|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
无线电电子与电气工程百科全书 生物燃料。 原材料的成分及其加工参数。 无线电电子电气工程百科全书
微生物学 利用有机废物生产沼气和生物肥料是基于废物在厌氧分解过程中释放沼气的特性，即无氧条件。 这个过程称为甲烷发酵，由于有机物质被两大类微生物（酸和甲烷）分解而分三个阶段进行。 沼气生产的三个阶段 沼气生产过程可分为三个阶段：水解、氧化和甲烷形成。 这一系列复杂的转化涉及许多微生物，其中主要是产甲烷细菌，图 8 显示了其中的三种类型。 XNUMX.
水解 在第一阶段（水解）中，有机物通过微生物的胞外酶（纤维、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶）进行外部发酵。 细菌将复杂碳氢化合物、蛋白质和脂质的长链分解成较短的链。 发酵 产酸细菌参与沼气形成的第二阶段，将复杂的有机化合物（纤维、蛋白质、脂肪等）分解成更简单的化合物。 同时，发酵培养基中出现初级发酵产物——挥发性脂肪酸、低级醇、氢气、一氧化碳、乙酸和甲酸等。这些有机物是产甲烷菌的营养来源，产甲烷菌将有机物转化为甲烷。酸转化为沼气。 甲烷生成 参与第三阶段的产甲烷细菌分解低分子量物质。 它们利用氢气、二氧化碳和乙酸。 在自然条件下，产生甲烷的细菌存在于厌氧条件下，例如水下、沼泽中。 它们对环境变化非常敏感，因此气体排放的强度取决于产甲烷细菌的生存条件。 细菌共生 产甲烷菌和产酸菌共生相互作用。 一方面，产酸细菌为产甲烷细菌创造了具有理想参数的气氛（厌氧条件、低分子量化学结构）。 另一方面，产甲烷微生物利用产酸细菌的中间化合物。 如果这种相互作用没有发生，反应器就会形成不适合两种微生物活动的条件。 发酵过程的参数和优化 产酸和产甲烷细菌在自然界中随处可见，特别是在动物粪便中。 例如，牛的消化系统含有粪便发酵所需的各种微生物，而甲烷发酵的过程本身就是从肠道开始的。 因此，通常将牛粪作为原料装入新的反应器中，在反应器中开始发酵过程只需提供以下条件即可：
参与甲烷形成三个阶段的每种不同类型的细菌都受到这些参数的不同影响。 参数之间也存在密切的相互依赖性（例如，发酵时间取决于温度），因此很难确定每个因素对沼气产生量的确切影响。 维持反应器中的厌氧条件 产甲烷细菌的生命活动只有在沼气厂反应器中没有氧气的情况下才可能进行，因此，有必要监测反应器的密封性以及反应器中是否缺乏氧气。 符合温度条件 发酵过程的温度范围 保持最佳温度是发酵过程中最重要的因素之一。 在自然条件下，沼气的形成发生在 0°C 至 97°C 的温度下，但考虑到处理有机废物以生产沼气和生物肥料的过程的优化，区分了 3 种温度范围：
最低平均温度 细菌产生甲烷的程度随着温度的升高而增加。 但是，由于游离氨的量也会随着温度的升高而增加，因此发酵过程可能会减慢。 平均而言，只有当年平均温度约为20°C或更高，或日平均温度至少达到18°C时，没有反应器加热的沼气厂才能表现出令人满意的性能。 在平均温度为 20-28°C 时，气体产量会不成比例地增加。 如果生物质的温度低于 15°C，气体产量将非常低，以至于没有隔热和加热的沼气厂在经济上不再可行8。 最佳原料温度 关于不同类型原材料的最佳温度范围的信息有所不同，但根据吉尔吉斯斯坦“流体”工厂在牛、猪和家禽混合粪便上运行的经验数据，中温温度范围的最佳温度嗜热温度为 36 - 38°C，嗜热温度为 52 - 55°C。在没有温度控制的未加热装置中观察到嗜热温度条件。 在精神模式下，沼气的最强烈释放发生在 23°C。 原料温度变化 生物甲烷化过程对温度变化非常敏感。 这种敏感性的程度又取决于原材料加工的温度范围。 在发酵过程中，温度变化范围为：
嗜热或嗜温模式？ 高温发酵工艺的优点包括：提高原料的分解速度，从而提高沼气产量，并且几乎完全消灭原料中含有的病原菌。 高温分解的缺点是：加热反应器中的原料需要大量的能量，发酵过程对最小温度变化的敏感性以及所得生物肥料的质量稍差。 中温发酵模式保留了生物肥料的高氨基酸成分，但原料消毒不如高温模式彻底。 营养成分 对于甲烷细菌的生长和发挥作用，原材料中存在有机和矿物质营养物质是必要的。 除了碳和氢之外，生物肥料的制造还需要足够的氮、硫、磷、钾、钙和镁以及一些微量元素——铁、锰、钼、锌、钴、硒、钨、镍等。 常见的有机原料——动物粪便——含有足够量的上述元素。 发酵时间 最佳消化时间取决于反应器负荷剂量和消化过程的温度。 如果发酵时间选择太短，则当消化的生物质被排出时，细菌被从反应器中冲出的速度快于它们繁殖的速度，并且发酵过程实际上停止。 原料在反应器中暴露时间过长，达不到在一定时间内获得最大量沼气和生物肥料的目标。 反应堆周转时间 在确定最佳发酵持续时间时，使用术语“反应器周转时间”。 反应器周转时间是装入反应器的新鲜原料被处理并从反应器排出的时间。 对于连续加载的系统，平均发酵时间由反应器体积与每日原料体积的比率确定。 在实践中，反应器周转时间根据发酵温度和原料成分按以下间隔选择：
原料的日剂量 原料的每日装载剂量由反应器的周转时间决定，并且随着反应器中温度的升高而增加。 如果反应器周转时间为10天，则每日负荷量为所负荷原料总量的1/10。 如果反应器的周转时间为20天，则每天的负荷份额将为所负荷原料总量的1/20。 对于在高温模式下运行的工厂，负载分数最高可达反应器总负载的 1/S。 原料加工时间 发酵时间的选择还取决于所加工原料的类型。 对于在中温温度条件下加工的以下类型的原料，释放最大部分沼气的时间大约为：
酸碱平衡 pH 产甲烷细菌最适合生活在中性或微碱性条件下。 在甲烷发酵过程中，产沼气的第二阶段是酸性细菌的活跃阶段。 此时，pH值降低，即环境变得更加酸性。 然而，在正常的过程中，反应器中不同菌群的生命活动是同等有效的，并且酸是由甲烷细菌处理的。 最佳pH值根据原料的不同而变化，从6,5到8,5。 您可以使用石蕊试纸测量酸碱平衡水平。 酸碱平衡值将与纸张浸入可发酵原料时所获得的颜色相对应。 碳氮比 影响甲烷发酵的最重要因素之一是加工原料中碳氮的比例。 如果C/N比率过高，则氮的缺乏将成为甲烷发酵过程的限制因素。 如果这个比例太低，就会形成大量的氨，从而对细菌产生毒性。 微生物需要氮和碳才能同化到其细胞结构中。 各种实验表明，碳氮比为 10 至 20 时沼气产量最大，最佳值根据原料类型而变化。 为了实现高沼气产量，需要混合原材料以达到最佳的碳氮比。 表 2. 有机物的氮比和碳氮比。
选择合适的原料水分 原料代谢畅通无阻是细菌高活性的先决条件。 只有当原材料的粘度允许细菌和气泡在液体和所含固体之间自由移动时，这才有可能。 农业废弃物中含有各种固体颗粒。 原材料中的固体和干物质 固体颗粒，例如：沙子、粘土等，会导致沉积物的形成。 较轻的材料上升到原材料的表面并在其表面形成硬壳。 这导致气体形成减少。 因此，建议在装入反应器之前将植物残渣：秸秆、边角料等彻底切碎，力争保证原料中没有任何固体物质。 干物质含量由粪便的水分含量决定。 在湿度为 70% 时，原料含有 30% 的干物质。 表 4 给出了各种动物种类的粪便和排泄物（粪便和尿液）的大致水分含量。 表 3 每 1 只动物粪便和排泄物的数量和湿度
装入装置反应器的原料湿度冬季必须至少为 85%，夏季必须至少为 92%。 为了达到原料的正确水分含量，通常用热水稀释粪便，稀释量由公式确定：RH = NP((B2 - B1):(100 - B2))，其中H是粪便的装载量，B1是粪便的初始含水量，B2是原料所需的湿度，RH——水量，单位为升。 该表显示了将 100 公斤粪便稀释至 85% 和 92% 湿度所需的水量。 表4 达到每100公斤粪便含水量所需的水量
定期混合 为了沼气厂的高效运行并保持反应器内原料发酵过程的稳定性，定期混合是必要的。 混合的主要目的是：
在选择合适的混合方式和方法时，需要考虑到发酵过程是不同菌株细菌之间的共生，即一种细菌可以喂养另一种细菌。 当群落崩溃时，发酵过程将毫无成效，直到形成新的细菌群落。 因此，搅拌过于频繁或时间过长、剧烈是有害的。 建议每隔4至6小时缓慢搅拌一次原料。 过程抑制剂 发酵有机物质不应含有对微生物生命活动产生负面影响的物质（抗生素、溶剂等）。 有些无机物质也不有助于微生物的“工作”，因此您不能使用合成洗涤剂洗衣服后剩余的水来稀释粪便。 即使沼气生产中不使用有毒材料，过高浓度的单个物质或食盐也会阻碍细菌的生长，从而阻碍沼气的产生。 表 5 给出了一些最常见无机物质的上限。 表 5. 常见无机抑制剂的延迟限制
原料种类 牛粪 牛粪是沼气厂最适合加工的原料，因为牛胃中已经含有产生甲烷的细菌。 牛粪的同质性使我们推荐将其用于连续消化设备。 通常，新鲜粪便与水混合，并从中选择未消化的秸秆，以防止沉积和结皮。 牛尿会显着增加沼气的产生量，因此建议建造具有混凝土地板的农场，并将排泄物直接排入混合原料的容器中。 猪粪 当猪圈和猪栏没有铺砌表面（混凝土、木材等）时，只能使用粪便。 必须用水稀释以达到加工所需的正确稠度。 用水稀释的粪便必须沉降在容器中，以便粪便中存在的沙子和小石头沉降并且不会进入反应器。 否则，进入反应器的沙土会堆积在反应器底部，需要经常清理。 与牛粪一样，建议建造具有混凝土地板的农场，并将粪便直接排放到混合容器中。 绵羊和山羊粪便 对于没有路面饲养的绵羊和山羊，情况与猪粪的情况类似。 由于山羊养殖场实际上是唯一能够收集足够数量粪便的地方，而且即使如此，也只能使用秸秆垫料，因此沼气厂的原材料主要是粪便和秸秆的混合物。 大多数处理此类原材料的系统都以批量装载模式运行，其中粪便、秸秆和水的混合物在没有事先准备的情况下被供给，并且在反应器中保留的时间比纯粪便更长。
鸡粪 为了处理鸡的粪便，建议将鸡关在笼子里或在适合收集粪便的有限区域安装栖息处。 如果将鸡饲养在地板上，粪便中沙子、锯末和稻草的比例就会过高。 与使用其他类型的原材料相比，有必要考虑可能出现的问题并更频繁地清洁反应器。 鸡粪与牛粪结合良好，可一起加工。 当使用纯家禽粪便作为原料时，存在高浓度氨的危险。 这可能会导致安装效率低下。 大便 如果粪便在沼气厂中进行处理，厕所的设计应能用少量的水冲走粪便。 必须保证其他水源的水不进入厕所，冲水量应限制在0.S-1升水，防止原料过度稀释。
气体输出和甲烷含量 气体产量通常以每千克粪便中所含干物质的升数或立方米来计算。 表格显示了机组在中温模式运行时，不同类型原料发酵10-20天后每公斤干物质的沼气产量值。 要使用表格确定新鲜原料的沼气产量，首先需要确定新鲜原料的水分含量。 为此，您可以干燥一公斤新鲜粪便并称重干燥残留物。 粪便含水率的计算公式为：（1-干粪便重量）×100%。 表 6 使用不同类型原料时的沼气产量和甲烷含量
您可以计算出具有一定水分含量的新鲜粪便相当于 1 公斤干物质的量，如下所示：从 100 中减去粪便水分含量的百分比，然后用 100 除以该值： 100：（100% - 水分含量）。 例1：如果确定作为原料的牛粪的含水量为85%，那么1公斤干物质相当于100：（100-85）=约6,6公斤新鲜粪便。 这意味着，从 6,6 公斤新鲜粪便中，我们可以获得 0,2S0 - 0,320 m3 沼气，而从 1 公斤新鲜牛粪中，我们可以获得少 6,6 倍的沼气：0,037 - 0,048 m3 沼气。 示例2：您确定猪粪的含水量为80%，这意味着1公斤干物质将等于5公斤新鲜猪粪。 由表可知，1千克干物质（或5千克新鲜猪粪）释放沼气0,340-0.S80立方米。 这意味着1公斤新鲜猪粪排放沼气0,068-0,116立方米。 近似值 如果已知每日新鲜粪便的重量，那么在吉尔吉斯斯坦的条件下每日沼气产量大约如下：
必须记住，给出的近似值是针对含水量为 85% - 92% 的成品原材料。 沼气重量 沼气的体积重量为每1,2立方米1千克，因此，在计算产生的肥料量时，需要从加工原料的量中减去它。 每头牛日均负荷原料55公斤，每头牛日产沼气1,5~2,0立方米，沼气厂加工过程中原料质量将减少3~4%。 剥离问题 如果观察到大量气体，但其可燃性不够，这通常意味着反应器中的进料表面已形成泡沫或结皮。 如果气压非常低，这也可能意味着结壳形成堵塞了燃气管道。 必须除去反应器内原料表面的结皮。 去除地壳 沼气厂反应器中原料表面形成的结皮的特点是它不是脆性的，而是粘性的，并且会在短时间内变得非常坚硬。 要摧毁它，你需要保持它湿润。 也就是说，外壳可以用水浇在上面或浸入原料中。 原材料分拣 秸秆、草、草茎甚至刚刚干燥的粪便浮到原料表面，干燥的矿物质沉积在反应器底部，随着时间的推移可以关闭排放孔或减少反应器的工作面积。 如果原料准备得当，含水量不太高，就不会出现这个问题。 成品原料 使用新鲜牛粪时，不存在结皮问题。 当原材料中存在固体和未分解的有机物质时，就会出现问题。 在建造工厂之前，必须检查动物饲料和粪便是否可以在反应器中进行处理。 可能需要仔细研磨饲料，在这种情况下，最好提前计算额外成本。 对于猪粪和家禽粪便来说，原料中的固体含量问题要严重得多。 鸡啄过的沙子和粪便中的羽毛使鸟粪成为一种困难的原料。 原料组成 国外和吉尔吉斯斯坦的科学家对沼气厂加工前的原料化学成分进行了研究。 表 7. 沼气厂加工前的原料组成
粘性 由于在稳定条件下发酵，固体物质（秸秆等）的量减少了50%，因此加工过程中原料的粘度明显降低。 气味 生物肥料的气味比所用原材料（粪便、尿液）的气味要淡得多。 只要有足够的发酵时间，几乎所有有气味的物质都会被完全处理掉。 营养成分 生物肥料的营养特性由其含有的有机物质和化学元素的量决定。 生物肥料中储存了植物的所有养分，如氮、磷、钾、镁，以及植物生长所需的微量元素和维生素。 碳氮比例（约1：15）对土壤质量有有利影响。 表 8 显示了生物肥料的大致养分含量。 表 8 生物肥料中元素含量（克/千克干物质）
磷酸盐和钾 原料发酵过程中磷酸盐含量（植物直接吸收的磷的形式）不发生变化。 在这种形式下，总磷含量的约50%可以被植物吸收。 发酵不影响钾含量，其中75%至100%可被植物吸收。 氮 与磷酸盐和钾不同，一些氮在发酵过程中发生变化。 新鲜粪便中约75%的氮成为有机大分子的一部分，其余25%以矿物质形式存在。 经过沼气厂处理后，生物肥料中约 50% 的氮为有机形式，50% 为矿物质形式。 矿质氮可以被植物直接吸收，但有机氮必须首先被土壤微生物矿化。 作者：Vedenev A.G.、Vedenev T.A.
花园疏花机
02.05.2024 先进的红外显微镜
02.05.2024 昆虫空气捕捉器
01.05.2024
▪ 黄蜂对抗蜱
▪ 文章 上帝不允许看到俄罗斯的叛乱，毫无意义和无情。 流行表达 文章评论： Анатолий 谢谢！ 一篇高质量的文章，对材料进行了详细而深入的介绍。 客人 超级棒，我做到了！
www.diagram.com.ua | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
查看其他文章 部分 
科技、新电子最新动态：
本页所有语言