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青贮草料在一次投料沥滤工艺中厌氧消化产生甲烷

文章来源:中国新能源网 | 发布日期:2008-11-21 | 作者:未知 | 点击次数:

    由有机物质厌氧消化产生的富含甲烷的沼气,提供了一种清洁的通用的可再生能携带物,因为在生产热量和生产动力两方面,甲烷能替代化石燃料,它还可用作汽车燃料。通过厌氧消化生产甲烷,已被评定为最有能量效率和对环境友善的生产汽车燃料的方法之一。欧盟已设下目标,要各成员国在2010年前,使生物燃料占汽车消耗能量的5.75%。利用能源作物和作物残余生产甲烷,是一个引人注意的增加国内生物燃料生产的做法。因为据估计,在欧盟农业部门内,每年1500百万吨生物质可被厌氧消化,其中一半是能源作物。例如在芬兰,农业部估计,到2012年高达500.000公顷土地,相当于芬兰耕地的1/4,可用于能源作物生产。

    能源作物和作物残余物,可以被消化处理,或者单独或者同其他物料一起消化,可使用湿工艺或干工艺。能源作物通常有高总固体含量约为10-50%,为了在湿工艺处理这类物料,固体必须匀质化,并用高水含量的物料稀释。在农业部门,用得最广的解决方法,是在湿工艺让作物生物质同动物类便共消化。稀释增加需要处理的体积,并增加泵和加热所需的能量。而且有报告称,作物物料在湿工艺的消化过程中,会出现作物物料上浮和形成壳及渣的现象。再者,适合共消化的物料并不总可以得到,因此需用水来稀释。

    高消化器单位体积的产气量(体积气产量),能通过在较高固体密集度运行而达到。一次投料高固体反应器,有比连续进料工艺的投资费用低的特点,但考虑到运行成本较高,现在这一工艺在农业部门用得不很多。在这些系统中,消化器被装入新鲜基质,或添加或不添加接种物,并逐步进行各步降解。一次投料反应器常常用沥滤床工艺,在其间固体在有机物床上被循环的沥出液水解。沥出液的再流通,激发整个降解过程,因为接种物、营养和降解产物的散布效率更高。植物生物质在一阶段沥滤床工艺的消化,在文献中可看到一些。在一个消化大麦秆的一次投料消化器,挥发性固体去除率达到45-60%,甲烷产出达到0.159-0.226m3甲烷/kg挥发性固体。在另一个一阶段沥滤床工艺中,每星期输入各种木质纤维素基质(如水风信子、作物秆、甘蔗渣)和蔬菜垃圾,得到37-78%的挥发性固体去除率,以及0.26-0.95m3沼气/kg挥发性固体的沼气产出。

    一次投料沥滤床工艺,还可以同一个第二阶段产甲烷反应器连结一起运行。在第一阶段产生的沥滤液被泵到产甲烷反应器,在那里进一步消化。由于沥滤液有低固体含量,高速反应器如上流式污泥床反应器或厌氧过滤器,能被应用于第二阶段;而在这些反应器,通过污泥颗粒的形成和生物质附着于携带物,可达到高固体滞留期。在一个青贮草料两阶段厌氧消化实验中,一次投料沥滤床工艺同厌氧过滤器连结在一起,以实验室规模和中试规模两种方式运行,所达到的甲烷产出为0.27-0.39m3甲烷/kg挥发性固体,挥发性固体去除率为59-60%。

    实际上,并非基质中的全部甲烷都能在厌氧消化器内滞留期中被抽取到,如果经消化的物料贮存在没有气体收集系统的无盖贮存罐,这些潜在甲烷的一部分会经过自动降解,逸散到空气,成为有害的温室气体。

    报告发表于《Biomass and Bioenergy》2008年No.8上的一个研究,评估了用沥滤床反应器从青贮草料生产甲烷的适宜性。实验还比较了由一个一次投料沥滤床反应构成的一阶段工艺和由沥滤床反应器连同一个上流式厌氧污泥床构成的两阶段工艺的运行性能。实验结果显示,最高甲烷产出在没有pH值调节的两阶段工艺获得。在这种工艺中,青贮草料中的总甲烷潜力的66%,在55天固体滞留期中被提取出,而在一阶段工艺,在相同的固体滞留期,青贮草料中的总甲烷潜力只有20%被提取出。在两阶段工艺,76-98%的总甲烷产出来自上流式厌氧污泥床反应器,这清楚地表明采用两阶段工艺的好处。

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