Transcript ch3 沼氣技術
Chapter3 沼氣技術 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 結束 放映 沼氣發酵原理 典型的農村戶用沼氣池池型 大中型沼氣工程 沼氣利用設施與設備 沼氣的綜合利用 目錄 3.1 沼氣發酵原理 3.1.1 沼氣 沼氣是有機物在厭氧條件下經微生物分解發酵 而生成的一種可燃性氣體，其主要成分是甲烷 （CH4）和二氧化碳（CO2），此外還有少量的 氫（H2）、氮（N2）、一氧化碳（CO）、硫化 氫（H2S）和氨（NH3）等。通常情況下，沼氣 中的甲烷含量為50%～70%，二氧化碳為30%～ 40%，其他氣體均含量很少。不同組分沼氣的 主要特性參數見表3.1。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 表3.1 不同組分沼氣的主要特性參數 CH450% CH460% CH470% CO250% CO240% CO230% 密度/（kg/m3） 1.374 0.221 1.095 相對密度 1.042 0.944 0.847 熱值/（kJ/m3） 17937 21542 25111 理論空氣量/（m3/m3） 4.76 5.71 6.67 理論煙氣量/（m3/m3） 6.763 7.914 9.067 火焰傳播速度/（m/s） 0.152 0.198 0.243 特性參數 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 3.1.2 沼氣發酵的微生物 學原理 一般認為，從各種複 雜有機物的分解開始 到最後生成沼氣，共 有五大生理類群的細 菌參與沼氣發酵過程 （圖3.1）。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 1. 發酵性細菌 2. 產氫產乙酸菌 發酵性細菌將複雜有機物分解發酵所產生的 有機酸和醇類，除乙酸、甲酸和甲醇外均不能 被產甲烷菌所利用，必須由產氫、產乙酸菌將 其分解轉化為乙酸、氫和二氧化碳。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 主要反應過程如下 丙酸CH3CH2COOH＋2H2O→CH3COOH＋CO2＋3H2 丁酸CH3CH2CH2COOH＋2H2O→2CH3COOH＋2H2 乙醇CH3CH2OH＋2H2O→CH3COOH＋2H2 乳酸CH3CHOHCOOH＋H2O→CH3COOH＋CO2＋H2 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 3. 耗氫產乙酸菌 也稱同型乙酸菌，這是一類既能自養生活又 能異養生活的混合營養型細菌。它們既能利用 H2＋CO2生成乙酸，也能代謝糖類產生乙酸。 其反應如下式 2CO2＋4H2→CH3COOH＋2H2O C6H12O6→CH3COO 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 4. 產甲烷菌 在沼氣發酵過程中，甲烷的形成是由一群高 度專業化的細菌--產甲烷菌所引起的。 (1)產甲烷菌的生長要求嚴格厭氧環境。 (2)產甲烷菌的食物簡單。產甲烷菌只能代謝少 數幾種底物生成甲烷，其主要反應如下： 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 H2/CO2：4H2＋CO2→CH4＋2H2O 甲酸：4HCOOH→CH4＋3CO2＋2H2O 甲醇：4CH3OH→3CH4＋CO2＋2H2O 乙酸：CH3COOH→CH4＋CO2 (3)產甲烷菌適於生長的pH在中性範圍。 (4)產甲烷菌生長緩慢。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 5. 產酸菌與產甲烷菌間的相互關係 在沼氣發酵系統裏，無論是在自然界還是在 沼氣池裏，產酸菌與產甲烷菌都各自按照自己 的遺傳特性進行著代謝活動，它們之間相互依 賴又相互制約，構成一條食物鏈。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 它們之間的相互關係主要表現在以下幾個方面。 (1)產酸菌為產甲烷菌提供食物。 (2)產酸菌為產甲烷菌創造適宜的厭氧環境。 (3)產酸菌為產甲烷菌清除有毒物質。 (4)產甲烷菌為產酸菌清除代謝廢物解除反饋抑 制。 (5)產酸菌與產甲烷菌共同維持發酵環境的pH值。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 3.1.3 沼氣發酵的條件 為了達到較高的沼氣生產率、污水浄化效率或 廢棄物處理率，沼氣發酵過程就要最大限度地 培養和累積厭氧消化細菌，使細菌具有良好的 生活條件。微生物的生命活動要求具備適宜的 條件，因此控制發酵過程的正常運行也需要一 定的條件，主要包括發酵原料類型、厭氧活性 污泥、消化器負荷、發酵温度、pH值、原料碳 氮比、有害物質的控制及攪拌等因素。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 1. 沼氣發酵原料 (1)發酵原料的類型。發酵原料既是產生沼氣的底 物，又是沼氣發酵細菌賴以生存的養料來源。 沼氣發酵原料按其物理形態分為固態原料和液 態原料兩類；按其營養成分又有富氮原料和富 碳原料之分；按其來源分為農村沼氣發酵原料、 城鎮沼氣發酵原料和水生植物三類。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 (2)發酵原料的評估和計量。通常用總固體(TS)、 懸浮固體(SS)、揮發性固體(VS)及揮發性懸浮 固體(VSS)、化學耗氧量(COD)和生物耗氧量 (BOD)等指標評價和計量原料中有機物的含量 和沼氣的產量。 • • a.總固體(TS）。 b.懸浮固體(SS)是指水中不能通過濾器的固體物。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 • c.揮發性固體(VS)及揮發性懸浮固體(VSS)在總 固體或懸浮固體中，除含有灰分外，還常夾雜 有泥沙等無機物，可將測得的TS或SS進一步放 入馬福爐內，在(550±50)℃的條件下，灼燒1h， 此時TS或SS中所含的有機物全部分解而揮發， 一般將揮發掉的固體稱為有機物，殘留物稱為 灰分。 • d.化學耗氧量(COD)。 e.生物耗氧量(BOD)。 • 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 用BOD5/COD值可初步評價有機物的可生物 降解性，具體參考表3.2所列數據。 BOD5/COD 生物分解速度 可生物降解性 舉例 ＞0.4 較快 較好 乙酸、甘油、丙酮 0.4～0.3 一般 可降解 城市生活污水 0.3～0.2 較慢 較難 丁香皂、丙烯醛 ＜0.2 很慢 不宜生物降解 異戊二乙烯、丁苯 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 (3)發酵原料的產氣速率。由於原料的結構特性不同， 在發酵過程中，被分解的速率不同，因此產沼氣 的速率也存在差異。經測定，農村常用原料的產 氣速率及產氣量見表3.3。 原料產氣速率/% 產氣速率 發酵時間/d 10 20 30 40 60 產氣量 /（m3/kg） 豬糞 人糞 馬糞 牛糞 玉米秸 麥秸 稻草 青草 74.2 40.7 63.7 34.4 75.9 48.2 46.2 75.0 86.3 81.5 80.2 74.6 90.7 71.8 69.2 93.5 97.6 94.2 89.0 86.2 96.3 85.9 84.6 97.8 98.0 98.2 94.5 92.7 98.1 91.8 91.0 98.9 100 100 100 100 100 100 100 100 0.42 0.43 0.34 0.30 0.50 0.45 0.40 0.40 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 2. 厭氧活性污泥 厭氧活性污泥是由厭氧消化細菌與懸浮物質 和膠體物質結合在一起所形成的具有很强吸附 分解有機物能力的凝絮體、顆粒體或附著膜。 厭氧消化過程生成的H2S使厭氧活性污泥呈現 黑色，因此發育良好的污泥一般呈油亮的黑色。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 厭氧活性污泥的計量常用揮發性懸浮固體 （VSS）的量來表示。目前還沒有統一規範的 厭氧活性污泥的折算方法。有建議推薦採用每 克VSS/每天最大甲烷率為750mL為標準厭氧活 性污泥，各種厭氧活性污泥可按這個標準值進 行折算。表3.4為生產用發酵器中厭氧污泥的特 性。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 表3.4 生產用發酵器中厭氧污泥的特性 發酵底物 發酵工藝 污泥濃度 /（kg VSS/m3） 標準 /VSS% 污泥 /（kg VSS/m3） 負荷 /[kg COD/ (m3·d)] 甲烷產率 /[m3/ （m3·d）] 酒精廢水 UASB 12 53 6.4 6 2.16 糖蜜廢水 UASB 11 85 9.4 5 1.87 生活污泥 完全混合式 39 11 4.3 0.6 0.018 豬糞 完全混合式 37 10 3.7 1.8 0.185 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 3. 温度 沼氣發酵可分為3個温度範圍，46～60℃稱高 温發酵，25～45℃稱中温發酵，25℃以下稱低 温發酵。此外隨自然界温度變化而變化的發酵 方式稱為常温發酵。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 4. pH值與鹼度 沼氣發酵是在中性條件下的厭氧發酵，最適 宜的pH值為6.8～7.4之間。pH值在6.4以下或7.6 以上都會使產氣受到抑制。pH值在5.5以下，產 甲烷菌的活動則完全受到抑制。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 5. 負荷 表3.6 幾種技術類型運行負荷及產氣情況 工藝類型 原料 温度/℃ 負荷/[kg COD/(m3·d）] 水壓式池 隧道式 厭氧接觸 UASB UASB 秸秆＋豬糞 酒精廢醪 酒精廢醪 丙丁廢醪液 豆製品廢水 20～25 55 55 38 35 1.42(TS） 3.8～4.6 8.0 8～10 8～10 結束放映 產氣率/[m3/(m3·d)] 0.43 1.5～1.8 4.0 4～5 4～5 3.1 沼氣發酵原理 6. 發酵原料的碳氮比 沼氣發酵過程是培養微生物的過程，發酵原料 或所處理的廢水應看作是培養基，因而必須考慮 微生物生長所必需的碳、氮、磷以及其他微量元 素和水及維生素等，其中發酵原料的C/N值尤為 顯得重要。 農村常用沼氣發酵原料，如人畜糞便、秸秆和 雜草等，其營養成分比較齊全而豐富的，一般不 需添加輔助營養成分。農村常用原料的C/N值見 表3.7。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 7. 攪拌 在厭氧消化器中，生物化學反應是依靠微生 物的代謝活動而進行，這就要使微生物與被消 化的物料充分接觸。在分批投料發酵時，攪拌 是使微生物與物料接觸的有效手段；而在連續 投料系統中，特別是高濃度產氣量高的原料， 在運行過程中進料和產氣時氣泡形成的上升過 程構成了物料與微生物接觸的主要動力，起到 了攪拌的作用。 結束放映 表3.7 農村常用料的C/N值 原料種類 碳素含量/% 氮素含量/% C/N 乾麥秸 乾稻米 玉米秸 樹葉 大荳秧 花生秧 野草 鮮羊糞 鮮牛糞 鮮豬糞 鮮人糞 鮮馬糞 46 42 40 41 41 11 11 16 7.3 7.8 2.5 10 0.53 0.63 0.75 1.00 1.30 0.59 0.54 0.55 0.29 0.60 0.65 0.24 87：1 67：1 53：1 41：1 32：1 19：1 26：1 29：1 25：1 13：1 3.9：1 24：1 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 在批量投料消化器裏，發酵料液通常自然沉 澱而分層（圖3.2）。從上到下分別為浮渣層、 上清液層、活性層和沉渣層四層。在這種情況 下厭氧微生物只限於活性層內活動較為旺盛， 而其他各層或因可被利用的原料缺乏，或因條 件不適宜微生物的活動，使厭氧消化難以進行。 因此，在這類消化器裏，一般採取攪拌措施來 促進厭氧消化過程的進行。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 圖3.2 沼氣池的靜止與混合狀 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 8. 毒性化合物 所謂毒物是相對的，在非常低的濃度情況下它 們可能促進作用，只是到了一定濃度時這些物質 才產生抑制作用，而各種物質達到抑制作用的濃 度又不相同，如重金屬鹽類，在每升只有1mg的 情況下它們對生物活性起促進作用；當濃度上升 超過最佳濃度時，促進作用開始下降，濃度增加 到某一點時，生物活性開始低於沒有這種物質的 水平，這時就顯出了該物質的毒性作用。 結束放映 3.1 沼氣發酵原理 表3.8 沼氣發酵液中重金屬化合物的充許濃度 結束放映 化合物 允許濃度/（mg/kg） CuSO4·5H2O 700(以銅計178） CuCl2·2H2O 700(以銅計261） CuS 700(以銅計461） K2Cr2O3 500(以鉻計88） Cr2O3 75000(以鉻計73.422） Ni(NO3)2·6H2O 200(以鎳計40） NiSO4·7H2O 300(以鎳計63） HgCl2 2000(以汞計1748） HgNO3 1000(以汞計764) 3.2 典型的農村戶用沼氣池池型 3.2.1 底層出料水壓式沼氣池 圖3.3 側水壓式沼氣池 結束放映 3.2 典型的農村戶用沼氣池池型 圖3.4 頂水壓式沼氣池 結束放映 3.2 典型的農村戶用沼氣池池型 1. 結構與功能 底層出料水壓式沼氣池是由發酵間、水壓間、 儲氣間、進料管、出料口通道、導氣管等部分 組成。 2. 工作原理 水壓式沼氣池產氣前，池內液面與進料間、 水壓間液面平齊。當池內發酵產生沼氣逐步增 多時，儲氣箱內的壓力相應增高，這個不斷增 高的氣壓將發酵間內的料液壓到出料間，此時 出料間液面和池內液面形成壓力差。 結束放映 3.2 典型的農村戶用沼氣池池型 當用戶用氣時沼氣在水壓下通過輸氣管輸出， 由於池內沼氣壓力下降，水壓間內的發酵料液 便依靠重力的作用流回發酵間內，將沼氣經導 氣管壓出，為燃具供氣。沼氣的產生、儲存和 使用就這樣周而復始地進行。這種利用料液來 回流動，引起水壓反覆變化來儲存和排放沼氣 的池型，就稱為水壓式沼氣池。 結束放映 3.2 典型的農村戶用沼氣池池型 3.2.2 曲流布料式沼氣池 曲流布料沼氣池也屬水壓式沼氣池。 3.2.3 分離浮罩式沼氣池 分離浮罩式沼氣池由發酵池和儲氣浮罩組成， 發酵池的構造和水壓式沼氣池基本相同，不同 點是水壓池的儲氣間由浮罩代替，發酵間所產 沼氣，通過輸氣管道輸送到儲氣櫃儲藏和使用 （圖3.5）。 結束放映 3.2 典型的農村戶用沼氣池池型 圖3.5 分離浮罩式沼氣池 結束放映 3.2 典型的農村戶用沼氣池池型 3.2.4 強旋流液攪拌沼氣池 强旋流液攪拌沼氣池（圖3.6）是針對静態發酵 沼氣池存在“微生物貧乏區”、“發酵盲區” 和“料液短路”，池內原料分層嚴重，帶來清 渣出料困難、產氣率低和管理不便等技術問題， 研究開發的高效戶用沼氣池。 結束放映 圖3.6 強旋流液攪拌沼氣池 結束放映 3.2 典型的農村戶用沼氣池池型 1. 克服發酵盲區和料液“短路”技術 2. 微生物成膜增殖技術 3. 自動破殼與强制攪拌技術 4. 清渣出料技術 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 3.3.1 大中型沼氣工程的基本工藝流程 1. 技術類型 對沼氣發酵工藝，從不同角度，有不同的分 類方法。大中型沼氣工程，著重强調工程的運 行温度、工程運行的最終目標以及所選用的處 理原料，按這三個方面分類如圖3.7所示。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 圖3.7 沼氣發酵技術類型 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 2. 基本技術流程 一個完整的大中型沼氣發酵工程，無論其規模 大小，都包括了如下的工藝流程，原料（廢水） 的收集、預處理、消化器（沼氣池）、出料的後 處理、沼氣的浄化、儲存和輸配以及利用等環節 （圖3.8）。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 (1)原料的收集 (2)原料的預處理 (3)消化器（沼氣池） 消化器的工藝類型，根據消化器水力滯留期 (HRT)、固體滯留期(SRT)和微生物滯留期(MRT) 相關性的不同，分為三大類(見表3.9）。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 表3.9 厭氧消化器的類型 類型 滯留期特徵 消化器舉例 Ⅰ 常規型 MRT＝SRT＝HRT 常規消化器、連續攪拌罐、塞流式 Ⅱ 污泥滯留型 (MRT和SRT)HRT 厭氧接觸 UASB、USR、折流式、IC Ⅲ 附著膜型 MRT(SRT和HRT) 厭氧濾器、流化床、膨脹床 (4)出料的後處理 (5)沼氣的浄化、儲存和輸配 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 3. 能源--生態與能源環保型 (1)能源 如畜禽糞便沼氣工程，首先要將養殖業與種 植業合理配置，這樣不僅可節省後處理的高額 成本，又可促進生態農業建設，所以說「能源 －生態模式」是一種理想的工程模式（圖3.9）。 結束放映 圖3.9 能源-生態模式工藝流程 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 (2)能源 由於採用了沼氣發酵工藝可回收一定量的沼 氣作為能源，並通過沼氣發酵去除了污水中的 大部分有機物，比單純使用好氧曝氣的方法來 處理污水，既產能又節能（圖3.10）。 結束放映 圖3.10 能源-環保模式流程 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 3.3.2 厭氧消化器 目前常見的厭氧消化可分為常規型、污泥滯留 型和附著膜型三大類。 1. 常規型厭氧消化器 (1)常規厭氧消化器(conventional digester)。也稱常 規沼氣池，是一種結構簡單、應用廣泛的技術 類型，其模式結構如圖3.11所示。 結束放映 圖3.11 常規厭氧消化器模式結構 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 (2)全混合式厭氧消化器。 結束放映 圖3.12 3.3 大中型沼氣工程 全混合式消化器有如下優點： a. 可以進入高懸浮固體含量的原料。 b. 消化器內物料均匀分佈，避免了分層狀態，增 加了底物和微生物接 觸的機會。 c. 消化器內温度分佈均匀。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 d. 進入消化器的抑制物質，能夠迅速分散，保持 較低濃度水平。 e. 避免了浮渣、結殼、堵塞、氣體逸出不暢和短 流現象。 f. 易於建立數學模型。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 (3)塞流式厭氧消化器。塞流式消化器亦稱推流式 消化器，是一種長方形的非完全混合消化器， 高濃度懸浮固體原料從一端進入，從另一端流 出，原料在消化器的流動呈活塞式推移狀態。 在進料端呈現較强的水解酸化作用，甲烷的產 生隨著向出料方向的流動而增强。由於進料端 缺乏接種物，所以要進行污泥回流。在消化器 內應設置擋板，有利於運行的穩定（圖3.13）。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 圖3.13 塞流式厭氧消化器示意圖 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 塞流式消化器最早用於酒精廢醪的厭氧消化， 河南省南陽酒精廠於20世紀60年代初期即修建 了隧道式塞流式消化器，用來高温處理酒精廢 醪。發酵池温為55℃左右，投配率為12.5%，滯 留期8天，產氣率為2.25～2.75m3/(m3·d)，負荷 為4～5kg COD/(m3·d)，每立方米酒醪可產沼氣 23～25m3（表3.10）。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 表3.10 酒精廢醪厭氧消化結果 SS 原料 BOD pH /(mg/L) 進料 4.3 17000 出料 7.6 1900 結束放映 COD 去除/% /(mg/L) 去除/% 45500 88.8 7000 /(mg/L) 去除/% 28000 84.6 2300 91.8 3.3 大中型沼氣工程 塞流式厭氧消化器在牛糞厭氧消化上也廣泛應用， 因牛糞質輕、濃度高，長草多，本身含有較多產 甲烷菌，不易酸化，所以，用塞流式厭氧消化器 處理牛糞較為適宜（表3.11）。 池型 及體積 温度 /℃ 負荷 /[kg VS/(m3。d)] 進料 /TS% HRT /d 產氣量 /(L/kg VS) CH4/ 塞流式 (38.4m3) 25 35 3.5 7 12.9 12.9 30 15 364 337 57 55 常規池 (35.4m3) 25 35 3.6 7.6 12.9 12.9 30 15 310 281 58 55 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 2. 污泥滯留型厭氧消化器 (1)固體回流式CSTR(CSTR/SR)。該工藝是CSTR 的改良，通過沉澱和回流增加了微生物和未反 應固體的滯留期，它廣泛應用於工業廢水的處 理，如酒精廢液等。該工藝需要額外的設備來 使固體和活性微生物沉澱與回流，如圖3.14所 示。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 圖3.14 厭氧接觸工程示意圖 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 (2)升流式厭氧污泥床(UASB)。UASB是目前發展最 快的消化器，其特徵是自下而上流動的污水流過膨 脹的顆粒狀的污泥床。消化器分為三個區，即污泥 床、污泥層和氣－固分離器，分離器將氣體分流並 阻止固體漂浮和衝出，使MRT比HRT大大增長，產 甲烷效率明顯提高，污泥床區平均只占消化器體積 的30%，但80%～90%的有機物在這裏被降解。該 工藝將污泥的沉降和回流置於一個裝置內，降低了 造價。在國內外已被大量用於低SS廢水的處理，如 廢酒醪濾液、啤酒廢水、豆製品廢水等，如圖3.15 所示。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 圖3.15 UASB消化器結構示意圖 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 該工藝的優點如下： a.除氣/固分離器外消化器結構簡單，沒有攪拌 裝置及填料。 b.長的SRT及MRT使其實現了很高負荷率。 c.顆粒污泥的形成使微生物天然固定化，增加 了工藝的穩定性。 d.出水SS含量低。 e.適用於低SS含量廢水的處理。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 (3)內循環(IC)厭氧反應器。 IC厭氧反應器的基本構造如圖3.16所示，如 同把兩個UASB反應器疊加在一起，反應器高度 可達16～25m，高徑比可達4～8。在其內部增 設了沼氣提升管和回流管，上部增加了氣液分 離器。該反應器啟動時，投加了大量顆粒污泥。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 運行過程中，用第一反應室所產沼氣經集氣 罩收集並沿提升管上升作為動力，把第一反應 室的發酵液和污泥提升至反應器頂部的氣液分 離器，分離出的沼氣從導管排走，泥水混合液 沿回流管返回第一反應室內，從而實現了下部 料液的內循環。 結束放映 圖3.16 IC厭氧反應器構造原理示意圖 1--進水 2--第一反應室集氣罩 3--沼氣提升管 4--氣液分離器 5--沼氣導管 6--回流管 7--第二反應室集氣罩 8--集氣管 9--沉澱區 10--出水管 11--氣封 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 (4)升流式固體反應器(USR)：USR是一種簡單而 又低值的反應器，它能自動形成比HRT較高的 SRT和MRT，未反應的生物固體和微生物靠自 然沉澱滯留於反應器內，可進入高SS原料如畜 禽糞水和酒精廢液等，而且不需要出水回流和 氣－固分離器。如圖3.17所示。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 圖3.17 升流式固體反應器示意圖 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 3. 附著膜型厭氧消化器 (1)厭氧濾器(AF)。 可以考慮用作兩階段厭氧消化的甲烷化階段。 不適用於高SS含量的進料，因為它們能很快堵 塞該體系，產生上應用較少。厭氧濾器的結構 示意圖見圖3.18。 結束放映 圖3.18 厭氧濾器示意圖 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 (2)流化床和膨脹床(FBR和EBR)。流化床和膨脹 床都屬於附著生長型生物膜反應器，在其內部 填有像沙粒一樣大小的（0.2～0.5mm）惰性顆 粒供微生物附著，如焦炭粉、矽藻土、粉炭灰 或合成材料等，當有機污水自下而上穿流過細 小的顆粒層時，污水和所產氣體的升流速度足 以使介質顆粒呈膨脹或流動狀態。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 每一個顆粒表面都被生物膜所覆蓋，其比表 面積可達300m3/m3，能支持更多的微生物附著， 造成了比HRT更長的MRT，因而使消化器具有 更高的效率。流化床和膨脹床反應器結構示意 圖見圖3.19。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 這個系統的優點如下： a.有大的比表面積供微生物附著； b.可以達到更高的負荷； c.因為有高濃度的微生物使運行更穩定； d.能承受負荷的變化； e.在長時間停運後可更快地啟動； f.消化器內混合狀態較好。 結束放映 圖3.19 流化床和膨脹床反應器結構示意圖 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 3.3.3 沼氣淨化、儲存與輸配系統 1. 沼氣的浄化 沼氣作為一種能源在使用前必須經過浄化， 使沼氣的質量達到標準要求。沼氣的浄化一般 包括沼氣的脫水、脫硫及脫二氧化碳。圖3.20 為沼氣浄化工藝流程。 (1)沼氣脫水。根據沼氣用途不同，可用兩種方法 將沼氣中的水分去除。 (2)沼氣脫硫。 結束放映 圖3.20 沼氣浄化工程流程 1--水封、2--氣水分離器、3--脫硫塔、4--沼氣入口、 5--自來水入口、6--再生通氣放散閥 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 2. 沼氣的儲存 (1)低壓濕式儲氣櫃。 (2)低壓乾式儲氣櫃。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 3. 沼氣的輸配 沼氣作為一種生活能源當向居民供氣時需要 輸配系統。沼氣的輸配系統是指自沼氣站至用 戶前一系列沼氣輸配設施的總稱。對於較大工 程來說，主要由中、低壓力的管網、居民小區 的調壓器組成。對於小規模居民區或大中型沼 氣工程站內的供氣系統，主要包括低壓管網及 管路附件。 4. 管路的設計與布置 5. 鋼管的防腐 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 3.3.4 大中型沼氣工程的運行管理 由於涉及微生物發酵、環境保護、可再生能源 生產與利用等領域，因此大中型沼氣工程具有較 高的技術含量，其運行和管理是一項複雜的工作。 它要求具有一定科學知識和技術水平的工作人員 從事運行和管理工作，在工作中既要嚴格按照操 作規程進行操作，又要根據消化器運行的實際情 況隨時進行調控和處理各種可能出現的故障。由 於厭氧消化器是沼氣工程的關鍵環節，消化器的 維護管理直接關係整個工程正常運行。 結束放映 3.3 大中型沼氣工程 1. 厭氧消化器的運行管理 (1)過程中酸化與甲烷化的平衡。 (2)厭氧消化器內污泥持留量的調節。 (3)攪拌的控制。 (4)厭氧消化器的停運與再啟動。 2. 消化器的維修和安全 結束放映 3.4 沼氣利用設施與設備 3.4.1 沼氣炊事灶具 3.4.2 沼氣燈具 吊式沼氣燈如圖3.21所示。沼氣是通過噴嘴 噴出後引射周圍的空氣，在引射器內沼氣與空 氣混合，然後從泥頭上的多個火孔噴出，當其 點燃後將套在泥頭上的紗罩點燃，這種預先用 氧化釷處理過的紗罩，在高温下可發射出白光。 結束放映 圖3.21 吊式沼氣燈 結束放映 3.5 沼氣的綜合利用 沼氣作為高品位優質清潔能源，除了可廣泛 應用於生活生產領域熱能利用方面外，還可廣 泛應用於農業生產。 結束放映 3.5 沼氣的綜合利用 3.5.1 沼氣二氧化碳施肥 1. 二氧化碳施肥原理 2. 二氧化碳施肥的效能 (1)促進蔬菜的光合速率。 (2)增加蔬菜的生物量。 (3)提高果菜的結果率。 (4)提高蔬菜產量。 (5)提高蔬菜的品質。 結束放映 3.5 沼氣的綜合利用 3.5.2 沼氣供熱孵雞 孵化箱總高度1m，直徑0.67m，下部用磚砌 成底座，沼氣爐安放在底座的中間，座上設置 水箱和木質圓筒孵化箱（見圖3.22）。水箱用 鐵皮製成，上面開一小孔，用於加水調温。孵 化箱內的上端放一支乾濕球温度計，以便觀察 箱內温、濕度。箱的表面釘一層舊棉絮用於保 温。孵化箱為開啟式，打開箱門可以放蛋取蛋， 關閉箱門可以保温。一般一次可孵蛋800個左右。 結束放映 圖3.22 沼氣孵化箱結構 結束放映 3.5 沼氣的綜合利用 3.5.3 沼氣加溫養蠶 結束放映