沼气工程发展现状.doc

沼气工程发展现状摘要：沼气工程作为一个有效处理有机废弃物的环境工程，既是一个提供干净、便利燃气的能源工程，又是一个实现废弃物资源化、生物质多层次利用和可促进农业生态良性循环的生态工程。为此，较系统地阐述了国内外沼气工程技术现状，包括发酵原料、发酵工艺、装置设备及沼气净化与贮存等，就目前我国沼气工程发展中面临的问题进行探讨，并以此为基础提出解决途径。关键字：沼气工程；建设；现状引言随着全球大量使用煤炭，石油等化石能源所出现的问题，包括资源的有限性和环境问题，许多国家把生物质能作为重要的能源予以重视。虽然生物质能在燃烧过程中也释放二氧化碳，但由于其在生长过程中也要吸收二氧化碳，因此，生物质能被认为是对环境影响中性的能源1，特别是由于生物质能的可再生性，使生物质能成为了重要的可再生能源。农村存在着大量的生物质资源朱能利用。农村农业资源紧缺与利用效率低下并存，受到了我国各级主管部门的重视，由此，大中型沼气工程建设应时而出。1 沼气的传统利用和综合利用技术中国是世界上开发沼气较多的国家，最初主要是农村的户用沼气池，以解决秸秆焚烧和燃料供应不足的问题，后来的大中型沼气工程始于1936年，此后，大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的简历扩宽了沼气的生产和使用范围。自20世纪80年代以来，建立起的沼气发酵综合利用技术，以沼气为纽带，将物质多层次利用、能量合理流动的高效农业模式，已逐渐成为中国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法。通过沼气发酵综合利用技术，沼气用于农户生活用能和农副产品生产加工，沼液用于饲料、生物农药、培养料液的生产，沼渣用于肥料的生产。沼气发酵综合利用生态农业模式的建立使农村沼气和农业生态紧密结合，是改善农村环境卫生的有效措施，也是发展绿色种植业、养殖业的有效途径，已成为农村经济新的增长点。2 农户沼气项目模式农村沼气项目在农户层次上可以分为北方“四位一体和南方“三位一体”两种模式。2.1 “四位一体”模式北方“四位一体”庭院生态经济模式是以沼气为核心。通过沼气发酵使系统内的物质、能量实现多层次转化，多级利用，并通过各子系统问的物质能量转换。使种植业、养殖业和沼气能利用三者紧密结合的生态农业模式。“四位一体”能源生态模式的结构是沼气池、日光温室、猪舍和厕所，简称“北模”。具体建造方式是：在农户庭院内建日光温室，在温室的一端地下建沼气池，沼气池上建猪舍和厕所，猪舍与厕所为沼气池提供基本的原料，温室内种植蔬菜或水果。温室可提高沼气池的外界环境温度，延长产气时间，沼气池除为农户提供生活能源与照明之外，还能产出大量的优质有机肥料(沼液、沼渣)以供温室内植物使用。2.2 “三位一体”模式南方“三位一体”模式是指以养殖为龙头，以沼气为纽带，联动粮食、果业、蔬菜、茶、桑蚕等现代农业技术，并对沼气、沼液、沼渣充分利用，形成物流、能流往复多层利用的可持续发展的生态农业模式。“三位一体”模式有“猪一沼一果”、“猪一沼一桑”、“猪一沼一鱼”，“猪一沼一菜”、“猪一沼一茶”、“猪一沼一药材”等。其基本内容是每户建沼气池、畜舍(猪或牛、羊等)、果园(大田作物或鱼塘)，利用猪舍的废弃物(粪污水)进沿气池发酵，产生沼气，沼气供炊用等，粪污水经发酵形成的沼液、沼渣是良好的有机肥料，正好用于蔬菜、果树、农作物的施肥，亦可进鱼塘喂鱼，从而形成了良性的生态循环系统。2.2 沼气项目产品沼气工程的主要产品是沼气、沼渣和沼液。2.2.1 沼气沼气是一种优质的燃料，热值较高，热效率比较稳定。使用方便，其技术经济性仅次于液化石油气。一般沼气中含甲烷(Cl-h)5570、含二氧化碳35左右、还有少量的水蒸汽、硫化氢、氮、氢、氧等气体。沼气热值取决于沼气中甲烷含量。纯甲烷的低热值为38194MJm3，如以60的甲烷计，则沼气热值为23136 MJm3。沼气可作为燃料，用于农村日常生活，如：炊事、采暖、照明。2.2.2 沼渣沼渣中含有多种常量和微量元素，氨基酸的含量十分丰富，且多为可溶性营养物质，可用作饲料添加剂养猪养鱼。沼渣同时还是一种高效绿色肥料。沼渣含有丰富的有机物和较全面的养分。其中有机质360499，腐殖酸101246。租蛋白59，全氮0815，全磷04O6，全钾0512，以及富含矿物质的灰分。2.2.3 沼液沼液是含有多种养分的速效肥料。长期施用沼液肥可促进土壤团粒结构的形成，使土壤疏松，增强土壤保水保肥能力，改善土壤理化性状，提高土温，使土壤有机质、全氮、全磷及有效磷等养分均有不同程度的提高。通过沼液可对作物实施喷灌、浇灌、滴灌，具有杀虫、防虫、抗旱，增产增收等多种作用，是生产绿色无公害有机农产品必不可少的肥源。因此，沼液和沼渣可广泛用于种果树，养鱼、种花和种植业上。2.3 沼气项目循环模式沼气项目整个的循环模式如图2-1所示：3 国外沼气工程发展现状在国外发达国家，沼气主要用于发电。德国，到2000年，大约有800个达到60KW装机电力和600m3消化装置容量的沼气工程，总装机功率达到48KW，所有消化装置累积每年生产约为25亿m3沼气2。德国的Pastitz沼气工程是欧洲现代先进废弃物处理技术的示范工程，由ECB和Enviro等公司提供技术。该工程将畜粪及城市生活垃圾、污水混合处理，然后100地进一步加入产绿色能源的循环，产出绿色的电能、热能和安全回田的无味优质的肥料3德国FEL公司正在研究将甲烷转换成水和二氧化碳等，作为技术储备4美国通过税收优惠等政策鼓励沼气回收，不久将立法强制某些垃圾填埋场回收沼气。美国现有61个填埋场使用沼气发电，总装机容量已达340兆瓦。美国饿克拉何马州一家沼气工厂饲养了75000多头牲口，每天用200t动物粪便作为产沼气原料，大量生产沼气，并通过地下管道将沼气和天然气一起输送出去，作为工业动力能源5。美国北卡罗来纳州建有处理20万人口的生活污水处理厂，内有7500m3的剩余污泥厌氧发酵池。所产生沼气用于锅炉燃料，加热料液或沼气发动机驱动鼓风机。为污水好氧处理系统供氧，提供能源，净化污水、处置污泥，是一项应用普遍的技术6。当地还建有一座日处理能力达到3-6t的有机垃圾和猪粪便等固体废弃物的高温厌氧发酵工厂，发酵后的物料经固液分离，干泥作有机肥料，清液循环回入发酵池7。英国则利用人和动物产生的各种有机废物，通过微生物厌氧消化生产的沼气。替代英国25的煤气消耗量。在英国，建立了甲烷自动化工厂苏格兰已设计出一种小型甲烷发动机，可供村庄、农场或家庭使用。英国以垃圾为原料实现了沼气发电18MW，今后lO年内还将投资15亿英镑，建造更多的垃圾沼气发电厂。在丹麦，厌氧发酵工厂朝着大型化，集中化方向来建造目前正在建造的一座世界最大的都市废弃物厌氧发酵厂，年处理量可达23万t，产生电力除可供应厂区使用外。多余的电力12MW还可回馈市电力系统8。4、 我国沼气的发展方向 以处理畜禽粪污、秸秆和各种农业废弃物为主的沼气发酵农业模式为我国农业生产中出现的种种问题找到了有力的结合点，得到了比较广泛的推广，今后，沼气的发展方向就是促进我国生态农业的发展。 我国生态农业的概念是20世纪80年代初提出的。我国农业长期以来以高产为目标，其技术体系总体上以增产增收为主导，在相当程度上存在牺牲生态环境与浪费资源的现象，对资源高效利用、生态环境治理和培育的技术储备极其薄弱。在我国农业综合生产力高速增长的同时，人均有限的资源环境压力却越来越大。1980年，在银川“农业生态经济学术讨论会”上正式提出了中国的“生态农业”这一术语。20多年来，我国生态农业的理论与技术研究均取得了长足的发展，成绩斐然，引起了世界各国的广泛关注。 建设农村沼气，对增加优质能源供应、缓解国家能源压力具有重大的现实意义。农村沼气建设的直接产品是沼气，沼气是可再生清洁能源，既可替代秸秆、薪柴等传统生物质能源，也可替代煤炭、天然气、液化石油气等化石能源，而且能效明显高于秸秆、薪柴、煤炭等。建设一个户用沼气(池容8m3)，年均产沼气385m3，可解决35口之家一年80 %的生活燃料，相当于替代0.8t标准煤。一个年出栏l万头育肥猪场的沼气工程，年可处理鲜粪3600t左右，年处理污水17万多吨，产沼气约29104m3，相当于每年可替代600t标准煤。如果1.46亿适宜沼气农户全部建设农村沼气，相当于替代1.17108t左右标准煤。沼气发酵残留物有沼渣和沼液，也称沼肥。沼肥的成分复杂，因原料种类、配比和发酵条件的不同而有所差异。目前经专家研究，已经确认沼肥的营养物质含量较高，除含有N、P、K等常量元素外，还含有多种微量元素、水解酶、氨基酸、有机酸、腐殖酸、生长素、赤霉素、B族维生素、细胞分裂素及某些抗菌素等生物活性物质。沼液的速效营养能力强，养分可利用率高，是一种速缓兼备的有机复合肥，主要用于浸种、叶面喷施、果园滴灌、水培蔬菜等。畜禽粪便等有机废弃物经沼气池厌氧发酵后，所产生的沼气、沼渣、沼液按食物链关系，作为下一级生产活动的原料、肥料、饲料、添加剂和能源等的系列化再生利用，沼气综合利用是生态农业主要有效模式的具体运用，是生态农业建设的主要内容，特别是沼肥的科学施用已成为沼气利用的研究重点。 我国农业资源和环境的承载力十分有限，发展农业和农村经济，不能以消耗农业资源、牺牲农业环境为代价。农村沼气将畜牧业发展与种植业发展链接起来，上联养殖业，下承种植业，促进了物质高效转化和能量高效循环，推进了农业种养一体化，以农村沼气建设为纽带，形成了“种植业(饲料)一养殖业(粪便)一沼气池一种植业(优质农产品、饲料)一养殖业”循环发展的农业循环经济基本模式。参考文献1 王小盂，谭江林，陈金珠我国生物质能源开发利用现状江西林业科技J，2006(5)：4549.2 Lissens G，De Baere,L De Baere Lsolid waste digester：process performance and practice for municipal solid waste digestion.Water Science and TeghnologyJ，2001，44(8)：91-1023 Gunaseelan V NAnaerobic digestion of biomass formethane production：a review Biomass and BioenergyJ，1997，13(1)：83-1144 Mata-AlvarezJ，PavanPThe performance of digesters treating the orgaction of municipal solid wastes differently sorted，Biological westesJ，1990，33：99-1815 GhashS，Sajjad APilot-scale gasification of monicipal solid wastes by high-rat,and two-phase anaerobic digestion(TPAD)Water Science and TedmologyJ，2000，41(3)：1011106 Zhang Rui-hongBiogasification of rice straw with allanaerobic-phased solids digester system，Bioresonrse TechnologyJ，1999，68：235-245.7 Saint-JolyC，Lotti J 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