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发酵是沼气生产的基础，产生最终产品：甲烷 CH₄ (55 - 65%), 二氧化碳 CO₂ (30 - 35%)，氢气 H₂ (3-5%)、少量硫化氢和氨。从本质上讲，发酵结合了三个生物过程：水解、酸发酵和甲烷发酵。

每头牛每天秸秆粪便的沼气产量约为 1 - 1,8 m。

沼气的平均热值为 20 - 23 MJm3。

除沼气外，畜禽粪便的厌氧消化还可产生有价值的环保肥料，不含致病微生物群、蠕虫卵、杂草种子、亚硝酸盐和硝酸盐以及特定的粪便气味。

利用动物粪便、家禽养殖和农工综合体加工企业生产沼气的潜力非常大。

利用城市固体废物 (MSW) 生产沼气

近几十年来，世界各地消费量的急剧增加导致城市固体废物（MSW）的产生量显着增加。世界范围内垃圾处理的主要方法之一仍然是近地表地质环境中的掩埋。在这些条件下，废物会发生剧烈的生化分解，尤其会产生垃圾填埋气（LFG）。进入自然环境的SG排放会对当地和全球造成负面影响。为此，世界上许多发达国家正在采取特殊措施尽量减少SG排放。这实际上导致了世界工业的一个独立分支的出现，其中包括垃圾填埋气的提取和利用。

解决这一问题的主要方法是SG的提取和利用技术。对于垃圾填埋场的垃圾填埋气体的提取，使用以下示意图：垂直瓦斯排放井网络通过气体管道线路连接，其中压缩机装置产生将SG运输到使用地点所需的真空（图5.2）。 XNUMX）。收集和处置装置安装在垃圾填埋场外专门准备的场地上。

生物能源装置。沼气技术
图 5.2。沼气生产和利用工厂的框图

垂直井用于在城市固体废弃物填埋场提取SG。通常，它们均匀地分布在排土场范围内，相邻井之间的间距为 50 - 100 m。它们的直径在200-600毫米的范围内波动，深度由堆体的厚度决定，可以是几十米。钻井时，既使用常规钻井设备，又使用专用设备，使得建造大直径井成为可能。同时，选择这种或那种设备是由经济原因决定的。

每个井排出特定的固体废物块，有条件地具有圆柱体的形状。只要其流量不超过新形成的SG的体积，就能保证井作业的稳定性。对现有城市固体废弃物地层的气体生产率的评估是在初步现场气体地球化学研究过程中进行的。

瓦斯抽放系统的建设既可以在固体废物填埋场运行结束后进行全区建设，也可以按照填埋场的装填顺序在填埋场的各个区段进行。同时，应考虑到厚度至少为10 m的垃圾填埋体适合提取SG。还希望对计划建设 SG 收集系统的固体废物填埋场的区域进行开垦，即覆盖至少 30-40 厘米的土层。

平均10-50年瓦斯生成结束于堆放场，具体产气量为120-200立方米。米每吨城市固体废弃物。气体生产率和处理速度的显着变化取决于特定垃圾填埋场的环境条件。控制生物转化的参数包括湿度、温度、pH 值、有机组分的组成。

利用污水废物生产沼气 (WWW)

20多年来，西欧国家一直积极参与污水处理厂废物处理问题的实际解决。

利用 WWS 的常见技术之一是在农业中用作肥料。其占WWS总量的份额从希腊的10%到法国的58%不等，平均为36,5%。尽管这种废物处理方式很普及，但它正在失去吸引力，因为农民担心有害物质会在田间积累。目前，许多国家禁止在农业中使用废物，例如荷兰自 1995 年起就禁止使用废物。

废水焚烧处理在垃圾处理量中排名第三（10,8%）。按照未来的预测，其份额将增加到40%，尽管这种方法的成本相对较高。在锅炉中焚烧污泥将解决与其储存相关的环境问题，在燃烧过程中获得额外的能量，从而减少对燃料和能源的需求和投资。建议在火电厂使用半液态废物作为煤炭等化石燃料的添加剂来发电。

西方最常见的废水焚烧处理技术有两种：

单独燃烧（在液体流化床（FLB）和多级炉中燃烧）；
混烧（在现有的燃煤热电联产厂或水泥和沥青厂中）。

在分离燃烧的方法中，液层技术的使用最为流行；采用LCS的炉子运行最为成功。这些技术可以确保矿物成分含量高的燃料稳定燃烧，并通过在燃烧过程中与燃料灰中所含的石灰石或碱土金属结合来降低烟气中硫氧化物的含量。

使用废水处理的环境方面

对CHPP 燃烧的WWS、黑煤和褐煤的化学成分进行比较表明，WWS 和褐煤的元素组成差异不显着。 WWS（6,2% 水分）的碳含量比硬煤（24,5% 水分）少 12%，比褐煤（5% 水分）少 39%。煤中硫的比例与煤相比仅超出其比重0,2%，与褐煤相比仅超出其比重0,4%。 WWS中的氮含量与硬煤相当，比褐煤高2%。干物质比较表明，WS中的碳含量几乎减少了30%，硫和氮几乎没有变化。

WWS灰的化学成分和特性使其可以用作建筑道路材料（粒径大于1毫米），以及水泥添加剂或垃圾场填料。

废物处理的可能选择

处理污水污泥有六种替代方案，它们既基于根据俄罗斯或欧洲经验开发但尚未实际使用的新非传统技术，也基于已完成的“交钥匙”技术：

在基于处理设施滚筒干燥炉的旋风炉中进行焚烧（俄罗斯技术 - “Techenergokhimprom”，Berdsk）；
在基于处理设施汽包锅炉的旋风炉中进行焚烧（俄罗斯技术 - 新西伯利亚的“Sibtekhenergo”和巴尔瑙尔的“Biyskenergomash”）；
新型多级炉的分离燃烧（西方技术——“NESA”，比利时）；
在新型流化床炉中单独燃烧（西方技术——比利时“Segher”）；
在新型旋风炉中单独燃烧（西方技术 - 德国“Steinmuller”公司）；
在现有的燃煤热电联产厂混烧。

从畜禽养殖场废弃物中获取沼气

各种来源的可再生生物质资源每年大量积累或利用效率低下。

通过引入适当的技术和设备来生产木片、煤球、气体和液体燃料等燃料，可以有效利用生物质。

本次审查积累的实验材料有利于生物质的广泛利用：

生物质燃料在各类燃料中居世界第四位；
生物质占初级燃料和能源的 14%，在发展中国家高达 35%；
生物质用作燃料时更加环保 - 硫化合物和二氧化碳排放量更少₂ 在大气中；
生物质发电厂的投资回收期不超过2-4年。

然而，目前一些关于生物质直接燃烧及其厌氧消化的研究工作正在进行中。

利用林业和农业废弃物生产沼气

为了最大限度地在能源领域利用林业和农业废物，开发了一种分解工艺，该工艺包括在没有氧气（空气）的情况下高速加热，达到所需产品释放速率最大的温度。它旨在解决能源和环境问题。

每种原料的快速热解过程的参数、成分和释放产物的量均已预先确定。该装置是针对每种类型的原材料而开发的。最高加工温度由物质在凝聚相中的存在温度决定。

物质的高速加热提供了：对环境的能量损失最小化；产品释放到气相中的化学过程的最大速度；最大水分浓度及其用途。物质的加热速率必须超过加工物质中发生的物理化学过程的速率。液体燃料的产率为原料有机质量的70%。例如，1吨锯末可得到700升液体燃料。

无机成分和化学改性产物（类煤残渣）保留在固相中。类碳残留物的量由木质素含量决定，并且始终低于通过其他加工方法获得的残留物的量。

为了获得液体燃料的主要成分，气相被冷凝（过程中形成的低分子量产物不被冷凝）。气相，无论是否经过冷凝，都可以直接送去焚烧。燃料主要成分的燃烧热（热值）通常大于此类干燃料的热值。所以木材的发热量为4500大卡/公斤，液体燃料的燃烧热为5500大卡/公斤。液体燃料可用作内燃机中的发动机燃料。

该装置由电力或燃烧加工产品或原材料提供动力。

工艺优点：速度快，加工产品转化率高；安装主体尺寸小；单位加工产品能耗低；从反应产物中获得能量的成本低。

每天加工2吨原材料的装置成本为2,5万卢布。处理2吨锯末，可获得1,4吨液体燃料。年产液体燃料500吨，价格0,1美元/升，年营业额50万美元，投资回收期3年。

作者：马戈梅多夫 A.M.

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