【技术】沼气发展及其脱硫技术现状(上)

 摘要：本文阐释了沼气技术的发展现状，沼气的利用，其中包括沼气发电和沼气燃料电池新型的沼气利用途径，也是很具发展潜力的沼气利用方法;另外，介绍了沼气脱硫的几种方法，包括物理法、化学法和生物法，物理法和化学法是传统的脱硫方法，生物法是新型的脱硫技术，发展前景广阔。最后，总结了沼气技术具有很大潜力，需大力发展。

1. 沼气发展现状

目前，在能源严重紧缺，环境亟待综合治理的大背景下，寻求新能源、开发绿色环保能源加工工艺成为能源领域的核心问题。随着沼气技术的不断发展，沼气综合利用模式的形成，尤其是沼气工程的规模化发展，使得沼气综合利用技术成为治理环境污染、回收能源，实现可持续发展的一种行之有效的变废为宝的方法，是一项绿色环保的新能源途径。沼气综合利用技术实现了能量多层次利用和物质循环利用的高效生态模式，国家作为能源补充和绿色工程正在大力推广。尤其在农村重点推广，因其有广泛的制备沼气的原料。据分析，到2010年，我国农村秸秆年产量将达到7.26亿吨[1]。农村推广沼气，既产生了能源和资源又减少了污染，沼气使用方便、清洁，且节省生产成本，农村环境卫生得到改善，有力地推动当前我国社会主义新农村建设。

1.1 沼气概述

沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体，通常产生于沼泽地和池沼中[2]，一般含甲烷(CH4)55%~70%，二氧化碳(CO2)25%~44%，以及少量的氮气(N2)、氧气(O2)、一氧化碳(CO)、氢气(H2)、氨(NH3)和硫化氢(H2S)等。H2S平均含量为0.034%，通常为1~11g/m3 [3~5] 。含有机物的废弃物都可作为制取沼气的原料，主要包括农业废弃资源、畜禽粪便、工业有机废水、城镇生活污水及其处理后的污泥和城镇生活垃圾等。

在我国，沼气有着广阔的应用前景，从南方到北方不同的地理环境均为沼气能源建设提供了便利的条件。我国北方推广的塑料大棚、沼气池、禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”沼气生态农业模式[6,7]，中部地区开发的结合大棚蔬菜并以沼气为纽带的“猪—沼—果”生态果园模式[8]，南方建立的“猪—沼—果”、“猪—沼—鱼”[9]、“牛—沼—草”[10,11] 模式，以及部分地区因地制宜建立的“养殖—沼气—种植(养殖)”等模式都实现了以沼气为纽带，能量多层次利用和物质循环利用的生态农业模式。

1.2 沼气技术

沼气作为能源利用已有很长的历史。厌氧消化处理有机废弃物具有如下优点：⑴ 厌氧消化过程产生清洁能源——沼气;⑵ 消化最终产物可作为高质量的有机肥料、无害农药、饲料等;⑶ 发酵过程无需氧气，动力消耗降低，管理方便，运行成本低;⑷ 减少了温室效应气体的排放量，真正实现了废弃物处理的“无害化、减量化和资源化”[12]。对不同的发酵原料，采用的发酵工艺不同，常用工艺有完全混合型工艺、塞流折流工艺，以及两步厌氧消化工艺等。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)等高效反应器;以污泥为原料的沼气工程主要采用完全混合式厌氧反应器(CSTR);农场主要采用完全混合式厌氧反应器、推流式反应器或组合工艺。

据2008年的报道，国家农业部鉴定通过了一项以秸秆为主要原料生产沼气技术示范项目[13]，其产气率比常规稻草或人畜粪便分别提高了30%以上和6.8%以上，正常产气时间分别提前了4~8d和1d以上，同时延长了产气周期，普遍为8~10个月换一次料，有的可维持正常产气12个月，实现了秸秆产沼气的高效、稳定和持续运行。另外，将高浓度有机物科学处理进行沼气产业化生产的一项新技术——UASB-TLP技术[14]，于广东三和酒精厂建成试运行。该技术处理有机物负荷为通常UASB处理同类液体的10倍以上，三和酒精厂利用该技术建成两套容积为1500m3的厌氧发酵系统，日产沼气4300m3，经该系统处理产生的沼气可替代燃煤，不仅可用于锅炉，还可替代天然气和石油液化气进入农户家中。改变了“高浓度有机物不能分解，循环经济难以实现”的困境，实现了无害化和资源化。

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