生物质能汇总：欧美沼气主要产出国工艺技术

查看全部 · 发表于 2021-4-9 10:57:45

随着全球能源和环境问题的日益突出。沼气工程作为一种能处理工农业废弃物，又能回收沼气能源的环境治理技术，在全世界受到重视。在沼气工程的规模和取得的环境效益方面，欧洲和美国名列前茅。特别是近10年沼气工程在欧洲取得了快速发展，其技术和模式走道了世界前列。本文针对欧美各国沼气工程技术限制进行汇总分析，希望能为我国沼气工程产业化发展提供参考。

一、发酵原料

1、欧洲工业废水处理沼气工程的原料主要是糖加工废水、土豆加工废水、造纸废水、啤酒废水等。污水处理厂沼气工程的原料是剩余污泥与初沉污泥。农场沼气工程发酵原料主要有三种：

1）畜禽粪便：牛粪、猪粪、鸡粪；

2）能源植物：主要是玉米及玉米杆，其它植物如青贮饲草、三叶草、向日葵、苏丹草也变得越来越重要；

3）有机废弃物：如食品与农产品加工废弃物，市场废弃物、市政垃圾有机物。

2、德国，大约94%的农场沼气工程是混合原料发酵，牛粪或猪粪占混合发酵原料的比例在50%~80%之间。有机副产品、农产品和食品加工废弃物、能源作物以及作物收割残余物是最常用补充发酵原料。

玉米和青草是最常用的能源作物，2009年德国能源作物的种植面积为56万~58万hm2，比2008年增加了6万~8万hm2，根据政策规定，每种植1hm2能源作物可获得45欧元的补助。因为每公顷玉米的甲烷产量高，青草具有输入成本低的特点。很少的沼气工程采用单一能源作物作为发酵原料。

3、奥地利，大约10%的新建沼气工程只消化能源植物，消化能源植物与畜禽粪便混合原料的占65%，消化畜禽粪便与有机废弃物混合原料的大约占25%。新建的沼气工程很少采用单一发酵原料（占3.1%），往往是几种原料混合发酵，以4种、5种发酵原料的沼气工程最多，分别占26.1%和25%，有的多至6~7种发酵原料。

能源植物与畜禽粪便混合发酵能保证系统稳定。如果只有能源植物或添加有机废弃物作原料，沼气工程的运行很困难，因为缓冲能力低、产气被回流液中的盐或氨氮抑制，系统容易失稳。

4、丹麦有20%~50%的沼气工程发酵原料来源于非农业废弃物。农场沼气工程十分依赖食品工业的废油如鱼油和动物油，每m3废油可产沼气700~1000m3，在畜禽粪便中添加2%~5%的废油，沼气产量将翻倍，因此使投资变得更有吸引力。

一个沼气工程每年需要500~900吨废油，整个丹麦每年总需要量大约5000吨，显著高于可供量，因此还需要从汉堡和鹿特丹进口。

5、美国生产沼气大多数来自垃圾填埋场和城市废水处理的污泥处理，所用的原料主要是市政有机垃圾和污水处理厂的剩余污泥。

二、发酵工艺

1、欧洲对于工业废水如糖加工废水、土豆加工废水、造纸废水、啤酒废水等原料，主要采用上流式污泥床（UASB）、膨胀颗粒床（EGSB）和内循环厌氧反应器（IC）等高效厌氧反应器。以污泥为原料的沼气工程采用完全混合式厌氧反应器（CSTR）。农场沼气工程则采用完全混合式厌氧反应器、推流式反应器或其组合工艺。

在欧洲能源植物的原料VS产CH4率0.33m3/kg；能源植物于粪便混合原料VS产CH4率0.45m3/kg；能源植物、畜禽粪便与有机废弃物混合原料VS产CH4率0.32 m3/kg。

有机固体甲烷化从1990年以后成为厌氧消化新趋势。也是未来沼气产业的发展方向。这种类型的提供商在欧洲很多，每个公司都发展了自己的厌氧消化技术。主要技术包括：Valoiga、LindeBRV、Drsnco、BTA end Kompogas工艺。

2、德国农业沼气工程普遍采用湿式完全混合式发酵工艺。湿式发酵工艺的操作条件是发酵罐中的总固体浓度低于10%，使之可用于全混合消化罐。干式发酵工艺的操作条件是发酵罐中的总固体含量在15%和35%之间。目前在农业上，湿式发酵工艺占绝大多数。

在德国采用湿式发酵工艺的沼气项目占总数的89%，只有40个左右的沼气工程采用了干发酵法，占总数的8%。沼气发酵罐以地上立式圆形为主。罐体材料为钢筋混凝土或搪瓷材料。罐体内部侧面或顶部中央安装有搅拌器。德国沼气工程的发酵罐平均容积为1000m3左右。产气、贮气一体化发酵罐得到了普遍的使用，发酵罐顶部一般为双层沼气贮气膜结构。

卧式发酵罐（推流式工艺）主要用小工程或高固体含量的原料，在德国，约占沼气工程的4%，容积一般为150~600m3。

3、奥地利采用完全混合式厌氧工艺的立式发酵罐沼气工程占84%左右，标准容易500和2000m3。完全混合式与推流式组合工艺占16%左右。

在德国和欧洲，由于越来越多的沼气工程使用能源作物进行发酵，从而发展出新型的干湿同步发酵工艺。干湿同步发酵工艺由两个主要部分组成；一是用钢筋混凝土建造的干式发酵柜，二是大体积的循环水储存池。发酵原料经过好氧预处理后温度上升，然后进入干式发酵柜中，利用渗滤液回流原理，为干物质含量高的发酵原料增加水分。发酵柜中的原料经过干发酵的水解和酸化阶段后进入湿发酵罐，进入产酸和产甲烷阶段。

该工艺产气稳定，保证了沼气发电的持续稳定性。厌氧发酵结束时，通过换气系统向干式发酵柜中通入空气，避免沼渣产生异味污染空气环境。

4、美国农场主要采用如下三种厌氧消化工艺：

1）覆膜厌氧塘

在原有的畜粪储存塘上加盖一个膜收集沼气，处理粪污TS浓度0.5～3.0％，有机负荷低，一般用于处理粪污水处理。占总沼气工程的58％。

2）全混合厌氧消化罐

罐内有搅拌机和增温设施，顶盖用固定密封顶或膜顶收集沼气。当前，德国产气储气一体化厌氧罐新技术已经在美国一些农场得到应用。因其造价低和技术可靠。已逐步成为主流池型。现占总沼气工程的27％。

3）塞流式厌氧消化器

常用于牛场粪污处理，处理粪污Ts浓度5～13％。有机负荷为1～6KgCOD／m3•d。占总沼气工程的19%。

其它少数农场也有采用ASBR和UASB工艺处理猪粪污水。

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