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无线电电子与电气工程百科全书 利用沼气技术应用产品。 无线电电子电气工程百科全书
在沼气厂处理有机废物的过程中，获得两种主要产品——沼气和消化后的生物质，可用于农业、工业和家庭。 沼气的使用 使用沼气的主要方式是将其转化为热能、机械能和电能的来源。 然而，大型沼气厂可用于创建生产设施，为国民经济生产有价值的化学产品。 沼气可用于燃气燃烧装置，产生的能量可用于加热、照明、供应饲料制备工厂、操作热水器、燃气灶、红外线发射器和内燃机。 最简单的方法是在燃气燃烧器中燃烧沼气，因为可以从储气罐在低压下向沼气供应燃气，但更优选使用沼气来产生机械能和电能。 这将导致我们自己的能源基地的创建，以满足农场的运营需求。 表 17 沼气成分
燃气燃烧器 大多数可以使用沼气的家用电器的基础是燃烧器。 在大多数情况下，首选常压型燃烧器，使用与空气预混合的沼气进行操作。 燃烧器的燃气消耗量很难预先计算，因此燃烧器的设计和调整必须根据具体情况进行实验确定。 与其他气体相比，沼气需要更少的空气来点燃。 因此，传统的燃气器具需要更宽的喷嘴以允许沼气通过。 完全燃烧 1 升沼气大约需要 5,7 升空气，丁烷需要 30,9 升，丙烷需要 23,8 升。 标准燃烧器的修改和适应是一个实验问题。 对于适合使用丁烷和丙烷的最常见家用电器，可以注意到丁烷和丙烷的热值几乎比沼气高3倍，并且产生的火焰多2倍。 将燃烧器转换为沼气总是会导致设备运行水平降低。 燃烧器改造的实际措施包括：
燃气灶
在使用燃气灶之前，必须仔细调整燃烧器，以达到：
辐射加热器 农业中使用辐射加热器来达到在密闭空间内饲养仔猪和鸡等幼小动物的合适温度。 仔猪所需的温度在第一周开始为30-35°C，然后在第18周和第23周慢慢降至4-5°C。 通常，温度控制包括升高或降低加热器。 良好的通风是防止 CO 或 CO 浓度升高的必要条件2。 因此，必须时刻看管动物，并定期检查体温。 仔猪或鸡的加热器每小时消耗约 0,2 - 0,3 m3 沼气。 加热器的热辐射 辐射加热器通过陶瓷体实现红外热辐射，在火焰的作用下将陶瓷体加热至900-1000°C的鲜红色状态。 辐射加热器的加热能力由气体体积乘以净热值确定，因为 95% 的沼气能量转化为热量。 小型加热器的热能输出为1,5至10千瓦热能。
保险丝和空气过滤器 使用沼气的辐射加热器必须始终配备保险丝，以便在温度下降（即气体未燃烧时）时切断燃气供应。 沼气消耗 家用燃气燃烧器每小时消耗 0,2 - 0,45 立方米沼气，工业燃气燃烧器每小时消耗 3 至 1 立方米沼气。 做饭所需的沼气量可以根据每天做饭的时间来确定。 表 18. 生活所需的沼气消耗量
沼气发动机 沼气可用作汽车发动机的燃料，其效率取决于甲烷含量和杂质的存在。 化油器和柴油发动机都可以使用甲烷运行。 然而，由于沼气是一种高辛烷值燃料，因此在柴油发动机中使用它的效率更高。 为了运行发动机，需要大量的沼气，并在内燃机上安装额外的装置，使其能够使用汽油和甲烷运行。 燃气发电机 经验表明，在燃气发电机中使用沼气在经济上是可行的，燃烧1立方米沼气可产生3至1,6千瓦的电力。 通过使用发电机的电机冷却期间产生的热能来加热沼气厂的反应器，提高了沼气的使用效率。 沼气净化 为了使用沼气作为内燃机的燃料，需要预先净化沼气中的水、硫化氢和二氧化碳。 减湿
沼气中水分饱和。 沼气中水分的净化在于其冷却。 这是通过将沼气通过地下管道以在较低温度下冷凝水分来实现的。 当气体重新加热时，其中的水分含量显着降低。 这种沼气的干燥对于所使用的干气表特别有用，因为随着时间的推移，它们必然会充满水分。 降低硫化氢含量 沼气中的硫化氢与水混合后形成酸，导致金属腐蚀。 这严重限制了沼气在热水器和发动机中的使用。 从沼气中去除硫化氢的最简单、最经济的方法是在特殊过滤器中进行干洗。 作为吸收剂，使用金属“海绵”，由氧化铁和木屑的混合物组成。 利用0,035立方米的金属海绵，可以从沼气中提取3公斤的硫。 如果沼气中硫化氢的含量为3,7%，那么用这个体积的金属海绵，大约可以净化0,2立方米的气体中的硫化氢。 为了使海绵再生，必须将其在空气中放置一段时间。 材料成本最低、过滤器易于操作以及吸收器再生，使该方法成为保护储气罐、压缩机和内燃机免受因长期暴露于沼气中的硫化氢而引起的腐蚀的可靠方法。 氧化锌也是硫化氢的有效吸收剂，而且这种物质还有额外的优点：它还能吸收有机硫化合物（羰基、硫醇等）。 减少二氧化碳含量 减少二氧化碳含量是一个复杂且昂贵的过程。 原则上，二氧化碳可以通过吸收到石灰乳中来分离，但这种做法会产生大量石灰，不适合在大容量系统中使用。 二氧化碳本身是一种有价值的产品，可用于各个行业。 甲烷使用 化学家的现代研究为使用甲烷来生产烟灰（橡胶工业的染料和原材料）、乙炔、甲醛、甲醇和乙醇、亚甲基、氯仿、苯和其他有价值的化学产品开辟了巨大的机会以大型沼气厂为基础。 发动机的沼气消耗
与. 吉尔吉斯共和国崔地区彼得罗夫卡“农民”协会的沼气厂容量为 150 立方米，为 3 个农民农场的家庭需求提供沼气，并运行燃气发电机和 7 辆汽车 - UAZ 和 ZIL。 为了使用沼气，发动机配备了特殊装置，车辆配备了用于气体喷射的钢瓶。
农民协会的发动机生产1千瓦电力的沼气消耗平均值约为每小时0,6立方米。 在村里使用沼气作为汽车燃料。 彼得罗夫卡
沼气效率 燃气灶的沼气效率为 55%，内燃机的沼气效率为 24%。 最有效的沼气利用方式是热电联用，效率可达到 88%18。 使用沼气来运行燃气灶、采暖锅炉、饲料蒸笼和温室中的燃气燃烧器是吉尔吉斯斯坦农场沼气的最佳利用方式。 剩余沼气 如果装置产生过量沼气，建议不要将其释放到大气中 - 这会对气候产生不利影响，而是将其燃烧。 为此，在气体分配系统中安装了火炬装置，该系统必须与建筑物保持安全距离。 生物肥料的使用 沼气厂处理的有机废物转化为生物质，其中含有大量营养物质，可用作生物肥料和饲料添加剂。 发酵过程中形成的腐殖质物质改善了土壤的物理性质，矿物质作为土壤微生物活动的能量和营养来源，有助于增加植物对养分的吸收。 生物肥料的主要优点是它们以易于消化的形式保留了原料中几乎所有的氮和其他营养物质。 与自然腐烂的粪肥相比，生物肥料的一个显着优点是，当粪肥在沼气厂中发酵时，粪肥中含有的很大一部分蠕虫卵、病原微生物和杂草种子都会死亡。 肥料中的有机物 虽然矿物肥料中含有氮、钾和磷，但沼气厂粪便厌氧消化产生的生物肥料中的其他成分，如蛋白质、纤维素、木质素等，没有化学替代品。 有机物是微生物发育的基础，微生物负责将营养物质转化为易于被植物吸收的形式。 由于原料有机部分的分解和崩解，消化后的生物污泥以可利用的形式提供速效养分，这些养分很容易进入土壤，并立即可供植物和土壤微生物吸收。 腐植酸 生物肥料中存在的重要有机物质是腐殖酸。 它们提高植物对不利环境条件的抵抗力：干旱、高温和低温、有毒物质（农药、除草剂、重金属）、增加的辐射。 腐植酸有助于加速植物的生长发育、缩短生长季节、提早（8-10天）成熟并提高作物产量。 生物肥料中腐殖酸的含量以干物质计为13%至28%，其浓度取决于原料发酵过程的温度。 改善土壤质量 生物肥料中腐殖酸的含量对于吉尔吉斯斯坦的低腐殖质土壤尤其重要。 使用生物肥料可以使土壤中的植物残体快速腐殖化，形成稳定的腐殖质，有助于减少侵蚀程度，增加养分含量，改善吸湿性，提高土壤的减震和再生质量。 还观察到，与使用简单肥料相比，使用生物肥料时蚯蚓的活性有所增加8。 在碱性土壤上使用生物肥料会导致土壤中和并增加其含水量，这对于吉尔吉斯斯坦的干旱地区尤其重要。 生物肥料对植物影响的有效性 科学家和实践者已经对不同浓度和使用条件下的生物肥料作为发芽能量、种子发芽以及根系和茎发育的刺激剂的有效性进行了研究。 小麦 实验室测试 将从生物肥料中分离出的腐植酸添加到小麦种子发芽的培养基中表明，它们刺激了Lada、Intense和Bezostaya品种小麦籽粒的根和茎的伸长，使用1%和0,01时获得了最大的积极效果，XNUMX%解决方案。
农业研究所开展不同浓度的两种生物肥料对小麦发芽能、种子萌发及茎、根发育的影响实验，得到以下结果：
现场试验和实际结果 为确定生物肥料对小麦产量的影响，在吉尔吉斯NIIZ温室农场的12平方米的Jamin小麦品种上进行了田间试验，施肥进行了播前耕作和追肥。 土壤耕作、播种和植物护理均按照农业技术建议进行，不进行浇水。 当每公顷施用400升生物肥料时，每公顷的产量增加了5,3美分，而每公顷施用800升时，每公顷的产量比不使用生物肥料（2,2美分/公顷）增加了21,6美分。 2004 年，Chui 地区 Sokuluk 地区的“Bakyt”农场在 60 公顷的土地上每公顷种植了 12 公分的“Kyyal”小麦，使用的生物肥料按 1:50 的比例稀释，每公顷用量为 2 吨。 2004年，农民协会决定租赁一块不利的土地，以展示生物污泥作为肥料的有效性。 一块面积为 14 公顷的贫瘠多石土壤，由于产量低（每公顷 7-10 公分）而被废弃，今年取得了良好的成果 - 每公顷种植了 35 公分的 Polovchanka 小麦。 在另一块 6 公顷的土地上也得到了类似的结果——每公顷贫瘠的土壤中收获了 32,5 公分的“Intensivnaya”小麦。 耕前施肥量为每公顷3吨，灌溉期间每公顷施肥量为1吨。
玉米 生物肥料在蔬菜作物和青贮玉米栽培中的使用表明，施于根部时，需将生物肥料按1：20、1：40、1：50的比例加水稀释，视根部情况而定。肥料中腐殖酸的含量。 拉脱维亚农业科学院进行的实验表明，玉米产量增加了49%。
农民协会在每公顷耕前一次性施用生物肥料4吨后，青贮玉米产量增加了1,8倍。 大麦 吉尔吉斯农业研究所的实验室实验研究了不同浓度生物肥料对大麦发芽能、种子发芽、茎和根发育的影响。 使用0,01%、0,1%、1%、3%、6%浓度的溶液对大麦种子的发芽略有影响，但几乎所有浓度的生物肥料根系生长都会增加，特别是在3-6%浓度的生物肥料下。溶液，溶液浓度为 0,1% - 使茎显着增加（见图 45）。 西红柿、土豆和其他块茎类蔬菜 使用生物肥料时，西红柿和马铃薯的产量比对照品种增加了 15 - 27%。 生物肥料种植者报告称，种植前用液体肥料处理过的马铃薯的生长季节缩短了约2周。 同时，产量提高1,5-2倍。 拉脱维亚农业科学院对马铃薯进行了实验，结果显示使用生物肥料后产量增加了11-35%。 将番茄顶部压碎并在生物反应器中发酵形成碎腐素，这是一种获得专利的生物肥料，可让您在 Chui Valley 种植重量为 0,7-1,5 公斤的番茄。 研究人员对不同类型蔬菜作物进行的实验表明，使用生物肥料效果最明显的是块茎类蔬菜（萝卜、胡萝卜、马铃薯等）和果树。 吉尔吉斯农业大学在日本国际协力机构（JICA）的支持下最近进行的生物肥料应用实验取得了以下成果： 实验： 在该实验中，根据N范数，与NIOOPI20K90标准相当，计算了生物肥料的剂量，并在16次重复中达到XNUMX吨/公顷。
对马铃薯产量的分析表明，与使用矿物肥料的产量 27.9 吨/公顷相比，施用生物肥料的产量达到 26.1 吨/公顷，比施用矿物肥料低 6.5% 。 同时，不施肥对照地块的产量为22.5吨/公顷。 然而，施用生物肥料时的淀粉含量为14.7%，比施用矿物肥料时的淀粉含量（12%）高13.1%。 注：日本产量达30吨/公顷，淀粉含量15-16%。 表 20. 肥料对马铃薯品质指标的影响，%
甜菜 为确定生物肥料对甜菜产量的影响，在吉尔吉斯NIIZ温室农场的70平方米土地上进行了甜菜品种“K 30”的田间试验。 肥料用于播前耕作和追肥。 按照农业技术建议进行土壤耕作、播种和植物护理，进行了 8 次灌溉。 收获是手动进行的，对整个地块面积的根进行称重。 施肥带来的增幅差异很大，从 21%（每公顷施用 800 升生物肥料时）到 33%（每公顷施用 400 升生物肥料时），具体取决于土壤和气候条件、施肥规范、条款和方法。 KAU与JICA一起对甜菜进行了相同的实验。 实验：将沼气厂粪便处理后获得的生物肥料按照120Р140К45号的用量并按照氮标准施用20次（XNUMX吨/公顷）。 表 21. 肥料对甜菜根系产量的影响
表 22 肥料对甜菜根部蔗糖含量的影响
使用生物肥料时，每公顷块根作物的产量达到40.2吨/公顷，而使用矿质肥料可使块根作物的产量提高到40.3吨/公顷。 因此，生物肥料的有效性实际上并不逊色于矿物肥料。 同时，该土壤上未施肥的甜菜根产量为24.2吨/年。 使用生物肥料时，甜菜根部的蔗糖含量最高，达到 16.9%，而使用矿物肥料时，该数字会降低至 15.4%。 在日本，甜菜根的产量为50-55吨/公顷，含糖量为17%。 因此，检验生物肥料有效性的研究表明，它对马铃薯和甜菜的生长发育有积极作用，有助于显着提高这些作物的产量。 因此，可以预期，根据正在进行的研究结果，生物肥料将成为未来矿物来源的替代品。 黄豆 在吉尔吉斯斯坦国家工业园区进行大豆使用生物肥料有效性实验时，发现大豆对3%生物肥料溶液反应良好，实验第二天就发芽，并观察到芽形成。第五天。
棉 在贾拉拉巴德州巴扎尔科尔贡地区的一个私人农场对生物肥料对棉花产量影响的实地研究表明，在播种和第一次种植期间使用 10% 的生物肥料溶液，用量为 300 升/ ha使得棉花产量达到30美分/公顷。 使用粪肥的对照地块产量为20-25 c/ha，即使用生物肥料时棉花产量增加20% - 50%。 树木、灌木和草本植物 吉尔吉斯共和国国家科学院南部分院生物圈研究所进行的实地研究表明，使用生物肥料来形成各种水果、观赏植物和其他树木和灌木的插条根系的情况更为普遍。比使用传统昂贵的化学异生长素更有效。 实践证明，在山地草甸土上使用生物肥料种植天然牧草，经过两次切割，绿量可增加21%。 在拉脱维亚国营农场“Ogre”，在牧草上使用生物肥料后，经过3次刈割，产量增加了S倍，而在栽培草上，经过4次刈割后，产量增加了1,5倍。 生物肥料的应用 生物肥料的使用条款和费率 加工后的原材料在生长季节前不久施用于田间时最为有效。 在植物生长过程中可以额外施用生物肥料。 所需施用量和时间取决于特定植物。 为了保持卫生，用作食物的植物叶子不应通过叶面施肥来施肥。 以下是有效使用生物肥料的建议：
饲料添加剂 生物肥料在全世界范围内用作活性添加剂，以提高动物饲料的效率。 在原材料的厌氧处理过程中，生物肥料可以清除所有类型的病原微生物群落的污染，特别是在使用高温条件时。 此外，加工后的生物质获得了对饲料生产有利的新特性 - 其蛋白质浓度增加，富含维生素 B12 和其他有用物质。 以色列、菲律宾、加拿大和美国开发了利用沼气厂发酵的农业废物进行蛋白质和维生素补充剂的工业生产，此类补充剂的平均成本为每 12 吨 1 美元。 动物健康和饲料成分 动物身体的正常活动可以通过定期供应含有营养物质的食物来实现：脂肪、蛋白质、碳水化合物以及矿物盐、水和维生素。 营养素是满足身体消耗的能量来源，也是身体生长过程中使用的建筑材料。 蛋白质在动物所需的营养素中占有特殊的地位，因为它们不能被任何其他营养素替代。 如果蛋白质不足，身体的正常生长就会停止。 完整蛋白质主要包括动物来源的蛋白质，但一些植物（马铃薯、豆类等）也含有完整蛋白质。 维生素起到新陈代谢调节剂的作用。 目前，已分离和研究了动物体内必需的20多种维生素。 维生素 B12 对动物起着特殊的作用。 维生素 B-12 缺乏会导致发育不良、消化能力受损（尤其是蛋白质）、贫血（反刍动物干燥）、毛发僵硬和皮肤炎症。 在家禽中，维生素 B-12 摄入不足会导致胚胎和孵化雏鸡死亡率增加。 如果长期缺乏这种维生素，产蛋量也可能下降。 因此，从畜牧业的角度来看，饲料应含有动物所必需的易消化的基本元素、微量元素、一定量的完全蛋白质，还应含有维生素。 对饲料添加剂的需求 天然饲料往往不能满足动物必需物质含量的要求。 一般来说，植物性饲料无法满足动物对蛋白质和维生素的需求。 因此动物饲料中添加饲料添加剂——鱼粉、肉骨粉、豆粉。 生物肥料作为饲料添加剂 沼气厂处理过的粪便可用作饲料添加剂，因为它含有所有必需氨基酸和许多维生素，尤其是 B 族维生素，并且在加工和进一步制备过程中经过净化。 在中温和高温处理模式下，厌氧处理牛粪干物质中氨基酸总量分别为1和210 g/kg。 因此，畜禽粪便厌氧处理的产物是蛋白质饲料的重要来源。 饲料添加剂制备 获得饲料浓缩物的技术由俄罗斯生物化学研究所开发并推荐使用。 一个。 巴赫以及乌克兰酒精工业研究所。 它包括在沼气厂中处理粪便，从处理后的物质中分离粗残留物（秸秆等）并对生物肥料污泥进行脱水。 所得沉淀物在 60 - 70°C 的温度下干燥并粉碎成面粉。 当储存在不透光的包装或容器中时，它可以长期保持其品质。 使用该技术，每年可以从 1 头牛中获得最多 0,3 吨浓缩饲料，其中含有 30 克纯维生素 B-12。 这一量的精矿可富集1000多吨饲料19。 饲料添加剂剂量 根据UkrNIIselkhoz的建议，饲料强化的平均比例为每10公斤饲料干物质添加20-12微克维生素B-1。 为了确保更高的可靠性，建议在动物饲料中每公斤饲料干物质中添加 2,5 克干维生素浓缩物18。 喂养动物的效果 拉脱维亚、亚美尼亚、乌克兰等国的科研机构已对利用粪便厌氧处理的产物作为蛋白质和维生素饲料添加剂进行了研究。 在拉脱维亚 Ogre 国营农场的研究中，将来自生物肥料的干维生素浓缩物作为添加剂添加到公牛犊的饮食中（每公斤活重 10 克）。 结果是动物体重增加了 20%，动物消耗的干粮总量减少了 6-14%，动物健康状况得到改善。 生物肥料的储存 为了保持加工后的原料的施肥品质，即氮含量，可以将其在密闭容器中短时间储存，然后必须施用于田间。 施用生物肥料后，最好对土地进行犁耕或挖掘。 生物肥料的储存通常以下列形式之一进行：
液体储存 沼气系统出口直通生物肥料储罐。 必须防止因蒸发或渗漏而造成的液体损失。 在向田地施肥之前，将容器中的内容物混合，然后使用撒肥机或通过灌溉系统施用。 该方法的主要优点是氮损失低。 另一方面，产能需要大量的资金投入。 此外，在储存液体肥料时，有必要购买车辆将其运送到田间。 工作量还取决于肥料运输的距离。 烘干 在干燥和炎热的天气下可以干燥生物肥料。 干燥生物肥料的主要优点是减少了肥料的体积和重量。 干肥料也可以手动分配。 建造小型干燥罐的成本相对较低，但肥料损失了约90%的无机氮，约占总氮含量的50%。 在工业化国家，加工后的原材料通常使用分离器和过滤器分离成液体和粘稠部分。 然后液体部分返回反应器或用作肥料，而粘稠部分则被干燥或堆肥。 作为分离生物肥料液体和粘稠部分的简单技术，建议使用慢砂过滤器。 湿厚的物质可以撒入浅坑中或简单地放在表面上干燥。 根据气候的不同，有时需要大面积的干燥。 通过将浓稠物质与干燥物质混合可以减少干燥时间和营养物质的损失。 所有干燥方法的缺点是营养成分的损失。 因此，仅在液体肥料运输困难时才建议干燥。 堆肥 在堆肥过程中将回收材料与蔬菜废物混合可以减少氮损失。 生物肥料含有氮、磷和其他有用物质，会加速堆肥的腐烂过程。 此外，堆肥的高温杀死了反应器中存活的病原微生物群。 堆肥成品湿润、柔软，只需简单农具即可施于田间。 运送到田间更容易。 干燥的植物材料分层堆放，并用回收的生物污泥浇水。 植物材料与浓污水量的比率取决于植物材料和污泥的固体含量。 与干燥相比，堆肥的主要优点是减少生物肥料的养分损失。 添加生物肥料产生的堆肥非常有效并且具有长期效果。 施用生物肥料的设备 生物肥料施用技术的范围从手动施用到使用施肥机上的计算机的大型系统。 技术的选择取决于污水量和需要施肥的土地面积，以及财务能力和劳动力成本。
在发展中国家的小农场，使用水桶、喷壶、带带的容器、木制封闭推车、简易推车等来施用生物肥料。 应用生物肥料最经济的方法是使用运河网络或在灌溉系统中添加生物肥料。 两种选择都假设肥料储存地点的坡度对于灌溉系统为 1%，对于沟渠系统为 2%。 以最佳和最少劳动力密集的方式使用肥料是一个重要的规划参数。 在地形允许重力施肥的地区，必须特别注意沼气厂的正确位置。 在平坦地区，可以考虑将装置和农场提高到更高的水平。 使用液体施肥机施肥 撒肥罐从储存中装满，然后运输到田间进行施肥分配。 肥料通过孔喷洒到反光板上，由于其特殊的形状，扩大了喷雾的覆盖范围。 或者，可以旋转反射板。 通过移动软管系统直接应用 生物肥料被泵入分配系统，该系统向靠近地面的几根软管输送。 肥料直接施入地面，减少养分流失。 软管间距可根据不同作物进行调整。 用圆盘注射 土壤通过 2 个圆盘打开成 V 形槽，肥料通过软管流入其中。 然后将凹槽封闭。 这是在养分保留方面最先进的生物肥料施用方法。
在日本国际协力事业团 (JICA) 的支持下，开发了 2 种液体生物肥料撒播机 (LBR)：土壤表面的 LBR 和直接撒入土壤的 LBR。 在KNAU教育农场的实验田上，这些撒肥机通过了使用生物肥料的初步实验测试，其实际性能得到了证实。 目前，仍在继续改进撒布机工作机构的设计（消除喷嘴堵塞、扩大撒布覆盖面积等）。 作者：Vedenev A.G.、Vedenev T.A.
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