4生物质能工程(2)

1、2022-5-1华南农业大学曹艳明 生物质能工程 2 沼气技术的应用沼气历史n早在1866年，勃加姆波（Bechamp）首先指出甲烷的形成是一种微生物学的过程。以后，经过许多科学家的研究，逐步建立起厌氧发酵制取沼气的工艺。n沼气微生物（产甲烷菌群）广泛存在于自然界里，诸如湖泊和沼泽的底层污泥中，有机物质经沼气微生物的发酵作用而产生出可燃气体，自水中冒出来。所以，人们称它为“沼气”。 2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气n沼气池中通常填入人畜粪便、秸秆和杂草等有机物质，在密闭缺氧的情况下进行发酵，产生沼气。n在这种发酵池中产生沼气，是由多种微生物共同完成的。除甲烷菌外，还有纤维素分解菌、半纤维

2、素分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和乙酸菌等。n这些不同的细菌都能直接或间接地为甲烷菌提供养分，从而促进甲烷生成。 2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气的物理性质沼气的物理性质 n沼气是一种无色、有臭、有毒的混合气体。n它的主要成分是甲烷（CH4），通常占总体积的6070；n其次是二氧化碳，约占总体积的2540；n其余硫化氢、氮、氢和一氧化碳等气体约占总体积的5左右。n甲烷是一种良好的气体燃料，纯净甲烷燃烧时火焰呈蓝色，最高温度可达1400左右 2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气的物理性质沼气的物理性质n一般沼气中含50%70%的甲烷，所以沼气的热值为1792825100kJ/m3，n纯

3、甲烷的爆炸上限是13.9%，下限是5.4%。n含60%甲烷的沼气的爆炸下限9%，上限是23%。2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气发酵的基本过程沼气发酵的基本过程 n沼气是有机物质在厌氧条件下经过多种细菌的发酵作用而最终生成的产物。沼气发酵过程一般要经历三个阶段n液化液化n产酸产酸n气化气化。 2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气发酵的三个阶段沼气发酵的三个阶段2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气发酵工艺条件沼气发酵工艺条件 n各种有机的生物质，如秸秆、杂草、人畜粪便、垃圾、污水、工业有机废物等都可以作为生产沼气的原料。沼气池中为保证细菌的厌氧消化过程，就要使厌氧细菌能够旺盛地生长、发育

4、、繁殖和代谢。这些细菌的生命越旺盛，产生的沼气就越多。因此造成良好的厌氧分解条件，为厌氧细菌的生命活动创造适宜的环境是多产沼气的关键。为此应采取以下措施：n（1 1）严格的厌氧环境，（）严格的厌氧环境，（2 2）足够的菌种，（）足够的菌种，（3 3）合适的碳氮比，（）合适的碳氮比，（4 4）有机负荷量，（有机负荷量，（5 5）适当的）适当的pHpH值，（值，（6 6）合适的温度，（）合适的温度，（7 7）发酵原料）发酵原料2022-5-1华南农业大学曹艳明u大型沼气发生装置的形式很多，有单级或多级发酵池式，还有连续进出料发酵罐式。以发酵温度来分，有u常温常温（20以下）u中温中温（35左右）u

5、高温高温（50以上）2022-5-1华南农业大学曹艳明n目前我国建造的一些大型沼气发酵装置，多半是中、高温发酵型。大、中型工业沼气装置的发酵工艺比较复杂，因为原料不同，所含化学耗氧量（COD）和生化耗氧量（BOD）不同，设备要求也不同。n现在国内外已有的研究，将沼气发酵工艺和设备分为：普通消化（发酵）池、完全混合式厌氧接触器、厌氧过滤器（AF）、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）等几种。2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气发酵工艺和发酵装置n（一）沼气发酵工艺的类型（一）沼气发酵工艺的类型n（二）沼气发酵装置（二）沼气发酵装置2022-5-1华南农业大学曹艳明 （一）沼气发酵工艺的类型（一）

6、沼气发酵工艺的类型n对各种沼气发酵原料，采取各种对应的工程措施，在厌氧条件下，利用微生物的活动，生产沼气并使有机物得到处理的全过程称为沼气发酵工艺。因为沼气发酵是一种密闭严格的厌氧发酵，使有机物得到处理，所以通常把沼气发酵称为厌氧消化，发酵装置也成为消化器（沼气池）。2022-5-1华南农业大学曹艳明n按不同的特点，可将沼气发酵工艺进行分类：n1、按投料的连续性分为连续投料式、半连续投料式和批连续投料式、半连续投料式和批量发酵式量发酵式n2、按发酵温度分为高温发酵、中温发酵和自然温度发酵高温发酵、中温发酵和自然温度发酵（常温发酵）（常温发酵）n3、按发酵级差分为单级式、两级式和多级式单级式、两

7、级式和多级式n4、按发酵阶段性分为一步发酵和两步发酵一步发酵和两步发酵2022-5-1华南农业大学曹艳明1发酵间2贮气间3进料口4出料口5水压间6导气管7活动盖（二）沼气发酵装置（二）沼气发酵装置水压式沼气池2022-5-1华南农业大学曹艳明（二）沼气发酵装置（二）沼气发酵装置水压式沼气池2022-5-1华南农业大学曹艳明（二）沼气发酵装置（二）沼气发酵装置水压式沼气池2022-5-1华南农业大学曹艳明（二）沼气发酵装置（二）沼气发酵装置水压式沼气池2022-5-1华南农业大学曹艳明（三）厌氧接触工艺（三）厌氧接触工艺2022-5-1华南农业大学曹艳明（四）厌氧过滤器（AF） 2022-5-1

8、华南农业大学曹艳明（五）上流式厌氧污泥床消化器（五）上流式厌氧污泥床消化器（UASB）2022-5-1华南农业大学曹艳明农村家用沼气池的修建常识2022-5-1华南农业大学曹艳明v沼气池是有机物质经微生物分解发酵产生沼气的装置。户用沼气池种类繁多，形式不一，但其基本构造和发酵原理是相同的。水压式沼气池是我国广大农村目前普遍采用的人工制取沼气的厌氧发酵密闭装置，主要由发酵间、贮气间、出料间、进料管、出料管和导气管组成。v发酵间是沼气池的主体，既是存放发酵原料和沼液的地方，也是发酵产气的场所。原料从进料管进人发酵间内进行发酵。v贮气间是收集、贮存沼气的地方，位于发酵间的上部，与发酵间联成一体，组成

9、沼气池池体。户用沼气池的结构2022-5-1华南农业大学曹艳明出料理间用于贮存从贮料间排出的发酵液，起封闭沼气池的作用，并使贮气间的沼气保持一定的压力。出料间的主要功能是水压作用，它是水压式沼气池必须设置的部分。当沼气池产气时，池内发酵料液便依靠沼气的压力将沼液压至出料间，使出料间液面升高。使用沼气时，由于池内沼气压力下降，出料间内的沼液便在重力的作用下返回池内。这样，不断地产气、用气，出料间内的料液便不断地上升、下降，使内外压力始终处干平衡状态。进料管是将发酵原料和水送入发酵间的通道。“三结合”沼气池（厕所、猪圈、沼气池）的进料口与厕所、猪圈相通。五、活动盖位于沼气池顶端，在出料和维修时，需

10、打开活动盖。平时，活动盖的周边一般用粘土填塞住不让漏气，然后用水封住活动盖。 户用沼气池的结构2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气池的管理和使用方法沼气池是严格密闭的发酵装置，是人工制取和贮存沼气的设施，在日常使用中，确保沼气池持续不断地发挥效益，科学管理尤为重要：1. 经常不断地取出旧料填加新料；2. 定期抽取底层沉渣，进行中层沼液循环。3. 保持适宜的酸碱度，发现酸性过重(火焰呈红色)，以适量石灰水或草木灰及时中和。4. 定期排除管道积水。5. 经常检查输气管道、炉具、灯有无堵塞和漏气现象。2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气池是严格密闭的发酵装置，是人工制取和贮存沼气的设施，在日常使

11、用中，确保沼气池持续不断地发挥效益，科学管理尤为重要：6. 投料以人、畜、禽粪便为主，确需投草料和水生植物时，应切短或粉碎后与粪便混合入池，注意防止电石、辣蓼、烟杆、农药之类东西入池，以免料液中毒，抑制产气。7. 沼气池使用一年以上后，应打开活动盖，捞取浮渣后封盖，此后，只进粪便类原料，不再进秸杆或青杂草。8. 沼气炉必须放在沼气灶内燃烧沼气，注意调节炉具挡风板，使炉面火焰短促呈双层蓝白色。9. 经常清除炉具火孔板上的锈蚀，及时更换毁坏的火孔板。沼气池的管理和使用方法2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气池是严格密闭的发酵装置，是人工制取和贮存沼气的设施，在日常使用中，确保沼气池持续不断地发挥

12、效益，科学管理尤为重要：10.更换纱罩应绑扎平顺，点燃约30秒钟后，再慢慢转动灯罩，加大进风量直至纱罩烧白为止。11.每月一次向铜开关滴一至二滴机油或食油，保持转柄润滑，减少磨损。12.沼气池启动试火应在炉具上进行，严禁在导气管口试火，以防回火发生爆炸。13.进出料口要加盖，防止人、畜掉进池内，也利于环境卫生沼气池的管理和使用方法2022-5-1华南农业大学曹艳明农村家用沼气池的池形有哪几种？它由哪几部分组成？v我国农村常用的家用沼气池池形一般为圆形、方形和长方形。实践证明以圆形池最好，目前修建也最多。v主要由发酵间、贮气间、出料间、进料管、出料管和导气管组成。2022-5-1华南农业大学曹艳

13、明修建沼气池的基本技术要求是什么？农村家用沼气池是生产和贮存沼气的装置，它的质量好坏，结构和布局是否合理，直接关系到能否产好、用好、管好沼气。因此，修建沼气池要做到设计合理，构造简单，施工方便，坚固耐用，造价低廉。有些地方由于缺乏经验，对于建池质量注意不够，以致池子建成后漏气、漏水，不能正常使用而成为“病态池”；有的沼气池容积过大、过深，有效利用率低，出料也不方便。多年来的实践经验证明，沼气池的结构要“圆”（圆形池）、“小”（容积小）、“浅”（池子深度浅）；沼气池的布局，南方多采用“三结合”（厕所、猪圈、沼气池），北方多采用“四位一体”（厕所、猪圈、沼气池、太阳能温棚）。 2022-5-1华南

14、农业大学曹艳明怎样修建沼气池？修建沼气池需要什么材料？nGB4750 农村家用水压式沼气池标准图集； nGB4751 农村家用水压式沼气池质量验收标准； nGB4752 农村家用水压式沼气池施工操作规程； nGB7637 农村家用沼气管路施工安装操作规程； nGB9958 农村家用沼气发酵工艺规程； nGB7959 粪便无害化卫生标准修建沼气池材料主要是水泥、沙、石子、砖，还需要一些砼预制构件或选用其它成型材料做进、出料管、池盖以及输配气管件、灯、灶具等。2022-5-1华南农业大学曹艳明修建沼气池有哪些步骤？（1）查看地形，确定沼气池修建的位置； （2）拟定施工方案，绘制施工图纸； （3）准

15、备建池材料； （4）放线； （5）挖土方； （6）支模（外模和内模）； （7）混凝土浇捣，或砖砌筑，或预制砼大板组装； （8）养护； （9）拆模； （10）回填土； （11）密封层施工； （12）输配气管件、灯、灶具安装； （13）试压，验收。 2022-5-1华南农业大学曹艳明农户修建沼气池多大容积合适？沼气池容积的大小。在农村一个4口人的家庭。 有效容积估算沼气池修得越大，产气越多吗？2022-5-1华南农业大学曹艳明为什么提倡修建圆形的沼气池？n圆形或近似于圆形的沼气池与长方形池比较，具有以下优点：第一，相同容积的沼气池，圆形比长方形的表面积小，省工、省料。第二，圆形池受力均匀，池体牢固

16、，同一容积的沼气池，在相同荷载作用下，圆形池比长方形池的池墙厚度小。第三，圆形沼气池的内壁没有直角，容易解决密封问题。 2022-5-1华南农业大学曹艳明在相同容积和发酵条件下，浅池为什么比深池的产气率高？ 首先，因为沼气池底部发酵原料多，菌种多，是产生沼气的主要部位。浅的圆池底增大了厌氧微生物与发酵原料的接触面积，所以产气比较高。 其次，同一容积的池子，深度浅的池子，池底压力比深池相对小一些，有利于厌氧微生物的活动和气体的扩散。2022-5-1华南农业大学曹艳明在相同容积和发酵条件下，浅池为什么比深池的产气率高？ 因此，在修建沼气池时，要适当增大池底部的直径，降低池子的深度（一般家庭用的沼气

17、池，深度宜在2米左右），便于管理维修，提高产气量，又能减轻出料的劳动强度。 当然，池子也不能过浅，过浅不利于冬季保温和沉淀粪便中的寄生虫卵。同时，由于池子过浅，池子的跨度越大，也会增加建池材料的用量和施工的难度。至于寒冷地区修建沼气池的深度，由须修建在冻土层以下，或与太阳能温棚相结合（满足种植土层厚度即可）。2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气池、猪圈、厕所三者修在一起，是南方地区广大群众在实践中创造出来的一项重要经验。它的主要好处是：第一，人、畜粪便能自动流入池内密闭发酵，节省输送粪入池的劳力，有利于把人、畜粪便有效地管理起来；第二，每天都有新鲜发酵原料入池，有利于提高产气率；第三，这种沼

18、气池宜建在棚内或住房附近，管理方便，输气导管的距离较短，减少了购买输气管的开支；第四，有利于在冬季保持池温。在南方修建“三结合”的沼气池有哪些好处？2022-5-1华南农业大学曹艳明“四位一体”的沼气池厕所食槽温室后坡和草帘进料口沼气池封闭的围墙挡风帘A 向视图风机CO2输送管A沼气池盖出料口温室长 L植物生长区运动场管理间猪舍图图 1.2 畜畜菜菜共共养养系系统统结结构构示示意意图图Fig1.2 Schematic Structure of An AVCES温室大棚猪 圈厕 所沼 气 池2022-5-1华南农业大学曹艳明由于北方冬季寒冷的气候使沼气池运行较困难，并且易造成池体损坏，沼气技术难

19、以推广。广大科技人员通过技术创新的实践，根据北方冬季寒冷的特定环境下创建北方“四位一体”生态模式，即沼气池、猪圈、厕所、太阳能温棚四者修在一起，它的主要好处是：第一，人、畜粪便能自动流入沼气池，有利于粪便管理；第二，猪圈设置在太阳能温棚内，冬季使圈舍温度提高35，为生猪提供适宜的生长条件，缩短了生猪育肥期；第三，猪圈下的沼气池由于太阳能温棚而增温、保温，解决了北方地区在寒冷冬季产气难池子易冻裂的技术问题，年总产气量与无太阳能温棚的沼气池相比提高2030；第四，高效有机肥（沼肥）增加60以上，猪呼出的CO2，使太阳能温棚内CO2的浓度提高，有助于温棚内农作物的生长，既增产，又优质。在北方修建“四

20、位一体”的沼气池有哪些好处？2022-5-1华南农业大学曹艳明活动盖安装在沼气池的顶部，盖口的大小以能容纳一个成人进、出沼气池为宜，一般直径为6070厘米。安装活动盖有以下好处： 第一，当沼气池大换料或维修内部时，打开活动盖后，进、出料口与活动盖口相通，通过鼓风有利排出池内残存的气体，可以保证从事换料或维修人员的安全。同时，活动盖口透光面较大，操作方便。第二，当池内发酵液表面结壳较厚，影响产气时，可以打开活动盖，打破粪壳，搅动粪液，使产正常。第三，当池内气体压力过大，超过池子的设计压力，而压力表又失灵时（如管道受阻），沼气便将活动盖板自动顶开，从而降低池内气体压力，避免池体破裂。 为什么要在沼

21、气池上安装活动盖？2022-5-1华南农业大学曹艳明为什么要在沼气池上安装活动盖？ 活动盖可用混凝土制成。盖板的形状如保温瓶塞，也就是顶面直径大、底面直径小的圆形盖板。为了便于揭开，盖板的厚度不宜过大（一般在15厘米左右）。安放时，盖板周围与盖口的接缝处用粘性较大的泥土粘结密封（事先将粘土加水拌成胶泥状），然后在井口圈内装满水，并经常补充，使粘土保持湿润，不干裂，以达到密封的要求。2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气池的进料管与出料间合在一起为什么不好？ 沼气池的进管是新鲜发酵原料入池的地方，出料间是取出经过发酵后肥料的地方。如果进料管与出料间合在一起，在平时少量出料时，就把新入池的发酵原料

22、取出使用，这既不能使新鲜原料得到充分发酵、产气，也不利于沉降、杀灭新鲜粪便中的寄生虫卵。因此，在修建沼气池时，进、出料间（管）一定要分开，并尽可能使它们安置在对称的位置上。2022-5-1华南农业大学曹艳明出料间可以代替水压箱吗？ 出料间是可以代替水压箱的。沼气池的出料间与主池相通，它的水位随气体的产生、消耗而升降，也可以使贮气箱内的沼气保持相对的压力，起到了水压箱的作用。出料间容积（家用水压式沼气池）一般可按沼气池日产气量的二分之一左右设计。2022-5-1华南农业大学曹艳明怎样检查沼气池是否符合质量要求 修建沼气池的技术人员，在建好沼气池后，都要对沼气池进行检查，除了在施工过程，对每道工序

23、和施工的部分要按相关标准中规定的技术要求检查外，池体完工后，就对沼气池各部分的几何尺寸进行复查，池体内表面应无蜂窝、麻面、裂纹、砂眼和孔隙，无渗水痕迹等明显缺陷，粉刷层不得有空壳和脱落。接下来最基本的和主要的检查是看沼气池有没有漏水、漏气。检查的方法有两种：一种是水试压法，另一种是气试压法。 2022-5-1华南农业大学曹艳明水试压法向池内注水，水面至进出料管封口线水位时可停止加水，待池体湿透后标记水位线，观察12小时。当水位无明显变化时，表明发酵间的进出料管水位线以下不漏水，才可进行试压。 试压前，安装好活动盖，用泥和水密封好，在沼气出气管上接上气压表后继续向池内加水，当气压表水柱差达到10

24、千帕（1000毫米水柱）时，停止加水，记录水位高度，稳压24小时，如果气压表水柱差下降0.3千帕（300毫米水柱）内，符合沼气池抗渗性能。 2022-5-1华南农业大学曹艳明气试压法第一步与水试压法相同。在确定池子不漏水之后，将进、出料管口及活动盖严格密封，装上气压表，向池内充气，当气压表压力升到8千帕时停止充气，并关好开关。稳压观察24小时，若气压表水柱差下降在0.24千帕以内，沼气池符合抗渗性能要求。2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气池容积的大小n沼气池容积的大小（一般指有效容积，即主池的净容积），应该根据每日发酵原料的品种、数量、用气量和产气率来确定，同时要考虑到沼肥的用量及用途。2

25、022-5-1华南农业大学曹艳明家庭用气量 在农村，按每人每天平均用气量0.30.4立方米，一个4口人的家庭，每天煮饭、点灯需用沼气1.5立方米左右。如果使用质量好的沼气灯和沼气灶，耗气量还可以减少。2022-5-1华南农业大学曹艳明容积大小n根据科学试验和各地的实践，一般要求平均按一头猪的粪便量（约5公斤）入池发酵，即规划建造1立方米的有效容积估算。池容积可根据当地的气温、发酵原料来源等情况具体规划。北方地区冬季寒冷，产气量比南方低，一般家用池选择8立方米或10立方米；南方地区，家用池选择6立方米左右。按照这个标准修建的沼气池，管理得好，春、夏、秋三和发所产生的沼气，除供煮饭、烧水、照明外还

26、可有余，冬季气温下降，产气减少，仍可保证煮饭的需要。2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气池修得越大，产气越多吗？n有的人认为，“沼气池修得越大，产气越多”，这种看法是片面的。实践证明，有气无气在于“建”（建池），气多气少在于“管”（管理）。沼气池子容积虽大，如果发酵原料不足，科学管理措施跟不上，产气还不如小池子。但是也不能单纯考虑管理方便，把沼气池修得很小，因为容积过小，影响沼气池蓄肥、造肥的功能，这也是不合理的2022-5-1华南农业大学曹艳明四、沼气技术利用四、沼气技术利用n沼气发酵技术的应用，首先是作为产生干净、方便的能源用于人类的生产和生活；n其次是用于处理城乡生活污水、垃圾和工农业

27、废水、废物以及人畜粪便，净化环境；n再次是作为有机肥料将沼气发酵残余物用于农林牧渔生产;n此外，还可从沼气及其发酵残余物制取多种化工产品。2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气沼气燃烧器大部分沼气燃烧器为大气式燃烧器，燃烧所需的部分空气预先与沼气温合 ，然后喷出在有二次空气条件下燃烧。混合的部分空气是靠沼气喷射时带入的。根据测定，大气式燃烧的火焰温度可达1100以上。沼气直接燃烧，即沼气在燃烧前不预先混合空气的燃烧方法称扩散式燃烧，其燃烧火焰温度仅300左右，而且燃烧不完全，效率低，生成的一氧化碳对人体健康有害。燃烧器要求沼气供气要有一定的压力。一般说来，炉前压力高于额定压力时，其流速及流量过

28、大，会使热效率过低。当炉前压力低于额定压力时，其热负荷也随之降低，延长了炊事时间或不能满足炊事要求。2022-5-1华南农业大学曹艳明2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气灯n喷嘴的作用与沼气燃烧器相同，但喷孔直径小，一般为0.5一0.7mm;使用气灯的耐火泥头，纱罩和气灯的纱罩也相同，一般采用100一200支光为宜。混合气体应均匀地喷射到纱罩上。纱罩燃烧后主要成分是二氧化钍，其熔点高达2800C，化学性质稳定，在高温下受到激发，便能产生白色强光。 沼气灯1、沼气进孔2、沼气调节阀3、空气调节阀4、空气进孔5、散热孔6、灯盘7、纱罩8、玻璃灯罩2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气用作内燃机燃

29、料n甲烷具有很好的抗爆性，其辛烷值为125，因而内燃机可采用较高的压缩比。作为内燃机燃料，沼气中的甲烷含量应占55%以上。为了避免沼气中的硫对机器及管道、阀门等的腐蚀，沼气用作内燃机燃料时，应先进行脱硫处理。通过脱硫罐，除去沼气中的硫化氢。 n使用气体燃料的内燃机，如燃用煤气、液化石油气和燃用天然气的发动机，改燃沼气时不必改装，可直接燃用 (对气体燃料的用量要作适当的调整)。n汽油机燃用沼气时，一般只需要在化油器前加装一个沼气-空气混合器，就可以用沼气代替汽油，使汽油机连续可靠地工作。2022-5-1华南农业大学曹艳明n柴油机改燃沼气时，需要进行一定的改装。改装的方式有两种。n一种是将柴油机改

30、装成沼气-柴油双燃料机，此时使用少量柴油引燃沼气，其工作过程大致与原柴油机相似。改装时，对原机的燃料供给系只作少量改动，以保证供给不变的引燃油量和在必要时增加油量;在原机进气管上增加一套沼气空气混合器;还要有千套沼气供给自动调节装置。n另一种是使柴油机完全燃烧沼气，即将柴油机改装成沼气机。因此，除要把原机的柴油供给系改装成沼气-空气供给系外，还要增加电点火系，改装工作量较大。2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气肥的利用n沼气肥是将农村各种有机肥源 (粪便、秸秆、杂草等)经过厌氧消化而形成的优质肥料，包括沼气池粪水和沼气池沉渣。沼气池粪水也叫沼气水肥，含有水溶性的多种养分，是一种速效性肥料；沼

31、气池沉渣也叫沼气渣肥，含有较全面的养分和丰富的有机质。(p143)2022-5-1华南农业大学曹艳明n有机质在厌氧条件下分解，氮的损失极少，氮的回收率可达95%左右。含氮有机物质 (如蛋白质等)长期处于浸泡状态，其中部分养分自固相转入液相，使沼气水肥中氨态氮含量较多，如表4-13所示。n含磷物质 (如磷脂等)在厌氧条件下，酵解速度缓慢，但损失较少，钾的回收率可达90%以上。同时，厌氧发酵有利于腐殖酸含量的提高，因而沼渣具有良好的改良土壤的作用。因沼气水肥速效，适宜作为追肥使用;渣肥则宜作为基肥施用，具有改良土壤和提供作物营养的功能。2022-5-1华南农业大学曹艳明n3、沼气发酵残余物的饲料价

32、值 n4、沼气发酵的环境卫生效果 n5、沼气发酵的安全问题 n6、沼气储粮技术2022-5-1华南农业大学曹艳明7、沼气发电机2022-5-1华南农业大学曹艳明8、典型生态农业模式n（1）北方“四位一体”生态农业模式n基本概念：基本概念： 它是一种庭院经济与生态农业相结合的新的生产模式。它以生态学、经济学、系统工程学为原理，以土地资源为基础，以太阳能为动力，以沼气为纽带，种植业和养殖业相结合，通过生物质能转换技术，在农户的土地上，在全封闭的状态下，将沼气池、猪禽舍、厕所和日光温室等组合在一起，所以称为“四位一体”模式。2022-5-1华南农业大学曹艳明n（2）南方“猪沼果”生态农业模式n基本概

33、念：基本概念：以沼气为纽带，带动畜牧业、林果业等相关农业产业共同发展的生态农业模式。n主要形式：“户建一口沼气池，人均年出栏头猪，人均种好一亩果”。 2022-5-1华南农业大学曹艳明n（3）西北西北“五配套五配套”生态农业模式生态农业模式“五配套”生态农业模式是解决西北地区干旱地区的用水，促进农业持续发展，提高农民收入的重要模式。2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气在大棚蔬菜生产中的应用沼气在大棚蔬菜生产中的应用 省肥节能省肥节能 提高效益提高效益2022-5-1华南农业大学曹艳明n“因地制宜，多能互补， 综合利用，讲求效益”的农村能源工作方针 n结合实施“菜蓝子 ”工程及“绿色食品”工程

34、，狠抓了大棚蔬菜生产，极大地 丰富了本地的菜蓝子，富足了菜农的钱袋子。 2022-5-1华南农业大学曹艳明n从生态农业角度考虑，有效的 途径是在大棚内建设一座小型沼气池，形成以沼气为纽带的良性生态循环， 这样，既可以为蔬菜生产提供优质有机肥，节约能源，达到降低成本的目的， 又可以生产出无公害蔬菜，提高菜价，达到增加产出的目的。 2022-5-1华南农业大学曹艳明建池应注意事项建池应注意事项 n棚内建池的时间宜选择在夏季或秋季，尽量避开大棚蔬菜生产季节，防 止因建池而影响大棚蔬菜生产。在夏季、秋季建池，由于温度高，可使池内 填料提前发酵。建池位置应选择在墙体的两侧，尽量少占面积，池子容积不 宜过

35、大，一般为3-5m3，也可因大棚的面积而定。如果大棚是群体建设，池 的容积可适当大些，以便供应其它大棚使用。建池应以水泥砂浆浇灌为宜， 确保池体密闭不渗水、不漏气。 2022-5-1华南农业大学曹艳明沼气在大棚蔬菜生产中的综合沼气在大棚蔬菜生产中的综合利用利用n一是提高温度，节约能源 n二是提供肥料 n三是提供气肥。 2022-5-1华南农业大学曹艳明提高温度，节约能源n大棚蔬菜生产的关键因素是温度。靠常规能源 取暖增温消耗过大，增加了成本，且不太方便，而沼气制取简单，无需专门 人员看管，且投资少，受益期长。另外，沼气的热值较高，一般为2090023000 m3,按m3容积的沼气池算，日产气量

36、4-5m3,按6-7分地的大棚计算， 早上温度最低时点燃，每天可为大棚提供11万KJ的热量，可使棚内温度上 升2-3，防止冻害，并为生活带来方便。 2022-5-1华南农业大学曹艳明提供肥料n沼渣、沼液是腐熟无菌、速迟兼备的优质肥料。作物秸秆、 牲畜粪便及人类烘尿、环境垃圾经过入池发酵，产生大量沼气，沼气池中的 厌氧环境会导致粪便中的大量病原菌降低活性或死亡，从而形成优质无菌有 机肥料-沼渣，此种有机肥的有机质及N、P、K含量明显高于 沤制的土杂肥，经过发酵的粪肥有效氮提高40%，肥效可提高20%，长期使用 可以改良土壤结构，增强土壤保肥、保水能力。2022-5-1华南农业大学曹艳明提供肥料n

37、沼气发酵的另一种副产物- 沼液，是一种溶肥性质的液体，其中不仅含有较丰富的可溶 性无机盐类，同时还含有多种沼气发酵的生化产物，其含有的水溶性的多种 营养成份是一种速效肥料，具有易被作物直接吸收及营养、抑制、刺激、抗 逆变等效果。使用沼液喷洒植株，可起到杀虫、抑菌的作用，减少农药使用 量，达到农药低残留，生产出无公害蔬菜，提高菜价，增加收入。 2022-5-1华南农业大学曹艳明提供气肥n沼气通过燃烧放出CO2和N2，使棚内CO2和N2浓度增高， 解决棚内气肥不足问题。这些气体能促进植物的新陈代谢，有利于植物的生 长和碳水化合物的积累。如果温度适宜，这些积累的化全物可转化为糖，使 蔬菜的品质、适口

38、性增强。据试验，棚内施气肥，黄瓜结果率提高10%，辣 椒产量增加12%，西红柿增产15%左右，其它蔬菜也有较明显的增产效果。但 是棚内使用气肥CO2的浓度不宜过高，最好控制在1000-1500ppm之间，过量 使用不但不会增产，反而会导致植物气孔关闭，出现不良现象。 城市固体废弃物处理城市固体废弃物处理2022-5-1华南农业大学曹艳明新型的垃圾资源化利用技术新型的垃圾资源化利用技术2022-5-1华南农业大学曹艳明现状n目前，我国垃圾的历年堆存量已达到60亿吨，全国200多座城市已陷入垃圾围城之中。1997年，全国的垃圾产量达到了1.4亿吨，而且还在以每年810%的速度增长。在国内的一些大城

39、市，如北京、上海，垃圾日产量已超过12000吨。1998年夏，上海市的城市生活垃圾日产量曾达到14000吨。两地占地50平方米以上的“垃圾山”超过6000座。迄今为止，我国绝大多数城市生活垃圾仍以露天堆放、填埋为主，不仅占用了宝贵的土地资源，而且对环境造成了严重的二次污染。能否妥善解决垃圾问题，是关系到国计民生的一件大事。 2022-5-1华南农业大学曹艳明 垃圾处理技术概述 解决垃圾问题的目标是将垃圾减容、减量、资源化、能源化及无害化处理。目前主要有三种方法：n卫生填埋、n堆肥n焚烧处理。2022-5-1华南农业大学曹艳明填埋技术填埋技术 n填埋技术的特点是操作简单，可以处理所有种类的垃圾。

40、但占地面积大，同时存在严重的二次污染，例如垃圾渗出液会污染地下水及土壤，垃圾堆放产生的臭气严重影响场地周边的空气质量，另外，垃圾发酵产生的甲烷气体既是火灾及爆炸隐患，排放到大气中又会产生温室效应 2022-5-1华南农业大学曹艳明填埋技术填埋技术n目前在广东省填埋仍是最主要的垃圾处理方式，如广州1998年 日产垃圾4800吨，完全采用卫生填埋方式处理，两大垃圾填埋场占地740亩（李坑370亩，大田山380亩），设计处理能力为3500吨/日（李坑1500吨/日，设计填埋厚度52米，实际已达62米；大田山2000吨/日，设计填埋厚度70米），而实际处理量在5000吨/日左右，在近两年内都将填满，有

41、关部门正在计划建设新的垃圾填埋场。新的垃圾填埋场预计占地近1200亩，但远离市区，运输距离将超过40km；中山市投入巨资兴建的具有国内先进水平的垃圾卫生填埋场目前尚能消纳每天1000余吨的城市生活垃圾，但其运行费用高达300万元/年（不包括垃圾收集、清运费用），而且近年内即将填满；另外，有些城市如江门，正准备投资上亿元建设现代化的垃圾卫生填埋场。2022-5-1华南农业大学曹艳明焚烧技术焚烧技术 n对垃圾进行焚烧处理减容、减量及无害化都很高，焚烧过程产生的热量用来发电可以实现垃圾的能源化，是一种较好的垃圾处理方法。但对焚烧条件控制不当会存在烟气污染问题，且设备投资巨大。 2022-5-1华南农

42、业大学曹艳明焚烧技术焚烧技术n如果引进国外技术进行垃圾焚烧发电，每处理100吨/日垃圾的建设成本接近1亿元人民币，我国的地方财政难以承受。而吸收国外先进经验，开发自己的垃圾焚烧发电系统，投资可以大大降低，仅为完全引进的五分之一左右，比较适合国情。 n以广州市为例，目前日产垃圾4800吨，如果采用基本国产焚烧发电技术和设备，其投资依然高达近10亿元人民币，而且垃圾产量正逐年以8%左右的速度增长，意味着每年新增垃圾焚烧发电建设费用8000万元，如果再加上从收集、清运到焚烧发电装置的运行费用，地方财政势必会不堪重负。 2022-5-1华南农业大学曹艳明广东省内的垃圾电厂广东省内的垃圾电厂 城市处理量

43、(tons/day)装机容量(kW) 备注深圳31503000运行中31006000建设中珠海32006000调试中广州90014000立项2000 立项惠州510012000立项2022-5-1华南农业大学曹艳明堆肥技术堆肥技术 n堆肥技术的工艺也比较简单，适合于易腐有机质含量较高的垃圾处理，对垃圾中的部分组分进行资源利用，且处理相同质量的垃圾投资比单纯的焚烧处理大大降低。堆肥技术在欧美国家起步较早，目前已经达到工业化应用的水平。但引进国外技术投资巨大，不适合我国国情。 2022-5-1华南农业大学曹艳明堆肥技术堆肥技术n发达国家由于生活垃圾中的易腐有机物含量大大低于我国的一般水平，因此靠堆

44、肥只能处理15%左右的垃圾组分，这在一定程度上阻碍了堆肥技术的推广。但就广东省的具体情况来看，生活垃圾中的易腐有机质（主要是厨余）含量都在50%左右，因此采用堆肥技术可以达到比较好的处理效果。 2022-5-1华南农业大学曹艳明堆肥技术堆肥技术n但堆肥技术也存在明显的缺点：不能处理不可腐烂的有机物和无机物，因此减容、减量及无害化程度低。因此仅仅依靠堆肥处理仍然不能彻底解决垃圾问题。n目前在广东省的一些地方，简单的垃圾“堆肥”已经在一些填埋场应用，并产生了一定的效益。但是这与我们所讲的垃圾堆肥技术相去甚远，因为在这些地方仅仅是将生活垃圾填埋，靠自然发酵，若干年后再挖掘出来，筛去其中的塑料等不腐烂

45、的物质后就当作肥料出售。 2022-5-1华南农业大学曹艳明其他技术其他技术 n卫生填埋自然发酵沼气收集燃气发电。该技术已于1998年10月在杭州天子岭废弃物处理总场建成投产，外方总投资350万美元（不含征地费用），装机容量1940kW，平均功率1800kW，发电并入华东电网，已产生了一定的经济效益。1999年，广州的大田山垃圾填埋场也采用同样技术建成了沼气发电厂。该工艺的优点是对垃圾进行了部分资源化利用，并减少了填埋场温室气体的排放，减少了填埋场的火灾隐患。 2022-5-1华南农业大学曹艳明广东省垃圾情况概述广东省垃圾情况概述 n1999年，广东省的城市生活垃圾的产量达到815.88万吨，

46、基本上呈逐年上升的趋势。以广州市为例，城市生活垃圾的产量从1990年的105万吨增加到1996年的176万吨，平均年增长率超过10%，不过近两年来广州市的城市生活垃圾产量增加的速度已明显减慢。然而在广东省的一些城市，生活垃圾增长的势头依然强劲。n广东省是我国经济较为发达的省份。随着经济的发展及人民生活水平的提高，近年来垃圾组成及性质已发生了明显的变化。总的来说广东省的城市生活垃圾有以下几个特点： 2022-5-1华南农业大学曹艳明 广东省城市生活垃圾的组成分析广东省城市生活垃圾的组成分析 砂土玻璃金属纸塑料橡胶布草木厨余白塑料皮制品广州14.924.390.555.6313.730.534.4

47、45.8647.861.330.76中山11.201.601.075.8717.870.533.2011.2047.47 深圳14.291.791.347.1419.20 1.79 53.570.89 新会 1.49 7.197.781.201.8022.7556.900.90 2022-5-1华南农业大学曹艳明发展综合集成技术，解决垃圾问题 n单纯地依靠某种技术来处理城市生活垃圾都不是适合国情的解决垃圾问题的根本方法。n就目前情况来看，由于我国对垃圾焚烧发电电力上网方面的政策尚不完善，因此靠垃圾焚烧发电，工厂自用电以外剩余电力上网售电时机还不成熟。而且，垃圾热值低，焚烧发电装机容量较小，发电

48、成本高，与常规发电相比电价也没有竞争力。从经济性角度来讲，垃圾焚烧发电并不是垃圾资源化利用的最佳出路。2022-5-1华南农业大学曹艳明发展综合集成技术，解决垃圾问题n垃圾是资源，这一点已成为人们的共识。因此，单纯地“处理”垃圾是不科学的，必须因地制宜，针对垃圾中组分的多样性，以资源、能源回收为出发点进行综合利用。综合利用应包括以下几个方面的内容： 2022-5-1华南农业大学曹艳明1.可用物资（废纸、金属、玻璃等）的 回收再生利用；2.易腐有机物的堆肥处理；3.高热值不易腐有机物的能量利用；4.灰渣的固化处理，实现灰渣的材料化。 2022-5-1华南农业大学曹艳明 能量自给型城市生活垃圾堆肥

49、系统介绍 n该项目是广东省1999年度科技百项工程重点支持项目。目前日处理200吨能量自给型城市生活垃圾堆肥系统示范工程已在广东省博罗县、罗定市开始建设。 生活垃圾生活垃圾粗分垃圾粗分垃圾无无机机物物瓶瓶、罐罐布布、塑塑料料、纸纸其其它它可可燃燃物物腐腐殖殖物物填填埋埋建建材材资资源源回回收收发发酵酵再再生生气气化化粗粗肥肥来自分选来自分选、焚烧、焚烧、堆肥的灰堆肥的灰渣渣粉粉肥肥燃燃气气发发电电燃燃气气燃燃烧烧臭气臭气分选分选干燥、粉碎、筛干燥、粉碎、筛分分沼沼气气、臭臭气气粗分选粗分选2022-5-1华南农业大学曹艳明填填埋埋建建材材资资源源回回收收发发酵酵再再生生气气化化粗粗肥肥来自分选来自分选、焚烧、焚烧、堆肥的灰堆肥的灰渣渣粉粉肥肥粒粒肥肥蔬蔬菜菜水水果果粮粮食食花花卉卉草草木木燃燃气气发发电电燃燃气气燃燃烧烧热热电电厂内用户厂内用户干燥、粉碎、筛干燥