1、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 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。近 几 年 来 ，随 着 能 源 和 环 境 问 题 的 日 益 突 出 ， 大 中 型 沼 气 工
2、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
3、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。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，
4、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。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
5、兆 瓦 。德 国 沼 气 协 会 估 计 ,到 2020年,总装机将达到9500兆瓦。，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。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
6、 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
7、，该 系 统 要 求 电力 供 应 商 每 年 增 加 可 再 生 能 源 发 电 的 份 额 ，20052006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%）。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、
8、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。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
9、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。二、大中型沼气工程发展现
10、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。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 沼气工 艺 类 型 。该 消 化 器 无 搅 拌 装 臵 ，原 料 在
11、 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。进料 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
12、 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
13、 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 1015天或更长的时 间 。中 温 发 酵 时 负 荷 为 3 4 kgCOD/（m3d），高 温发酵为56kg COD/（m3d）。三、大中型沼气工程主要工艺介绍 优点：可以进入高悬浮固体含量的原料； 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；消化器内温度分布均匀；进入消化器的抑制物质能够迅速分散，保持较低浓度水平；避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流
14、现象。 缺点：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 ；要有足够的搅拌，所以能量消耗较高；生产用大 型消化器难以做到完全混合；底物流出该系统时 未完全消化，微生物随出料而流失。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
15、化器内应设臵挡板，有利于 运行的稳定 。三、大中型沼气工程主要工艺介绍 优点：不需搅拌装臵，结构简单，能耗低；适用于高SS废物的处理外，尤其适用于牛粪的消化；运转方便，故障少，稳定性高。 缺点： 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；需要固体和微生 物的回流作为接种物；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；易 产生结壳。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
16、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8090%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：除三项分离器外消化器结构简单，没搅拌
17、装臵及填料；长的SRT及MRT使其实现了很高负荷率；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；出水SS含量低。 该工艺的缺点：需要安装三项分离器；需要有效的布水器，使进料能均布于消化器底部；进水要求低 SS含量；在高水力负 荷或高SS 负荷时易流失固体和微生物，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
18、 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0.63.2m3.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
19、 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。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
20、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
21、 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。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
22、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。
