畜禽糞便厭氧消化沼氣發(fā)電行業(yè)的現(xiàn)狀分析

1、畜禽糞便厭氧消化沼氣發(fā)電行業(yè)的現(xiàn)狀分析作者：徐曉秋 王鋼 劉偉 李北城 秦國輝 發(fā)布時(shí)間：2012.05.17來源：黑龍江省科學(xué)院科技孵化中心0前言畜禽糞便是畜禽排泄物的總稱，是糧食、農(nóng)作物、秸稈和牧草等形態(tài)生物質(zhì) 的轉(zhuǎn)化形式，主要包括畜禽排出的糞便、尿及其與雜草和沖洗廢污水的混合物。 隨著國家政策的大力扶植和養(yǎng)殖業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，我國畜禽飼養(yǎng)量不斷增 加，畜禽糞便排放量也必然增加，由此造成的環(huán)境污染將會(huì)更加嚴(yán)重。沼氣是有機(jī)物經(jīng)微生物厭氧消化而產(chǎn)生的可燃性氣體，由于這種氣體經(jīng)常產(chǎn) 生于沼澤地和池沼中，因此稱為沼氣。沼氣是多種氣體的混合物，其中甲烷(CH4) 含量通常在55%70%之間，其余

2、為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化物，是一種良 好的氣體燃料，其特性與天然氣相似，可以完全代替汽油或柴油進(jìn)行發(fā)電。隨著 大型沼氣工程的大量建設(shè)和沼氣綜合利用的不斷發(fā)展，沼氣發(fā)電技術(shù)逐漸被廣泛 利用，這種技術(shù)是將厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣用于裝有綜合發(fā)電裝置的發(fā)動(dòng)機(jī) 上，以產(chǎn)生電能和熱能。沼氣發(fā)電技術(shù)是實(shí)現(xiàn)畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、有機(jī)生活 垃圾以及生活污水等各類生物質(zhì)資源能源化利用的有效途徑之一，具有高效、節(jié) 能、安全和環(huán)保等綜合效益。1畜禽糞便處理的必要性隨著人們生活水平的不斷增加，人們對(duì)畜禽產(chǎn)品的需求量不斷增大，國家興 建了許多集約化的畜禽養(yǎng)殖場，由此產(chǎn)生了大量的畜禽糞尿不經(jīng)處理就排放到環(huán) 境中，不僅

3、污染了地表水和地下水，而且也會(huì)導(dǎo)致病原菌的擴(kuò)散，對(duì)畜禽及人類 的健康構(gòu)成威脅，因此，變廢為寶，將畜禽糞便無害化和資源化，最大限度地滿 足環(huán)境的可接受性和經(jīng)濟(jì)上的可行性，成為人們追求的目標(biāo)。1.1對(duì)土壤的影響畜禽糞便中富含有農(nóng)作物生長所需的營養(yǎng)元素，如有機(jī)物和氮、磷、鉀等養(yǎng) 分，還含有鈣、鎂、硫等多種礦物質(zhì)及微量元素，在滿足作物生長需要的同時(shí)， 對(duì)提高土壤肥力改良土壤性質(zhì)和增加作物產(chǎn)量都有很好的作用。但由于畜禽糞便的產(chǎn)生量過大，如大量使用糞便作為肥料會(huì)危害農(nóng)作物土壤 表面水和地下水水質(zhì)2003年全國畜禽糞便產(chǎn)生量約31. 9億t，超過農(nóng)業(yè)廢 棄物的60%，是工業(yè)廢棄物的3. 2倍，且畜禽糞便中含

4、有大量的氮 磷鉀和部 分重金屬元素，處理不當(dāng)容易造成對(duì)土壤 水源空氣的污染，危害人類健康。1.2對(duì)水體的污染畜禽糞便淋溶性極強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過化肥的淋溶性，若不及時(shí)采取措施，便會(huì) 污染地表水，進(jìn)而通過土壤滲濾污染地下水，畜禽糞便中含有大量的有機(jī)物氮、 磷、鉀等營養(yǎng)元素，同時(shí)含有大量的致病菌等污染物，還伴有惡臭氣味我國每年 畜禽糞便總量超過10億t，其中有25%的畜禽糞污流失到水體中未經(jīng)處理的高濃 度有機(jī)廢水的集中排放，大量消耗水體中的溶解氧，使水體變黑發(fā)臭；水中N、 P等營養(yǎng)物促使水體富營養(yǎng)化，或使地下水中的硝態(tài)氮或亞硝氮濃度增高，這些 因素是造成江河湖泊水體污染的重要原因之一。1.3對(duì)空氣的污染畜

5、禽糞尿中含有碳水化合物和含氮有機(jī)化合物，在有氧和無氧條件下都可分 解有機(jī)碳水化合物在有氧條件下分解生成二氧化碳和水并釋放熱能，在無氧條件 下分解不完全，產(chǎn)生甲烷、有機(jī)酸和各種醇類，這些物質(zhì)略帶臭味和酸味。氮沉降是構(gòu)成當(dāng)前環(huán)境危害的重大因素，它可造成酸雨、水體富營養(yǎng)化，甚 全導(dǎo)致同溫層臭氧濃度的變化。畜禽糞便大量堆積發(fā)酵產(chǎn)生的有害氣體，含有氨、硫化氫、甲基硫醇等，嚴(yán) 重影響空氣質(zhì)量。這些氣體不僅使人產(chǎn)生不愉快的感覺，而且引起家畜的呼吸道 疾病，使動(dòng)物的免疫力下降，影響畜禽產(chǎn)品質(zhì)量。1.4造成寄生蟲、有害微生物的傳播畜禽糞便中含有大量的病原微生物和寄生蟲卵，如不及時(shí)處置，會(huì)滋生蚊蠅， 使環(huán)境中的病

6、原種類增多，病原菌和寄生蟲蔓延、這些病原微生物和寄生蟲卵進(jìn) 入水體，會(huì)使水體中病原種類增多，菌種和菌量加大，且出現(xiàn)病原菌和寄生蟲的 大量繁殖和污染，導(dǎo)致水傳染病的傳播和流行，特別是在人畜共患病時(shí)，會(huì)引發(fā) 疫情，給人、畜帶來災(zāi)難性危害。1.5藥物殘留污染畜禽在養(yǎng)殖過程中都需要添加飼料，飼料中通常添加一定量的藥物添加劑， 添加劑的過度使用和濫用藥物添加劑的現(xiàn)象越來越普遍，許多藥物添加劑會(huì)隨畜 禽尿液排出，混合在糞便當(dāng)中這種糞便廢棄物若不經(jīng)任何有效處理就作為肥料施 用，其中的藥物添加劑被植物吸收后殘留在其組織中，最終會(huì)對(duì)人畜產(chǎn)生毒副作 用2畜禽糞便沼氣發(fā)電技術(shù)的行業(yè)現(xiàn)狀沼氣發(fā)電始于上世紀(jì)70年代初期

7、，沼氣發(fā)電一個(gè)系統(tǒng)工程，它包括沼氣生產(chǎn)， 沼氣凈化與儲(chǔ)存，沼氣發(fā)電及上網(wǎng)等多項(xiàng)單元技術(shù)的優(yōu)化組合2.1國外沼氣發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀沼氣發(fā)電行業(yè)在國外發(fā)達(dá)國家受到了廣泛的重視和積極的推廣，如美國的能 源農(nóng)場。德國的可再生能源促進(jìn)法的頒布，日本的陽光工程，荷蘭的綠色能源等。 德國是目前世界上沼氣工程發(fā)展最為成功的國家之一，在該國可再生能源法 等相關(guān)法律、法規(guī)的引導(dǎo)和刺激下，沼氣主要用于發(fā)電上網(wǎng)。截止至2008年， 德國已建成沼氣工程3900處，總裝機(jī)容量達(dá)1400MW，其中裝機(jī)容量在2MW的沼氣 廠有40家，最小裝機(jī)容量為50kW。美國在沼氣發(fā)電領(lǐng)域有許多成熟的技術(shù)和工程， 處于世界領(lǐng)先水平，裝機(jī)容量已達(dá)

8、7.5MW，現(xiàn)有61個(gè)填埋場使用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。捷 克Tedom公司生產(chǎn)的燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)目前已遍布?xì)W洲地區(qū)，其產(chǎn)品的顯著特點(diǎn) 是將發(fā)電、供熱于一體，機(jī)體內(nèi)部包含了發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，余熱回收換熱裝置， 及自控系統(tǒng)。2.2我國畜禽糞便沼氣發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀沼氣發(fā)電行業(yè)在我國起步于20世紀(jì)80年代初期，有30年的歷史，在這期間， 我國有大量的技術(shù)人員對(duì)沼氣發(fā)電技術(shù)進(jìn)行研究及沼氣發(fā)電設(shè)備的開發(fā)。1998 年全國沼氣發(fā)電量為1，055，16OkWh在此期間，先后有一些科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行過 沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的改裝和提高熱效率方面的研究工作。2003年我國已有100多個(gè)沼氣 發(fā)電項(xiàng)目，裝機(jī)容量達(dá)3936kW北京高碑店污水處理廠采用

9、的就是沼氣內(nèi)燃發(fā)電 機(jī)組，其中有7臺(tái)進(jìn)口發(fā)電機(jī)組，3臺(tái)500 kW的山東勝動(dòng)機(jī)械廠生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)組。3發(fā)展沼氣發(fā)電需要解決的問題3.1發(fā)電機(jī)技術(shù)問題我國對(duì)沼氣發(fā)電機(jī)的研究起步較晚，初期主要是改裝小功率內(nèi)燃機(jī)為雙燃料 式或全燒沼氣式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)90年代中期以后，隨著一些大型沼氣工程、垃圾填埋 場的建成，沼氣發(fā)電已具有穩(wěn)定的充足的氣源，促成了沼氣發(fā)電技術(shù)研究的逐步 深入，使沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的性能得到較大改善，發(fā)電機(jī)組的單機(jī)功率也有所增大不過， 目前國內(nèi)已在使用的國產(chǎn)沼氣發(fā)電機(jī)組，在燃料發(fā)電效率上以及部分零件壽命上 與國外先進(jìn)機(jī)組相比有一定差距，從而影響其發(fā)展進(jìn)程。3.2發(fā)電機(jī)余熱利用效率低沼氣發(fā)電機(jī)在發(fā)電的

10、同時(shí)，產(chǎn)生出大量的熱量，煙氣溫度一般在550C左右 通過利用熱回收技術(shù)，將燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)中的潤滑油中冷器 缸套水和尾氣排放中的 熱量充分回收利用，一般從內(nèi)燃機(jī)熱同收系統(tǒng)中吸收的熱量以90C的熱水形式供 給熱交換部分使用，用于冬季采暖以及生活熱水。據(jù)有關(guān)資料表明，效率較高的 沼氣發(fā)電機(jī)，只能把沼氣總含能量的30%左右轉(zhuǎn)化為電能，并可把總含能量的40% 左右以余熱的形式回收，其余的能量以各種形式被損失掉，如果將這部分損失掉 的能量加以充分回收利用，將為我國北方發(fā)展沼氣工程提供有力的技術(shù)保障。3.3市場法規(guī)不夠規(guī)范沼氣作為一種新興能源正被各個(gè)國家重視，但由于我國起步較晚，致使沼氣發(fā)電 技術(shù)相對(duì)落后，使沼氣發(fā)電市場不規(guī)范，沒有相應(yīng)的較為完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也不 利于其商業(yè)化開發(fā)和利用由以上分析可以看出，采用厭氧發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)沼氣能源 是處理大型養(yǎng)殖場畜禽糞便的國際主流方法，但由于我國發(fā)展沼氣發(fā)電起步時(shí)