1、项目项目3：厨余垃圾利用处置：厨余垃圾利用处置任务任务3-3：厨余垃圾厌氧消化工艺选择及运行管理：厨余垃圾厌氧消化工艺选择及运行管理固体废物的厌氧发酵固体废物的厌氧发酵 厌氧发酵：通过厌氧微生物的生物转化作用，厌氧发酵：通过厌氧微生物的生物转化作用，将固体废物中大将固体废物中大部分可生物降解的有机物质分解，转化为能源产品部分可生物降解的有机物质分解，转化为能源产品沼气沼气的的过程，或称厌氧消化，沼气发酵。过程，或称厌氧消化，沼气发酵。微生物生理学定义：在没有外加氧化剂的条件下，被分解的有机微生物生理学定义：在没有外加氧化剂的条件下，被分解的有机物作为还原剂被氧化，而另一部分有机物作为氧化剂被还
2、原的物作为还原剂被氧化，而另一部分有机物作为氧化剂被还原的生物学过程。生物学过程。沼气的成分：沼气的成分：主要为主要为CH4,5570和和CO2,2540。此外还有总。此外还有总量小于量小于5%的的CO、O2、H2、H2S、N2、NH2、PH3、碳氢化合物、碳氢化合物(CmHn)等。等。（二）厌氧发酵的有机物分解代谢过程（二）厌氧发酵的有机物分解代谢过程 1、碳水化合物的分解代谢、碳水化合物的分解代谢一般的碳水化合物包括一般的碳水化合物包括纤维素、半纤维素、木质素、糖类、淀纤维素、半纤维素、木质素、糖类、淀粉和果胶质粉和果胶质等。等。纤维素的分解纤维素的分解纤维素酶可以把纤维素酶可以把纤维素纤
3、维素水解成水解成葡萄糖葡萄糖，反应式为：，反应式为：(C6H10O5)n(纤维素纤维素)+n H2O=nC6H12O6(葡萄糖葡萄糖)葡萄糖经细菌的作用继续降解成葡萄糖经细菌的作用继续降解成丁酸、乙酸丁酸、乙酸，最后生成，最后生成甲烷和甲烷和二氧化碳二氧化碳等气体。总的产气过程可用下述的综合表达式表达：等气体。总的产气过程可用下述的综合表达式表达：C6H12O6=3CH4+3CO2糖类的分解糖类的分解先由先由多糖多糖分解为分解为单糖单糖，然后是，然后是葡萄糖的酵解葡萄糖的酵解过程，与上述相同。过程，与上述相同。2、类脂化合物的分解代谢、类脂化合物的分解代谢 类脂化合物类脂化合物（脂肪、磷脂、游
4、离脂肪酸、蜡酯、油脂），含（脂肪、磷脂、游离脂肪酸、蜡酯、油脂），含量很低。主要水解产物是量很低。主要水解产物是脂肪酸和甘油脂肪酸和甘油。甘油转变为。甘油转变为磷酸甘油脂磷酸甘油脂，进而生成进而生成丙酮酸丙酮酸。在沼气菌的作用下，丙酮酸被分解成。在沼气菌的作用下，丙酮酸被分解成乙酸乙酸，然后形成然后形成甲烷和二氧化碳甲烷和二氧化碳。3、蛋白质类的分解代谢、蛋白质类的分解代谢 这类化合物主要是含氮的这类化合物主要是含氮的蛋白质蛋白质化合物，在厌氧发酵原料中化合物，在厌氧发酵原料中占有一定的比例。在农家污水和猪圈废物中，蛋白质的含量最占有一定的比例。在农家污水和猪圈废物中，蛋白质的含量最高可达高可
5、达20%。它们的分解过程是在细菌的作用下水解成。它们的分解过程是在细菌的作用下水解成多肽和多肽和氨基酸氨基酸。其中的。其中的一部分一部分氨基酸继续水解成氨基酸继续水解成硫醇、胺、苯酚、硫化硫醇、胺、苯酚、硫化氢和氮氢和氮；另一部分另一部分分解成分解成有机酸、醇有机酸、醇等其他化合物，最后生成等其他化合物，最后生成甲甲烷和二氧化碳烷和二氧化碳；还有一些氨基酸作为产沼细菌的；还有一些氨基酸作为产沼细菌的养分形成菌体养分形成菌体。（三）厌氧发酵的过程（三）厌氧发酵的过程首先首先，不溶性大分子有机物（如，不溶性大分子有机物（如蛋白质、纤维素、淀粉、脂肪等）蛋白质、纤维素、淀粉、脂肪等）经水解酶的作用，
6、在溶液中分解经水解酶的作用，在溶液中分解为水溶性的小分子有机物（如氨为水溶性的小分子有机物（如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油等）。等）。随之，随之，这些水解产物被发这些水解产物被发酵细菌摄入细胞内，经过一系列酵细菌摄入细胞内，经过一系列生化反应，将代谢产物排出体外，生化反应，将代谢产物排出体外，由于发酵细菌种群不一，代谢途由于发酵细菌种群不一，代谢途径各异，故代谢产物也各不相同。径各异，故代谢产物也各不相同。众多的代谢产物中，仅无机众多的代谢产物中，仅无机的的CO2和和H2及有机的及有机的“三甲三甲一乙一乙”（甲酸、甲醇、甲胺（甲酸、甲醇、甲胺和乙酸）和乙酸）可直接可直
7、接被产甲烷细被产甲烷细菌吸收利用，转化为甲烷和菌吸收利用，转化为甲烷和二氧化碳。其它众多的代谢二氧化碳。其它众多的代谢产物（主要是丙酸、丁酸、产物（主要是丙酸、丁酸、戊酸、乳酸等有机酸，以及戊酸、乳酸等有机酸，以及乙醇、丙酮等有机物质）不乙醇、丙酮等有机物质）不能为产甲烷细菌直接利用。能为产甲烷细菌直接利用。它们必须它们必须经过经过产氢产乙酸细产氢产乙酸细菌进一步转化为氢和乙酸后，菌进一步转化为氢和乙酸后，才能被甲烷细菌吸收利用，才能被甲烷细菌吸收利用，并转化为甲烷和二氧化碳。并转化为甲烷和二氧化碳。1 1、两阶段理论、两阶段理论 将厌氧发酵分为将厌氧发酵分为产酸（酸性发酵）和产气（碱性发酵）
8、产酸（酸性发酵）和产气（碱性发酵）两两个阶段，相应起作用的微生物分为个阶段，相应起作用的微生物分为产酸细菌和产甲烷细菌产酸细菌和产甲烷细菌。2 2、三阶段理论、三阶段理论 19791979年由布赖恩提出，将厌氧发酵依次分为年由布赖恩提出，将厌氧发酵依次分为水解、产酸水解、产酸、产甲烷、产甲烷三个阶段。起作用的细菌分别称为三个阶段。起作用的细菌分别称为发酵细菌、发酵细菌、醋酸分解菌、甲烷细菌醋酸分解菌、甲烷细菌。I 甲甲酸酸 类类 甲甲醇醇 产产 甲甲胺胺 通通过过不不同同 废废水水或或污污泥泥 蛋蛋白白质质 氨氨基基酸酸 物物 乙乙酸酸等等 途途径径转转化化 中中不不溶溶态态大大 多多 糖糖
9、C6H12O6 为为 CH4、分分子子有有机机物物 脂脂 类类 甘甘油油 II 丙丙酸酸 CO2等等 脂脂肪肪酸酸 类类 丁丁酸酸 CO2、H 产产 乳乳酸酸 和和乙乙酸酸 物物 乙乙醇醇等等 水水解解阶阶段段 酸酸化化阶阶段段 气气化化阶阶段段 酸酸化化 I 酸酸化化 II 发发 酵酵 菌菌 发发 酵酵 菌菌 甲甲 烷烷 菌菌 产产氢氢 产产乙乙 酸酸菌菌 厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理 有机物厌氧消化过程有机物厌氧消化过程生化阶段生化阶段 物态变化物态变化液化（水解）液化（水解）酸化（酸化（1）酸化（酸化（2）气气 化化生化过程生化过程大分子不溶态大分子不溶态有机物转化为有机物转化为小分
10、子溶解态小分子溶解态有机物有机物小分子溶解态小分子溶解态有机物转化为有机物转化为（H2+CO2）及）及A、B两类产物两类产物B类产物转化为类产物转化为（H2+CO2）及乙）及乙酸等酸等CH4、CO2等等菌菌 群群发酵细菌发酵细菌产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌甲烷细菌甲烷细菌发酵工艺发酵工艺甲烷发酵甲烷发酵酸酸 发发 酵酵多糖多糖蛋白质蛋白质脂肪等脂肪等单糖或二糖单糖或二糖多肽和氨基酸多肽和氨基酸甘油和脂肪酸甘油和脂肪酸挥发性脂肪挥发性脂肪酸类酸类，H2，CO2 等等CH4CO2等等水解菌水解菌产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌产甲烷菌产甲烷菌水解阶段水解阶段产氢产酸阶段产氢产酸阶段产甲烷阶段产甲烷阶段厌氧
11、发酵的三阶段理论：厌氧发酵的三阶段理论：兼性厌氧菌兼性厌氧菌绝对厌氧菌绝对厌氧菌(1)温度因素：随着温度升高有机物分解速度加快，产气量增大。温度因素：随着温度升高有机物分解速度加快，产气量增大。温度变化范围为温度变化范围为(1.52.0)。低温发酵低温发酵：低于：低于20，产气量低，受气候影响大，不加料情产气量低，受气候影响大，不加料情况下况下35d。中温发酵：中温发酵：37，产气量约产气量约11.3m3/(m3d)；发酵时间；发酵时间20d，卫生化低。卫生化低。高温发酵：高温发酵：53，产气量约产气量约3.04.0m3/(m3.d)；发酵时间；发酵时间10d，卫生化高。卫生化高。对寄生虫卵的
12、杀灭率较可达对寄生虫卵的杀灭率较可达99%，大肠菌指数可，大肠菌指数可达达10100，能满足卫生要求（蛔虫卵的杀灭率在，能满足卫生要求（蛔虫卵的杀灭率在95%以上，以上，大肠菌指数大肠菌指数10100）。n当有当有3的变化时，就会抑制发酵速率，有的变化时，就会抑制发酵速率，有5的急剧变的急剧变化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而破坏厌氧发化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而破坏厌氧发酵。酵。（四）、影响发酵的环境条件（四）、影响发酵的环境条件(2)发酵细菌的营养及发酵细菌的营养及C/N C/N在在(1020):1为宜为宜，太高，细胞氮量不足，系统的，太高，细胞氮量不足，系统的缓冲能
13、力低，缓冲能力低，pH 值易降低；太低，氮量过多，值易降低；太低，氮量过多，pH 值值可能上升，铵盐容易积累，会抑制发酵进程。可能上升，铵盐容易积累，会抑制发酵进程。(3)混合均匀程度混合均匀程度 厌氧发酵是由细菌体的内酶和外酶与底物进行的接触厌氧发酵是由细菌体的内酶和外酶与底物进行的接触反应。因此必须使反应。因此必须使两者充分混合两者充分混合。对于。对于液态液态发酵用发酵用充充液搅拌法液搅拌法；对于；对于固态或半固态固态或半固态用用充气搅拌法和机械搅充气搅拌法和机械搅拌法拌法等。等。（4）有毒物质）有毒物质重金属离子对甲烷发酵的抑制使重金属离子对甲烷发酵的抑制使酶发生变性或者酶发生变性或者沉
14、淀。与酶结合产生变性；与氢氧化物使酶沉淀。沉淀。与酶结合产生变性；与氢氧化物使酶沉淀。阴离子的毒害：主要是阴离子的毒害：主要是S2-，来源：无机硫酸盐还，来源：无机硫酸盐还原；蛋白质分解释放出原；蛋白质分解释放出S2-。氨的毒害：氨的毒害：NH4+150mg/L，发酵受抑制。，发酵受抑制。物质浓度物质浓度毒域浓度界限毒域浓度界限/(mol/L)碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属Ca2+，Mg2+，Na+，K+10110+6重金属重金属Cu2+，Ni2+，Zn2+，Hg2+，Fe2+105103H+和和OH106104胺类胺类105100有机物质有机物质106100（5）酸碱度、）酸碱度、pH值和
15、发酵液的缓冲作用值和发酵液的缓冲作用 水解、发酵菌及产氢产乙酸菌对水解、发酵菌及产氢产乙酸菌对pH值的适值的适应范围大致为应范围大致为56.5，而甲烷菌对，而甲烷菌对pH值的适应值的适应范围为范围为6.67.5之间。发酵液中的之间。发酵液中的碳酸及氨碳酸及氨的存的存在，在，使其具有一定的缓冲性使其具有一定的缓冲性。碱度碱度指沼气发酵指沼气发酵液结合液结合H+的能力，的能力，是衡量发酵体系缓冲能力的是衡量发酵体系缓冲能力的尺度，由碳酸盐尺度，由碳酸盐(CO32-)、重碳酸盐、重碳酸盐(HCO3-)、部、部分氢氧化物分氢氧化物(HO-)组成，组成，应应在在2000mg/L以上以上。（6）不同发酵基
16、质上生长的发酵菌群不同发酵基质上生长的发酵菌群种群种群不同不同(五五)厌氧发酵系统设备厌氧发酵系统设备1、传统的发酵系统、传统的发酵系统（1）结构）结构n发酵罐是核心，附属设备有气压表、发酵罐是核心，附属设备有气压表、导气管、出料机、预处理装置、导气管、出料机、预处理装置、搅拌器、加热管等。搅拌器、加热管等。（2）工作原理）工作原理n物料从上部或顶部投入池内，经与池中原有的厌氧活性污泥混合物料从上部或顶部投入池内，经与池中原有的厌氧活性污泥混合接触后，通过厌氧微生物的吸附、吸收和生物降解作用，使生污接触后，通过厌氧微生物的吸附、吸收和生物降解作用，使生污泥或废水中的有机物转化为以甲烷和二氧化碳
17、为主的气态产物泥或废水中的有机物转化为以甲烷和二氧化碳为主的气态产物生物气（即沼气）。生物气（即沼气）。11.1 概述概述11.2 储能技术的储能技术的开发与应用开发与应用11.3 储能技术储能技术的发展前景的发展前景复习思考题复习思考题储能技术：通过机械的、电磁的、电化学等方法，由介质或设备把一种能量存储起来，在需要时再转换为其他形式的能量释放出来的技术。广义概念：储能技术包括基础燃料的存储（煤、石油、天然气等）、二次燃料的存储（煤气、氢、太阳能燃料等）、电力储能和储热等；狭义概念：狭义的储能技术则包括储电、储热、储冷和储氢等技术。11.1.1 11.1.1 储能技术的概念储能技术的概念 以
18、水、空气等为储能介质，通过储能介质将电能转换为动能或势能，常见的有抽水蓄能抽水蓄能、压缩空气储能压缩空气储能、飞轮储能飞轮储能等。机械储能 直接以电磁能的方式进行能量的存储的技术，主要包括超导超导磁储能磁储能和超级电容器储能超级电容器储能。电磁储能通过储能介质将电能以电化学能的形式进行存储，充放电过程伴随储能介质的电化学反应或变价，常见的有电池储能（铅酸电池铅酸电池、铅炭电池、镍氢电池、镍镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池、镉电池、锂离子电池、钠离子电池、氯离子电池、氟离子电池、钠硫电池钠硫电池、锂硫电池、液流电池液流电池和金属-空气电池等）和储氢等。电化学储能 利用储热或蓄冷介质将能量以热能形式
19、储存的技术，根据热量存储原理，储热技术可分为显热储热显热储热、潜热储热潜热储热和热化学热化学储热储热三类。蓄冷技术也可分为显热蓄冷显热蓄冷和潜热蓄冷潜热蓄冷。冷热储能11.1.2 11.1.2 储能技术的分类及特点储能技术的分类及特点一般地，可根据能量存储与转换方式的不同，储能技术主要分为机械储能、电磁储能和电化学储能等三大类，此外，还有储热和蓄冷技术等。储能技术的主要性能指标储能设备容量储、释能周期内的能量转换效率响应速度体积能量密度和体积功率密度循环寿命与周期寿命安全性能与对环境的影响11.1.2 11.1.2 储能技术的分类及特点储能技术的分类及特点技术类型技术类型容量容量(MWh)能量
20、转能量转换效率换效率（）（）响应响应速度速度体积能量密体积能量密度度(kWh/m3)体积功体积功率密度率密度（kW/m3）循环寿命循环寿命（次）（次）周 期 寿 命周 期 寿 命（a）安安全全性性环境影响环境影响物理储能物理储能抽水蓄能500100007085smin0.220.10.2150004060高无污染压缩空气储能1030004153smin2600.210100003050高空气污染飞轮储能0.0018859510msmin2080500080005000030中无污染电磁储能电磁储能超导磁储能0.01109515 ms6260010000030中磁场污染超级电容0.011.585
21、901 20ms1020400001200001000010000030中有残留电化学储能电化学储能钠硫电池0.001108320ms s15030012016025004500/100%DOD10低有残留钒液流电池0.0336020ms s15250.5213000/100%DOD20高轻微铅炭电池0.00120707520ms s50809070025003000/100%DOD10中铅污染锂离子电池0.15909520ms s3005501300100005001000/100%DOD10中有残留注：注：DOD（Depth of Discharge）表示放电深度）表示放电深度主要储能技术
22、性能对比11.1.2 11.1.2 储能技术的分类及特点储能技术的分类及特点PHS-抽水蓄能；CAES-压缩空气；FES:飞轮；Lead-Acid:铅酸电池；NiCd:镍镉电池；NaS:钠硫电池；ZEBRA:镍氯电池；Li-ion:锂电池；VRB:液流电池；SMES:超导磁储能；SCES:超级电容;TES：储热系统抽水蓄能电站和铅酸电池技术已经成熟，其使用已超过100年，压缩空气储能、镍镉电池、钠硫电池、锂离子电池、液流电池、超导磁能、飞轮、电容、储热/冷等技术已经完成研发并开始商业化，但是还没有大规模普遍应用，它们的竞争力和可靠性仍然需要电力企业和市场来进一步检验。11.1.3 11.1.3
23、 储能技术与产业概况储能技术与产业概况抽水蓄能抽水蓄能,183007,95%其他物理储能其他物理储能,2650,1%电化学储能电化学储能,3301,2%20储热储热,3275,2%其他其他,9246,5%容量单位（MW）全球累计运行的储能项目装机规模及比例截至2019年3月底，全球共有1580个储能 项 目 投 入 运 行，总 装 机 规 模 达 到192.25GW。其中，抽水蓄能机组在运项目351个，总装机容量为183.01GW，其他物理储能项目装机容量达到2.65GW，电化学储能、熔融盐储热与储氢项目的装机容量分别达到3.30GW，3.28GW和20MW。抽水蓄能是全球装机规模最大的储能技
24、术，也是目前发展最为成熟的储能技术。11.1.3 11.1.3 储能技术与产业概况储能技术与产业概况截至2018年底，我国已投运储能项目的累计装机规模达到31.2GW，同比增长8%，占全球投运储能规模的17.2%。与全球储能市场类似，我国抽水蓄能的累计装机规模最大，约为30.0GW，所占比重达到96.2%。电化学储能与熔融 盐 储 热 的 累 计 装 机 规 模 分 别 为1.01GW和0.22GW，同比分别增长159%和1000%。在各类电化学储能技术中，锂离子电池的累计装机占比最大，比重为68%。我国累计运行储能项目占比11.2.111.2.1机械储能技术机械储能技术技术类型技术类型功率等
25、级功率等级响应速度响应速度优点优点缺点缺点抽水蓄能抽水蓄能1005000 MWsmin容量大，造价成本低，启动快、运行灵活建设选址对地理条件要求高，投资周期长压缩空气储能压缩空气储能100300 MWsmin容量大，造价成本低，能源转换效率高，安全可靠建设选址对地理条件要求高，且有一定的空气污染飞轮储能飞轮储能5kW2MW10msmin寿命长，功率密度大，环境友好，响应速度快能量密度低，自放电率高机械储能的代表技术有抽水蓄能，压缩空气储能和飞轮储能，其技术特点对比如下表所示：主要机械储能技术特点对比11.2.111.2.1机械储能技术机械储能技术抽水蓄能抽水蓄能（Pumped Hydroele
26、ctric Storage，PHS）是全球装机规模最大的储能技术，也是目前发展最为成熟的储能技术，抽水蓄能电站是兼有调峰和填谷的双重功能的水电站，在夜间电网用电负荷低谷时，利用电网的电能将下水库的水抽到上水库储存起来，将电能转化为水的势能；在日间电网用电高峰时，则利用上水库的水发电，将水的势能转化为电能。因此，抽水蓄能电站一般有上、下两个水库，厂房内装有抽水和发电功能的机组，如图所示。抽水蓄能机组工作原理示意图11.2.111.2.1机械储能技术机械储能技术压缩空气储能压缩空气储能（Compressed Air Energy Storage，CAES）技术是通过将空气高度压缩来实现能量的存能，
27、它是一种成本低、容量大的电力储能技术。压缩空气储能是由充气（压缩）过程和排气（膨胀）过程组成。压缩空气储能系统是在用电低谷时，将空气压缩并存储于储气室（槽、罐等压力容器）或地下结构（如洞穴、废弃矿井、过期油气井等），将电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰时段，高压空气从储气室或地下结构中释放，进入燃气轮机燃烧室燃烧，膨胀做功，并驱动发电机旋转发电，如图所示。压缩空气储能示意图11.2.111.2.1机械储能技术机械储能技术飞轮储能飞轮储能（Flywheel Energy Storage，FES）是通过互逆式双向电机将电能转换成高速旋转的飞轮的动能的储能技术。在储能过程，飞轮储能将外界输入的
28、电能，通过电动机带动飞轮高速旋转，以动能的形式储存能量，完成电能-机械能的转换过程；当外界需要电能时，高速旋转的飞轮作为原动机拖动发电机发电，经功率变换器输出电流和电压，完成机械能-电能转换的能量释放过程。飞轮储能系统（磁悬浮轴承）示意图11.2.211.2.2电磁储能技术电磁储能技术电磁储能技术主要包括超导磁储能和超级电容器储能两类，其技术特点对比如表所示：储能类型储能类型容量容量响应时间响应时间技术优点技术优点缺点缺点超导磁储能超导磁储能10kW1MW15ms容量大，寿命长，能量密度大，响应速度快，建造不受地域限制，维护方便造价高超级电容储能超级电容储能1150kW120ms循环效率较高，
29、充放电速度快，功率密度高，循环充放电次数多，工作温度范围宽自放电率高，成本高两种电磁储能方式技术特点对比11.2.211.2.2电磁储能技术电磁储能技术超导磁储能超导磁储能（Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES）技术是利用超导材料制成的环形超导电感线圈，线圈通过整流逆变器将电网过剩的能量以磁能的形式存储起来，在需要时再将此能量送回电网或作他用。超导线圈维持在超导状态，线圈中所储存的能量几乎可以无损耗地永久储存下去，直到导出为止。超导磁储能装置一般由超导线圈、冷却系统、闭式制冷机、变流装置和测控系统组成（如图所示）。超导磁储能系统示意图11.2
30、.211.2.2电磁储能技术电磁储能技术超级电容器储能超级电容器储能（Super Capacitor Energy Storages，SCES）根据电化学双电层理论，利用电级和电解质之间形成的界面双电层来存储能量。充电时，在理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。由于电荷层间距极小且采用特殊电极结构，电极表面积成千上万倍的增加，形成极大的电容量。超级电容器储能基本结构示意图如图所示，超级电容器的结构主要包括两个电极、电解质、集流体、隔膜四个主要部件。其中，两个电级是由多孔材料在金属薄膜上沉积形成的，被浸泡在电解液中的隔膜分开
31、。隔膜通常是一张纸，来防止电极之间的导电接触。11.2.311.2.3电化学能技术电化学能技术电化学储能技术是将其电能以化学能的形式进行存储和转换，蓄电池具有灵活方便的特点，代表了电化学储能的主要研究方向。蓄电池都是通过浸泡于电解液中的两个电极（阴极和阳极）发生电化学反应而产生电能，其中，阴极吸收电子，发生还原反应；阳极释放电子，发生氧化反应。阴极是正电性电极，正离子通过化学单元、电子通过外电路向它迁移；阳极是负电性电极，它产生向外做功的电子。蓄电池工作原理图电池类型电池类型正极正极负极负极电解液电解液电压电压(V)体积能量密度体积能量密度(kWh/m3)循环寿命循环寿命（次）（次）工作温度工
32、作温度（）铅酸电池铅酸电池PbO2PbH2SO42.0751204001200-4060铅炭电池铅炭电池PbO2CH2SO42.0508025003000-4060镍镉电池镍镉电池Ni(OH)2CdNaOH1.2801502000-4060镍氢电池镍氢电池Ni(OH)2MKOH1.22202301500-2040锂离子电池锂离子电池LiCoO2C6有机溶剂3.73005505001000-2065钠硫电池钠硫电池SNa-Al2O32.015030025004500300350钒液流电池钒液流电池V4+,V5+V2+,V3+H2SO41.3由电解液浓度确定13000-205011.2.311.2
33、.3电化学能技术电化学能技术主要蓄电池技术特点比较主要蓄电池技术优缺点电池类型电池类型优点优点缺点缺点铅酸电池铅酸电池成本低、技术成熟、储能容量大能量密度低，充放电次数少，析氢，有毒铅炭电池铅炭电池充放电速度快，功率密度高，寿命长能量密度低，铅污染镍镉电池镍镉电池耐用性好，可靠性高，寿命长，维护量少自放电率高，存在记忆效应，污染环境镍氢电池镍氢电池能量密度高，低温特性好、无毒环保造价比铅酸电池、镍铬电池要高锂离子电池锂离子电池能量密度高、自放电率低、无记忆效应，环保造价高，需要过充保护，热失控、容量衰减钠硫电池钠硫电池寿命长，能量密度高，转换效率高，无污染工作温度高，需要热量管理，安全性差钒液
34、流电池钒液流电池能量密度高、效率高、寿命长、无自放电率价格昂贵，能量转换率低、电解液交叉污染 11.2.311.2.3电化学能技术电化学能技术铅酸电池（Lead-acid Battery）是指电极由多孔的铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池，如图所示。在荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正极的二氧化铅与硫酸反应生成硫酸铅和水，负极的铅与硫酸反应生成硫酸铅。铅酸电池电化学反应方程式为：负极反应：PbSO4+H+2e Pb+HSO4正极反应：PbSO4+2H2O PbO2+HSO4+3H+2e总反应：2PbSO4+2H2O Pb+PbO2+2H2SO4（充
35、电时反应由左向右进行，放电时反之）铅酸蓄电池示意图11.2.311.2.3电化学能技术电化学能技术铅炭电池（Pb-C Battery）是通过在铅酸电池的负极添加炭黑等类型的碳材料，形成的新型电池。铅炭电池又可分为铅炭非对称电化学电容器和铅炭超级电池。铅炭非对称电化学电容器是将铅酸电池的铅负极由高比表面积的炭材料取代，正极仍由传统的氧化铅材料构成的新型电化学装置。铅炭电池电化学反应方程式为：负极反应：n C6(x-2)-(H+)x-2+2H+2e nC6x-(H+)x正极反应：PbSO4+2H2O PbO2+HSO4+3H+2e总反应：PbSO4+2H2O+nC6(x-2)-(H+)x-2 nC
36、6x-(H+)x+PbO2+H2SO4（充电时反应由左向右进行，放电时反之）11.2.311.2.3电化学能技术电化学能技术镍镉电池镍镉电池(NickelCadmium Battery)是由镉、镍电极、碱性电解液和隔膜组成的可充电电池。其中，正极是氢氧化镍，负级是镉。镍镉蓄电池电极上发生的电化学反应方程式为：负极反应：Cd(OH)2+2e Cd+2OH正极反应：Ni(OH)2+OH NiO(OH)+H2O+e总反应式：Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiO(OH)+2H2O（充电时反应由左向右进行，放电时反之）（3）常用类型）常用类型(5种种)立式圆形水压式沼气池立式圆形水压式沼气池
37、u发酵间为圆形，两侧带有进出料口，发酵间为圆形，两侧带有进出料口，容积为容积为6m3、8m3、10m3、12m3；池顶有活动盖板。池盖和池底是具池顶有活动盖板。池盖和池底是具有一定曲率半径的壳体，主要结构有一定曲率半径的壳体，主要结构包括包括加料管、发酵间、出料管、水加料管、发酵间、出料管、水压间、导气管压间、导气管等几个部分。等几个部分。u 优点：优点：结构较简单，造价低，施结构较简单，造价低，施工方便。工方便。u缺点：缺点：气压不稳定，对产气不利；气压不稳定，对产气不利；池温低，影响产气，原料利用率低池温低，影响产气，原料利用率低（仅（仅10%20%）；大换料和密封）；大换料和密封都不方便
38、；产气率低都不方便；产气率低平均平均0.1 0.15m3/m3.d，对防渗措施的要求，对防渗措施的要求较高给燃烧器的设计带来一定困难较高给燃烧器的设计带来一定困难。立式圆形浮罩式沼气池立式圆形浮罩式沼气池 将发酵间与贮气间分开，将发酵间与贮气间分开，产生的产生的沼气由浮沉式的气罩贮存起来。沼气由浮沉式的气罩贮存起来。气罩可直接安装在沼气发酵池顶，气罩可直接安装在沼气发酵池顶，也可安装在沼气发酵池侧。也可安装在沼气发酵池侧。n浮沉式气罩由浮沉式气罩由水封池和气罩水封池和气罩两部两部分组成。当沼气压力大于气罩重分组成。当沼气压力大于气罩重量时，气罩便沿水池内壁的导向量时，气罩便沿水池内壁的导向轨道
39、上升，直至平衡为止。当用轨道上升，直至平衡为止。当用气时，罩内气压下降，气罩也随气时，罩内气压下降，气罩也随之下沉。之下沉。n特点：特点：将发酵间与贮气间分开，将发酵间与贮气间分开，具有压力低、发酵好、产气多等具有压力低、发酵好、产气多等优点。优点。顶浮罩式沼气贮气池造价顶浮罩式沼气贮气池造价比较低，但气压不够稳定。侧浮比较低，但气压不够稳定。侧浮罩式沼气贮气池气压稳定，比较罩式沼气贮气池气压稳定，比较适合发酵工艺的要求，但对材料适合发酵工艺的要求，但对材料要求比较高，造价昂贵。要求比较高，造价昂贵。立式圆形半埋式沼气发酵池组立式圆形半埋式沼气发酵池组长方形（或方形）发酵池长方形（或方形）发酵
40、池联合沼气池联合沼气池2、沼气发酵池的管理、沼气发酵池的管理（1）装料）装料：预先在池底铺一层熟污泥。：预先在池底铺一层熟污泥。（2）搅拌）搅拌：每日三、四次，不使物料下沉。：每日三、四次，不使物料下沉。（3）温度）温度：5060，并保温。，并保温。（4）供料）供料：每日加入适当数量的原料。：每日加入适当数量的原料。（5）水分）水分：应保持相对稳定。：应保持相对稳定。（6）pH值值：应取样分析并调节。：应取样分析并调节。（7）沼气）沼气：初产沼气不纯，应放掉，直到所产沼气燃烧不：初产沼气不纯，应放掉，直到所产沼气燃烧不熄为止。熄为止。3、现代大型工业化沼气发酵设备、现代大型工业化沼气发酵设备（
41、1）常见几种类型的发酵罐）常见几种类型的发酵罐欧美型欧美型(Anglo-American shape)；d/H1，顶部具有浮罩，顶部和，顶部具有浮罩，顶部和底部都有小的坡度，由四周向底部都有小的坡度，由四周向中心凹陷，形成一个小锥体。中心凹陷，形成一个小锥体。古典型古典型(Classical shape)；中间是一个中间是一个d/H=1的圆桶，上下的圆桶，上下两头均为圆锥体。底部锥体的两头均为圆锥体。底部锥体的倾斜度为倾斜度为1.01.7，顶部为，顶部为0.61.0。有助于发酵污泥处于。有助于发酵污泥处于均匀、完全循环的状态。均匀、完全循环的状态。蛋型（蛋型（Egg shape digeste
42、r）特点：发酵罐两端的锥体与中部罐体特点：发酵罐两端的锥体与中部罐体结合时是光滑的，逐步过渡的。结合时是光滑的，逐步过渡的。底底部锥体比较陡峭，反应污泥与罐壁的部锥体比较陡峭，反应污泥与罐壁的接触面积比较小。有利于发酵污泥完接触面积比较小。有利于发酵污泥完全彻底的循环，不会形成循环死角。全彻底的循环，不会形成循环死角。欧洲平底型（欧洲平底型（European plain shape）介于欧美型和古典型之间。施工费用比介于欧美型和古典型之间。施工费用比古典型低，直径与高度的比值比欧美古典型低，直径与高度的比值比欧美型合理，在污泥循环设备方面，选择型合理，在污泥循环设备方面，选择余地小。余地小。（
43、2）循环系统搅拌设备（）循环系统搅拌设备（stiring device）机械搅拌：机械搅拌：泵搅拌泵搅拌：用泵将消化污泥从池底抽出，加压后送至浮渣层表面或用泵将消化污泥从池底抽出，加压后送至浮渣层表面或消化池不同部位进行循环搅拌。一般只适用于小型消化池。消化池不同部位进行循环搅拌。一般只适用于小型消化池。螺旋桨搅拌螺旋桨搅拌：在一在一个竖向导流管中个竖向导流管中安装螺旋桨。安装螺旋桨。气体扩散式搅拌气体扩散式搅拌充液搅拌充液搅拌n从厌氧池的出料间将发酵液抽出，然后从厌氧池的出料间将发酵液抽出，然后从加料管加入厌氧池内，产生较强的液从加料管加入厌氧池内，产生较强的液体回流，达到搅拌的目的。体回流
44、，达到搅拌的目的。（六）（六）厌氧发酵工艺厌氧发酵工艺包括从发酵原料到生产沼气的整个过程所采包括从发酵原料到生产沼气的整个过程所采用的技术和方法。用的技术和方法。n原料的收集和预处理；原料的收集和预处理；n接种物的选择和富集；接种物的选择和富集；n沼气发酵装置形状选择；沼气发酵装置形状选择；n启动和日常运行管理；启动和日常运行管理；n副产品沼渣和沼液的处置等技术措施。副产品沼渣和沼液的处置等技术措施。（1 1）根据发酵温度分类）根据发酵温度分类高温发酵高温发酵：产气率高，但：产气率高，但CH4CH4比例低且不稳定；比例低且不稳定；中温发酵中温发酵：产气率较高，能量回收较理想，应用普遍。太阳：产
45、气率较高，能量回收较理想，应用普遍。太阳能保温。能保温。常常(低低)温发酵温发酵：自然温度，结构相对简单、造价低。：自然温度，结构相对简单、造价低。（2 2）根据投料运转方式分类）根据投料运转方式分类连续发酵连续发酵：正常产气后，可连续加料与出料。：正常产气后，可连续加料与出料。半连续发酵半连续发酵：启动时一次加入较多原料，正常产气后，不定：启动时一次加入较多原料，正常产气后，不定期、不定量地添加新料。期、不定量地添加新料。批量发酵批量发酵：将发酵原料和接种物一次性装满沼气池，中途不：将发酵原料和接种物一次性装满沼气池，中途不再添加，产气结束后一次性出料。再添加，产气结束后一次性出料。两步发酵
46、两步发酵：产酸与产甲烷阶段分开进行。：产酸与产甲烷阶段分开进行。1、传统沼气发酵工艺类型、传统沼气发酵工艺类型典型的大型工业化沼气发酵工艺流程典型的大型工业化沼气发酵工艺流程1、有机废物；2、进料；3、进料口；4、分选；5、料槽；6、废物；7、破碎机；8、天然气供应站；9、加气站；10、内消耗；11、电网；12、沼气罐；13、主变电站；14、临时储存仓；15、气体处理站；16、热交换；17、发电；18、区域供热系统；19、热储存罐；20、发酵热；21、发酵仓；22、热交换；23、废液肥料脱水；24、堆肥产品；25、堆肥精制车间；26、脱水2、现代大型工业化沼气发酵工艺流程、现代大型工业化沼气发
47、酵工艺流程（1）能大量消纳有机废物，适应于城市垃圾与污泥）能大量消纳有机废物，适应于城市垃圾与污泥的处理和处置；的处理和处置；（2）发酵周期比较短；）发酵周期比较短；（3）产生沼气量大，质量高；沼渣肥效高。）产生沼气量大，质量高；沼渣肥效高。（4）系统的运行过程中不会产生二次污染，不会对）系统的运行过程中不会产生二次污染，不会对周围环境造成危害。周围环境造成危害。（5）系统的运行完全是自动化管理）系统的运行完全是自动化管理（6）可以把环境保护、能源回收与生态良性循环有）可以把环境保护、能源回收与生态良性循环有机的结合起来。机的结合起来。特点：特点：（七）沼气及其发酵产物的利用（七）沼气及其发酵产物的利用1、沼气的综合利用、沼气的综合利用（1）生活燃料；（）生活燃料；（2）运输工具的动力燃料；（）运输工具的动力燃料；（3）发电；（发电；（4）化工原料；（）化工原料；（5）孵化禽类；（）孵化禽类；（6）蔬菜种植，增产效果显著；（蔬菜种植，增产效果显著；（7）贮粮防虫；（）贮粮防虫；（8）贮藏水果贮藏水果2、沼气发酵余物的利用、沼气发酵余物的利用（1）沼液：速效肥料、抗病防虫、饲料添加剂、）沼液：速效肥料、抗病防虫、饲料添加剂、喂鱼、浸种。喂鱼、浸种。（2）沼渣：优质肥料、饲料、培养土、提取维生）沼渣：优质肥料、饲料、培养土、提取维生素等原料。素等原料。
