蔬菜类沼气厌氧发酵工艺条件及经济分析研究

I蔬菜类沼气厌氧发酵工艺条件及经济分析研究摘要随着能源紧张和环境污染问题的日益突出，本世纪全球直接面临着能源资源的匮乏导致的全球能源危机和一次能源消耗增长带来的日益严重的环境危机。我国正处于经济高速发展时期，能源消费的增长速度接近甚至超过了国民经济的发展速度，部分能源紧缺的趋势必将随着我国经济的快速增长日益加剧。同时，随着全球气候变暖和大气环境质量的急剧恶化，我国的环境污染问题也日益凸显。这些都必将制约我国未来的能源、经济、社会的发展。因此，如何寻求未来能源发展契机，缓解能源供需矛盾和有效控制环境污染是我国乃至全世界都在面临的两大难题。沼气是一种可再生无污染的优质燃料，代替秸秆和煤，不仅可以减少一次能源的消耗，还有助于减少CO2、SO2等有害气体的排放。沼气技术用于处理畜禽粪便、工业有机废水、生活污水、城市有机垃圾等生物质废弃物可以得到最完全最彻底的利用，是我国目前大力发展的四大重点可再生能源项目之一。因此，合理利用生物质资源，发展沼气产业是缓解我国能源供需缺口、减少环境污染的有效途径，也是我国实现可持续发展的重要内容之一，具有重要的现实意义。II本文采用实验与理论分析相结合的方法,研究了可供农作物黄瓜藤发酵制备沼气的工艺参数确定和破碎能耗经济性计算的有效方法。本文的主要研究成果及结论如下:(1)介绍了农作物的主要破碎方式,对不同厂家生产的农作物秸杆破碎能耗进行了分析,在相同破碎出力条件下,破碎粒度越小,能耗越高。工程实际中可根据不同粒径的需求,尽量降低破碎能耗。(2)以常见农作物—黄瓜藤叶为原料，通过中温条件，连续投料的方式，研究了不同因素对黄瓜藤叶产气特性的影响。其中包括黄瓜藤的青枯比和活性污泥的投配率等因素，实验结果显示，黄瓜藤的新鲜度能有效影响厌氧发酵的产气总量和产甲烷气体量，同时也影响产气速率。(3)通过添加不同投配率的活性污泥在中温条件下进行厌氧消化反应研究，投加污泥的方式是每天投加，通过分析反应过程中的产气总量、产甲烷气体量、pH等指标对投配率为5%，7%和10%的影响，用来探究厌氧发酵产气特性和稳定性能。关键词：厌氧发酵沼气制取能耗分析VegetablesbiogasanaerobicfermentationprocessconditionsandeconomicanalysisIIIIVABSTRACTWiththeincreasinglyprominentproblemsofenergyshortagesandenvironmentalpollution,thewholeworldinthiscenturyhasimmediatelyexperiencedglobalenergycrisescausebyinsufficientenergyresourcesandanincreasinglyseriousenvironmentalcrisisbroughtaboutbythegrowthofenergyconsumption.Ourcountryisintheperiodofrapideconomicdevelopment.Chinesegrowthrateofenergyconsumptionisclosetoevenhigherthanthespeedofdevelopmentinnationaleconomy.ThetrendofshortagesinsometypesofenergywillbecomeincreasinglyseriouswiththefastincreaseinChineseeconomy.Meanwhile,withglobalwarmingandsharplydeterioratedqualityofatmosphericenvironment,Chineseproblemsonenvironmentalpollutionareincreasinglyprominent.AlltheseproblemswillundoubtedlyrestrictChinesefuturedevelopmentsonenergy,economyandsociety.Therefore,Chinaandeventheworldarefacedwithtwobigproblemswhicharehowtofindtheopportunitiestodevelopfutureenergy,andthereliefforthecontradictionbetweensupplyanddemandofenergyandeffectivecontroloftheenvironmentpollution.Biogaswhichcantaketheplaceofstrawandcoalisatypeofrenewablepollution-freepremiumfuel.Itcannotonlyreducetheconsumptionofprimaryenergy,butalsocontributetodecreasetheemissionsofharmfulgassuchasCO2,SO2andsoon.Biogastechnologyisusedtodealwithandmakefulluseofbiomasswastesuchaslivestockandpoultrywaste,industrialorganicwastewater,sewage,urbanorganicwasteandsoforth.ItisatpresentoneofthefourkeyprogramsinChinagreatlydevelopedinrenewableenergy.Hence,reasonableuseofbiomassresourcesandthedevelopmentonbiogasindustrywhichareofgreatpracticalsignificanceareeffectivewaystoeasetheshortagebetweenenergysupplyanditsdemandandtoreducethepollutiontotheenvironment,andarealsoimprotantcontentsofachievingsustainabledevelopmentinourcountry.Thisarticleadoptsthemethodofcombiningexperimentandtheory,researchforcropstrawpreparationofbiogasfermentationbiogasprojectsforprocessselection,processparametersandeffectivemethodofefficiencycalculation.Inthispaper,themainresearchresultsandconclusionsareasfollows：（1）introducesthemainwaybrokencrops,fordifferentmanufacturerscropstrawbreakingenergywereanalyzedunderthesameconditionscrushingoutput,crushingsmallertheparticlesize,thehighertheenergyconsumption.Engineeringpracticeaccordingtotheneedsofdifferentsize,tominimizeenergyconsumptionbroken.（2）incommoncrops-cucumbervineleavesasrawmaterials,throughthetemperatureconditions,continuousfeedingoftheway,theeffectsofdifferentfactorsoncucumbervineleavesgasproperties.IncludingcucumbervinesofRalstoniaratioandactivatedsludgedosingrateandotherfactors,theexperimentalresultsshowthatthefreshnessofcucumbervinescaneffectivelyinfluencethetotalgasVproductionandtheamountofmethanegasproducedbyanaerobicfermentation,butalsoaffectgasproductionrate.（3）Byaddingactivesludgedifferentdosingratesinthetemperatureanaerobicdigestionreactionconditionsstudieddosingsludgewaydailydosing,thetotalgasproductionbyanalyzingthereactionprocess,theamountofmethanegas,pH,etc.indicatorsofdosingrateof5%,7%and10%oftheimpact,toexploretheanaerobicfermentationgaspropertiesandstability.KEWWORDS:AnaerobicfermentationBiogasPreparationAnalysisofEnergyConsumption12第一章绪论1.1课题背景1.1.1我国一次能源消费状况《中国的能源状况与政策(2012)》一书指出,我国化石燃料的人均拥有量较低，煤炭、石油和天然气的人均占有量分别为世界平均水平的67%、5.4%和7.5%。随着我国经济的快速发展,我国一次能源的消费量逐年增长。根据国家统计局统计公报的有关数据,通过分析,可得出我国能源消费总量的变化情况,如图1.1所示[1]。从图1.1可以看出,我国2011年的能源总产量为31.8亿吨标准煤,同比增长7.1%。煤炭是我国主要的一次能源，占能源总量的70%以上,石油、天然气、水电、核电、风电等不同种类的一次能源在我国一次能源结构中的比例如图1.2中所示。为了改善我国的一次能源结构,实现经济与能源的可持续健康发展,我国十分重视新能源与可再生能源的发展,在政策导向、经济补偿和技术研发等方面加大了新能源与可再生能源的支持和投资的力度。2005年,全国人大颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，2007年国家发改委公布了《可再生能源中长期发展总体规划》。在《可再生能源中长期发展总体规划》中，规划指出到2020年可再生能源在我国的一次能源消费中所占的比例将达到15%。3图1.1能源生产总量（万吨标准煤）图1.2各能源占能源生产总量的比重（%）1.1.2国内外新能源与可再生能源发展状况化石燃料的大规模应用推动了第一次工业化革命,促进了人类经济规模的快速增长和生活水平的大幅度提高。在过去100多年里，大规模利用化石燃料的过程中,化石燃料能源化利用排放的温室气体（CO2）、酸性气体(硫化气体)和粉尘,造成全球性的环境污染和生态破坏。同时,化石燃料的资源量也在快速地减少。为了实现经济、能源和环境的和谐发展,在20世纪出现能源危机以来,各国逐渐认识到改变能源消费结构的重要性,加大了新能源与可再生能源的研发力度,投入了大量的人力和物力,使新能源与可再生能源在全球一次能源消费结构中所占的比例逐年上升。世界一次能源消费结构的预测结果和中国一次能源消费结构的预测结果,如图1.3。4图1.3世界及中国一次能源消费结构预测图从图1.3可以看出,不论是在亚洲,还是在全球,可再生能源在一次能源消费结构中所占的比例都逐年增加。由于各国都十分重视可再生能源的健康发展,可再生能源实际的增长速度,