国内外大中型沼气工程发展现状及趋势

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据农业部统计数据显示:截至2008年底,我国 畜禽养殖场沼气工程达39510处,总池容451.476万 立方米,年产沼气约5.2亿立方米。其中: 大型沼气工程2761处,年产沼气约2.7亿立方米; 中型沼气工程12864处,年产沼气约1.8亿立方米; 小型沼气工程23885处,年产沼气7096万立方米。
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
1、常规厌氧反应器
是一种结构简单、应用广泛的 工艺类型。该消化器无搅拌装臵,
进料
原料在消化器内呈自然沉淀状态。 一般分为4层,从上到下依次为浮渣 层、上清液层、活性层和沉渣层, 其中厌氧消化活动旺盛的场所只限 于活性层内,因而效率较低。多于 常温条件下运行。我国农村最常用 的水压式沼气池属常规消化器。
二、大中型沼气工程发展现状
2、国内沼气工程发展现状
作为我国农村沼气管理部门,农业 部在我国沼气工程的发展中起了关键作 用。近些年以来,配套党中央和国务院 的各项政策,农业部制定和出台了大量 的政策法规,并发布了《畜禽养殖场沼气工程设计规范》等 多项标准和规范。这些政策法规为沼气工程搭建了的政策框 架,为我国沼气工程的全面发展起到了保驾护航的作用。
二、大中型沼气工程发展现状
2、国内沼气工程发展现状
八十年代以来,规模化养殖场的 逐年增加,畜禽粪便污染日趋严重;与 此同时,我国农村用能短缺,大中型沼气工程迎来了第一个快速 发展期。
同时,中央投资不断增加,在政策也给予了大力倾斜,大大 加快了沼气工程的建设步伐。
二、大中型沼气工程发展现状
2、国内沼气工程发展现状
二、大中型沼气工程发展现状
(2)瑞典
2004年开始,哥德堡等城市把沼气与天然气管网连 接,输送到用户。沼气厂的选址一般都建设在天然气管 网旁,以便将沼气净化后输入天然气管网系统,用沼气 替代天然气。斯德哥尔摩市居民使用的燃气,就是厌氧 消化处理有机废弃物后得到并净化后的沼气。
瑞典沼气协会估算,若以10%农地和林业废弃物生 产沼气,沼气生产能力将达到853万吨油当量/年,而目 前的瑞典全国能耗仅为768万吨油当量,到2020年瑞典
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
4、升流式厌氧污泥床反应器(UASB)
UASB是目前发展最快的消化器,其特征是自下 而上流动的污水流过膨胀的颗粒状的污泥床。消化 器分为三个区,即污泥床、污泥层和三项分离器, 分离器将气体分流并阻止固体漂浮和冲出,使MRT 比HRT大大增长,产甲烷效率明显提高。污泥床区 平均只占消化器体积的30%,但80~90%的有机物在 这里被降解。该工艺将污泥的沉降和回流臵于一个 装臵内,降低了造价。在国内外已被大量用于低SS 废水的处理,如废酒醪滤液、啤酒废水、豆制品废 水等。
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
4、升流式厌氧污泥床(UASB)
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
4、升流式厌氧污泥床(UASB)
• 该工艺的优点: ①除三项分离器外消化器结构简单,没搅拌装臵及填料; ②长的SRT及MRT使其实现了很高负荷率; ③颗粒污泥的形成使微生物天然固定化,增加了工艺的稳 定性; ④出水SS含量低。
近几年来,随着能源和环境问题的日益突出, 大中型沼气工程技术作为一种既可以处理废弃物, 又能回收能源的工程技术,在世界上越来越受到 广泛关注。
二、大中型沼气工程发展现状
1、国外沼气工程发展现状
据世界银行统计数据显示: 截止2007年年底, 欧洲沼气产量达到590万吨油当量(相当于70亿立 方米天燃气)。 其中德国为191万吨油当量/年,英 国为170万吨油当量/年。德国、瑞典、英国、美国 等欧美发达国家在沼气工程发展现状也代表了国际 沼气工程产业的现状。
二、大中型沼气工程发展现状
(1)德国
2000年德国政府公布的《可再生能源 优先法》等国家鼓励沼气发电上网的一 系列优惠政策的出台,为广大农场主建 设沼气工程并通过发电上网增加收入创 造了极好的法律环境。2004年,德国国 会对该法案进行了重新修订,使小型农 场的沼气发电上网更有吸引力,“发电 盈利”成为许多农场主纷纷建沼气工程 的主要动力。
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
• 优点:①可以进入高悬浮固体含量的原料;②消化 器内物料均匀分布,避免了分层状态,增加了底物 和微生物接触的机会;③消化器内温度分布均匀; ④进入消化器的抑制物质能够迅速分散,保持较低 浓度水平;⑤避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出 不畅和短流现象。
• 缺点:①由于该消化器无法做到使SRT和MRT在大于 HRT的情况下运行,所以需要消化器体积较大;② 要有足够的搅拌,所以能量消耗较高;③生产用大 型消化器难以做到完全混合;④底物流出该系统时 未完全消化,微生物随出料而流失。
• 该工艺的缺点: ①需要安装三项分离器; ②需要有效的布水器,使进料能均布于消化器底部; ③进水要求低SS含量; ④在高水力负荷或高SS负荷时易流失固体来自百度文库微生物,运行 技术要求较高。
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
5、升流式固体反应器(USR)
USR是一种结构简单、适用于 高悬浮固体原料的反应器。原料 从底部进入消化器内,与消化器 里的活性污泥接触,使原料得到 快速消化。未消化的固体颗粒和 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,这样可以得到比比HRT高 的 SRT 和 MRT , 从 而 提 高 了 固 体 有 机物的分解率和消化器的效率。
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
6、内循环厌氧反应器(IC)
1986年由荷兰某公司研究成功并 用于生产内循环厌氧反应器,是目前 世界上效能最高的厌氧反应器。该反 应器是集UASB反应器和流化床反应器 的优点于一身,利用反应器内所产沼 气的提升力实现发酵料液内循环的一 种新型反应器。
1进水;2第一反应室集气罩;3沼气提升管; 4气液分离器;5沼气导管;6回流管;7第二 反应室集气罩;8集气管;9沉淀区;10出水 管;11气封;
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
美国人R.F.Fannion等曾用于海藻的中温厌氧消化。 其TS浓度平均为12%负荷为1.6~1.9%Kgvs/m3.d,甲烷 产率为0.6~3.2m3.d。
首都师范大学周孟津等用于鸡粪废水的中温厌氧消 化,负荷达10.5KgCOD/m3.d,产气率达4.9Kgm3/m3.d, 在HRT为5天的情况下SRT可达24.5天。该反应器适用于 高SS原料,应用前景广阔。我国已经用来处理酒精废液 、畜禽粪便等,并取得较好效果。
成为世界上第一个不依赖石油的国家。
二、大中型沼气工程发展现状
(3)英国
2002年英国开始实行绿
色证书系统—《可再生能源义
务证书系统》,该系统要求电
力供应商每年增加可再生能源发电的份额,2005~2006年度 为5. 7%,2015年将达到15. 4%。该系统中,沼气是最具代 表性的可再生能源,沼气份额的增加主要是填埋气发电市 场的增加,填埋气是绿色证书系统的受益者。2004~2005 年度,沼气占可再生能源发电的35.9%(填埋气占33.6%, 污水处理沼气占2.3%)。
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
循环结果使第一厌氧反应室不仅有很高的生物量, 很长的污泥滞留期,并且有很大的升流速度,使该反应 室的污泥和料液基本处于完全混合状态,从而大大提高 第以一反应室的去除能力。经第一反应室处理过的废水 ,自动进入第二厌氧反应室。废水中的剩余有机物可被 第二反应室内的颗粒污泥进一步降解,使废水得到更好 的净化。经过两级处理的废水在混合液沉淀区进行固液 分离,清液由出水管排出,沉淀的颗粒污泥可自动返回 第二反应室。这样废水完成了全部处理过程。
二、大中型沼气工程发展现状
(1)德国
在欧洲国家中,德国是发展中
小型农场沼气工程的典型代表,主
要动力来自于一些优惠鼓励政策的出台。
1990年实施的《电力并网法》规定:电力运营商 有义务有偿接纳在其供电范围内生产出来的可再生能 源电力。对于地理位臵不在电网运营商供电范围的可 再生能源发电厂,距离该发电厂最近的电网运营商有 接纳的义务,电网运营商由此产生的额外成本按照该 法的规定在账目结算中分摊。
沼气 出水
排泥
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
2、全混式反应器(CSTR)
全混式反应器是在常规 消化器内安装了搅拌装臵 ,使发酵原料和微生物处 于完全混合状态,与常规 消化器相比,活性区遍布 整个消化器,其效率比常 规消化器有明显提高。
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
该消化器常采用恒温连续投料或半连续投料运行,适 用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理,例如污水 处理厂好氧活性污泥的厌氧消化过去多采用该工艺。在 该消化器内,新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵器 内的全部发酵液混合,使发酵底物浓度始终保持相对较 低状态。而其排出的料液又与发酵液的底物浓度相等, 并且在出料时微生物也一起被排出,所以,出料浓度一 般较高。该消化器是典型的HRT、SRT和MRT完全相等 的消化器,为了使生长缓慢的产甲烷菌的增殖和冲出速 度保持平衡,要求HRT较长,一般要10~15天或更长的 时间。中温发酵时负荷为3~4 kgCOD/(m3·d),高温 发酵为5~6kg COD/(m3·d)。
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
• 优点:①不需搅拌装臵,结构简单,能耗低;② 适用于高SS废物的处理外,尤其适用于牛粪的消 化;③运转方便,故障少,稳定性高。
• 缺点:① 固体物可能沉淀于底部,影响消化器的 有效体积,使HRT和SRT降低;②需要固体和微生 物的回流作为接种物;③因该消化器面积/体积比 值较大,难以保持一致的温度,效率较低;④易 产生结壳。
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
3、塞流式反应器(PFR)
塞流式也称推流式消化器, 是一种长方形的非完全混合消化 器。高浓度悬浮固体原料从一端 进入,从另一端流出,原料在消 化器的流动呈活塞式推移状态。 在进料端呈现较强的水解酸化作 用,甲烷的产生随着向出料方向 的流动而增强。由于进料端缺乏 接种物,所以要进行污泥回流。 在消化器内应设臵挡板,有利于 运行的稳定 。
二、大中型沼气工程发展现状
(4)美国
美国在沼气方面主要集中在基础研
究上,如产甲烷菌的基因排序、厌氧
消化的生化过程、厌氧消化微生物菌
群结构及沼渣沼液中的特殊生物酶,而应用技术研究相对较少。 美国把沼气作为能源开发利用主要是垃圾填埋气,目前,垃圾 场是美国沼气生产的主要来源,占总数的34%。2007年,美国 垃圾管理公司已在北美运行281个垃圾场,其中100个已经具有 某些沼气转换能源的能力。美国更注重新技术研发,已开始试 验沼气燃料电池替代传统的内燃机发电。
大中型沼气国内外技术 现状与趋势
赵立欣
24/11/2010 厦门
提 纲飞
• 引言 • 国内外大中型沼气工程发展现状 • 大中型沼气工程主要工艺介绍 • 结语及展望
一、引 言
沼气是一种清洁能源,同时沼气是一种取之不 尽、用之不竭的可再生能源,具有资源量丰富、 燃烧热效率高、使用清洁卫生等特点,在解决能 源危机、缓解环境压力以及推动社会可持续发展 方面将发挥重要作用。
二、大中型沼气工程发展现状
(1)德国
据统计: 1992年德国沼气发电工程的数量为 139家,2000年1050家, 2003年底迅速发展到3000 家,到2006年,基本上每个月新建50座沼气工程, 2006年底沼气工程的数量达到3500座。沼气发电 的装机总量由1999年的50兆瓦猛增到2002年的250 兆瓦、2008年的1300兆瓦。德国沼气协会估计,到 2020年,总装机将达到9500兆瓦。
三、大中型沼气工程主要工艺介绍
IC厌氧反应器的基本构造如同把两个UASB反应器叠 加在一起,反应器高度可达16~25m,高径比可达4~8。 在其内部增设了沼气提升管和回流管,上部增加了气液 分离器。该反应器启动时,投加了大量颗粒污泥。运行 过程中,用第一反应室所产沼气经集气罩收集并沿提升 管上升做为动力,把第一反应室的发酵液和污泥提升至 反应器顶部的气液分离器,分离出的沼气从导管排走, 泥水混合液沿回流管返回第一反应室内,从而实现了下 部料液的内循环。
二、大中型沼气工程发展现状
(2)瑞典
瑞典是使用沼气作汽车燃料
最先进的国家。1996年,瑞典开 始把沼气提纯至甲烷含量95%以上, 作为汽车燃料使用,并制定了相关标准。
目前,有779辆沼气燃料公共汽车,4500辆汽油、 沼气与天然气混合燃料的小汽车。2004年开始,也有 火车以这种方式运行。在瑞典,交通工具所使用的气 体燃料中,沼气占54%,其余是天然气。
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