当前位置:主页 > 新闻动态 >


ABOUT US

(86)020-81326513

生物质能源发酵

作者:微彩票 发布日期:2020-08-15 04:52



  生物质能源发酵_理化生_高中教育_教育专区。生物质能源发酵 目录 生物质能源简介 沼气发酵技术 沼气发酵的应用 第一部分 生物质能源简介 前言 生物质资源概念 生物质是指通过光合作用而形成的各种有 机体,包括所有的动植物和微生物。

  生物质能源发酵 目录 生物质能源简介 沼气发酵技术 沼气发酵的应用 第一部分 生物质能源简介 前言 生物质资源概念 生物质是指通过光合作用而形成的各种有 机体,包括所有的动植物和微生物。 而所谓生物质能,就是太阳能以化学能形 式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载 体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光 合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料, 取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时 也是唯一一种可再生的碳源。 前言 生物质资源优点 1.可再生性 生物质能源属可再生资源,生物质能源由于 通过植物的光合作用可以再生; 2.低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生 成的SOX、NOX较少; 3.广泛分布性 缺乏煤炭的地域,可充分利用生物质能源; 4.总量丰富 生物质能源是世界第四大能源,仅次于煤炭、 石油和天然气。 第二部分 沼气发酵技术 沼气发酵 沼气: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。 沼气的主要成分是甲烷。沼气由50%~80%甲烷、20%~40%二氧化碳、0%~5%氮 气、小于1%的氢气、小于0.4%的氧气与0.1%~3%硫化氢等气体组成。 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。 1%H2 20%40%CO2 0.1%3%H2S 50%80%CH4 0.4%O2 0%5%He 沼气发酵工艺 沼气发酵的基本工艺流程: 一个完整的大中型沼气发酵工程,无论其规模大小,都包括了如下的工艺 流程:原料(废水)的收集、预处理、消化器(沼气池)、出料的后处理和沼气的净 化与储存等。 沼气发酵基本工艺流程 沼气发酵微生物 沼气发酵微生物是一个统称,包括发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、 食氢产甲烷菌、食乙酸产甲烷菌五大类群。 五大类群细菌构成一条食物链,从各群细菌的生理代谢产物或它们的活动对发 酵液pH值的影响来看,沼气发酵过程可分为水解、产酸和产甲烷阶段。 1. 参与发酵第一阶段微生物类群 纤维素分解菌、肠道细菌、变性杆菌、丁酸芽孢杆菌、反硝化细菌、假单孢 菌、产碱杆菌等数十种细菌;毛霉、根霉、曲霉、青霉、木霉等二十多种真菌及鞭 毛虫、纤毛虫、变形虫等若干原生动物。 2.参与发酵第二阶段微生物类群 产甲烷菌是沼气发酵的主要成分--甲烷的产生者。是沼气发酵微生物的核心,它 们严格厌氧,对氧和氧化剂非常敏感,最适宜的pH值范围为中性或微碱性,能将H2 和CO2转化成甲烷。 沼气发酵的基本条件: 影响沼气发酵的因素很多,其中最主要的因素包括原料分、原料预处理情况、 接种物种类、进料浓度、发酵温度、pH。 (1)适宜的发酵温度 沼气池的温度条件分为: ①常温发酵(也称为低温发酵)10℃~30℃,在这个温度条件下,产气率可为 0.15~0.3m3/m3·d。 ②中温发酵30℃~45℃,在这个温度条件下,池容产气率可达1m3/m3·d左右。 ③高温发酵45℃~60℃,在这个温度条件下,池容产气率可达2~2.5m3/m3·d左 右。沼气发酵最经济的温度条件是35℃,即中温发酵。 (2)适宜的发酵液浓度 发酵液的浓度范围是2~30%。浓度愈高产气愈多。发酵液浓度在20%以上称为 干发酵。农村户用沼气池的发酵液浓度可根据原料多少和用气需要以及季节变化来 调整。夏季以温补料浓度为5~6%;冬季以料补温10~12%。 (3)发酵原料中适宜的碳、氮比例(C:N) 沼气发酵微生物对碳素需要量最多,其次是氮素,我们把微生物对碳 素和氮素的需要量的比值,叫做碳氮比,用C:N来表示。目前一般采用 C:N=25:1。但并不十分严格,20:1、25:1、30:1都可正常发酵。 (4)适宜的酸碱度(pH值) 沼气发酵适宜的酸碱度为pH=6.5~7.5。pH值响酶的活性,所以影 响发酵速率。 (5)足够量的菌种 沼气发酵中菌种数量多少,质量好坏直接影响着沼气的产量和质量。 一般要求达到发酵料液总量的10~30%,才能保证正常启动和旺盛产气。 (6)较低的氧化还原电位(厌氧环境) 沼气甲烷菌要求在氧化还原电位大于一330mv的条件下才能生长。这 个条件即:严格的厌氧环境。所以,沼气池要密封。 沼气发酵的原理 沼气发酵又称厌氧消化, 是指各种 有机物在厌氧条件下, 被各类沼气发酵微 生物分解转化, 最终生成沼气的过程。 目前为大家所公认的沼气发酵的过 程如图所示, 其中共有五大类群的细菌参 与沼气发酵活动。 他们是: ①发酵性细 菌; ②产氢产乙酸菌; ③耗氢产乙酸菌; ④食氢产甲烷菌; ⑤食乙酸产甲烷菌。各 种复杂有机物, 无论是固体或溶解状态, 都可以经微生物作用而最终生成沼气。 沼气发酵过程 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(如纤维素等)水解成可溶于水的有机酸和醇类等。 第二阶段为酸化阶段;产氢产乙酸菌将第一阶段生成的有机酸和醇继续 分解成简单的有机酸,同时生成氢气和二氧化碳。 第三阶段为甲烷化阶段;产甲烷菌将第二阶段生成的小分子物质转化为 甲烷和二氧化碳气体,即发酵的最终产物沼气。 沼气发酵的过程——液化阶段 发酵细菌分泌胞外酶将发酵原料中的大分子有机物质水解,经过发酵作 用将它们转化为乙酸、 丙酸等有机酸和醇类及少量氢气、 二氧化碳。 蛋白质, 细菌合成细胞物质,多余进一步被分解生成氨和硫化氢等。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成乙酸。 沼气发酵的过程——产酸阶段 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。 耗氢产酸菌 耗氢产乙酸菌也称同型乙酸菌, 这是一类既能自养生活又能异养生活的混 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。 沼气发酵的过程——产甲烷阶段 产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大类群。 ① 由CO2 和H2 产生甲烷反应为: CO2+ 4H2→CH4+ H2O 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- 沼气发酵的优点 发展沼气工程可以带来巨大的经济和社会效益。 沼气是一种高热值的清洁燃料,并且可以提纯甲烷作为高纯度燃料使 用。 厌氧发酵可以消解一些对环境污染严重的有机物质,同时在厌氧发酵 过程中可以杀灭一些有害的细菌和害虫虫卵,减少生物质直接丢弃引 发农作物病虫害的危险。 在原料方面,除了利用生活垃圾和农业废弃物之外,充分利用繁殖能 力强的外来有害物种如水葫芦等作为沼气发酵原料,变害为宝。 第三部分 沼气发酵的应用 沼气的综合利用 我国是世界上最早利用沼气的国家之一。我国沼气事业发展得到了政 府的大力支持,特别是在农村,沼气事业得到了充分发展。1996年到2003 年之间,中国农村家庭沼气产总量为2,554,796.95千立方米,相当于 1824.1千t标准煤。天津市纪庄子污水厂和北京高碑店污水厂利用污泥厌 氧消化处理系统生产沼气用于沼气搅拌和发电,实现了热联供电和资源的 综合利用。 沼气的综合利用 在国外沼气发电在发达国家同样受到广泛重视和积极推广,如美国的 “能源农场”工程,日本的“阳光工程”,荷兰的“绿色能源”工程 等。 瑞典沼气产量约占总能量消耗的0.3 % 。在印度农村,沼气被用来作 为内燃机、抽水机、发电机和碾磨机的燃料 。 泰国制定政策来为改进炉灶(ICS)和小型沼气技术(SBD)提供支持 。在 伊朗,已经可以以较低成本利用污水处理厂的污水生产沼气来发电 。 沼气利用的意义 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。 中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。农村沼气把能源建设、 生态建设、环境建设、农民增收链接起来,促进了生产发展和生活文 明。发展农村沼气,优化广大农村地区能源消费结构,是中国能源战 略的重要组成部分,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。 感谢聆听 期待分享!

微彩票