浅谈沼气中温发酵的热平衡问题

近十余年来,我国利用厌氧发酵工艺制取沼气的技术,已从一家一户的小型沼气池发展到目前的大中型集中供气工程,无论从管理手段,还是产气的稳定性来看,都有了一个质的飞跃。小型家用沼气池的发酵温度是随着季节而变化的,俗称“常温”发酵。实践证明,沼气发酵的产气能否稳定,主要决定于基质的浓度、发酵液的酸碱度及发酵罐内的温度。大中型沼气集中供气工程在工艺上都是依赖外加能源来维持中温(或高温)发酵的,因此,有许多行家对一些工程的热平衡作了计算和分析。有的学者认为,利用外加热维持中温发酵可能出现“负效应”,这是一个值得探讨的问题。 众所周知,沼气发酵可分为三个温度范围,50～65℃称高温发酵,20～45℃称中温发酵,20℃以下称低温发酵。其中中温发酵在40℃以下时,产气率随温度升高而增加,沼气产量与温度则呈“钟罩”形曲线(如图1)。在进行中温发酵时,不仅要考虑产能的多少,还应考虑为保持中温所消耗的热能多少。现以     

合肥地区太阳能资源对沼气生产潜力影响初探

文章以养猪场为例,对合肥地区利用太阳能加热生产沼气进行了研究分析.合肥地区冬季寒冷,自然温度条件下沼气产量较低,沼气发酵原料存在很大浪费.采用太阳能加热方式,发酵温度存冬季可以维持在25℃,沼气产量比自然温度条件下可提高84%以上,存栏量相当于10头生猪的家庭养殖场生产的沼气可以基本满足3个家庭的日常用能需要.     

畜禽养殖场沼气工程运行温度的确定方法

为实现沼气工程运行的净产能最大化,以万头猪场配置的500 m3发酵罐为分析对象,建立计算模型,计算净沼气产量,从而确定发酵温度。结果表明：发酵罐的能量产出效率指标k和能量输入效率指标η是发酵温度选择的决定性因素；在现有设计条件(k=55%、w=45%、发酵温度35 ℃)下运行,年增温所需沼气量为总沼气产量的42.4%,其中,冬季为65.2%,春季为42.1%,秋季为40.4%,夏季为22.3%,年平均净沼气产量为285.6 m3/d;只有当k≥55%和w≥45%时,运行净能产出最大的发酵温度为35 ℃,当k或η值随工程运行下降,降低发酵运行温度方可获得最大净能产出；结合我国沼气工程的实际工况,建议选择30 ℃作为发酵运行温度,并及时对发酵设备进行维护,以确保工程的长期运行效率。     

畜禽养殖场沼气工程发酵温度的确定方法

为实现沼气工程运行的净产能最大化,以万头猪场配置的500m3发酵罐为分析对象,建立计算模型,计算净沼气产量,从而确定发酵温度。结果表明:发酵罐的能量产出效率指标k和能量输入效率指标η是发酵温度选择的决定性因素;在现有设计条件(k=0.55、η=0.45、发酵温度35℃)下运行,年增温所需沼气量为总沼气产量的42.4%,其中,冬季为65.2%,春季为42.1%,秋季为40.4%,夏季为22.3%,年平均净沼气产量为285.6m3/d;只有当k≥0.55和η≥0.45时,运行净能产出最大的发酵温度为35℃,当k或η值随工程运行下降,降低发酵运行温度方可获得最大净能产出;结合我国沼气工程的实际工况,建议选择30℃作为发酵运行温度,并及时对发酵设备进行维护,以确保工程的长期运行效率。     

温度对蔬菜垃圾与猪粪混合消化产沼气特性的影响

采用批式厌氧消化实验,在10 L反应系统中将蔬菜垃圾与猪粪以1∶2质量比进行混合发酵,探究温度(20、32、37、52℃)对二者混合消化产气特性的影响。结果表明,中、高温(32、37、52℃)条件下混合发酵系统稳定,室温(20℃)发酵后期有轻微酸抑制。32℃时产沼气性能最佳,总产气量分别是20、37和52℃时的4.65、2.08和1.42倍,发酵过程中p H值、挥发性脂肪酸和氨氮浓度均在正常范围。3 m~3户用沼气池试验表明,蔬菜与猪粪32℃混合发酵的池容产气率为0.56 m~3/(m~3·d),平均甲烷体积分数为54.83%,日平均产气量为1.68 m~3。蔬菜与猪粪32℃混合发酵既可维持发酵系统稳定性,又能改善产沼气性能,为蔬菜废弃物的沼气化处理提供参考。     

节能差温式沼气池

多年来,人们一直采用单一发酵温度的发酵池制取沼气,为了提高这类池在冬季的池温,需要消耗较多的能量.丹麦人发明的一种高效、低能耗的连续发酵池,可以克服上述缺点.新池采用两级温度发酵法.如附图所示,池体为圆筒形,池顶为圆锥形.内池1为高温区,发酵温度为55℃;外池2为中温区,发酵温度为35℃.两区之间用环形墙3隔开.     

浙江援助摩洛哥沼气工程新进展

1.ATLAS村沼气发电工程主要设备:80m~3和100m~3沼气池各一只,50m~3气柜一只,沼气脱硫塔,8kW沼气一柴油发电机.发酵原料为牲畜粪,发酵温度30±1℃(用太阳能加温),年平均产气率超过0.5m~3/(m~3·日),脱硫塔可除去沼气中90%的H_2 S.沼气-柴油发电机设计节油率为60%～70%,实测已达82%-84%. 此工程可为该村24户村民提供晚上5小时照明和看电视用电及白天4小时抽水用     

小型高效工厂化产品沼气池

我们从近几年对小型高效沼气池的实地生产应用模拟试验中,初步认为,提高和稳定发酵期间的发酵温度,是提高产气量的重要条件之一。试验证明,以作物秸秆为主,加适量入畜粪便混合后,配比浓度调整到25～28％之间,全池表面积60～70％接受太阳光的辐射,发酵周转速率一般为两个月。前期发酵温度平均45℃,中期平均38℃。后期不低于25℃,平均产气率0.35～0.5m~3沼气/m~3池容·日。积肥2～3m~3/m~3池容·年。试验还证明,尽管将原料预处理阶段的高温度带入池内,初步解决了有较高的发酵     

沼气发酵动态时段料液对烟草赤星菌抑制作用的研究

以猪粪为原料进行厌氧发酵,在不同时间取样,并进行不同温度处理,检验沼液对烟草赤星菌生长的影响.结果表明：在沼气发酵过程中,不同发酵时段的料液均对烟草赤星菌的生长有一定的抑制作用.发酵60d的料液原液、60℃处理液、煮沸处理液和灭菌处理液与病原菌共同培养3d以上,对烟草赤星菌的抑制率分别为61.5%,51.3%,48.7%和5.1%.在本试验条件下,证明沼气发酵料液对病原菌起到抑制作用的物质主要是料液中的微生物,初步揭示沼气发酵代谢产物对病原菌的抑制作用不是出现在最终成熟液,而是发酵过程的一个时间段.     

改进发酵工艺 产气均衡稳定

沼气发酵工艺问题,是提高沼气产气率,促进沼气发展和应用的一个重要问题,又是一个微生物学和生物化学的复杂过程。沼气发酵工艺中起主导作用的东西有三个:一是发酵基质,二是发酵菌体,三是发酵温度。这三者是互为作用,互为条件,缺一不可的。基质是发酵的基础,菌体是发酵的条件,温度是发酵的保证。     

农村秸秆与粪便发酵产氢的研究

选取10种常见的农业有机废弃物:稻草、玉米秆、小麦秆、大麦秆、蚕豆秆、黄豆秆等秸秆以及猪粪、牛粪、鸡粪、马粪等粪便作为原料,采用批量发酵工艺,控制发酵料液的pH值在适宜范围内,进行厌氧发酵产氢的研究.试验结果表明,在厌氧条件下,采用批量发酵工艺,控制发酵温度为25℃左右,以农作物秸秆、畜禽粪便为原料,以沼气发酵后的厌氧活性污泥为天然产氢菌种的来源,以乳酸调控发酵料液pH值为4.5～5.5,可以获得洁净能源--氢气.     

以猪粪尿为资源的新沼气发酵法

农林水产省畜产试验场饲养技术部的环境整备研究小组,最近确立了一项小沼气发酵新技术。该法能在最佳的沼气发酵条件下,同时处理猪粪尿,并且配合适合于50头猪饲养规模的猪舍使用的太阳能热泵。按这种方法,准确测定粪尿和水的配合比例,投入200公升的沼气发酵池,观测沼气发酵情况。发酵温度为37℃,猪粪投入量每次10公斤(2头仔猪的排泄量),每周约投3次。结果发现,猪粪与全部猪尿(粪的2—3倍)混合时,沼气的发酵会中途停止;粪尿配合量相同时,发酵虽然连续进行,但沼     

水葫芦汁中温沼气发酵的实验研究

以鲜水葫芦汁为原料,在30℃恒温下,采用批量发酵工艺,进行发酵产沼气实验,测定发酵产沼气与时间的关系.实验结果表明,鲜水葫芦汁COD的降解率达到86%;鲜水葫芦汁发酵在第10天后达到稳定值,并持续产气25 d;对发酵过程中所产气体进行分析,发现甲烷含量最高能达到60%左右.因此,水葫芦是一种良好的发酵原料.     

户用钢制辅热式沼气发酵系统试验研究

HS01型户用钢制辅热式沼气发酵系统是一种新型高效全天候的沼气发酵装置,其中的燃煤沼气联合辅助加热装置解决了我国北方地区冬季户用沼气难以正常发酵的问题,可使其全天候高效生产沼气。通过试验研究了影响HS01型户用钢制辅热式沼气发酵系统运行的主要因素,结果表明当温度30~35℃、总固体浓度10%、投料时间间隔9d时处于最优运行工艺条件,池容产气率高达0.7658 m3·m-3d-1,并且HS01型户用钢制辅热式沼气发酵系统的益本比为2.319,净现值(NPV)为2644.17元,内部收益率(FIRR)为54.69%,动态投资回收期2.062a,具有较好的经济可行性和显著的社会环境效益,符合我国国情,适合于在我国北方地区广大农村应用。     

农村沼气池的秋冬季管理

根据沼气发酵原理，从沼气发酵温度、发酵原料、发酵菌种等几个方面，阐述了农村沼气池在秋冬季的管理方法，并提出了安全使用沼气等其它事项。     

户用太阳能恒温沼气生产系统批式半连续发酵产气性能试验

在甘肃省民勤县测试户用太阳能恒温沼气生产系统以半连续工艺发酵的产气性能。在当地冬季气象条件下,产气系统半连续补料厌氧发酵试验结果发现:该系统采用半连续补料发酵可在冬季最低环境温度为-18.2℃时连续稳定运行。在116 d试验期内,平均日产沼气0.95 m~3,累计产气110.71 m~3;当达到最低环境温度时,系统可实现在(27±2)℃的范围内的稳定产气;批式厌氧发酵过程半连续补料可维持较稳定的甲烷含量,平均甲烷含量为54.74%;另外,该产气系统在基质浓不变的度条件下可通过调节发酵温度,满足不同时期4～5口人家庭的生活燃气用量的需求。     

混合原料在不同发酵工况下的产气规律研究

分别在五种不同条件下进行了沼气产气对比试验。试验条件分别为:干牛粪,温度为20℃,排气方式分别为持续排气、间歇排气(每天排气4次);干牛粪,温度为35℃,排气方式分别为持续排气、间歇排气;干牛粪与小麦秸秆按质量比1∶1配比的混合物,温度为35℃,排气方式为间歇排气。将原料装入100 L自动生物发酵罐中,并控制发酵温度和压力,检测发酵过程中沼气的日产气量、料液pH及产气中甲烷体积分数。结果发现,在间歇排气条件下,干牛粪与小麦秸秆混合物与相同质量的干牛粪相比总产气量提高约20%,但日产气量降低,产气周期延长近40%。相同质量的干牛粪,在35℃时发酵与在20℃时发酵相比总产气量提高约35%,高峰产气速度提高约1倍;持续排气相比于间歇排气,日产气量提高约1倍,但甲烷平均体积分数降低约10%。     

3MW集中式热电肥联产沼气工程设计与建设

山东民和牧业股份有限公司利用所属23家养殖场的鸡粪和污水作为沼气发酵原料,投资建设大型畜禽养殖场集中式沼气发电工程.原料经水解除砂工艺将鸡粪中的砂砾除去,保证发酵效率;采用中温(38 ℃)发酵工艺,产沼气30 000 m3/d;采用高效率低运行成本的生物脱硫工艺,将沼气中的H2S含量降至200×10-6以下;经净化的沼气在双膜干式贮气柜中贮存,供给热电联产的发电机组使用.发电量60 000 kWh/d,机组余热用于冬季发酵系统自身增温;发酵后的沼液用作周围葡萄、苹果及玉米地的有机肥料.项目实现了温室气体减排84882tCO2当量.文章介绍了该沼气发电工程的工艺特点和技术要点,为同类型沼气发电工程设计和建设提供参考.     

用紫茎泽兰生产沼气的研究

本文报道了用紫茎泽兰作原料的沼气发酵过程。按常规方法发酵,会引起沼气发酵微生物群慢性中毒,使沼气池不能正常运转。预处理,能使沼气发酵正常进行。这种原料在25℃发酵102天,每千克挥发性固体可得到标准状态的纯甲烷(CH_4)0.082m~3。     

水葫芦发酵产气潜力的实验研究

介绍了以水葫芦为实验原料，在25℃环境下，采用批量发酵的工艺，进行发酵产沼气实验。实验结果表明，水葫芦可以作为沼气发酵原料，其产沼气潜力为634mL／gTS或834mL／gVS。