全 文 ：气 衬 _. ,
用剑麻废永(叶淤制取沼气的
扩 大 试 验 报 告
华南热带作物产品加工设计研究所 .
方 日明 司徒华 邓红 李爱玲 贫鹰传
摘 要
生产 I 叱剑麻纤维可收集含C O D 值为2 7 0 0。毫克 / 升左右的皮 水15 ~ 16 吨 , 可
用之制取含甲烷60 % 以上的 沼 气2 50 米 3左右 , 其热量相 当于 2 。公斤热值为 6 0。。 千
卡 / 公斤煤的热量 , 按热位计算利用生产 1 吨纤维所排 出的庆水制取沼 气所产生 的
能量 , 可相 当于现生产上干燥 1 叱纤维所需煤量 ( 3 50 公斤 / 吨纤维 ) 的 6 0 % 以上 。
一 前 言
剑麻是我国主要的热带作物之一 , 、 1 9 8 5
年投产面积 已达 20 万亩左右 , 产量达 2 万吨
左右。 加工制取 1 吨剑麻纤维需要 20 ~ 25 吨
公 习.
剑麻叶片 , 排出含有大量叶肉细胞 、 呈墨绿
色 、 pH值均为 4 、 C O D值 ( 化学耗 氧 量 )
达 2 7 0 0 0毫克 / 升左右的废水 15 ~ 16 吨 , 如
将其直接排放 , 会造成严重的污 染。 为了减
少对环境的污染 , 开发利用可再生的生物质
能源 , 变害为利 , 我们于 1 9 8 3一 1 9 8 5年进行
了利用剑麻叶汁制取沼气的扩大试验研究 。
二 、 试验方法
,
. 废水采集
本试验用的剑麻废水 , 是从刮麻机排出
的废渣中压出的叶汁 ( 回收乱纤维时要将废
· 协作单位 : 粤西农垦局国营东方红农场 。
渣压干 ) , 经过滤后流入贮池中备用 。
2
. 设计与工艺设备
根据实验室的试验结果 , 试验采用两步
发酵法 , 即酸性 ( 预发酵 ) 和碱性发酵 ( 沼
气发酵 ) 两个阶段 。 设计沼气发酵池的产气
率为 0 . 7~ 。 . 8米 3 / 米 3 · 日左右 , 投料量控
制 C O D值为 1 。 2 ~ 1 。 6公斤 / 米 , · 日。
主要设备和规格见表 1 。 试验工艺路线
见工艺流程示意图 。
发酵部分 : -
( 1 ) 预发酵池和沼气发酵池 , 是吸收
了农村小沼气池和工业污水处理上流污泥床
反应器的特点加以改进的 , 在设计上力求操
作方便 , 结构简单。 为了观察池的深度对发
酵的影响 , 设计了两个等体积 , 但深度不同
的发酵池 。
( 2 ) 池顶加水池 , 使池内温度相对稳
表 】 试验用主要设备和规格
, 名 称
废 水 贮 池
数量
,几1占,1
1 号预发酵池 ( 酸化
孚号发酵池 ( 甲烷化
忍号发酵池 ( 甲烷化
池槽罐水降位气废沉高贮
化验室泵房
污 水 泵
冬季加热炉及炉间
}
~今今
{
_ _ 、 , ,
)
。花 、 。…“坪 ; ’ 沙杏一 50 术 ` , 床 3术
, 2 0米 ,
2 0米 3
3米 3
50米 ,
18米 3
2士P W型
加热炉 2 . 5米 ’ 容积 ,炉间面积 10 米 二
定 , 防止太阳曝晒顶盖产生龟裂漏气 , 同时
又使外观整齐。
( 3 ) 采用间歇加料办法进行操作 , 以
高位槽计量进料 。
( 4 ) 采用污泥泵回流搅拌调节 p H 值 ,
不用中和剂。
( 5 ) 用钟罩式气罐稳定沼气压力 ( 2 2 0
毫米水柱 ) , 有利于发酵 , 数十米内不用加
压即可输送沼气 , 使其燃烧稳定 。
( 6 ) 发酵温度 : 剑麻加工为全年性生
产 , 一般只在春节前后停产 l ~ 2 个月进行
设备检修保养 。 本试验在 4 月一 10 月份采取
常温 ( 池温 26 ~ 28 ℃ ) 发酵法 , 当废水温度
班气`
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1
. 废水池 2 . 废水贮池
池 5 工 I r 流盆计 6
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。 贮气遨
3
. 污水泵 4 , . 预发酵池 、
!
. 沉降池 7 . 高位槽 8 . 加热炉
发醉
水封
试验工艺流程示意图
低于 28 ℃时 , 用沼气池所产生的沼气将发酵
液加温 , 送回发酵池以保持池温 , 一年需加
温的时间为 3 个月左右 , 加温所消耗沼气量
为此阶段所产沼气的 30 ~ 40 %左右 。
3
. 接种和起动
大巾型发酵池的起动和小型试验不同 ,
关健在于投入的污泥菌种要好 , 活性要高。
本试验用经过实验室试验选择的产气率较高
并经过放大预培养的活性污泥作接种物 , 用
塘泥作填料 。 接种后经过静止培养阶段后 ,
逐步投入废水进行驯化培养 , 不断地测定发
酵液的挥发酸值 、 c 0 D值 , 根据测 定 数据
推算原料的单位产气率 ( 米 3 / 公斤 C O D )
和池容产气率 (米 3 / 米 .池容积 · 日 ), 判
断污泥的活性情况 。
4
. 分析侧定方法及仪 .
( l ) p H值用酸度计测定 ,
( 2 ) C O D以重铬酸钾法测定 ,
( 3 ) 挥发酸以醋酸计 , 采用半微量马
氏蒸馏器蒸出后滴定的方法测定 ,
( 4 ) 产气量用气体 流量计 ( 无流量计
时用气罐计总气量 ) 测定 ,
( 5 ) 气体成分采用 Q F一 1 9 0 4型 气 体
分析仪及气相色谱仪测定 。
三 、 试验结果及讨论
( 1 ) 预发酵的试验结果列于表 2 。 结
果表明 , 预发酵产气率很低 , 而且所产气体
的热值低 ( 纯氢热值为 2 8 0 0千卡 / 米 ’ ) ,在
生产上没有多大回收应用价值 。 但有机物分
解产生大量挥发酸有利于第二阶段 沼 气 发
酵。 至于产气率与实验室结果 ( 10 升装置平
均产气率为 O。 41 4升 / 升 · 日 ) 差异大 的 原
因 , 可能为实验室使用陈旧的废水较有利子
发酵产气 。 可燃性气体成分主要是氢气而不
是甲烷 ( 在实验室用气相色谱测定 ) 。 剑麻
废水在酸性条件下发酵产气这一现 象 较 特
殊 , 在用其他原料预发酵时尚未观察到 。 据
报导 , 用薯芋类作发酵原料时只产氢气不产
甲烷 ( 薯芋类中含有皂素 d i。 : g o n扭 , `剑 麻
废水也含有皂素 , 只是它们的结构和 含量有
少许差异 ) 。
( 2 ) 从表 2 结果还看到 C O D值降 低 ,
平均为 1 4 . 7% , 对回收生物质能来讲是一种
损失 。 但这是工艺的需要 , 不 则 , 就不能得
到稳定的产气率 。
表 2 1 号池 ( 预发醉池 ) 试验结果
试验天数 产气量 产气率
( 米 3 / 日 ) }(米 3 / 米 “
气体成分
日 ) ( % )
发酵液挥发酸
( 毫克 / 升 )
低降)D%0(
1 4一 …4一 0 。 0 8 7 {C0 2 : 6 0以上】H : , 3 0一` o 8 0 T5
( 3 ) 在扩大试验进行的第一年 , 沼气 清楚 , 只知道皂素和氰化物暴露在空气中会
发酵池中发酵不稳定 , 挥发酸经常升高 , 超 被氧化分解 ( 皂素中皂试在新鲜废水中与葡
过控制指标 , 达不到预期的产气率 。 根据扩 萄糖等结合溶于水 中 , 经微生物 分解 , 皂试
大试验和实验室工艺条件不同点 , 把扩大试 所带糖基脱落而不溶于水 ) 。 故剑麻废水成
验由使用新鲜废水的工艺改为使用 贮 存 废 分虽然比较复杂 , 但只要从工艺操作上加 以
水 , 结果发酵稳定 , 产气率达到预期的结果 控制 , 开发利用剑麻废水这种生物质能是完
( 。。 7 ~ 0 . 8米 B / 米 . 。 日 ) 。 至于废水经过 全可能的 。
存放后组分含量的变化情况 , 目前尚未完全
表 3 2 、 3 号池 ( 用气幼计产气最 ) 试验结果 条
每天进料量
( 米 ” )
每天进
C O D量
( 公斤 )
进料C O D值
( 毫竟/ 升 )
C O D 利用 率〔 % )
每天产气量
( 米 3 )
l
|
护11卜sesell||试验数天数据编组
3 8
2 5
4
。
2 6
5
。
1
1 19
。
8 2了51名
3 1 2 0 3
8 2
。
3 5 9
。
3 5
1 7 2
。
2 8 5
.
6
,人,臼
, 数据为两个池的平均数 。
( 4) 表 3、 表 4和表 5 列出发酵池的 高的情况下 , 2 号池发酵液的挥发酸值和排
试验结果 。 这些结果表明 , 在 2 号池的负荷 出液的 C O D值仍低于 3 号池 , 说明池型和结
比 3 号池负荷 ( 3 号池投料量未达到要求 ) 构对沼气发酵效果的重要性 。
表 4 2 、 3 号池 ( 用流盆计计产气 t ) 试验结果
”
{龚只 { 天
} 数
甸天进料量
( 米 3 )
进料。 。 ·值…出料一值…胃·掣二赘全竺…二翌…二竺王3。` 8 , … ` , 8 5 1 8` ’ 8“ 7 , 9 9
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天产气量
( 米 3 )
6 4
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6 8 3
9 9 6
钧一
一一工Q亡甘n一ùó J谈一八j,é一O八O一 甘,月占丹」
· 由于煤气流髦计不适应沼气 , 20 天就坏了 , 只取 18 天数据 。
表 5 2 、 3 号 池 撼 定 试 验 结 果 .
酸)一发升一挥/一,4,ù液克一药必醉毫一16发(一一i式愁 } 验洲 l 天数
进料星
C O D 值
( 公斤 / 日 )
产气率
( 米 J / 米 3 ·
负荷率 C O D值 ’ 排出液 池 温
(
“
C )
2一…万吓霖一
3
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0
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0
。
6 8
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3 7
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1 1
2 4 8 0
4 2 3 0
2 3
。
5一 2 8 。 5
2 3
。
5~ 2 8
。
5
· 操作条件 : 按预定控制产气率在 0 . 7~ 0 . 8米 3 / 米 ’ · 日 , 进料量在 60 ~ 80 公斤 C o D / 池 · 日。
( 5 ) 经济效益分析 。 扩大试验结果表 的自然损失数量 ) 的热量的 60 %多 ( 气体燃
明 , 生产 l 吨剑麻纤维 , 从麻渣压水机排出 料比固体燃料热效率高20 % ) 。 按每年供销
的废水 ( 已冲入部分冲洗清 水 ) 有 15 ~ 16 进煤量计算 , 平均生产 1 吨剑麻纤 维 耗 煤
米 3 ( c o D值为2 7 0 0。毫克 / 升左右 ) , ’可产 5 50 ~ 6 0 公斤 ( 包括运输和风吹雨冲损失在
沼气 2 50 米 3左右 , 其热量相当于 2 20 公 斤 热 内 ) 。 改用沼气烧锅炉发生蒸气供热 , 加工
值为 6 0 0。千卡 / 公斤的煤的热量 。 按热工效 1 吨剑麻纤维则可节煤 38 5一 4 20 公斤 , 一个
率 50 %计算 , 如果干燥纤维改用沼气燃烧的 日产 10 吨纤维的剑麻加工厂 , 年 产 2 5。。 一
烟道气直接干燥 ( 以煤作燃料的热源 , 因烟 3 0 0 0吨纤维 , 如将麻渣压出的废水 ( 叶汁 )
道气煤灰多 , 一般情况下不能直接 用 于 干 全部用来发酵生产沼气 , 需投资80 万 元 左
燥 ) , 则生产 l 吨剑麻纤维的废水所产生的 右 , 用沼气供热干燥纤维产品 , 一年可节煤
沼气可够千燥 1 吨剑麻纤维之用 。 如按现行 9 6 2 . 5一 1 0 5 0吨 , 节省煤费 8 ~ 10 万元 ( 煤
间接加热干燥工艺 , 用沼气烧锅炉 产 生 蒸 每吨包运输费约 90 元 ) , 直接经济效益虽然
汽 , 则生产 l 吨剑麻纤维的废水所产生的沼 不高 , 但每年将可为国家节约 1 0 0 。 吨 煤 左
气提供的热量只够干燥 O。 6 ~ 0 . 7吨 剑 麻 纤 右 , 对节约能源有一定的意义 。
维 , 这些热量相当于千燥 l 吨剑麻纤维所需
, 、 附。 。 二 。 八 。 , 二 、 : 二 。 和 同 * 二 、 、 .* ( 参考文献 2 篇从略 )的耗煤量 3 50 公斤 ( 不包运输和风吹雨 冲 掉 、 , 一 , 人队 ` 胡 ~ ? 尹