生物能源学资料.docx
- 文档编号:7040510
- 上传时间:2023-01-16
- 格式:DOCX
- 页数:8
- 大小:101.95KB
生物能源学资料.docx
《生物能源学资料.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生物能源学资料.docx(8页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
生物能源学资料
生
物
能
源
学
2014级生物技术
王雄卫
20140451064
沼气
摘要:
我国作为一个最大的发展中农业大国,不仅具有丰富的人畜粪便和农作物秸秆等生物质能资源,而且农村地区对清洁能源的需求越来越大,这为农村沼气的发展提供了巨大的空间和潜在市场,更为农村沼气大规模产业化发展提供了舞台;同时,沼气作为我国农村能源发展战略的一个重要组成部分,中央及各级政府将会继续并且加大对其的支持力度。
本文将从沼气的成分、沼气池、原料以及政策来全面介绍沼气的优缺点。
关键词:
沼气、沼气成分、沼气池、原料、政策、优缺点
一、沼气
有机物质在厌氧环境中,在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下,通过微生物发酵作用,产生的一种可燃气体。
由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的,所以人们叫它沼气。
二、沼气成分
沼气是一种混合可燃气体,其成分不仅取决于发酵原料和种类及其相对含量,而且随发酵条件及发酵阶段的不同变化.一般情况下,沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳.此外,还有少量的氢、一氧化碳、氮、硫化氢等气体.甲烷含量占50%至70%,二氧化碳约占30%至40%左右.沼气是无色气体,略有气味是因为含有少量的硫化氢气体的缘故.
三、生产过程
沼气是细菌在厌氧条件下分解有机物的一种产物。
细菌分解有机物的过程,大体分为两个阶段:
(1)微生物把复杂的有机物质中的糖类、脂肪、蛋白质降解成简单的物质,如低级脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氢气和硫化氢等。
(2)由甲烷菌种的作用,使一些简单的物质变成甲烷。
沼气细菌分解有机物,产生沼气的过程,叫沼气发酵。
根据沼气发酵过程中各类细菌的作用,沼气细菌可以分为两大类。
第一类细菌叫做分解菌,它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳(CO2)等。
它们当中有专门分解纤维素的,叫纤维分解菌;有专门分解蛋白质的,叫蛋白分解菌;有 专门分解脂肪的,叫脂肪分解菌;第二类细菌叫含甲烷细菌,通常叫甲烷菌,它的作用是把 简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。
因此,有机物变成沼气的过程,就好比工厂 里生产一种产品的两道工序:
首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半 成品——结构简单的化合物;再就是在甲烷细菌的作用下,将简单的化合物加工成产品—— 即生成甲烷。
四、条件
要正常地产生沼气,必须为微生物创造良好的条件,使它能生存、繁殖。
沼气池必须符合多种条件。
首先,沼气池要密闭。
有机物质发酵成沼气,是多种厌氧菌活动的结果,因此要造成一个厌氧菌活动的缺氧环境。
在建造沼气池时要注意隔绝空气,不透气、不渗水。
其次,沼气池里要维持20~40℃,因为通常在这种温度下产气率最高。
第三,沼气池要有充足的养分。
微生物要生存、繁殖,必须从发酵物质中吸取养分。
在沼气池的发酵原料中,人畜粪便能提供氮元素,农作物的秸杆等纤维素能提供碳元素。
第四,发酵原料要含适量水,一般要求沼气池的发酵原料中含水80%左右,过多或过少都对产气不利。
第五,沼气池的pH值一般控制在7~8.5。
为了使沼气发酵持续进行,必须提供和保持沼气发酵中各种微生物所需的生活条件。
产生甲烷的细菌是厌氧的,少量的氧也会严重影响其生长繁殖。
这就需要一个能隔绝氧的密闭消化池。
温度在厌氧消化过程中是一个重要因素,甲烷菌能在0一80℃的温度范围内生存,有分别适应低温(20℃)、中温(30℃)、高温(50℃)的各类细菌,最适宜的繁殖温度分别为15℃、35℃、53℃左右。
甲烷菌生长繁殖最适宜的pH值约为7.0一7.5,超出此范围,厌氧消化的效率就会降低。
在厌氧消化过程中担负废弃物发酵作用的细菌,还需要氮、磷和其他营养物质。
投入沼气池的原料比例,大体上要按照碳氮比等于20:
1一25:
1。
此外,还应控制影响沼气发酵的有害物质浓度。
五、沼气的原料
1城市有机垃圾、污水处理厂的污泥、农村的人畜粪便、作物秸秆等,皆可做产生沼气的原料。
2农村秸秆、杂草、树叶、人畜粪便等废弃物
六、沼气池
1沼气池的工作原理:
当池内产生沼气时,储气间内的沼气不断增多,压力不断增高,迫使主池内液面下降,挤压出一部分料液到水压间内。
当人们打开炉灶时,沼气池内的压力逐渐下降,水压间料液不断流回主池。
这样,不断地产气和用气,使发酵间和出料间始终维持压力平衡地状态。
2分类
随着中国沼气科学技术的发展和农村家用沼气的推广,根据当地使用要求和气温、地质等条件,家用沼气池有固定拱盖的水压式池、大揭盖水压式池、吊管式水压式池、曲流布料水 压式 池、顶返水水压式池、分离浮罩式池、半塑式池、全塑式池和罐式池。
形式虽然多种多样,但是归总起来大体由水压式沼气池、浮罩式沼气池、半塑式沼气池和罐式沼气池四种基本类型变化形成的。
与四位一体生态型大棚模式配套的沼气池一般为水压式沼气池,它又有几种不同形式。
(1)盖水压式
固定拱盖水压式沼气池有圆筒形、球形和椭球形三种池型。
这种 池型的池体上部气室完全封闭,随着沼气的不断产生,沼气压力相应提高。
这个不断增高的气压,迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内,使得水压间内的液面升高。
这样一来,水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差,这个水位差就叫做“水压”(也就是U形管沼气压力表显示的数值)。
(2)水压式沼气池
a优点:
池体结构受力性能良好,而且充分利用土壤的承载能力,所以省工省料,成本比较低。
适于装填多种发酵原料,特别是大量的作物秸秆,对农村积肥十分有利。
为便于经常进料,厕所、猪圈可以建在沼气池上面,粪便随时都能打扫进池。
沼气池周围都与土壤接触,对池体保温有一定的作用。
b缺点:
由于气压反复变化,而且一般在4~16千帕(即40~160厘米汞柱)压力之间变化。
这对池 体强度和灯具、灶具燃烧效率的稳定与提高都有不利的影响。
没有搅拌装置,池内浮渣容易结壳,又难于破碎,所以发酵原料的利用率不 高,池 容产气率(即每立方米池容积一昼夜的产气量)偏低,一般产气率每天仅为0.15米3/米3 左右。
活动盖直径不能加大,对发酵原料以秸秆为主的沼气池来说,大出料工作比较困难。
因此,出料的时候最好采用出料机械。
(3)太阳能式
太阳沼气池主要是靠收集太阳光的热量,来提高沼气池发酵温度,从而更好实现产气,下面收集一种采用聚光凸透镜的太阳能沼气池,一种新型太阳能沼气池,它包括发酵集料箱、复合凸透镜、防护罩、太阳能集热板、保温容器、电热转换器、温度传感器、保温控制器盒、快速发酵集料箱和支撑座,复合凸透镜由多个凸透镜以曲面为基面组成,复合凸透镜上的多个凸透镜所集聚光线的焦点都在太阳能集热板上,太阳能集热板位于保温容器的顶部,保温容器安装在快速发酵集料箱的上部,快速发酵集料箱上开设有与发酵集料箱1连通的通气口,其通过支撑座安装在发酵集料箱内的上部。
实用新型能将太阳能热量聚集在沼气池中心部位,提供并控制甲烷菌等所需或最佳生存温度或繁殖温度,并将产气原料适当分类处置,保证有机物废物和沼气池充分使用。
七、设计原理
设计沼气池必须坚持下列原则:
1沼气池与畜圈、厕所、日光温室相连,使人畜粪便不断进入沼气池内,保证正常产气、持续产气,并有利于粪便管理,改善环境卫生,沼液可方便地运送到日光温室蔬菜地里作肥料使用。
(1)进料口与进料管 进料口与进料管分别设在猪舍地面和地下。
厕所、猪舍及收集的人畜 粪便,由进料口通过进料管注入沼气池发酵间。
(2)出料口与水压间 出料口与水压间设在与池体相连的日光温室内。
其目的是便于蔬菜生 产施用沼气肥,同时出料口随时放出二氧化碳进入日光温室内促进蔬菜生长。
水压间的下端 通过出料通道与发酵间相通。
出料口要设置盖板,以防人、畜误入池内。
(3)池底 池底呈锅底形状,在池底中心至水压间底部之间,建一U型槽,下返坡度5%,便于 底层出料。
2圆小浅原则
小,是指主池容积不宜过大。
浅,是为了减少挖土深度,也便于避开地下水,同时发酵液的表面积相对扩大,有利于产气,也便于出肥料。
八、现状
我国现阶段农村沼气的研究与废弃物资源化处理,沼气发酵产物综合利用和生态环境保护等农业生产活动密切相关,从地域上形成了以南方“猪一沼-果”,北方四位一体(厕所、猪圈、沼气池、太阳能暖棚)和西北“五配套”(在猪一沼一果的基础上增加太阳能暖圈和暖棚)为代表的农村沼气发展模式。
中国沼气产业的规模呈现逐年递增的趋势,尤其是户用沼气池的数量增加明显,已经成为沼气产业的主力。
我国农村户用沼气池近儿年来逐年增加,2000年底,农村户用沼气池达到848万户,2006年底已达到2 200万户,2007年底为2 650万户,2008年底为3 050万户,2009年底为3 500万户,2010年底已经超过4 000万户。
可以看出,户用沼气池数量一直呈现递增的发展趋势,并以平均每年约17%的速度增长。
2015年农村户用沼气用户将达5 000万户,根据《可再生能源中长期发展规划》,到2020年我国沼气年利用总量将达到440亿m3,其中农村沼气利用量将达到300亿立方米。
九、政策
国家层面的主要优惠政策主要包括税收、项目投资和运营补贴,以及部分的贴息贷款。
(1)投资补贴
目前,对农村户用沼气中央投资补助标准西部、中部和东部分别为1500元、1200元和1000元;对农户相对集中的村庄,以农村居民为用气对象,按照"统一建池、集中供气、综合利用"的原则,支持建设以畜禽粪便或秸秆为原料的小型沼气,沼渣沼液用于还田,按照供气户数,小型沼气中央补助标准为户用沼气补助标准的150%;在具有稳定原料来源的规模化养殖场、养殖专业合作社或行政村等,支持建设以畜禽粪便或秸秆为原料的大中型沼气,沼气可用于向周围居民供气或发电,中央投资优先支持向农户集中供气的大中型沼气项目。
对西、中、东部地区大中型沼气,中央分别补助项目总投资的45%、35%和25%,总量分别不超过250万元、200万元和150万元,地方分别按照不低于项目总投资的5%、10%和20%的标准予以配套投入。
沼气服务体系重点建设乡村服务网点,主要建设内容是"六个一",即一处服务场所、一个原料发酵贮存池、一套进出料设备、一套检测设备、一套维修工具、一批沼气配件。
对西、中、东部地区乡村服务网点,中央按照每个4.5万元、3.5万元和2.5万元分别予以补助,地方按照不低于0.5万元、1.5万元和2.5万元的标准分别予以补助。
(2)税收优惠
增值税优惠:
目前对于大中型沼气项目按13%税率征收增值税。
所得税优惠:
沼气综合开发利用项目运营前三年免所得税、之后三年所得税减半。
(3)融资补贴
政府设立农村能源专项贴息贷款,主要用于支持大中型沼气工程的推广,国家给予50%银行利率补贴,但近年实际执行力度很小。
可再生能源发展专项资金,分为无偿资助和贷款贴息两部分(财政部)。
(4)运营补贴
对于城市公共垃圾和生活污水处理企业,给予补贴。
对于年秸秆处理量超过1万吨,给予补贴(财政部)。
十、发展前景
作为能源消费大国,新能源的开发利用对国民经济的可持续发展具有重要的意义,随着农村社会经济的迅速发展,农村能源消耗也日益增大,在此背景下,沼气资源作为一项极具应用前景的新能源,其开发利用是解决能源紧张形势下农村能源供应问题的有效举措,其发展日益受到国家的重视。
2000年以后,中央财政不断加大对农村沼气建设的资金投入,其中,"十一五"以来,中央累计投入农村沼气建设资金212亿元。
在中央政策引导及资金投入的支持下,中国沼气产业的规模呈现逐年递增的趋势,尤其是户用沼气池的数量增加明显,已经成为沼气产业的主力。
十一、沼气的优缺点
(一)优点
1节约农村能源。
用沼气可烧水、做饭、照明、取暖、洗澡。
一个五口之家,建一个8立方米的沼气池,可供全家8个月的做饭和一年的照明之用,再加上配套还可取暖、洗澡,每年可节煤4000斤,节电350-400度,两项价值550元左右,山区不通电的地方可节约煤油10—15公斤。
2改善农村卫生条件。
随着畜牧养殖业向着密集型饲养发展,畜禽的废料排泄物、尸体、羽毛及屠宰下水逐年增多,再加上家厕粪便,农作物告扦,有机废弃物等,用传统的堆沤、掩埋、焚烧、冲洗等办法都无法有效处,特别是养猪养鸡,使蚊、蝇大量孳生,一到夏季,不仅造成土壤、河流、地下水严重污染,而且带有大量的病源,危及人畜发病和畜产品卫生质量。
如果把它们通过沼气池密闭发酵后,能有效杀灭各种虫卵病菌,从而有效地处理这些弃废物,保持农村环境卫生的整洁,减少空气污染和疾病发生。
3促进养殖业发展。
建沼气池不仅可有效地解决养殖业的排污问题,而且畜禽的粪便入池发酵后,所产生的沼液加少量高锰酸钾,是养猪的上等饲抖。
因为沼液中含有多种微量元素,特别是氨基酸含量十分丰富,且均为可溶性营养物质,易于消化吸收。
用沼液养猪,每头每年可节省精抖40公斤,还可缩短饲养期15—25天,从而降低成本。
4提高肥效,改良土壤。
人畜的粪便、杂苹、有机废弃物,在普通粪坑里沤制,由于粪坑敞开,风吹、日晒、雨淋,大部分养分挥发散失,而且不容易被作物吸收利用,如果经过密封的沼气池发酵后,绝大部分养分保存下来,且变为可溶性养分,容易被作物吸JI史利用。
群众说:
沼液看起来象清水,用起来象氨水,还能够增加土壤的腐殖质,起到改良土壤的作用。
5生产无公害蔬菜。
把沼气通入温室大棚中燃烧,所产生的二氧化碳作为气体肥料,不仅可促进植物的生长,还可抑制许多病虫害的发生。
用沼液喷洒蔬菜叶面或灌根,可杀死许多病虫害,避免许多农药使用后的残留,生产无公害蔬菜。
6贮藏水果。
利用沼气中甲烷和二氧化碳含量高、含氧量低,以及甲烷无毒的特性,达到水果贮藏保鲜作用,而且贮期长,好果率高,成本低,保持其外观硬度、甜度等鲜果风味。
7养鱼。
沼液中营养成劈·易被浮游生物吸收,促进其繁殖生长,改善水质,减少溶解氧的消耗,避免泛塘现象的发生。
同时排除了由于施新鲜畜禽粪肥带来的寄生虫卵及病菌较多的鱼病,每亩渔塘每年可节约饵抖80公斤。
(二)缺点
1沼气的发酵受温度的影响,冬天低温,发酵产物太少。
2沼气前期投资大,要有足够的发酵原料。
3沼气的占地面积大。
4沼气发酵会产生一些对人体有害的气体,如CO等气体。
十二、冬季管理
(一)使用添加剂提高产气率
(二)使用中沼气池的冬季管理
使用中沼气池主要是运用沼气压差变化,使沼液定向流动。
入冬除实行自循搅拌外,主要是依靠人工搅拌的方法进行管理,即用3米长的大头木棍(树棍),经常在进、出料口上下捣动,使发酵液搅动,破坏池内料液结壳,以保证沼气池正常产气。
在比较寒冷的地方,可采用塑料 增温,提高沼气池内的温度。
(三)新建沼气池的冬季管理
对冬季新建的沼气池,赶不上投料使用的,也不能空池过冬,要填满秸秆(稻、麦草)或杂草等,可起到保温、防冻裂和堆沤。
(四)海拔2000米以上地区沼气池冬季管理措施
1.建池。
海拔200米以上地区应选择背风向阳的位置建池。
有条件的农户可在庭院内建太阳能增温温室,在温室一端地下建沼气池,沼气池之上建畜圈和厕所,温室内种植蔬菜或果树,让太阳能为沼气池提供安全、有效的越冬环境。
2.增温措施。
①添加热性原料,如酒糟、马粪等。
②坚持勤搅拌,做到每天1一2次。
③用优质塑料膜全面覆盖裸露池体。
④用热水冲洗圈舍,温度相对较高为好。
十三、对环境的影响
(1)有助于减少温室气体的排放
(2)有利于变废为宝,提高沼气工程的综合效益。
(3)可减少对周围环境的污染。
(4)小沼电为农村地区能源利用开辟新途径。
我国农村偏远地区还有许多地方严重缺电,如牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较为困难,而这些地区却有着丰富的生物质原料。
因地制宜地发展小沼电,犹如建造微型“坑口电站”,可取长补短就地供电。
参考文献:
[1]周德庆.微生物教程[M].北京:
高等教育出版社
[2]方德华.魏新元,申鸿.微生物实验技术[M].北京:
高等教育出版社
[3]杨安贵.农业[M].重庆:
重庆大学出版社
[4]陆建身.生物统计学[M].北京:
高等教育出版社
[5] 闵师界. 沼气 沼肥综合利用技术[J]
[6] 王青峰. 拜城县沼渣沼液综合利用技术[J]. 农村科技
[7] 张燕, 王小燕, 杨鹏, 吴少忠. 灵武市沼渣沼液综合利用现状及发展对策[J]. 科技信息
[8] 刘耕. 沼气建设在养殖业中的作用与价值[J]. 农村养殖技术
[9] 吴晓, 江建荣. 积极探索沼气综合利用新途径[J].
[10] 张培栋,杨艳丽,李新荣. 中国沼气综合利用潜力[J]. 中国沼气
[11] 刘叶志. 农村户用沼气综合利用的经济效益评价[J]. 中国农学通报
[12] 鞠笑非,刘占庆. 北方寒区采暖沼气探究[J]. 现代农业
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生物 能源 资料