好氧物化处理。优缺点评价:(l)从资源回收、综合利用和产品商品化出发,优化组合相关的科学技术,不仅能获得较高的能源、生态和环境效益,而且可获得可观的经济效益。(2)因各工艺段的衔接点均设有缓冲环节,运行中能够充分承受猪场粪水水质、水量和 pH等的冲击,确保系统高产能运作和获取稳定的优异效果。技术指标及要求条件:日处理存栏6500-7000头的猪场全部粪水100-200吨旧,日产沼气约300立方米和商品化有机复合肥约1.5吨。主要设备:产酸池、调节池、物化滤池、接触氧化池、腐化塔、晒道、干燥房。养猪、产气、积肥多功能户用沼气池建设技术背景与意义。我国目前的农业生产形式主要以户为单位,大多数农户既经营种植业也经营养殖业,而户用沼气池以农户生产和生活中的废弃物作为发酵原料,制取沼气及多种厌氧消化产物,从而解决了农户生活用能,并满足生产中的某些需求,所以建设户用沼气池在我国具有良好的发展前景。本项技术旨在设计一种实用性强、便于管理的饲、气、肥多功能沼气及相应配套工艺。技术描述 技术原理:针对水压式沼气池进出料难,冬季产气率低和农村能源、饲料、肥料缺乏等问题并结合庭院经济的发展和卫生状况设计,冬季利用塑膜温室为沼气池和猪舍增温保温,使沼气池正常运转,猪安全越冬。夏季利用棚架种植瓜豆、葡萄,为猪舍遮荫,使猪舍冬暖夏凉。技术关键:池型结构,塑膜温室的建造,秸秆酸化和粗饲料预处理。优缺点评价:(1)投资少、见效快、实用性强,便于施工管理,综合效益好;(2)秸秆不直接人池,解决了沼气进出料难的问题;(3)除贮粪池外,其它设备均设在猪圈内,猪舍冬暖夏凉,实现了能源、饲料、肥料种植、养殖、环保多位一体的良性循环。技术指标及要求条件:(l)产气率: 0.3-O.5立方米/立方米·天;(2)用气时间:10-12个月;(3)酸化池容积 1立方米,粗饲料预处理池容积0.2立方米;(4)贮气罩容积:接日产气量的50%设计,其它参数接国标池要求设计。每间猪舍长4米,宽3米,四面墙体中空8-10厘米,填充保温材料(珍珠岩粉或蛭石),前墙高90-100厘米,下留出水孔,后墙高180-190厘米,上部留一小窗,下留通风孔,中校高230厘米。圈后设走廊,宽70厘米,前墙拱架用竹木搭成,采光材料用普通白塑膜,夜间用草帘保温。猪舍地面南高北低,斜度5',水泥混凝士浇注,厚3厘米。l1月底或12月初扣棚,4月初拆棚。夏秋为自然温度发酵,冬季在猪圈上建温室为沼气池增温保温。启动原料为牛马粪,启动后以猪粪为补料,配以人粪尿、秸秆酸化水、粗饲料浸泡酸液等,3-5年大换料一次。资金条件:全套设备一次投资1300元。主要设备:主池、秸秆酸化池、粗饲料预处理池、溢流管、进料口、贮气罩、厕所。使用沼气应注意哪能些安全问题:沼气是广大农村目前正大力推广使用折一种新能源,但由于沼气池是密封的,空气不流通,缺氧气,所以应严禁轻易入池,以防止中毒窒息。进料时,只能从进料口和活动盖口进料。确需下池换料、出料或维修沼气池时,须打开进出料口和活动盖,三天后方可下池。下池前,为防万一,可选取放一只鸡或鸭入内。观察数分钟,如发现池中鸡鸭出现窒息反应,则说明池内沼气多氧气少,千万不能入池。下池时,池上要有专人看护,下池的人可腰系绳子,如发生中毒窒息征兆,可及时拉出池外。另外,应特别注意不要放含磷高的原料(如菜籽饼、棉饼、磷肥等)入池,因这些原料在池内易产生剧毒气体,会导致人中毒死亡。二、防止池体爆炸。沼气如在沼气池内遇火燃烧,极易引起池体爆炸,因此,严禁在活动盖口和导气管口点火,否则易将火引入池内,使池内气体燃烧,引起爆炸。新建的沼气要在水泥达到强度以后才能进水试验。进水速度要慢,特别当水已封门时,不能用抽水机进水,以免进水速度过快,池内压力急速上升而胀破池体。另外,还应定期检查并排除输气管内的积水,否则积水过多,会使池内气压被积水阻隔,不能正常反应在压力表上,就有胀破池身的危险。 三、防止火灾烧伤。在用沼气煮饭炒菜时,要先擦燃火柴,再扭开沼气开关。如先扭开关后点火,沼气充满灶内,遇火易烧焦头发、眉毛,烧伤皮肤。在出料或维修沼气池时,千万不能点蜡烛、油灯等明火进池,只能用手电,池内切忌吸烟。在沼气池、导气管、输气管周围严禁烧火,特别不能让小孩在进出料间附近玩火,以免发生火灾。当闻到室内有臭鸡蛋味时,说明有沼气泄漏,应立即打开门窗,让室内空气流通。此时,绝不能在室内点火,要尽快关掉总开关,找到漏气设备的管理,如输气管因鼠咬或老化破裂,要及时进行更换。
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