生物质资源转化与利用 第七章 生物质制沼气技术资料
生物质能的生产与利用技术
生物质能的生产与利用技术随着环保意识的逐渐提高，生物质能作为一种新型的清洁能源，其生产与利用技术也越来越引起人们的重视。
本文将从生物质能的定义、生产技术、利用技术等多个方面进行探讨。
一、生物质能的定义生物质能是指以生物质为原料，通过化学反应或生物过程转化为可直接或间接使用的能量。
生物质能主要包括固体生物质能、液态生物质能和气态生物质能三种形式。
其中，固体生物质能包括木材、秸秆、芦苇等，液态生物质能包括生物柴油、生物乙醇等，气态生物质能则包括沼气、生物气等。
生物质能具有可再生、清洁、低碳等优点，尤其适合用于调节能源供应和环境保护。
因此，提高生物质能的生产水平和利用效率，对于保护生态环境、促进经济发展具有十分重要的意义。
二、生物质能的生产技术1.生物质能的初步处理技术在将生物质转化为可用能源之前，需要对原料进行初步处理，如粉碎、压缩等。
其中，固体生物质能的初步处理主要包括球磨、干燥、压缩等；液态生物质能的生产技术主要包括压榨、分离等；而气态生物质能的生产技术则需要进行发酵处理。
2.生物质能的转化技术生物质能的转化技术可以分为热化学转化技术和生物转化技术两种。
其中，热化学转化技术包括燃烧、气化、液化等，而生物转化技术则是通过微生物反应进行转化。
a)生物质气化技术：生物质气化技术是指将生物质转化为气态燃料的技术。
气化技术适用于大多数生物质种类，能够将生物质转化为气态燃料，不但能用于发电、供热等，还可以作为替代天然气和石油的燃料，逐步实现对传统能源替代。
气化技术相对于传统燃烧技术，其综合能源效率可以提高30%以上，同时能够有效的解决生物质能的定点使用和储存问题。
b)生物质发酵技术：生物质发酵技术是将生物质转化为液态或气态的低碳能源的生物转化过程。
其过程中产生的有机酸可以用于提取生物柴油或生物乙醇，从而实现生物质的能源利用。
三、生物质能的利用技术1.生物质燃烧技术生物质燃烧技术是最早被广泛利用的生物质能利用方式之一，主要适用于固体生物质能和液态生物质能。
生物质资源的利用与转化方法
生物质资源的利用与转化方法在全球生态环境受到严重破坏的当下，寻找可持续发展的能源和替代品已成为世界各国的共同关注。
生物质资源作为一种可再生资源，拥有广泛的应用前景。
本文将从生物质资源的定义、分类、利用和转化方法几个方面进行探讨。
一、生物质资源的定义和分类生物质资源是指来源于动植物及其废弃物、人畜粪便等具有机质特征的物质。
这些物质具备生物化学成分，在适当条件下可以被转化为不同形态的能源和化学品。
根据来源不同，生物质资源可以分为两大类：一是直接来自植物的生物质，如木材、秸秆、农作物残渣等；二是由动物排泄或养殖废弃物所形成的生物质，如粪便、骨骼等。
二、生物质资源的利用方法1. 生物质能源的利用生物质能源是指将生物质转化为可使用的能源形式，如生物质燃烧、生物质发酵和生物质气化等。
其中，生物质燃烧是利用生物质的碳氢化合物在高温条件下与氧气反应生成热能的过程，可用于供暖、发电等领域。
生物质发酵是通过微生物作用将生物质中的有机物转化为可燃性气体和液体燃料，如沼气、酒精等。
生物质气化则是将生物质在缺氧或部分氧气条件下分解为一氧化碳和氢气等可燃气体，可作为燃料或原料用于合成化学品。
2. 生物质化学品的制备生物质还可以转化为各种化学品，如生物塑料、生物柴油等。
生物质化学品的制备主要通过催化剂的作用，将生物质中的单糖、纤维素等高分子有机化合物分解为糖醇、糖酸等低碳化合物，再进行加氢、酯化等反应合成目标化合物。
生物塑料是一种可生物降解的塑料，由可再生生物质中提取的聚乳酸、聚羟基脂肪酸等制备而成，可以有效减少对环境的污染。
生物柴油则是指由生物质转化而成的替代石油柴油的燃料，具有低碳排放、可再生等优点。
三、生物质资源的转化方法1. 生物质的物理转化物理转化是指利用物理手段改变生物质的形态和性质。
例如，通过机械压榨，将生物质中的油脂和水分分离，制备生物质油；利用高温、高压条件将生物质转化为生物质炭等。
2. 生物质的化学转化化学转化是指利用化学反应将生物质中的有机物转化为其他有机化合物或化学品。
生物质能的转换技术
生物质能的转换技术生物质能的转换技术主要有三种：直接燃料、热化学转换和生物化学转换。
生物质能转化技术为合理有效利用生物质能开拓了广阔前景，对生物质能的开发利用，是当代人类新能源技术革新的重要任务。
直接燃烧直接燃烧获取热量是最简单的方法，但转换效率很低，且污染环境。
我国农村传统的烧柴灶热效率5%～10%。
大力推广节柴灶可使热效率提高到20%～30%，省柴30%～50%，是一种技术简单、易推广、效果明显的节能措施。
目前研制的生物质压块燃料可以提高热效率并能减少污染。
热化学转换生物质能的热化学转换是指在一定温度和条件下通过化学方法使生物质气化、炭化、热解和催化液化，生产燃料（气态、液态)和化学物质的技术。
其方法有气化法、热分解法和有机溶剂提取法等。
生物化学转化生物化学转化技术是通过微生物发酵方法将生物质能转换成液体或气体燃料。
它包括生物质-沼气转换技术和生物质-乙醇转化技术。
生物质-沼气转换技术20世纪90年代我国农村广泛推广和使用的“沼气”，就是通过这种生物转化技术得到的。
有机物质在一定温度和隔绝空气的厌氧环境中，通过微生物-甲烷菌的发酵作用，产生以甲烷为主的可燃性混合气体（沼气）。
产生沼气的原料是秸秆、杂草、垃圾和粪便等。
甲烷菌有嗜热菌（45℃～60℃）、嗜温菌（30℃～45℃）、喜冷菌（0℃～30℃）三种。
产生沼气的装置主要是沼气池。
沼气可用作优质燃料、动力能源、烘干、养殖等。
产生沼气后的渣料还可用来种蘑菇，沼液、沼渣也是很好的有机肥料。
沼气的开发，有利于农村燃料、肥料和饲料的解决，也有利于垃圾的无害化处理。
更促进了农业生产系统的良性循环和农业生态平衡。
生物质-乙醇转换技术生物质-乙醇转换技术是将生物原料在密闭容器内经高温干馏分解制造乙醇等干净的液体燃料。
生物质-乙醇转换技术所用的原料有糖质、淀粉和纤维素等。
巴西采用甘蔗渣为原料，每年可生产乙醇120亿升，占其全国汽车燃料的62%，有800万辆汽车使用掺22%酒精的汽油。
生物质能源的利用与转化技术
生物质能源的利用与转化技术生物质能源是一种可再生能源，具有广泛的资源基础和潜在的应用前景。
是实现生物质资源高效利用和能源替代的重要途径。
随着我国对可再生能源利用的要求不断提高，生物质能源也逐渐受到人们的重视。
一、生物质能源的来源与种类生物质能源主要来源于植物和动物的有机物质，包括木材、秸秆、植物纤维、食物废弃物等。
根据其来源和性质的不同，生物质能源可以分为固体生物质能源、液体生物质能源和气体生物质能源。
固体生物质能源主要是指木材、秸秆等固体生物质资源，利用技术主要包括生物质燃烧和生物质气化。
液体生物质能源主要是指生物质油、生物柴油、生物醇等液体生物质资源，利用技术主要包括生物质液化和生物质乙醇发酵。
气体生物质能源主要是指生物质气、生物质沼气等气体生物质资源，利用技术主要包括生物质气化和沼气发酵。
二、生物质能源的利用技术1.生物质燃烧技术生物质燃烧是目前应用最广泛的生物质能源利用技术之一。
生物质燃烧主要分为直接燃烧和气化燃烧两种方式。
直接燃烧是将生物质直接投入锅炉或炉灶中进行燃烧，产生热能；气化燃烧则是将生物质经气化反应转化为一氧化碳和氢气等可燃气体，再进行燃烧。
生物质燃烧技术具有成熟稳定、操作简单、投资成本低等优点。
2.生物质液化技术生物质液化是将生物质转化为液体燃料的一种技术。
常见的生物质液化技术包括生物质快速热解、生物质催化裂解和生物质氢解等。
通过生物质液化技术，可以将生物质转化为生物柴油、生物醇等液体燃料，具有高效率高能量密度的特点。
3.生物质气化技术生物质气化是将生物质转化为可燃气体的一种技术。
生物质气化主要通过干燥、热燃烧和气化反应将生物质转化为一氧化碳、氢气等气体，再经净化得到合格的生物质气。
生物质气化技术具有高效利用生物质资源、减少环境污染等优点。
4.生物质发酵技术生物质发酵是将生物质转化为生物醇、生物气等液体或气体燃料的一种技术。
生物质发酵主要通过微生物的作用将生物质中的碳水化合物转化为生物醇或生物气。
生物质能---沼气的生产与利用
生物质能源——沼气的生产与利用1 概述生物质是地球上最广泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物，以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。
以生物质为载体、由生物质产生的能量，便是生物质能。
物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式。
它直接或间接来源于植物的光合作用。
人们对于沼气的开发与利用是生物质能释放的主要形式之一，在能源危机的今天，推广、使用沼气的作用显的尤为重要。
沼气是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。
由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。
人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条件下发酵，即被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。
沼气是一种混合的可燃性气体，主要成分是甲烷(CH4)、其余为二氧化碳(CO2)、氧气(02)、氮气(N2)和硫化氢(H2S)，其中甲烷含量约为55％一70％，二氧化碳含量约为30％——45％。
沼气能够作为燃料，是因为它所含大量甲烷气体可以燃烧。
甲烷完全燃烧时，火焰是淡蓝色。
空气中如含有8.6～20.8％（按体积计）的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。
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。
经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。
2 沼气的生产沼气的生产工艺主要包括以下部分：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）。
2．1发酵原理沼气的生产过程主要是有机物的发酵过程，其中有发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氧产乙酸菌、食氢产甲烷菌等五大类微生物参加发酵。
它们在发酵过程中的作用及对生存条件的要求，有以下三个阶段：（1）液化在沼气发酵中首先是发酵性细菌群利用它所分泌的胞外酶，如纤维酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，对有机物进行体外酶解，也就是把禽畜粪便、作物秸杆、豆制品加工后的废水等大分子有机物分解成能溶于水的单糖、氨基酸、甘油和脂肪等小分子化合物这个阶段叫液化阶段。
生物质能的转化与利用技术
生物质能的转化与利用技术随着环境污染、气候变化和能源危机等全球性问题的日益凸显，生物质能的转化与利用技术受到了越来越多的关注。
生物质是指那些由植物和动物等生物体生产出来的有机质，包括木材、秸秆、麦straw子、植物藤蔓、绿色废弃物等，利用这些生物质来替代传统的化石燃料，成为了解决能源问题的有效途径之一。
本文将探讨生物质能的转化与利用技术，包括生物质能的种类、转化方式、应用发展等方面。
一、生物质能的种类生物质能是一种废弃资源，通过适当的技术处理，可以转化为燃料和其他化学制品。
生物质能根据来源可分为天然生物质和人工生物质两种；根据处理方式可分为生产燃气、制取液体燃料和木质燃料等多种类型。
1.天然生物质天然生物质是指生长在自然环境中的无需人工介入的植物和动物体内储存的有机质，主要包括木材、草屑、秸秆、植物藤蔓等。
这些天然生物质可以通过捡拾和清理等方式得到，成本较低，但不易调节质量和含水量等参数。
2.人工生物质人工生物质是指经过人工处理而得到的有机质，主要包括城市垃圾、生活垃圾、农业固体废弃物等。
这些生物质含水量较高，质量不稳定，需要经过预处理和精细化操作才能转化为可用的燃料。
二、生物质能的转化方式生物质能的转化方式有很多种，主要包括生物化学转化、生物物理转化、化学转化和热化学转化等。
1.生物化学转化生物化学转化是指通过生物催化剂促进生物质的转化，分为发酵和酶法两种方式。
发酵法是将生物质暴露在空气中，使其与微生物共同生长，产生酸、乙醇等燃料；酶法是用酶作为催化剂，分解生物质中的碳水化合物、蛋白质和脂肪酸等，产生甲醇、乙醇等燃料。
2.生物物理转化生物物理转化是指通过压榨、加热、升温等处理方式，使生物质内部的水分蒸发或分解，从而得到更容易处理和使用的燃料。
生物物理转化的处理方式包括压缩和颗粒化等，可以得到木质燃料或颗粒燃料等。
3.化学转化化学转化是指将生物质置于酸碱环境中进行反应，得到烃类化合物，进而制备成烃类燃料。
生物质能源的转化与利用技术
生物质能源的转化与利用技术生物质能源是一种可再生、绿色、清洁的能源形式，其转化与利用技术是解决能源短缺和环境污染问题的重要途径。
本文将探讨生物质能源的转化与利用技术，分为生物质资源获取与转化技术以及生物质能源利用技术两个部分。
一、生物质资源获取与转化技术生物质资源获取与转化技术主要包括选择合适的原料和转化过程。
以下将介绍两种常见的生物质能源转化技术。
1. 生物质颗粒化技术生物质颗粒化技术是将生物质原料通过机械力或化学方法进行处理，使其成为适合燃烧的颗粒状物质。
该技术不仅可以提高生物质能源的燃烧效率，还能减少颗粒物和污染物的排放。
2. 生物质气化技术生物质气化技术是将生物质原料在高温无氧或低氧环境下进行热解，产生可燃气体。
这种气体可以用于发电、供热或作为燃料。
生物质气化技术具有高效利用生物质能源的特点，同时可以减少温室气体和污染物的排放。
二、生物质能源利用技术生物质能源利用技术主要包括直接利用和间接利用两种方式。
以下将介绍两种常见的生物质能源利用技术。
1. 生物质燃烧技术生物质燃烧技术是将经过处理的生物质颗粒或气化产物直接燃烧，产生热能。
这种技术可以用于供热、发电和工业燃料等领域。
生物质燃烧技术具有高效、绿色、清洁的特点，是一种广泛应用的生物质能源利用技术。
2. 生物质液态燃料技术生物质液态燃料技术是将生物质原料经过分解和催化处理，将其转化为液态燃料。
这种燃料可以用于替代传统的石油燃料，例如生物柴油和生物乙醇。
生物质液态燃料技术具有可再生的特点，对于减少温室气体排放和解决能源短缺问题具有重要意义。
综上所述，生物质能源的转化与利用技术是推动可持续能源发展的重要手段。
通过合适的转化过程和利用方式，我们可以高效地利用生物质资源，减少对化石能源的依赖，降低环境污染。
未来，我们可以进一步研究和发展生物质能源技术，以实现能源的可持续发展和环境的改善。
生物质能与沼气
生物质能的概述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（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。
生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。
目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。
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，它是由太阳能转化而来的。
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%。
[编辑本段]生物质能的分类依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
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。
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。
生活污水和工业有机废水：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。
生物质沼气技术
微生物分解代谢，产生的甲烷和二氧 化碳为主体的混合气体。
生物质是地表植被在光合作用下的产物，因此从光 合作用的角度来说，沼气是生物质能一种可再生能 源。
1.2 沼气的理化性质
沼气是一种混合气体，其主要成分：
z 甲烷CH4：55% -70% z 二氧化碳CO2：25% -45％ z 少量N2、H2、O2、NH3、H2S和CO等气体
搅拌和混合
搅拌可使物料分布均匀，温度均匀，加快 消化速度，并使消化产物及时分离，从而 提高消化效率、增加产气量。
不搅拌，消化料液明显地分成结壳层、清 液层、沉渣层，严重影响消化效果。
搅拌方法：机械搅拌、气体搅拌、液体搅 拌
螺旋搅拌型
通过机械装置运转达到搅拌的目的 多用于大中型沼气工程
产甲烷细菌群
食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大 类群
已研究过的就有70多种产甲烷菌
它们利用以上不产甲烷的三种菌群所分 解转化的甲酸、乙酸 、氢和二氧化碳小 分子化合物等生成甲烷。
产甲烷细菌群
产甲烷菌的共同特征是：
生长非常缓慢，如甲烷菌丝倍增时间为4-9天； 严格厌氧，有空气的条件下不能生存或死亡； 只能利用少数简单的化合物作为营养； 要求中性偏碱和适宜温度环境条件； 代谢活动主要终产物是甲烷和二氧化碳为主要
不产甲烷细菌群
发酵性细菌：将液化阶段产生的小分子化合物
吸收进细胞内，并将其分解为乙酸、丙酸、丁酸、 氢和二氧化碳等。
产氢产乙酸菌：把发酵性细菌产生的丙酸、丁
酸转化为产甲烷菌可利用的乙酸、氢和二氧化碳。
耗氢产乙酸菌群：利用氢和二氧化碳生成乙
酸，还能代谢糖类产生乙酸，它们能转变多种有机 物为乙酸。
生物质能源的化学转化与利用
生物质能源的化学转化与利用一、引言生物质能源是指从植物、动物和微生物等生物体中获得的可再生能源。
近年来，由于能源需求的快速增长和对可再生能源的需求，生物质能源受到了越来越多的关注。
本文将就生物质能源的化学转化与利用进行探讨。
二、生物质能源的化学转化1. 生物质成分分析生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素等复杂有机物组成。
对生物质成分的详细分析是进行化学转化的前提。
2. 产气与热解生物质通过产气和热解技术可以转化为燃气和液体燃料。
产气是将生物质在高温条件下进行气化反应，产生气体燃料，如合成气。
热解是将生物质在高温和缺氧条件下分解，生成固体和液体燃料。
3. 生物质转化为液体燃料生物质转化为液体燃料的主要方法是生物质液化和生物质热解。
生物质液化是将生物质在催化剂的作用下，通过高温和高压条件下转化为液体燃料。
生物质热解是将生物质在高温下分解为可燃性气体和液体。
4. 生物质转化为气体燃料生物质转化为气体燃料的主要方法是生物质气化和生物质发酵。
生物质气化是将生物质在氧气或蒸汽气氛中转化为可燃气体，如合成气。
生物质发酵是将生物质通过微生物代谢反应转化为可燃气体，如沼气。
三、生物质能源的利用1. 电力和热能生产生物质能源可以被转化为电力和热能来满足工业和居民的需求。
通过燃烧生物质，可以产生蒸汽，进而带动发电机发电。
同时，生物质还可以用于供暖和制冷系统。
2. 交通燃料生产利用生物质能源可以生产出可替代传统燃料的生物燃料，如生物柴油和乙醇汽油。
这些生物燃料在降低温室气体排放和减少对化石能源的依赖方面具有重要的意义。
3. 化学品合成生物质能源还可以被转化为化学品，如聚合物、溶剂和润滑剂等。
利用生物质能源制造这些化学品不仅可以实现资源的可持续利用，还可以减少对化石能源的依赖。
4. 土壤改良剂将生物质能源转化为有机肥料和土壤改良剂，可以提高土壤质量，促进植物生长，减少对化肥和农药的需求。
四、生物质能源的挑战与展望生物质能源虽然具有重要的可再生特性和潜在优势，但也面临着一系列的挑战。
气体生物燃料技术
简单有机化合物 （单糖和双糖、氨基酸、肽等）
（2）产酸发酵
挥发性脂肪酸和醇 （丙酸、丁酸和乙醇等）
H2 + CO2
乙酸
(3)产甲烷发酵
CH4 + CO2
2、沼气发酵原理与工艺
2.2 沼气发酵工艺
（1） 工艺流程
2、沼气发酵原理与工艺
2.2 沼气发酵工艺
（2） 工艺类型
工艺类型
温度
常温发酵 中温发酵
未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消 化器内，上清液从消化器上部溢出，这样可以得到比水力滞留期高得 多的固体滞留期(SRT)和微生物滞留期(MRT)，从而提高了固体有机物 的分解率和消化器的效率。
3.4 上流式厌氧污泥床反应器（UASB）
进料装置
三相分离器
3.5 内循环厌氧反应器（IC)
在的浓度梯度和温度梯度，从而加快发酵速度，提高产气量。此外还 可起到破坏浮渣层，便于气体排出的目的。搅拌强度要根据反应器的 实际运行效果来确定，适度的搅拌有利于提高反应器运行效率和沼气 产率，而剧烈的搅拌则会产生相反的效果。
3、厌氧反应器
三个废油桶做成的沼气池
3、厌氧反应器
3.1 全混厌氧反应器(CSTR)
2、将原削球型池底改为槽式池底，以便于出料； 3、扩大直径，减少池子的深度，增加发酵菌种与原料的接触面，以利于
提高产气量和减轻出料的劳动强度； 4、增加出料间的长度，扩大宽度，并在出料间后增设台梯； 5、改平挡为“刀口”型挡墙，方便提取沉渣。
4.5 自排渣沼气池
自动排渣沼气池
4.5 分离浮罩式沼气池
气体生物燃料技术
主要内容
一、生物质转化为气体燃料的技术途径 二、生物质厌氧发酵产沼气技术 三、生物质热化学气化技术
生物质燃料沼气
1 引言生物质能（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。
生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。
沼气作为生物质能的其中一类，在缓解能源短缺，解决能源污染上起着重要作用。
2 生物质燃料沼气生物质燃料沼气是一种新兴的可再生能源，最早是在农村普及。
上世纪八九十年代在我国农村开始应用，现如今，我国正开展农村普及沼气计划，用以缓解环境的污染问题。
将沼气作为未来我国的主要能源是当前的主要任务。
2.1 沼气概念沼气是一种新型的可再生能源，如今已在全世界普及、在环境污染日益严重的今天，无污染，清洁能源沼气的应用已变得更加广泛。
沼气是有机物质（如秸秆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥、工业有机废水等）在厌氧环境和一定条件下，经过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类厌氧微生物的分解代谢而产生的一种气体，因为人们最早是在沼泽地中发现的，因此称为沼气。
2.2 沼气的理化性质沼气是一种多组分的混合气体，它的主要成分是甲烷，约占体积的50%～70%；其次是二氧化碳，约占体积的30%～40%；此外，还有少量的一氧化碳、氢气、氧气、硫化氢、氮气等气体组成。
沼气中的甲烷、一氧化碳、氢气、硫化氢是可燃气体，氧气是助燃气体，二氧化碳和氮气是惰性气体。
未经燃烧的沼气是一种无色、有臭味（含有其它气体）、有毒（硫化氢）、比空气轻、易扩散、难溶于水的可燃性混合气体。
沼气经过充分燃烧后即变为一种无毒、无臭味、无烟尘的气体。
沼气燃烧时最高温度可达1400℃，每立方米沼气热度值为2.13万～2.51万焦耳，因此说沼气是一种比较理想的优质气体燃料。
沼气中的主要气体甲烷还是大气层中产生“温室效应”的主要气体，其全球气候变暖的影响率达20%～25%，仅次于二氧化碳气体。
生物质能的资源化利用模式
生物质能的资源化利用模式在当今世界，能源问题是全球关注的焦点之一。
随着传统化石能源的逐渐枯竭以及环境压力的不断增大，寻找可持续、清洁的替代能源成为当务之急。
生物质能作为一种丰富、可再生的能源形式，正逐渐受到人们的重视。
生物质能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。
其资源化利用模式多种多样，为解决能源问题和环境保护提供了有效的途径。
生物质能的直接燃烧是最常见也是最古老的利用方式之一。
在农村地区，人们常常使用农作物秸秆、薪柴等直接燃烧来取暖、做饭。
这种方式虽然简单直接，但能源利用效率相对较低，且会产生一定的污染物。
为了提高燃烧效率和减少污染，生物质成型燃料技术应运而生。
将生物质原料经过压缩成型，制成颗粒状或块状燃料，不仅提高了能源密度，方便储存和运输，而且燃烧更加充分，减少了污染物的排放。
生物质气化是另一种重要的利用模式。
通过在一定的温度和压力条件下，将生物质转化为可燃气体，主要成分包括一氧化碳、氢气和甲烷等。
这些气体可以直接用于燃烧发电、供热，或者经过净化和提纯后用于合成化学品。
生物质气化技术具有较高的能源转化效率，同时能够处理各种类型的生物质原料，包括农业废弃物、林业剩余物等。
生物质发酵制沼气也是一种广泛应用的资源化利用方式。
以有机废弃物如畜禽粪便、农作物秸秆等为原料，在厌氧条件下通过微生物发酵产生沼气。
沼气是一种优质的燃料，可以用于照明、炊事、发电等。
同时，发酵后的沼渣和沼液还是优质的有机肥料，实现了资源的循环利用。
在农村地区，沼气池的建设和推广对于改善农村能源结构、减少环境污染、提高农业生产效益具有重要意义。
除了直接作为能源利用，生物质还可以通过转化为液体燃料来满足交通领域的能源需求。
生物质乙醇是目前应用较为广泛的一种生物质液体燃料。
通常以粮食作物（如玉米、小麦）或非粮食作物（如甘蔗、木薯）为原料，经过发酵和蒸馏等工艺制成。
然而，以粮食作物为原料生产乙醇可能会引发粮食安全问题。
生物质资源化利用技术及其应用
生物质资源化利用技术及其应用随着世界人口不断增加和能源需求不断增长，传统的化石能源已经逐渐走向枯竭，开发并利用可再生能源逐渐成为了国际社会的共识。
其中，生物质资源的利用被广泛关注和研究。
本文将主要讨论生物质资源化利用技术及其应用。
一、生物质资源的概念所谓生物质资源，就是指以植物、动物、微生物等生物体及其代谢产物为基础的天然材料或能源。
它是一种可再生资源，具有储量大、分布广、更新快、再生性好、环保等优点。
生物质资源主要有植物、林木、养殖、农业和生活废弃物等。
二、生物质资源的利用技术目前生物质资源的利用技术主要包括生物质能利用技术、生物化工利用技术、生物制品利用技术和生态环境利用技术等。
1、生物质能利用技术生物质能是指利用生物体或其代谢产物作为能源。
生物质能利用技术主要包括生物质热能利用技术、生物质电力利用技术和生物质沼气利用技术。
其中，生物质沼气利用技术被广泛应用于农村地区，以养殖废弃物和生活废弃物等为原料，通过沼气池发酵，可以获得沼气和高价值肥料。
2、生物化工利用技术生物化工利用技术是指利用生物质作为原料，通过生物转化和化学合成等过程，生产出各种基础化学品、精细化学品和医药化学品等。
生物化工利用技术具有资源可再生、产品可降解、环境友好等优点。
其中，生物质乙醇生产技术被广泛研究和应用，已经成为了生物质能利用技术的主要领域之一。
3、生物制品利用技术生物制品利用技术是指将生物质作为原料生产各种生物制品，包括食品、饲料、化妆品、生物药品等。
生物制品利用技术具有生物可降解、营养丰富、生态安全等优点。
其中，食品和饲料加工技术是生物制品利用技术的主要领域之一，如将生物质制成蛋白粉、鱼粉等，用于食品加工和畜牧养殖。
4、生态环境利用技术生态环境利用技术是指利用生物质作为原料，通过生态制造和再生利用等方式保护和改善生态环境，包括生物质能源生态利用技术、生物质工程生态利用技术和生物资源保护技术等。
其中，生物质炭制备技术是生态环境利用技术的主要领域之一，通过生物质的炭化处理，可以获得具有高活性和吸附性能的生物质炭，用于土壤改良和水源保护等。
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反应器(Anaerobic Expanded Bed)和厌氧流化床反应器(Anaerobic
Fluidized Bed)。反应器内均填充细颗粒载体，增加生物接触面积。
特点：污泥龄（SRT）大于水力停留时间（HRT）， 反应器内维持很高的生物量，处理效能较高
3）第三代厌氧反应器
基于微生物固定化原理和提高污泥和废水混合效率为 基础的一系列高速厌氧反应器相继出现，即进入了第三代 厌氧处理工艺。 1982年出现了厌氧折流板反应器（ABR）
1985年出现了厌氧内循环反应器（IC）
特点：在UASB基础上发展起来的，反应器单位容积 的生物量更高，能承受更高的水力负荷，
7.2生物质制沼气发酵原理及工艺
1965年美国微生物学家Hungate教授创立了严格厌氧微生物技 术，揭示了沼气发酵的微生物原理： 沼气发酵过程是由多个生理类群的微生物在无氧条件下共同 参与完成，是微生物为适应缺氧环境，利用不同类群的不同 分解作用，构成完整的生化反应系列，逐步将有机质降解， 最终形成甲烷、氢气和二氧化碳，即沼气。 因此，沼气发酵是一个错综复杂的微生物生化过程。
CH4 35.82 5~15
0.72 -82.5 46.4 无
标准沼气（含CH4 60%，含CO2 40%）
21.52 8.33~25
1.22 -25.7~-48.42 59.35~53.93 微臭
沼气生产的历史及现状
国外沼气生产的历史及现状
我国沼气生产的历史及现状
厌氧技术的发展历史
1）第一代反应器 1861年法国人Louis Mouras将简易的沉淀池改进为污水处理 构筑物，降解生活污水中的悬浮物, 1881年被法国Gosmos 杂 志报道； 1890年，Scott－Moncrieff 设计第一个初步的厌氧滤池； 1895 年 Donald 设 计 了 世 界 上 第 一 个 厌 氧 化 粪 池 （ Septic Tank),是厌氧处理工艺发展史上一个重要的里程碑； 1896 年，英国小城 Exeter 出现了第一座用于处理生活污水 的厌氧消化池，所产生的沼气用于街道的照明； 1903 年 Travis 发明了 Travis 池，废水从一端进入，从另一端 流出，两侧沉淀出的气技术
物理化学法
压缩成型
直接燃烧
固体燃料
燃烧供热、木炭
高压蒸汽、热气流 直接液化
燃料油、化工原料
生 物 质
液化
热化学法 气化 热裂解 微生物法 生物化学法 发酵
间接液化 共液化
氢气、木煤气
甲醇、柴油、二 甲醚、氢气
化学品、液体燃料
木炭、生物油、木煤气、醋液
氢气
两阶段理论没有全面反映厌氧消化的本质 研究表明，产甲烷菌能利用甲酸、乙酸、甲醇、 甲基胺类和 H2/CO2，但不能利用两碳以上的脂肪 酸和除甲醇以外的醇类产生甲烷，因此两阶段理 论难以确切的解释这些脂肪酸或醇类是如何转化 CH4和CO2的。
三段理论
一般参与沼气发酵的微生物分为3类：发酵性细菌、产氢产 乙酸菌、产甲烷菌。 根据微生物不同的作用，可将沼气发酵的过程分为3个阶段。
2）第二代厌氧反应器
1956 年 ， Schroefer
等 人 成 功 的 开 发 了 厌 氧 接 触 法 工 艺 (Anaerobic
Contact Process)，标志着现代废水厌氧生物处理工艺的诞生； 1967年，Young和McCarty等开发了厌氧生物滤池(AF )，将第二代反 应器推进了高速发展的进程中； 1974年荷兰的Lettinga开发了上流式厌氧污泥床反应器(UASB)，处理 效率很高，得到了广泛的应用 1978年W. J.Jewell 等人和1979年R. P. Bowker 分别开发了厌氧膨胀床
1）第一代反应器 1904年德国的Imhoff将其发展成为Imhoff双层沉淀池(即腐 化池)，这一工艺至今仍然在有效地利用； 1912年，德国人Kremer提出了加盖的密闭式二级消化池； 至1914年，美国有14座城市建立了厌氧消化池； 1920年，英国的Watson采用沼气作为动力用泵对消化污泥 进行搅拌； 1950年出现高效的、可加温和搅拌的厌氧消化反应池，加 快了厌氧技术的发展。 特点：发展较为缓慢，工艺简单。污泥龄（SRT）等 于水力停留时间（HRT），反应器容积较大，处理效 能较低
沼气、乙醇
7.1 沼气概述
沼气的基本概念：由有机物质（粪便、杂草、作物、秸秆、 污泥、废水、垃圾等）在适宜的温度、湿度、酸碱度和厌氧 的情况下，经过微生物发酵分解作用产生的一种可燃性气体。 沼气的组成部分
成分名称 甲烷 所占比重（体积比） 50~70%
二氧化碳 其他（N2、H2、O2、NH3、 CO、H2S）
25~45% 很少
有机物 H 2O 厌氧微生物 细胞物质 CH4 CO2 NH 3 H 2 S 能量
CH4与沼气的主要理化性质对比
特性 热值(kJ/L) 爆炸范围(与空气混 合体积百分比 %)
密度(g/L) 临界温度(oC) 临界压力(105Pa) 气味
第一阶段：水解阶段。由多种厌氧或兼性厌氧的水解性或发酵 性细菌把纤维素、淀粉等糖类水解成单糖，并进而形成丙酮酸； 把蛋白质水解成氨基酸，并进而形成有机酸和氨；把脂类水解成 甘油和脂肪酸，并进而形成丙酸、乙酸、丁酸、 H2和CO2的过程。 第二阶段：产酸阶段。由厌氧的产氢产乙酸细菌群把第一阶段 产生的各种有机酸分解成乙酸、 H2 和 CO2 的过程，其中乙酸约占 90% 第三阶段：产甲烷阶段。由严格厌氧的产甲烷菌群利用一碳化 合物（ CO2 、甲醇、甲酸、甲基胺或 CO ）、二碳化合物（乙酸） 和H2产生甲烷的过程。
7.2.1沼气发酵理论
沼气发酵理论 二段 理论 三段 理论 四段 理论
二段理论：认为沼气发酵分为产酸阶段和产 气阶段。 三段理论：把沼气发酵分为3个阶段，即水解 发酵、产氢产乙酸、产甲烷阶段。 四段理论：把沼气发酵分为4个阶段，即水解 阶段、酸化阶段、产氢产乙酸阶段、甲烷化 阶段。
二段理论
第一阶段：酸性发酵阶段。复杂的有机物在产酸菌 的作用下被分解成以有机酸为主的低分子的中间产物， 包括大量的低碳脂肪酸和H2、CO2、H2S等。 第二阶段：碱性发酵阶段。产甲烷菌将第一阶段产生 的中间产物继续分解成甲烷（CH4）和二氧化碳等。