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从农业残余物生产能量:中试规模两阶段厌氧消化的高产出文章来源:中国新能源网 | 发布日期:2008-07-18 | 作者:陈捷 | 点击次数:
2004年,在瑞典由沼气产生的能量为1.4TWh(T=1012)。全国由沼气产生的能量的潜力为每年25TWh,其中14TWh从农业部门产生。瑞典南部盛产糖用甜菜,残余甜菜叶产量每年高达1.5百万吨。全欧洲每年估计产出35百万吨甜菜叶。另外瑞典每年产马铃薯750,000吨,其中20—40%因质量低或作饲料或被浪废,这些废马铃薯也可以用来产生沼气。 像马铃薯这样的物料,因含大量可溶碳水化合物,通常被认为是生产乙醇而不是沼气的合适材料。但据报告乙醇从马铃薯的产出量约为0.42L/kg(总固体),相当的能量产出为2.6KWh/kg(总固体),而从马铃薯产生沼气得到的能量产出则为4.1KWh/kg(总固体)。由于马铃薯的毛能含量的4.3KWh/kg(总重量),由此得出产生乙醇时能转化效率为60%,而产生沼气时能转化效率为95%。 现在使用的主导的厌氧消化技术是搅动罐反应器,即是为高含水量的废物如下水道污泥和粪便设计的,对于有15-25%总固体含量的作物残余物,稀释然后在奖状物消化器处理,在能量和经济上是浪废的。马铃薯以及其他水果和蔬菜废料,容易在厌氧消化的初始阶段被发酵成为挥发性脂肪酸,导致pH值急剧下降,由于没有充足的缓冲能力它抑制产甲烷活动开始。有研究显示,高强度马铃薯单阶段厌氧消化,如果没有废料稀释,pH控制或同共其他有缓冲能力的基质共消化,是很难进行的。为了避免这样的问题,适宜的做法是用两阶段结构去转移水解/产酸过程和产甲烷过程之间的不平稳。已有两阶段厌氧消化技术成功地应用于城市固体垃圾、作物残余物、农业工业废余物、市场食物垃圾。第一阶段包括水解/产酸和溶解,它产生含有溶解性有机化合物(主要是挥发性脂肪酸)的沥出液,这沥出液然后在第二阶段(产甲烷阶段)被转化为甲烷。产甲烷反应器,由于考虑到生物质依附在带菌载体的过程,可设计成有长固体滞留期的。微生物在生物膜生长。还有保护敏感的产甲烷菌免受毒性冲击和负荷变化影响的好处。 报告发表在《Biomass and Bioenergy》上的一个研究,探究了作物残余物农场规模的消化工艺,在建造中试规模反应器中,用大力气去设计一个简单、成本效率高的系统。对从马铃薯和甜菜叶用两阶段厌氧消化生产甲烷的适宜性,进了探索。产甲烷反应器的两类生物膜携带物(塑料携带物和小麦秆)在实验中被使用和评估。塑料是一种传统的携带物材料,而小麦秆在农场规模消化装置中会是一种效益高的替代物。实验使用的物料(废马铃薯和甜菜叶)既分别也一同进行厌氧消化,以求得最佳工艺条件。 实验结果显示,从产酸反应器中二氧化碳大幅度减小,高挥发性脂肪酸浓度,低pH值等方面看,达到了水解/酸化和产甲烷之间的良好阶段分隔。单个基质(马铃薯或甜菜叶)的厌氧消化,产生的甲烷相当于2.1~3.4KWh/kg(挥发性固体)的毛能量产出。共同消化可得到多60%的甲烷产出,显示共同消化的消化液中建立了正面的不同基质的互相作用。在整个运行过程中甲烷过滤器一直维持完整,并产出含60—78%甲烷的沼气。稳定的排放pH值表示,产甲烷反应器有良好的能力,足以承受二阶段工艺中发生的负荷和挥发性脂肪酸浓度的变化。总之,这一中试规模研究的结果表明,两阶段厌氧消化系统适合于有效转化半固体农业残余物(如马铃薯废料和甜菜叶)。
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