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青貯草料在一次投料瀝濾工藝中厭氧消化產生甲烷

文章來源:中國新能源網 | 發布日期:2008-11-21 | 作者:未知 | 點擊次數:

    由有機物質厭氧消化產生的富含甲烷的沼氣,提供了一種清潔的通用的可再生能攜帶物,因為在生產熱量和生產動力兩方面,甲烷能替代化石燃料,它還可用作汽車燃料。通過厭氧消化生產甲烷,已被評定為最有能量效率和對環境友善的生產汽車燃料的方法之一。歐盟已設下目標,要各成員國在2010年前,使生物燃料占汽車消耗能量的5.75%。利用能源作物和作物殘余生產甲烷,是一個引人注意的增加國內生物燃料生產的做法。因為據估計,在歐盟農業部門內,每年1500百萬噸生物質可被厭氧消化,其中一半是能源作物。例如在芬蘭,農業部估計,到2012年高達500.000公頃土地,相當于芬蘭耕地的1/4,可用于能源作物生產。

    能源作物和作物殘余物,可以被消化處理,或者單獨或者同其他物料一起消化,可使用濕工藝或干工藝。能源作物通常有高總固體含量約為10-50%,為了在濕工藝處理這類物料,固體必須勻質化,并用高水含量的物料稀釋。在農業部門,用得最廣的解決方法,是在濕工藝讓作物生物質同動物類便共消化。稀釋增加需要處理的體積,并增加泵和加熱所需的能量。而且有報告稱,作物物料在濕工藝的消化過程中,會出現作物物料上浮和形成殼及渣的現象。再者,適合共消化的物料并不總可以得到,因此需用水來稀釋。

    高消化器單位體積的產氣量(體積氣產量),能通過在較高固體密集度運行而達到。一次投料高固體反應器,有比連續進料工藝的投資費用低的特點,但考慮到運行成本較高,現在這一工藝在農業部門用得不很多。在這些系統中,消化器被裝入新鮮基質,或添加或不添加接種物,并逐步進行各步降解。一次投料反應器常常用瀝濾床工藝,在其間固體在有機物床上被循環的瀝出液水解。瀝出液的再流通,激發整個降解過程,因為接種物、營養和降解產物的散布效率更高。植物生物質在一階段瀝濾床工藝的消化,在文獻中可看到一些。在一個消化大麥稈的一次投料消化器,揮發性固體去除率達到45-60%,甲烷產出達到0.159-0.226m3甲烷/kg揮發性固體。在另一個一階段瀝濾床工藝中,每星期輸入各種木質纖維素基質(如水風信子、作物稈、甘蔗渣)和蔬菜垃圾,得到37-78%的揮發性固體去除率,以及0.26-0.95m3沼氣/kg揮發性固體的沼氣產出。

    一次投料瀝濾床工藝,還可以同一個第二階段產甲烷反應器連結一起運行。在第一階段產生的瀝濾液被泵到產甲烷反應器,在那里進一步消化。由于瀝濾液有低固體含量,高速反應器如上流式污泥床反應器或厭氧過濾器,能被應用于第二階段;而在這些反應器,通過污泥顆粒的形成和生物質附著于攜帶物,可達到高固體滯留期。在一個青貯草料兩階段厭氧消化實驗中,一次投料瀝濾床工藝同厭氧過濾器連結在一起,以實驗室規模和中試規模兩種方式運行,所達到的甲烷產出為0.27-0.39m3甲烷/kg揮發性固體,揮發性固體去除率為59-60%。

    實際上,并非基質中的全部甲烷都能在厭氧消化器內滯留期中被抽取到,如果經消化的物料貯存在沒有氣體收集系統的無蓋貯存罐,這些潛在甲烷的一部分會經過自動降解,逸散到空氣,成為有害的溫室氣體。

    報告發表于《Biomass and Bioenergy》2008年No.8上的一個研究,評估了用瀝濾床反應器從青貯草料生產甲烷的適宜性。實驗還比較了由一個一次投料瀝濾床反應構成的一階段工藝和由瀝濾床反應器連同一個上流式厭氧污泥床構成的兩階段工藝的運行性能。實驗結果顯示,最高甲烷產出在沒有pH值調節的兩階段工藝獲得。在這種工藝中,青貯草料中的總甲烷潛力的66%,在55天固體滯留期中被提取出,而在一階段工藝,在相同的固體滯留期,青貯草料中的總甲烷潛力只有20%被提取出。在兩階段工藝,76-98%的總甲烷產出來自上流式厭氧污泥床反應器,這清楚地表明采用兩階段工藝的好處。

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