廚余垃圾厭氧消化工藝選擇與運營管理課件

1、項目3：廚余垃圾利用處置任務(wù)3-3：廚余垃圾厭氧消化工藝選擇及運行管理固體廢物的厭氧發(fā)酵 厭氧發(fā)酵：通過厭氧微生物的生物轉(zhuǎn)化作用，將固體廢物中大部分可生物降解的有機物質(zhì)分解，轉(zhuǎn)化為能源產(chǎn)品沼氣的過程，或稱厭氧消化，沼氣發(fā)酵。微生物生理學(xué)定義：在沒有外加氧化劑的條件下，被分解的有機物作為還原劑被氧化，而另一部分有機物作為氧化劑被還原的生物學(xué)過程。沼氣的成分：主要為CH4,5570和CO2,2540。此外還有總量小于5%的CO、O2、H2、H2S、N2、NH2、PH3、碳?xì)浠衔?CmHn)等。（一）基本概念（二）厭氧發(fā)酵的有機物分解代謝過程 1、碳水化合物的分解代謝一般的碳水化合物包括纖維素、半

2、纖維素、木質(zhì)素、糖類、淀粉和果膠質(zhì)等。纖維素的分解纖維素酶可以把纖維素水解成葡萄糖，反應(yīng)式為： (C6H10O5)n(纖維素) + n H2O = nC6H12O6(葡萄糖)葡萄糖經(jīng)細(xì)菌的作用繼續(xù)降解成丁酸、乙酸，最后生成甲烷和二氧化碳等氣體。總的產(chǎn)氣過程可用下述的綜合表達(dá)式表達(dá)： C6H12O6 = 3CH4+3CO2糖類的分解先由多糖分解為單糖，然后是葡萄糖的酵解過程，與上述相同。2、類脂化合物的分解代謝 類脂化合物（脂肪、磷脂、游離脂肪酸、蠟酯、油脂），含量很低。主要水解產(chǎn)物是脂肪酸和甘油。甘油轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岣视椭?，進而生成丙酮酸。在沼氣菌的作用下，丙酮酸被分解成乙酸，然后形成甲烷和二氧化碳

3、。 3、蛋白質(zhì)類的分解代謝 這類化合物主要是含氮的蛋白質(zhì)化合物，在厭氧發(fā)酵原料中占有一定的比例。在農(nóng)家污水和豬圈廢物中，蛋白質(zhì)的含量最高可達(dá)20%。它們的分解過程是在細(xì)菌的作用下水解成多肽和氨基酸。其中的一部分氨基酸繼續(xù)水解成硫醇、胺、苯酚、硫化氫和氮；另一部分分解成有機酸、醇等其他化合物，最后生成甲烷和二氧化碳；還有一些氨基酸作為產(chǎn)沼細(xì)菌的養(yǎng)分形成菌體。（三）厭氧發(fā)酵的過程首先，不溶性大分子有機物（如蛋白質(zhì)、纖維素、淀粉、脂肪等）經(jīng)水解酶的作用，在溶液中分解為水溶性的小分子有機物（如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油等）。隨之，這些水解產(chǎn)物被發(fā)酵細(xì)菌攝入細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)過一系列生化反應(yīng)，將代謝產(chǎn)物排出體

4、外，由于發(fā)酵細(xì)菌種群不一，代謝途徑各異，故代謝產(chǎn)物也各不相同。眾多的代謝產(chǎn)物中，僅無機的CO2和H2及有機的“三甲一乙”（甲酸、甲醇、甲胺和乙酸）可直接被產(chǎn)甲烷細(xì)菌吸收利用，轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。其它眾多的代謝產(chǎn)物（主要是丙酸、丁酸、戊酸、乳酸等有機酸，以及乙醇、丙酮等有機物質(zhì)）不能為產(chǎn)甲烷細(xì)菌直接利用。它們必須經(jīng)過產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌進一步轉(zhuǎn)化為氫和乙酸后，才能被甲烷細(xì)菌吸收利用，并轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。 1、兩階段理論 將厭氧發(fā)酵分為產(chǎn)酸（酸性發(fā)酵）和產(chǎn)氣（堿性發(fā)酵）兩個階段，相應(yīng)起作用的微生物分為產(chǎn)酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌。2、三階段理論 1979年由布賴恩提出，將厭氧發(fā)酵依次分為水解、產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷

5、三個階段。起作用的細(xì)菌分別稱為發(fā)酵細(xì)菌、醋酸分解菌、甲烷細(xì)菌。厭氧生物處理原理 有機物厭氧消化過程生化階段 物態(tài)變化液化（水解）酸化（1）酸化（2）氣 化生化過程大分子不溶態(tài)有機物轉(zhuǎn)化為小分子溶解態(tài)有機物小分子溶解態(tài)有機物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及A、B兩類產(chǎn)物B類產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及乙酸等CH4、CO2等菌 群發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌甲烷細(xì)菌發(fā)酵工藝甲烷發(fā)酵酸 發(fā) 酵多糖蛋白質(zhì)脂肪等單糖或二糖多肽和氨基酸甘油和脂肪酸揮發(fā)性脂肪酸類，H2 ，CO2 等CH4CO2等水解菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌產(chǎn)甲烷菌水解階段產(chǎn)氫產(chǎn)酸階段產(chǎn)甲烷階段厭氧發(fā)酵的三階段理論：兼性厭氧菌絕對厭氧菌(1)溫度因素：隨著溫度升高

6、有機物分解速度加快，產(chǎn)氣量增大。溫度變化范圍為(1.52.0)。低溫發(fā)酵：低于20 ，產(chǎn)氣量低，受氣候影響大，不加料情況下35d。中溫發(fā)酵：37，產(chǎn)氣量約11.3m3/(m3d)；發(fā)酵時間20d，衛(wèi)生化低。高溫發(fā)酵：53 ，產(chǎn)氣量約3.04.0m3/(m3.d)；發(fā)酵時間10d，衛(wèi)生化高。對寄生蟲卵的殺滅率較可達(dá)99%，大腸菌指數(shù)可達(dá)10100，能滿足衛(wèi)生要求（蛔蟲卵的殺滅率在95%以上，大腸菌指數(shù)10100）。當(dāng)有3的變化時，就會抑制發(fā)酵速率，有5的急劇變化時，就會突然停止產(chǎn)氣，使有機酸大量積累而破壞厭氧發(fā)酵。（四）、影響發(fā)酵的環(huán)境條件(2)發(fā)酵細(xì)菌的營養(yǎng)及C/N C/N在(1020):1為

7、宜，太高，細(xì)胞氮量不足，系統(tǒng)的緩沖能力低，pH 值易降低；太低，氮量過多， pH 值可能上升，銨鹽容易積累，會抑制發(fā)酵進程。(3)混合均勻程度 厭氧發(fā)酵是由細(xì)菌體的內(nèi)酶和外酶與底物進行的接觸反應(yīng)。因此必須使兩者充分混合。對于液態(tài)發(fā)酵用充液攪拌法；對于固態(tài)或半固態(tài)用充氣攪拌法和機械攪拌法等。（4）有毒物質(zhì)重金屬離子對甲烷發(fā)酵的抑制使酶發(fā)生變性或者沉淀。與酶結(jié)合產(chǎn)生變性；與氫氧化物使酶沉淀。陰離子的毒害：主要是S2-，來源：無機硫酸鹽還原；蛋白質(zhì)分解釋放出S2-。氨的毒害：NH4+150mg/L，發(fā)酵受抑制。物質(zhì)濃度毒域濃度界限/(mol/L)堿金屬和堿土金屬Ca2+，Mg2+，Na+，K+101

8、10+6重金屬Cu2+，Ni2+，Zn2+，Hg2+，F(xiàn)e2+105103H+和OH106104胺類105100有機物質(zhì)106100（5）酸堿度、pH值和發(fā)酵液的緩沖作用 水解、發(fā)酵菌及產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌對pH值的適應(yīng)范圍大致為56.5 ，而甲烷菌對pH值的適應(yīng)范圍為6.67.5之間。發(fā)酵液中的碳酸及氨的存在，使其具有一定的緩沖性。堿度指沼氣發(fā)酵液結(jié)合H+的能力，是衡量發(fā)酵體系緩沖能力的尺度，由碳酸鹽(CO32-)、重碳酸鹽(HCO3-)、部分氫氧化物(HO-)組成，應(yīng)在2000mg/L以上。（6）不同發(fā)酵基質(zhì)上生長的發(fā)酵菌群種群不同(五)厭氧發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)備1、傳統(tǒng)的發(fā)酵系統(tǒng)（1）結(jié)構(gòu)發(fā)酵罐是核心，附

9、屬設(shè)備有氣壓表、導(dǎo)氣管、出料機、預(yù)處理裝置、攪拌器、加熱管等。（2）工作原理物料從上部或頂部投入池內(nèi)，經(jīng)與池中原有的厭氧活性污泥混合接觸后，通過厭氧微生物的吸附、吸收和生物降解作用，使生污泥或廢水中的有機物轉(zhuǎn)化為以甲烷和二氧化碳為主的氣態(tài)產(chǎn)物生物氣（即沼氣）。11.1 概述11.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.3 儲能技術(shù)的發(fā)展前景復(fù)習(xí)思考題第十一章 儲能技術(shù)儲能技術(shù)：通過機械的、電磁的、電化學(xué)等方法，由介質(zhì)或設(shè)備把一種能量存儲起來，在需要時再轉(zhuǎn)換為其他形式的能量釋放出來的技術(shù)。廣義概念：儲能技術(shù)包括基礎(chǔ)燃料的存儲（煤、石油、天然氣等）、二次燃料的存儲（煤氣、氫、太陽能燃料等）、電力儲能和儲熱等

10、；狹義概念：狹義的儲能技術(shù)則包括儲電、儲熱、儲冷和儲氫等技術(shù)。11.1 概述11.1.1 儲能技術(shù)的概念11.1 概述機械儲能以水、空氣等為儲能介質(zhì)，通過儲能介質(zhì)將電能轉(zhuǎn)換為動能或勢能，常見的有抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等。電磁儲能直接以電磁能的方式進行能量的存儲的技術(shù)，主要包括超導(dǎo)磁儲能和超級電容器儲能。電化學(xué)儲能通過儲能介質(zhì)將電能以電化學(xué)能的形式進行存儲，充放電過程伴隨儲能介質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)或變價，常見的有電池儲能（鉛酸電池、鉛炭電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池、鈉離子電池、氯離子電池、氟離子電池、鈉硫電池、鋰硫電池、液流電池和金屬-空氣電池等）和儲氫等。冷熱儲能利用儲熱或蓄冷介質(zhì)

11、將能量以熱能形式儲存的技術(shù)，根據(jù)熱量存儲原理，儲熱技術(shù)可分為顯熱儲熱、潛熱儲熱和熱化學(xué)儲熱三類。蓄冷技術(shù)也可分為顯熱蓄冷和潛熱蓄冷。11.1.2 儲能技術(shù)的分類及特點一般地，可根據(jù)能量存儲與轉(zhuǎn)換方式的不同，儲能技術(shù)主要分為機械儲能、電磁儲能和電化學(xué)儲能等三大類，此外，還有儲熱和蓄冷技術(shù)等。11.1 概述儲能技術(shù)的主要性能指標(biāo)儲能設(shè)備容量儲、釋能周期內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換效率響應(yīng)速度體積能量密度和體積功率密度循環(huán)壽命與周期壽命安全性能與對環(huán)境的影響11.1.2 儲能技術(shù)的分類及特點技術(shù)類型容量(MWh)能量轉(zhuǎn)換效率（）響應(yīng)速度體積能量密度(kWh /m3)體積功率密度（kW/m3）循環(huán)壽命（次）周期壽命（

12、a）安全性環(huán)境影響物理儲能抽水蓄能500100007085smin0.220.10.2150004060高無污染壓縮空氣儲能1030004153smin2600.210100003050高空氣污染飛輪儲能0.0018859510msmin2080500080005000030中無污染電磁儲能超導(dǎo)磁儲能0.01109515 ms6260010000030中磁場污染超級電容0.011.585901 20ms1020400001200001000010000030中有殘留電化學(xué)儲能鈉硫電池0.001108320ms s15030012016025004500/100%DOD10低有殘留釩液流電池0.

13、0336020ms s15250.5213000/100%DOD20高輕微鉛炭電池0.00120707520ms s50809070025003000/100%DOD10中鉛污染鋰離子電池0.15909520ms s3005501300100005001000/100%DOD10中有殘留注：DOD （Depth of Discharge）表示放電深度11.1 概述主要儲能技術(shù)性能對比11.1 概述11.1.2 儲能技術(shù)的分類及特點PHS- 抽水蓄能；CAES- 壓縮空氣；FES: 飛輪；Lead-Acid: 鉛酸電池；NiCd: 鎳鎘電池；NaS: 鈉硫電池；ZEBRA: 鎳氯電池；Li-io

14、n: 鋰電池；VRB: 液流電池； SMES: 超導(dǎo)磁儲能； SCES: 超級電容; TES：儲熱系統(tǒng)抽水蓄能電站和鉛酸電池技術(shù)已經(jīng)成熟，其使用已超過100年，壓縮空氣儲能、鎳鎘電池、鈉硫電池、鋰離子電池、液流電池、超導(dǎo)磁能、飛輪、電容、儲熱/冷等技術(shù)已經(jīng)完成研發(fā)并開始商業(yè)化，但是還沒有大規(guī)模普遍應(yīng)用，它們的競爭力和可靠性仍然需要電力企業(yè)和市場來進一步檢驗。11.1 概述11.1.3 儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)概況全球累計運行的儲能項目裝機規(guī)模及比例截至2019年3月底，全球共有1580個儲能項目投入運行，總裝機規(guī)模達(dá)到192.25GW。其中，抽水蓄能機組在運項目351個，總裝機容量為183.01GW，其

15、他物理儲能項目裝機容量達(dá)到2.65GW，電化學(xué)儲能、熔融鹽儲熱與儲氫項目的裝機容量分別達(dá)到3.30GW，3.28GW和20MW。抽水蓄能是全球裝機規(guī)模最大的儲能技術(shù)，也是目前發(fā)展最為成熟的儲能技術(shù)。11.1.3 儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)概況11.1 概述截至2018年底，我國已投運儲能項目的累計裝機規(guī)模達(dá)到31.2GW，同比增長8%，占全球投運儲能規(guī)模的17.2%。與全球儲能市場類似，我國抽水蓄能的累計裝機規(guī)模最大，約為30.0GW，所占比重達(dá)到96.2%。電化學(xué)儲能與熔融鹽儲熱的累計裝機規(guī)模分別為1.01GW和0.22GW，同比分別增長159%和1000%。在各類電化學(xué)儲能技術(shù)中，鋰離子電池的累計裝機

16、占比最大，比重為68%。我國累計運行儲能項目占比11.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.1機械儲能技術(shù)技術(shù)類型功率等級響應(yīng)速度優(yōu)點缺點抽水蓄能1005000 MWsmin容量大，造價成本低，啟動快、運行靈活建設(shè)選址對地理條件要求高，投資周期長壓縮空氣儲能100300 MWsmin容量大，造價成本低，能源轉(zhuǎn)換效率高，安全可靠建設(shè)選址對地理條件要求高，且有一定的空氣污染飛輪儲能5kW2MW10msmin壽命長，功率密度大，環(huán)境友好，響應(yīng)速度快能量密度低，自放電率高機械儲能的代表技術(shù)有抽水蓄能，壓縮空氣儲能和飛輪儲能，其技術(shù)特點對比如下表所示：主要機械儲能技術(shù)特點對比11.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用1

17、1.2.1機械儲能技術(shù)抽水蓄能抽水蓄能（Pumped Hydroelectric Storage，PHS）是全球裝機規(guī)模最大的儲能技術(shù)，也是目前發(fā)展最為成熟的儲能技術(shù)，抽水蓄能電站是兼有調(diào)峰和填谷的雙重功能的水電站，在夜間電網(wǎng)用電負(fù)荷低谷時，利用電網(wǎng)的電能將下水庫的水抽到上水庫儲存起來，將電能轉(zhuǎn)化為水的勢能；在日間電網(wǎng)用電高峰時，則利用上水庫的水發(fā)電，將水的勢能轉(zhuǎn)化為電能。因此，抽水蓄能電站一般有上、下兩個水庫，廠房內(nèi)裝有抽水和發(fā)電功能的機組，如圖所示。抽水蓄能機組工作原理示意圖11.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.1機械儲能技術(shù)壓縮空氣儲能壓縮空氣儲能（Compressed Air Ene

18、rgy Storage，CAES）技術(shù)是通過將空氣高度壓縮來實現(xiàn)能量的存能，它是一種成本低、容量大的電力儲能技術(shù)。壓縮空氣儲能是由充氣（壓縮）過程和排氣（膨脹）過程組成。壓縮空氣儲能系統(tǒng)是在用電低谷時，將空氣壓縮并存儲于儲氣室（槽、罐等壓力容器）或地下結(jié)構(gòu)（如洞穴、廢棄礦井、過期油氣井等），將電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲起來；在用電高峰時段，高壓空氣從儲氣室或地下結(jié)構(gòu)中釋放，進入燃?xì)廨啓C燃燒室燃燒，膨脹做功，并驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電，如圖所示。壓縮空氣儲能示意圖11.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.1機械儲能技術(shù)飛輪儲能飛輪儲能（Flywheel Energy Storage，F(xiàn)ES）是通過互逆式雙

19、向電機將電能轉(zhuǎn)換成高速旋轉(zhuǎn)的飛輪的動能的儲能技術(shù)。在儲能過程，飛輪儲能將外界輸入的電能，通過電動機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，以動能的形式儲存能量，完成電能-機械能的轉(zhuǎn)換過程；當(dāng)外界需要電能時，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪作為原動機拖動發(fā)電機發(fā)電，經(jīng)功率變換器輸出電流和電壓，完成機械能-電能轉(zhuǎn)換的能量釋放過程。飛輪儲能系統(tǒng)（磁懸浮軸承）示意圖11.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.2電磁儲能技術(shù)電磁儲能技術(shù)主要包括超導(dǎo)磁儲能和超級電容器儲能兩類，其技術(shù)特點對比如表所示：儲能類型容量響應(yīng)時間技術(shù)優(yōu)點缺點超導(dǎo)磁儲能10kW1MW15ms容量大，壽命長，能量密度大，響應(yīng)速度快，建造不受地域限制，維護方便造價高超級電容儲能1

20、150kW120ms循環(huán)效率較高，充放電速度快，功率密度高，循環(huán)充放電次數(shù)多，工作溫度范圍寬自放電率高，成本高兩種電磁儲能方式技術(shù)特點對比11.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.2電磁儲能技術(shù)超導(dǎo)磁儲能超導(dǎo)磁儲能（Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES）技術(shù)是利用超導(dǎo)材料制成的環(huán)形超導(dǎo)電感線圈，線圈通過整流逆變器將電網(wǎng)過剩的能量以磁能的形式存儲起來，在需要時再將此能量送回電網(wǎng)或作他用。超導(dǎo)線圈維持在超導(dǎo)狀態(tài)，線圈中所儲存的能量幾乎可以無損耗地永久儲存下去，直到導(dǎo)出為止。超導(dǎo)磁儲能裝置一般由超導(dǎo)線圈、冷卻系統(tǒng)、閉式制冷機、變流裝置和測控系統(tǒng)組成（

21、如圖所示）。超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)示意圖11.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.2電磁儲能技術(shù)超級電容器儲能超級電容器儲能（Super Capacitor Energy Storages，SCES）根據(jù)電化學(xué)雙電層理論，利用電級和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來存儲能量。充電時，在理想極化狀態(tài)的電極表面，電荷將吸引周圍電解質(zhì)溶液中的異性離子，使其附于電極表面，形成雙電荷層，構(gòu)成雙電層電容。由于電荷層間距極小且采用特殊電極結(jié)構(gòu)，電極表面積成千上萬倍的增加，形成極大的電容量。超級電容器儲能基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，超級電容器的結(jié)構(gòu)主要包括兩個電極、電解質(zhì)、集流體、隔膜四個主要部件。其中，兩個電級是由多孔材料在金

22、屬薄膜上沉積形成的，被浸泡在電解液中的隔膜分開。隔膜通常是一張紙，來防止電極之間的導(dǎo)電接觸。11.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)電化學(xué)儲能技術(shù)是將其電能以化學(xué)能的形式進行存儲和轉(zhuǎn)換，蓄電池具有靈活方便的特點，代表了電化學(xué)儲能的主要研究方向。蓄電池都是通過浸泡于電解液中的兩個電極（陰極和陽極）發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能，其中，陰極吸收電子，發(fā)生還原反應(yīng)；陽極釋放電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。陰極是正電性電極，正離子通過化學(xué)單元、電子通過外電路向它遷移；陽極是負(fù)電性電極，它產(chǎn)生向外做功的電子。蓄電池工作原理圖電池類型正極負(fù)極電解液電壓(V)體積能量密度(kWh /m3)循環(huán)壽命（次）工作溫度

23、（）鉛酸電池PbO2PbH2SO42.0751204001200-4060鉛炭電池PbO2CH2SO42.0508025003000-4060鎳鎘電池Ni(OH)2CdNaOH1.2801502000-4060鎳氫電池Ni(OH)2MKOH1.22202301500-2040鋰離子電池LiCoO2C6有機溶劑3.73005505001000-2065鈉硫電池SNa-Al2O32.015030025004500300350釩液流電池V4+,V5+V2+,V3+H2SO41.3由電解液濃度確定13000-205011.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)主要蓄電池技術(shù)特點比較主要蓄電池

24、技術(shù)優(yōu)缺點電池類型優(yōu)點缺點鉛酸電池成本低、技術(shù)成熟、儲能容量大能量密度低，充放電次數(shù)少，析氫，有毒鉛炭電池充放電速度快，功率密度高，壽命長能量密度低，鉛污染鎳鎘電池耐用性好，可靠性高，壽命長，維護量少自放電率高，存在記憶效應(yīng)，污染環(huán)境鎳氫電池能量密度高，低溫特性好、無毒環(huán)保造價比鉛酸電池、鎳鉻電池要高鋰離子電池能量密度高、自放電率低、無記憶效應(yīng)，環(huán)保造價高，需要過充保護，熱失控、容量衰減鈉硫電池壽命長，能量密度高，轉(zhuǎn)換效率高，無污染工作溫度高，需要熱量管理，安全性差釩液流電池能量密度高、效率高、壽命長、無自放電率價格昂貴，能量轉(zhuǎn)換率低、電解液交叉污染 11.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3

25、電化學(xué)能技術(shù)鉛酸電池（Lead-acid Battery）是指電極由多孔的鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池，如圖所示。在荷電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛；放電狀態(tài)下，正極的二氧化鉛與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛和水，負(fù)極的鉛與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛。鉛酸電池電化學(xué)反應(yīng)方程式為：負(fù)極反應(yīng)：PbSO4 + H+ + 2ePb + HSO4正極反應(yīng)：PbSO4 + 2H2OPbO2 + HSO4+ 3H+ + 2e總反應(yīng)：2PbSO4 + 2H2OPb +PbO2 + 2H2SO4（充電時反應(yīng)由左向右進行，放電時反之）鉛酸蓄電池示意圖11.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化

26、學(xué)能技術(shù)鉛炭電池（Pb-C Battery）是通過在鉛酸電池的負(fù)極添加炭黑等類型的碳材料，形成的新型電池。鉛炭電池又可分為鉛炭非對稱電化學(xué)電容器和鉛炭超級電池。鉛炭非對稱電化學(xué)電容器是將鉛酸電池的鉛負(fù)極由高比表面積的炭材料取代，正極仍由傳統(tǒng)的氧化鉛材料構(gòu)成的新型電化學(xué)裝置。鉛炭電池電化學(xué)反應(yīng)方程式為：負(fù)極反應(yīng)：n C6(x-2)- (H+)x-2+ 2H+ 2e nC6x-(H+)x正極反應(yīng)：PbSO4 + 2H2OPbO2 + HSO4+ 3H+ + 2e總反應(yīng)：PbSO4 + 2H2O+ nC6(x-2)-(H+)x-2nC6x-(H+)x + PbO2 + H2SO4（充電時反應(yīng)由左向右

27、進行，放電時反之）11.2 儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)鎳鎘電池鎳鎘電池(NickelCadmium Battery)是由鎘、鎳電極、堿性電解液和隔膜組成的可充電電池。其中，正極是氫氧化鎳，負(fù)級是鎘。鎳鎘蓄電池電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)方程式為：負(fù)極反應(yīng)：Cd(OH)2+2e Cd+2OH正極反應(yīng)：Ni(OH)2 + OH NiO(OH) + H2O+e總反應(yīng)式：Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiO(OH)+2H2O（充電時反應(yīng)由左向右進行，放電時反之）（3）常用類型(5種)立式圓形水壓式沼氣池發(fā)酵間為圓形，兩側(cè)帶有進出料口，容積為6m3、8m3、10m3、12m3；池

28、頂有活動蓋板。池蓋和池底是具有一定曲率半徑的殼體，主要結(jié)構(gòu)包括加料管、發(fā)酵間、出料管、水壓間、導(dǎo)氣管等幾個部分。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)較簡單，造價低，施工方便。缺點：氣壓不穩(wěn)定，對產(chǎn)氣不利；池溫低，影響產(chǎn)氣，原料利用率低（僅10%20%）；大換料和密封都不方便；產(chǎn)氣率低平均0.1 0.15m3/m3.d，對防滲措施的要求較高給燃燒器的設(shè)計帶來一定困難。立式圓形浮罩式沼氣池 將發(fā)酵間與貯氣間分開，產(chǎn)生的沼氣由浮沉式的氣罩貯存起來。氣罩可直接安裝在沼氣發(fā)酵池頂，也可安裝在沼氣發(fā)酵池側(cè)。浮沉式氣罩由水封池和氣罩兩部分組成。當(dāng)沼氣壓力大于氣罩重量時，氣罩便沿水池內(nèi)壁的導(dǎo)向軌道上升，直至平衡為止。當(dāng)用氣時，罩內(nèi)氣

29、壓下降，氣罩也隨之下沉。特點：將發(fā)酵間與貯氣間分開，具有壓力低、發(fā)酵好、產(chǎn)氣多等優(yōu)點。頂浮罩式沼氣貯氣池造價比較低，但氣壓不夠穩(wěn)定。側(cè)浮罩式沼氣貯氣池氣壓穩(wěn)定，比較適合發(fā)酵工藝的要求，但對材料要求比較高，造價昂貴。立式圓形半埋式沼氣發(fā)酵池組城市糞便沼氣發(fā)酵多用發(fā)酵池組。一般采用浮罩式貯氣，單池深度4m，直徑5m，為鋼筋混凝土構(gòu)筑物，埋入土內(nèi)1.3m，發(fā)酵池上安裝薄鋼浮罩，內(nèi)壁用玻璃纖維和環(huán)氧樹脂作防腐處理，外涂防銹漆。發(fā)酵池內(nèi)密封性好，總儲糞容積為340m3。長方形（或方形）發(fā)酵池由發(fā)酵室、氣體貯藏室、儲水庫、進料口和出料口、攪拌器、導(dǎo)氣喇叭口等部分組成。儲水庫的主要作用是調(diào)節(jié)氣體貯藏室的壓力

30、。若室內(nèi)氣壓很高時，就可將發(fā)酵室內(nèi)經(jīng)發(fā)酵的廢液通過進料間的通水穴，壓入貯水庫內(nèi)。反之，若氣體貯藏室內(nèi)壓力不足時，貯水庫中的水由于自重便流入發(fā)酵室，就這樣通過水量調(diào)節(jié)氣體貯藏的空間，使氣壓相對穩(wěn)定，保證供氣。聯(lián)合沼氣池2、沼氣發(fā)酵池的管理（1）裝料：預(yù)先在池底鋪一層熟污泥。（2）攪拌：每日三、四次，不使物料下沉。（3）溫度：5060，并保溫。（4）供料：每日加入適當(dāng)數(shù)量的原料。（5）水分：應(yīng)保持相對穩(wěn)定。（6）pH值：應(yīng)取樣分析并調(diào)節(jié)。（7）沼氣：初產(chǎn)沼氣不純，應(yīng)放掉，直到所產(chǎn)沼氣燃燒不熄為止。3、現(xiàn)代大型工業(yè)化沼氣發(fā)酵設(shè)備（1）常見幾種類型的發(fā)酵罐歐美型(Anglo-American shap

31、e)；d/H1，頂部具有浮罩，頂部和底部都有小的坡度，由四周向中心凹陷，形成一個小錐體。古典型(Classical shape)； 中間是一個d/H=1的圓桶，上下兩頭均為圓錐體。底部錐體的傾斜度為1.01.7，頂部為0.61.0。有助于發(fā)酵污泥處于均勻、完全循環(huán)的狀態(tài)。蛋型（Egg shape digester）特點：發(fā)酵罐兩端的錐體與中部罐體結(jié)合時是光滑的，逐步過渡的。 底部錐體比較陡峭，反應(yīng)污泥與罐壁的接觸面積比較小。有利于發(fā)酵污泥完全徹底的循環(huán)，不會形成循環(huán)死角。歐洲平底型（European plain shape）介于歐美型和古典型之間。施工費用比古典型低，直徑與高度的比值比歐美型合理，在污泥循環(huán)設(shè)備方面，選擇余地小。（2）循環(huán)系統(tǒng)攪拌設(shè)備（ stiring device）機械攪拌：泵攪拌：用泵將消化污泥從池底抽出，加壓后送至浮渣層表面或消化池不同部位進行循環(huán)攪拌。一般只適用于小型消化池。螺旋槳攪拌：在一個豎向?qū)Я鞴苤邪惭b螺旋槳。水射器攪拌：水射器也稱噴射泵。一般設(shè)置在池中心，用水泵將消化池底部的污泥抽出后壓入水射器的噴嘴，當(dāng)污泥射入水射器的喉管時，形成很大的負(fù)壓，將消化池內(nèi)液面的消化液吸入，通過擴散管從池子下部排 出形成一個循環(huán)攪拌 。沼氣攪拌：氣提式攪拌：將沼氣壓入設(shè)在消化池的導(dǎo)流管中部或底部，使沼氣與消化液混合，含氣泡的污泥即沿導(dǎo)流管上升，起