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從農業殘余物生產能量:中試規模兩階段厭氧消化的高產出文章來源:中國新能源網 | 發布日期:2008-07-18 | 作者:陳捷 | 點擊次數:
2004年,在瑞典由沼氣產生的能量為1.4TWh(T=1012)。全國由沼氣產生的能量的潛力為每年25TWh,其中14TWh從農業部門產生。瑞典南部盛產糖用甜菜,殘余甜菜葉產量每年高達1.5百萬噸。全歐洲每年估計產出35百萬噸甜菜葉。另外瑞典每年產馬鈴薯750,000噸,其中20—40%因質量低或作飼料或被浪廢,這些廢馬鈴薯也可以用來產生沼氣。 像馬鈴薯這樣的物料,因含大量可溶碳水化合物,通常被認為是生產乙醇而不是沼氣的合適材料。但據報告乙醇從馬鈴薯的產出量約為0.42L/kg(總固體),相當的能量產出為2.6KWh/kg(總固體),而從馬鈴薯產生沼氣得到的能量產出則為4.1KWh/kg(總固體)。由于馬鈴薯的毛能含量的4.3KWh/kg(總重量),由此得出產生乙醇時能轉化效率為60%,而產生沼氣時能轉化效率為95%。 現在使用的主導的厭氧消化技術是攪動罐反應器,即是為高含水量的廢物如下水道污泥和糞便設計的,對于有15-25%總固體含量的作物殘余物,稀釋然后在獎狀物消化器處理,在能量和經濟上是浪廢的。馬鈴薯以及其他水果和蔬菜廢料,容易在厭氧消化的初始階段被發酵成為揮發性脂肪酸,導致pH值急劇下降,由于沒有充足的緩沖能力它抑制產甲烷活動開始。有研究顯示,高強度馬鈴薯單階段厭氧消化,如果沒有廢料稀釋,pH控制或同共其他有緩沖能力的基質共消化,是很難進行的。為了避免這樣的問題,適宜的做法是用兩階段結構去轉移水解/產酸過程和產甲烷過程之間的不平穩。已有兩階段厭氧消化技術成功地應用于城市固體垃圾、作物殘余物、農業工業廢余物、市場食物垃圾。第一階段包括水解/產酸和溶解,它產生含有溶解性有機化合物(主要是揮發性脂肪酸)的瀝出液,這瀝出液然后在第二階段(產甲烷階段)被轉化為甲烷。產甲烷反應器,由于考慮到生物質依附在帶菌載體的過程,可設計成有長固體滯留期的。微生物在生物膜生長。還有保護敏感的產甲烷菌免受毒性沖擊和負荷變化影響的好處。 報告發表在《Biomass and Bioenergy》上的一個研究,探究了作物殘余物農場規模的消化工藝,在建造中試規模反應器中,用大力氣去設計一個簡單、成本效率高的系統。對從馬鈴薯和甜菜葉用兩階段厭氧消化生產甲烷的適宜性,進了探索。產甲烷反應器的兩類生物膜攜帶物(塑料攜帶物和小麥稈)在實驗中被使用和評估。塑料是一種傳統的攜帶物材料,而小麥稈在農場規模消化裝置中會是一種效益高的替代物。實驗使用的物料(廢馬鈴薯和甜菜葉)既分別也一同進行厭氧消化,以求得最佳工藝條件。 實驗結果顯示,從產酸反應器中二氧化碳大幅度減小,高揮發性脂肪酸濃度,低pH值等方面看,達到了水解/酸化和產甲烷之間的良好階段分隔。單個基質(馬鈴薯或甜菜葉)的厭氧消化,產生的甲烷相當于2.1~3.4KWh/kg(揮發性固體)的毛能量產出。共同消化可得到多60%的甲烷產出,顯示共同消化的消化液中建立了正面的不同基質的互相作用。在整個運行過程中甲烷過濾器一直維持完整,并產出含60—78%甲烷的沼氣。穩定的排放pH值表示,產甲烷反應器有良好的能力,足以承受二階段工藝中發生的負荷和揮發性脂肪酸濃度的變化。總之,這一中試規模研究的結果表明,兩階段厭氧消化系統適合于有效轉化半固體農業殘余物(如馬鈴薯廢料和甜菜葉)。
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