CN102835261A - 沼气提纯后剩余废气作为气肥的用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将沼气提纯后所剩余的富含二氧化碳的废气作为人工栽培***气肥的用途。本发明既解决了沼气提纯过程中所产废气的处理问题，同时为人工栽培***中植物光合作用碳源不足的问题提供了解决途径。

Description

沼气提纯后剩余废气作为气肥的用途

技术领域

本发明属于生物质能源中沼气能源的综合利用范畴，具体涉及一种将沼气提纯后所剩余的富含二氧化碳的废气作为人工栽培***气肥的用途。

背景技术

近年来，随着对能源品质和利用方式要求的提高，对沼气的利用方式也发生了改变，沼气提纯越发重要。沼气提纯技术即将沼气中甲烷与二氧化碳、水、硫化氢等气体分离的技术，它是针对沼气这种新能源的高值化利用所发展起来的，通过分离富集，沼气中的甲烷含量可达到97%-99%，其热值显著提高。目前主要的沼气提纯技术包括：化学吸收法、水洗法、变压吸附法、膜分离法。

国内外学者针对沼气提纯技术进行了大量的研究，但在研究提高沼气甲烷纯度的同时忽略了沼气提纯之后剩余富含二氧化碳的废气再利用问题。在现有的研究中化学吸收法、水洗法、膜分离法进行沼气提纯的研究都没有提及二氧化碳的富集与再利用，尽管变压吸附工艺可以实现二氧化碳的富集，且纯度可达到99.5%，但多数将其作为废物排放。例如公开号为CN101837227A的发明专利中，仅将二氧化碳富集于吸收液中，并未提及回收塔内二氧化碳的收集与利用问题。这些废气的排放既造成了二氧化碳资源的浪费，又加重了温室效应。

随着国家对新能源的重视程度越来越高以及大量的农业有机废弃物急待处理利用，生物质能中的沼气产业快速发展，沼气提纯技术将得到长足的进步，随之产生的二氧化碳资源非常巨大和宝贵，关于这些碳资源的利用应该进一步加强。

另一方面，设施农业在国民生活生产中的作用越发重要，特别是人工栽培***对保证农业的增产增收起到了关键性的作用。但是在相对密闭的人工栽培***中，由于植物进行光合作用时对二氧化碳的大量吸收同化，使得***中碳源不足，严重影响到了植物的生长。而在蔬菜大棚、人工温室或者植物工厂中增施二氧化碳对作物的增产作用非常明显，一般可达30%，可以为农业生产带来可观的经济收益，因此二氧化碳气肥增施技术得到了较快的发展。

目前二氧化碳气肥增施方法大致有如下几种：

（1）化学反应法：化学反应法是较为常用的方法，其原理是利用碳酸盐与强酸反应生成二氧化碳。而该方法存在成本高、二氧化碳浓度持续时间短（通常只有1-2 h）、费工时等缺陷，从而限制了在农业生产中的广泛推广与应用。

（2）纯二氧化碳增施法：该方法一般是利用高压瓶装二氧化碳来进行增施，可以较好的控制浓度和流量变化，但成本高昂。

（3）土壤化学法：该方法一般是通过在田间施加碳铵等肥料，利用其自然分解释放二氧化碳，此方法操作简便、成本低，释放二氧化碳的同时也增施了氮肥，但是二氧化碳浓度不易控制，而且容易造成氨气毒害。

（4）有机废物简易发酵法：公开号为CN1582623A的发明专利提出该方法，即通过简易发酵装置将农业有机废弃物直接在大棚内发酵，产生二氧化碳并释放，可以综合利用农业废弃物，但是发酵过程中释放二氧化碳时也产生了甲烷、硫化氢、氨等气体，对作物的生长产生影响。

（5）其它：除上述方法之外，还有燃烧法、通风换气法等，燃烧法通过直接燃烧有机废物释放二氧化碳，该方法不仅很难控制二氧化碳的浓度，而且在燃烧过程中会产生二氧化硫、飞灰等空气污染物，影响作物生长；通风换气法成本低廉，但很难控制二氧化碳浓度，更难以达到800μL·L^-1，同时也会影响温室内温度的变化。

通过上述两方面分析，可以看出以沼气提纯后剩余的富含二氧化碳的废气作为气肥，不仅有效利用了沼气提纯后剩余的废气，而且为温室作物栽培提供了新的气源。

发明内容

本发明提供了一种将提纯后所剩余的富含二氧化碳的废气作为人工栽培***气肥的用途，其具体步骤是：将沼气提纯过程中所产生的含有二氧化碳的废气进行富集并存储至储气罐中，当该剩余废气中硫化氢含量大于10ppm时，将剩余废气通入脱硫处理液进行脱硫处理；当氨气含量大于5ppm时，将气体通入中脱氨装置中进行脱氨处理；最后将经过脱硫脱氨处理后的气体通入布气***，布施于人工栽培***中（如蔬菜大棚、人工温室或植物工厂等）。根据人工栽培***中作物固定二氧化碳的方式、作物的二氧化碳补偿点及饱和点来调整人工栽培***中二氧化碳浓度，以保证植物光合作用过程中充足的碳源供给。

人工栽培***中二氧化碳浓度控制值主要由人工栽培***中作物固定二氧化碳的方式、作物在当前温度、光照、水分条件下所具有的二氧化碳补偿点及饱和点来确定。针对蕃茄、黄瓜、辣椒等C3作物，二氧化碳浓度控制范围一般为400ppm-1400ppm。

其中所述的沼气，其制备方法包括湿式厌氧消化法、干式厌氧消化法、单相厌氧消化法、两相厌氧消化法等，以及上述未提及的利用生物质废物厌氧消化产生沼气的方法。

其中所述的沼气提纯方法包括水洗法、变压吸附法、膜分离法等能够将甲烷从沼气中分离出的方法。

其中所述的废气是指沼气经提纯去除甲烷后所剩余的气体，主要组分为二氧化碳（30%-60%），其他组分包括氮气、甲烷、硫化氢、氨、氢气、水、氧气、一氧化碳等。

其中所述的布气***包括均匀分散式布气***、集中式布气***等，其中以均匀分散式布气***效果最好。

其中所述的均匀散布式布气***中的二氧化碳布气口气体流量以二氧化碳计为0.5 m³/h-1m³/h，平均每10.8m³-21 m³的空间铺设一个布气口。

其中所述的人工栽培***包括蔬菜大棚、人工温室、植物工厂等。

本发明有如下优点：

（1）将以往作为废气排放的富含二氧化碳的沼气提纯后剩余气体加以利用，将其作为碳源进行碳施肥，综合实现了沼气的综合利用。

（2）二氧化碳的合理利用减少了温室气体的排放，实现了碳循环。

具体实施方式

（1）废气资源：本实施例中所使用的沼气来源于餐厨垃圾两相厌氧消化***，使用的废气来自于变压水洗法沼气提纯***，废气中二氧化碳含量为38%-45%、氮气为25%-30%、甲烷为1%-3%、氧气为20%-35%、硫化氢为3ppm-5ppm、氨气为1ppm-2ppm、氢气1%-2%。

（2）作物栽培***：选用两套日光灯温室作物栽培***（***A和***B），每套温室***空间尺寸为3m×3.2m×3.5m，***顶部的布气管道用于施放所通入的废气。***A和***B内温度、湿度、光照强度、新风量等条件一致，白天温度为26±3℃、夜间温度为19±2℃、湿度为60%±20%。

（3）布气***：本实施例中每个栽培***中分别铺设了四个布气口，分为上下两层，上层离地高度为2m，下层高度离地高度为0.75m，布气口气量流量为0.8 m³/h。

（4）二氧化碳增施效果：通过二氧化碳浓度探头、电磁阀以及电脑软件控制布气***的工作，从而控制温室***中二氧化碳的浓度，其中***A中二氧化碳浓度波动范围为400±50ppm(μL·L^-1)，***B中为800±50ppm(μL·L^-1)。

（5）作物增产效果：本实施中考察作物为番茄，品种为中杂105。增施二氧化碳可以提高蕃茄的品质，800ppm浓度处理下蕃茄中的可溶性糖含量比400ppm浓度处理下提高了28%，维生素C含量、可溶性固形物含量分别提高了16%、34%。而有机酸含量则降低25%。800ppm浓度处理下番茄总产量比400ppm增加16%。

当理解的是，本发明的具体实施例仅仅是出于示例性说明的目的，其不以任何方式限定本发明的保护范围，本领域的技术人员可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.沼气提纯后所剩余的富含二氧化碳的废气作为人工栽培***气肥的用途，其特征在于，将沼气分离提纯出甲烷，剩余的废气经过富集存储至储气罐中；将剩余废气通入脱硫处理液进行脱硫处理使得剩余废气中硫化氢含量小于10ppm；将气体通入脱氨装置中进行脱氨处理使得剩余废气中氨气含量小于5ppm；将经过脱硫脱氨处理后的气体通入布气***，布施于人工栽培***中。

2.依据权利要求书1所述的用途，沼气的制备方法选自湿式厌氧消化法、干式厌氧消化法、单相厌氧消化法、两相厌氧消化法以及利用生物质废物厌氧消化产生沼气的方法中的一种或多种方法。

3.根据权利要求书1所述的用途，其特征在于人工栽培***中二氧化碳浓度介于400ppm-1400ppm之间。

4.根据权利要求书1所述的用途，其特征在于沼气提纯方法选自水洗法、变压吸附法、膜分离法中的一种或多种的组合。

5.根据权利要求书1所述的用途，其特征在于废气是指沼气经提纯去除甲烷后所剩余的气体，主要组分为二氧化碳（30%-60%），其他组分包括氮气、甲烷、硫化氢、氨、氢气、水、氧气、一氧化碳。

6.根据权利要求书1所述的用途，其特征在于布气***包括均匀分散式布气***、集中式布气***。

7.根据权利要求书6所述的用途，其特征在于布气***为均匀分散式布气***，均匀散布式布气***中的二氧化碳布气口气体流量以二氧化碳计为0.5 m³/h-1m³/h，平均每10.8m³-21 m³的空间铺设一个布气口。

8.根据权利要求书1所述的用途，其特征在于人工栽培***选自蔬菜大棚、人工温室、植物工厂。

9.沼气提纯后所剩余的富含二氧化碳的废气作为人工栽培***气肥在提高番茄产量和/或维生素C含量中的用途。