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浅谈家乡生物质能的应用

发布时间:2020-09-16 点击:家乡的生物质论文
  

  2902155982 学 姓 学 专 班 号: 名: 104120064 陈琪 院: 生命科学学院 业: 级: 生物科学 10 级 B 班 生物质能 杨云娟 家乡浅谈生物质能——沼气的利用 课程名称: 教 师: 论文题目: 开 课 学 期: 填 报 时 间: 2012 2013 至 年 2013 12 学年 月 下 31 学期 日 摘要:我的家乡是云南省曲靖市陆良县。陆良县位于云南省东部,素有“滇东明 珠”之称。由于能源的消耗量一直处于增长态势,化石能源日益减少,既要 有足够的能源来维持陆良的正常发展, 又要应付化石能源的紧缺及其产生的一系 列污染问题。为缓解能源需求的压力,兼顾经济增长和,我县开发 使用可再生资源已经成为大势所趋。其中,运用最为普遍的生物质能技术是沼气 技术 关键词:生物质能、生物质、效益分析、沼气技术 第一章 前言 1.1 生物质能(biomass energy ) :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。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可 以生长的有机物中, 它是由太阳能而来的。有机物中除矿物燃料以外的所有 来源于动植物的能源物质均属于生物质能,通常包括木材、及森林废弃物、农业 废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。地球上的 生物质能资源较为丰富, 而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物 质有 1730 亿吨,其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的 10-20 倍,但目 前的利用率不到 3%。 1.2 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。 第二章 生物质来源 2.1 林业资源 林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源,包括薪炭林、 在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等;木材采运和 加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等;林业副产品的废弃物, 如果壳和果核等。 2.2 农业资源 农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物);农业生产过程中的废弃物,如 农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸 和棉秆等) ;农业加工业的废弃物,如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物 泛指各种用以提供能源的植物,通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化 合物植物和水生植物等几类。 2.3 污水废水 生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成,如冷却水、洗浴 排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、 酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等,其中都 富含有机物。 2.4 固体废物 城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾 等固体废物构成。其组成成分比较复杂,受当地居民的平均生活水平、能源消费 结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。 2.5 畜禽粪便 畜禽粪便是畜禽排泄物的总称,它是其他形态生物质(主要是粮食、农作物秸秆 和牧草等)的形式,包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。 第三章 陆良生物质能源沼气利用 3.1.沼气技术基础知识 3.1.1 办沼气的好处 农村办沼气是解决农村燃料问题的重要途径之一。一户 3~4 口人的家庭,建一 口容积为 8 立方米左右的沼气池,只要发酵原料充足,并管理得好,就能解决点 灯、煮饭的燃料问题。凡是沼气办得好的地方,农户的卫生状况及居住都大 有改观。办沼气也有利于林草资源,减少水土流失,改善农业生态。除 此以外,办沼气可以改变农业生产条件,促进农业循环经济发展。 (1) 、 增加肥料 办沼气后, 过去被烧掉的大量农作物秸杆和畜禽粪便加入沼气 池密闭发酵,消灭了病菌虫卵等危害人们健康的病原菌,既能产气,又能制成优 质的有机肥料,扩大了有机肥料的来源,同时农产品的质量也大大提高,生产成 本下降,有利于生产绿色食品 。 (2) 、能增强作物抗旱、防冻能力,凡是过沼肥的作物均能增强抗旱防冻的 能力。由于人畜粪便及秸秆经过密闭发酵后,沼肥中存留丰富的氨基酸、B 族维 生素、各种水解酶、某些植物激素,对病虫害有明显作用,是各类农作物、 花卉、果树、蔬菜等的优良有机肥料, (3) 、有利于解决“三料” (燃料、饲料和肥料)的矛盾,促进畜牧业的发展。 (4) 、节省劳动力和资金。农村办起沼气后,过去农民拣柴、运煤花费的大量劳 动力就能节约下来,投入到农业生产第一线上去。同时节省了买柴、买煤、买农 药、化肥的资金,使农户减少了日常开支。 第三,用沼气作动力燃料,既能为国家节省石油制品,又能降低作业成本,为实 现农业现代化开辟了新的动力资源,是农村一项重要的能源建设。 用沼气作动力燃料,清洁无污染,制取方便,成本低,效益十分显着,深受农民 欢迎。柴油机使用沼气后,可节油率一般为 70%~80%。 第四,农村办沼气改善了农村卫生条件,提高了农民生活质量,是卫生工作 的一项重大变革。当前农村环普遍存在“脏、乱、差”的现象,特别是厕所、猪 圈污染的问题,既影响农民的生活质量,也容易导致疾病、疫病发生。沼气建设 对粪便进行了无害化处理,人、畜粪便都投入到沼气池密闭发酵,粪便中寄生虫 卵可以减少 95%左右。 第五,农村办沼气,推动了农村科学技术普及工作的发展,生动地显示出科学技 术对提高生产力的巨大作用。 3.2 沼气的制取 3.2.1、沼气的性质成分 沼气是多种有机物在一定的湿度、浓度、酸碱度和空气的条件下,经过各类 厌氧微生物的分解代谢而产生的一种可燃性气体。 由于这种气体是最先在沼泽中 发现的,所以称为沼气。 ⑵沼气的化学组成和理化性质 :沼气是一种混合气体。其中主要成分是甲烷, 占总气体体积的 50—70%;其次是二氧化碳占 30—40%。除此以外,含有少量 的氮、氢、氧、氨、一氧化碳和硫化氢等气体。甲烷、氨和一氧化碳是可燃气体, 用户主要利用这一部分气体的燃烧来获得能量。 下面分别介绍各种气体的理化性质: 甲烷:是一种无色、无味、无臭气体,化学性质比较稳定。甲烷在水中的溶解度 很小,所以,通常用水封的办法来贮存沼气。甲烷的临界温度较低,液化比较困难。 甲烷在空气中燃烧, 火焰的最高温度约 2000℃, 每立方米纯甲烷的热值为 35822.6 千 焦 , 按 其 在 沼 气 中 含 量 50% — 70% 推 算 , 每 立 方 米 沼 气 的 热 值 为 17911.3-25075.8 千焦。 二氧化碳:二氧化碳对水的溶解度很大,为提高沼气中甲烷含量和热值,可以利 用石灰水来吸收沼气中的二氧化碳,形成碳酸钙沉淀。 硫化氢: 是有毒气体, 具有恶臭味。 一般沼气中含千分之几的硫化氢。 经燃烧后, 硫化氢被氧化成硫或二氧化硫,失去臭味,毒性减轻。现在的沼气用户都使用了 脱硫器,硫化氢基本上给过滤了,因此,使用沼气是安全的。 3.2.2 产生沼气的基本原理 : 沼气的产生,简单的说,是有机物质在空气 和保持一定水分、温度、酸碱度、碳氮比等条件下,经过多种微生物的分解而产 生的。多种微生物(沼气细菌)分解有机物质产生沼气的过程,叫沼气发酵。沼 气产生的基本原理,就是厌氧机理,其发酵的生物化学过程,大致可分为液化、 产酸、产甲烷三个阶段。 第一阶段(水解阶段) :有机物质(碳水化合物、蛋白质、脂肪等)由发酵细菌 (纤维素分解细菌、蛋白质分解细菌、脂肪分解细菌等)的作用,将多糖水解成 单糖,蛋白质水解成肽和氨基酸,脂肪水解成甘油和脂肪酸,并进一步降解成各 种低级有机酸,如乙酸、丙酸、宜春等。同时,还声称氢气和二氧化碳。 第二阶段(产酸阶段) :主要是由产氢细菌和乙酸细菌,将丙酸、乙酸和乙醇等 分解,形成氢和乙酸,间或有二氧化碳形成。 第三阶段(产甲烷阶段)产甲烷细菌分解乙酸,形成甲烷和二氧化碳,或利用氢 还原二氧化碳,形成甲烷,或甲酸形成甲烷。在形成的甲烷中,约 30%来自 氢还原二氧化碳,70%来自乙酸的分解。 沼气发酵的三个阶段是相互依赖和连续进行的,并保持动态平衡。在沼气发酵初 期,以第一、二阶段的作用为主,也有第三阶段的作用;在沼气发酵后期,则是 三个阶段的作用同时进行, 到一定时间,保持一定的动态平衡才能持续正常地产 气。 3.2.3、制取沼气的条件 严格的厌氧—建造密闭的沼气发酵池。充足的发酵原料、接种物、适宜的发 酵浓度、温度、酸碱度。 1、严格的厌氧。沼气发酵微生物包括产酸菌和产甲烷菌两大类,它们都是 厌氧细菌, 尤其是产生甲烷的甲烷菌对氧特别。它们不能在有氧的中生 存,哪怕微量的氧存在,也会使发酵受阻。因此,建造一个不漏气、不漏水的密 闭沼气池,是人工制取沼气的关键。 2、足够和优良的接种物是指发酵所需要的含有大量微生物的厌氧活性污泥,也 称菌种。 具备足够的接种物才能沼气发酵高效运行。沼气池的接种物一般来 源于老沼气池的沼渣(沼液) 、阴沟的污泥、粪坑底部的沉渣等。接种物的用量 一般占总发酵液的 30%左右。 3、必要的发酵温度。沼气发酵菌种在 8-60 摄氏度范围内都能发酵产气,并且温 度越高,发酵越活跃,产沼气越多。因此,作为常温发酵的农村户用沼气池,应 尽量使其发酵温度保持在 8 摄氏度以上。 4、适宜的酸碱度。在沼气发酵过程中,沼气菌适宜在中性或微碱性的中繁 殖。 发酵液的 pH 值控制在 6.8-7.5 为宜。 如低于或高于此值, 沼气发酵就会缓慢, 甚至不能正常进行。 5、适宜的发酵浓度和碳氮比。作物秸秆、青草、人畜粪便、生活污水等有机物 都可以作为沼气发酵的原料。但发酵原料需满足 (20-30) : 1 的碳氮比和满足 6%-10%的发酵浓度。当然,碳氮比和发酵浓度在夏季可适当低些,在冬季可适 当高些。 6、经常性的搅拌沼气池。在不搅拌的情况下,发酵料液明显地分为 3 层:上层 结壳层、中层清液层、下层沉渣层。发酵液分层不利于产气,所以,应采取搅拌 措施。搅拌的目的是使其不分层,让原料和接种物均匀分布于池内,增加微生物 与原料的接触面, 加快发酵速度, 提高产气量。 此外, 搅拌也有利于沼气的。 对有加热装置的沼气池来讲,搅拌有利于热能的。 目前,采用的搅拌方法主要有 3 种:机械搅拌、沼液回流搅拌、气搅拌。 7、加入剂。剂主要是一些重金属离子、农药及一些有毒性物质。 这类物质严禁进入沼气池。 3.4、沼气的用途 1、沼气是一种优质的气体燃料,可以用来炊事、照明、房屋取暖、温室保温、 烘烤农产品、沼气防蛀、发电、果菜二氧化碳施肥、沼气储粮与果品保鲜。 修建一个容积为 8 立方米的沼气池,每天投入相当于 4 头猪的粪便发酵,所产沼 气能解决 4-6 口人家庭点灯、做饭的燃料问题。 3.5、户用沼气池的池型及构造 户用沼气池的结构要“圆” (圆形池) 、 “小” (容积小) 、 “浅” (池子深度浅) 。 新的国家标准集,五类七型沼气池,即:曲流布料沼气池 A、B、C 型,预制钢 筋混凝土板装配沼气池、圆筒形沼气池、椭球型沼气池、分离贮气浮罩沼气池。 沼气池主要以圆筒形沼气池、椭球型沼气池为主,其主要组成部分为进料间、发 酵间、气箱、活动盖、出料间、导气管等部分,其池型构造如 2-1 进料间:进料间包括进料口和进料管,进料管是用混凝土浇筑的水泥管或瓷管, 它与沼气池墙成 30°角, 若小于 30°角时,进料管与池墙交接处受力情况恶劣, 易漏气; 大于 30°时, 不易进料。 一般 6--10 立方的沼气池, 进料管内径在 30-40 厘米。 发酵间和气箱:发酵间 出料间:出料间又称水压箱。沼气池的出料间与主池体相通,它的水位随气体的 产生、消耗而升降,起到水压箱的作用,并兼做平时小出料用,其容积为主池容 积的 1/3 左右,池容积越大,出料间就大,一般户用沼气池出料间在 1-2 立方米 左右。 活动盖:活动盖安装在沼气池气箱顶部。其大小为 60—80 厘米(6--10 立方米沼 气池) ,揭开活动盖能促进池内气体散发,增加池内光亮,便于沼气池的维修、 进料和清除沉渣。 导气管:导气管的主要作用是输送沼气。导气管应安装在池体的最顶端。原来是 安装在活动盖上,这样易老化、易损坏。 3.6、沼气池的工作原理 户用沼气池主要是水压式沼气池。产气时,贮气间内气压增大,把沼气池里的料 液压出,使进、出料口和水压间水位上升,产气越多,压出的水越多,气压就越 大;用气时,池内气压下降,出料间内的料液便压回发酵间内,以维持内外压力 新的平衡。这样,不断地产气和用气;使发酵间的液面不断的升降,始终维持压 力平衡的状态。 3.7、发酵工艺及其特点 工艺流程 选取(培育)菌种—备料、进料—池内堆沤(调整 pH 值和浓度)—密封(启动 运转)—日常管理(进出料、回流搅拌) 。沼气发酵的关键是菌种。因为沼气池 建成后, 第一次投料能否快速启动和启动后产气率好坏的关键取决于菌种的质量 和数量。所以,技术员在建池过程中就要注意选取和培育菌种,这样沼气池建好 了,菌种也培育好了,就可以进料、堆沤、封盖启动。这个工艺是配套曲流布料 沼气池产生的,原来叫曲流布料沼气池发酵工艺,只有这个发酵工艺进入国标, 也是发酵工艺首次进入国际, 它适用于进入国际的所有新池型。现在所有池型都 用,因为它比过去的发酵工艺科学、简便、容易操作、效果好。 工艺特点 发酵原料为人、畜、禽粪便,采用连续发酵工艺能维持比较稳定的发酵条件,是 沼气微生物(菌群积累)区系稳定,保持逐步完善的原料消化速度,提高原料利 用率和沼气池负荷能力,达到较高的产气率。工艺自身耗能少,简单方便,容易 操作。 参考文献: [1] 法忠勇, 推进我国农村新能源推广应采取的措施[J].甘肃农业 2007 年第 9 期 [2] 秦 大 东 曹 军 浅 论 我 国 生 物 质 能 发 展 现 状 及 对 策 安 徽 通 报 ,Anhui Agri.sci.bull.2007,13 [3] 吴志坚,叶枝全,沈辉.新能源和可再生能源的利用,机械工业出版社, 2006.

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