第一篇：秸秆干式厌氧发酵制沼气工艺
秸秆干式厌氧发酵制沼气工艺
摘要：秸秆干式厌氧发酵以农作物秸秆为原料，在较少资本投入和较小的规模的条件下，产生可以循环使用的生物质能。本文设计了以卧式浆叶轴机械搅拌厌氧发酵罐为核心的干式厌氧发酵技术与成套装备。工程包括预处理及进料系统、厌氧发酵系统、出料系统、沼气净化与贮存、增保温系统等。工艺方案中克服了干式厌氧发酵进出料困难、传质传热不均的难题，实现了连续高温干式氧发酵产沼气。关键词：秸秆；干式厌氧发酵；工艺设计；设备
Technology of dry anaerobic digestion for biogas producing from straw
Abstract：Straw dry anaerobic fermentation technology could produce the recycle biomass energy with the small scale and less capital investment.A pilot plant of dry anaerobic digestion was constructed in the dairy farm of Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences．The plant included pretreatment system，solid feed-in system，horizontal anaerobic reactor，biogas storage and purification system，insulation warming system and digestate discharging system．Specially designed low-speed horizontal rod-gear agitators used in the horizontal anaerobic reactor enhanced mass and heat transfer efficiency and overcame high solid feedstock feeding and discharging difficulties．Pilot-scale experiment of continuous dry thermophilic anaerobic digestion of dairy manure was conducted in the pilot plan．
Key words：Straw；Dry anaerobic digestion；Process design；Equipment 引言
我国作为一个农业大国，随着粮食产量的增加，农作物秸秆年产量逐年上升，目前我国每年秸秆产量大约有7亿多吨[1]。大量秸秆露天焚烧不但造成极大的资源浪费，而且带来大气污染、火灾事故、堵塞交通等大量的社会、经济和生态问题[2]。而作为农用燃料，秸秆的燃烧效率极低，使用的热效率仅为10%～30%，而如果1kg秸秆转化为沼气燃烧可使秸秆的有效热值提高到64%[3,4]。
因此，研究适用的方法处理秸秆，实现其资源化，将成为缓解当今中国面临的资源、能源、环境危机的重要途径之一。
厌氧消化是一种集废物处理和产能处理工艺于一体的技术，Ilyin，Singhal，Neves和Isci等人分别以木屑，风信子，麦秆和棉花秆作为原料进行了深入的厌氧消化实验研究[5-8]；Angeli-daki，Braber对城市固体废弃物[9,10]以及Svensson对农业废弃物[11]的厌氧消化从经济可行性以及发展趋势层面上作了详细的阐述。
自1980年康奈尔(Cornell)大学根据美国能源部的要求首先进行干式发酵研究以来，世界各国开始研究低水分的城市垃圾、农林残余物及相似的有机沉积物的厌氧发酵。干式发酵法，即高固体厌氧消化，它是指以固体有机废物为原料，在无流动水的条件下进行沼气发酵的工艺，可以将传统的厌氧消化工艺中固态物含量由低于8%，提高到35%以上，一般情况下干物质含量在20%左右较为适宜。
干式发酵法不仅提高了池容产气率和池容效率，而且消化后的产品不需脱水即可作为肥料或土壤调节剂使用，简化了操作处理，降低了成本，这些优点引起了国内外研究者对干发酵在处理城市生活垃圾和农林残余物方面的广泛重视。根据此前的预实验研究表明，在总固体浓度为20%时中温条件下的产气效果较好，而沼气技术在农村的应用大都在环境温度下进行，因此在本实验中选择环境温度(罐内温度随外界温度变化而变化)下进行厌氧发酵放大实验[12]，以对该技术在农村的应用提供依据。工艺方案
干式厌氧发酵制沼气中试工程工艺流程如图1所示。发酵原料输送至快速预热混合器进行预热、接种、搅拌混合等预处理后，由螺杆泵输送至干式厌氧发酵装置进行厌氧发酵并产生沼气。干式发酵装置为卧式浆叶轴机械搅拌厌氧发酵罐，采用55℃高温发酵工艺。
整个发酵工艺中采用两级厌氧发酵系统：一级为卧式厌氧主发酵罐，二级为液相立式发酵罐。经一级发酵后的物料由浆料泵输送至固液分离机，经固液分离后的固体堆肥，制成肥料出售。渗滤液除部分作为接种物回用外，其余进入液体储存罐，液体储存罐中的液体部分回流进入预处理快速预热混合器与新鲜原料接种，其余液体泵入二级立式发酵罐，使未完全发酵的物料在此进行再次发酵。二次发酵罐出料进入沼液贮池，做液体有机肥。一级发酵罐和二级发酵罐产生的沼气暂存于二级发酵罐顶部的膜式贮气柜中，经由净化后的沼气供厂区自用。
图1干式厌氧发酵工艺流程图
Fig．1 Process flow diagram of dry anaerobic digestion 1．快速预热混合器 2．螺杆泵 3．卧式厌氧发酵罐 4．立式厌氧发酵罐
5．膜式储气柜 6．固液分离机 7．渗滤液暂储罐(集液槽)本工艺可以适用于各种来源的固体有机废弃物原料，运行费用低、容积产气率高、发酵过程无需添加新鲜水，沼液产量小或无沼液产生，运行过程稳定，无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题。主要工艺单元
干式厌氧发酵工程主要包括：预处理及进料系统、厌氧发酵系统、沼气净化储存及增温保温系统、出料系统等。
3.1进料系统及预处理
秸秆及牛粪经铲车收集后送入快速预热混合器，在此进行预热、搅拌和回流接种，接种后的物料经由螺杆泵泵入厌氧发酵反应器。预处理的主要目的是使原料和接种物在厌氧发酵前充分混合并加热至预设温度。高温厌氧发酵过程中，温度波动对产气效果和系统稳定性影响非常大，设计应保证发酵罐的温度波动尽可能小[13]。原料初始温度与发酵罐运行温度相差较大时，会使发酵罐发生比较大的温度波动。需要对物料进行预热，避免因温差过大对发酵罐运行温度产生冲击。高固含量物料流动性差、传热慢，需要强制搅拌以促进传热，预处理系统采用双螺旋带搅拌以强化传热。畜禽粪便通常呈现假塑性流体性质，预热和搅拌有助于降低物料的粘稠度，利于物料输送。干式厌氧发酵时，基质和微生物接触困难，需对其进行预接种。通过发酵物回流接种，能促进物料和微生物充分接触，加速厌氧发酵进程，提高产气效果。接种物的浓度一般较进料浓度低，因此，接种还可以起到调节水分的作用。预处理后的物料由带螺旋喂料装置的单螺杆泵泵入卧式厌氧发酵罐。
3.2干式厌氧发酵罐
厌氧发酵是整个工艺的核心，沼气在此阶段产生。根据厌氧发酵理论，稳定的温度、适宜的碳氮比和pH值、合适的搅拌和良好的厌氧条件是厌氧发酵效果的保证。因此，设计过程需重点考虑发酵系统的密封性、搅拌效果和温度稳定性。
一级卧式厌氧发酵罐采用卧式横轴机械搅拌厌氧反应器。罐内设有螺旋桨叶轴机械搅拌装置，桨叶在轴上按螺旋线排列。特殊设计的螺旋桨叶轴可实现物料的搅拌、推流。物料受螺旋桨叶的推流作用，在发酵罐内呈随时间推移的塞流式运动，解决了物料逐步向发酵罐出料端推进难题，实现连续进出料，连续发酵产沼气。同时搅拌强化了反应物料内部的传质传热，解决了因物料粘稠、致密所导致的传质传热困难、沼气难以逸出等问题，加快了厌氧反应速度，提高了发酵罐处理效率。当处理质量分数为20%左右的物料时，无需添加新鲜水。
二级发酵罐采用立式发酵罐，顶部设置储气膜，合二为一，与传统的贮气柜相比，减少了厌氧发酵罐顶盖以及贮气柜配置。设计为常温发酵，兼具储存沼液功能。立式厌氧发酵罐罐体采用拼装结构，便于安装维护和检修。顶部采用双膜式贮气柜，膜式贮气柜通过调整内外膜之间夹层的空气压力以保护外膜并维持贮气柜的形态和结构，能承受一定的载荷，并将内膜内的沼气输入输气管道供厂区自用。
3.3出料固液分离系统及后处理系统
卧式厌氧发酵罐出料经泵送至螺旋挤压固液分离机进行固液分离。由于活塞式泥浆泵的入口低于卧式厌氧反应器出料口1.2m，同时活塞泵自身也有一定的自吸能力，出料阀门开启后，出料较易流入活塞式泥浆泵内，经泵送至螺旋挤压固液分离机进行固液分离，分离出的固体进行堆肥处理，渗滤液除部分用于接种物经泵回流至预处理工段外，其余送入二级发酵罐，渗滤液中未完全发酵的物料在此进行进一步发酵产气。二级立式厌氧罐发酵后的出料可作液体有机肥料使用。
3.4沼气净化储存
沼气暂储于一体式厌氧发酵罐顶部的双层膜式储气柜。其中外膜为保护并维持储气柜的结构，内膜收集并储存沼气。通过支撑鼓风机的充气，调整并维持内外膜之间夹层中的空气压力，并将内膜内的沼气送入输气管道。储气柜内沼气经过输气管道进入沼气净化系统。沼气净化系统包括脱水、脱硫及沼气除杂[14]。由于工程规模较小，采用2个化学脱硫罐进行沼气脱硫。
3.5保温系统
厌氧发酵过程受温度影响很大，高温厌氧发酵其最佳温度为55℃左右[15]。为满足高温干式厌氧发酵对温度的要求，在发酵罐外壁设置加热盘管，并采用岩棉材料进行强化保温。加热盘管内的热水来自热水储罐，热源由沼气锅炉提供。主要单元工艺技术参数选择与确定
4.1预处理快速预热混合器
依据厌氧发酵工艺要求，原料在此进行加热、配料、接种、调质、混合。设计快速预热混合器为直径φ=0.9m，长1.4m，容积0.89m3，外侧采用200mm聚苯乙烯材料保温。增温方式采用夹套电加热方式，搅拌方式为螺旋带搅拌。
4.2高粘稠物料输送 经过预处理混合后的物料，干物质含量在16%~20%，黏度大、流动性差、固形物含量高。螺杆泵能够输送较高浓度的畜禽粪便，能够耐受长度3~5cm的长纤维。设计选用了带绞龙喂料的单螺杆泵。
4.3卧式厌氧反应器设计
4.3.1卧式厌氧反应器形状及材质选择
从反应器的设计方面考虑，圆形结构的反应器受力情况较好，具有结构较稳定的优点，同时，在同样的截面积下，圆形反应器的周长比正方形少12%。所以，圆形池子的建造费用至少比具有相同截面积的矩形反应器低12%以上[16]，本设计厌氧反应器形状选择为圆形。
反应器材质的选择需要从多方面考虑。抗腐蚀性是厌氧反应器首要考虑的问题[17]。一般宜采用钢筋混凝土构筑物或特种材料防腐处理；而从设备化角度考虑，大部分工程项目均可采用钢、塑料和玻璃钢等材质的结构，这样可将反应器转化为能生产的设备和产品。
本设计反应器主体罐体基材为碳钢，内涂特别防腐蚀涂层，要求达到耐腐蚀、便于维修，性能优良，保温层外表美观。
4.3.2卧式厌氧反应器搅拌形式
本设计发酵原料为秸秆与牛粪。在厌氧发酵过程中，反应器内液面上易发生结壳现象，阻碍沼气释放[18]。搅拌可以使反应器内的物料混合均匀，温度、pH、微生物种群等保持均匀一致，还可以大大降低池底沉积及液面浮渣结壳[13]。采用螺旋桨叶轴机械搅拌装置，桨叶在轴上按螺旋线排列，桨叶形状为杆齿式，桨叶轴转速无级可调。搅拌能耗低，特殊设计的螺旋桨叶轴可以实现物料的搅拌、推流。解决牛粪发酵过程中由于粘稠、致密抑制沼气释放等问题，加快厌氧发酵反应速度，提高反应器效率。物料在发酵罐中受螺旋桨叶的推流作用，随时间推移，解决物料逐步向反应器出料端推进和干发酵出料难题。
4.3.3卧式厌氧反应器增温、保温
沼气在发酵过程受温度影响很大，需要对温度进行严格的控制，将发酵料液维持在适宜的温度，以保证产气率[19]。为了保证厌氧反应在冬季仍可正常运行，对系统实施了增温和整体保温措施[20]。本设计对厌氧消化罐采用200mm厚聚苯乙烯材料进行强化保温。系统保温包括厌氧消化罐体的保温，管道、阀门的保温。考虑内设加热盘管容易表面结垢，降低换热效率，维修时需要清空消化池，造成停产，本设计沿罐壁设置加热盘管，采用热水循环加热。结论
一、本设计采用畜禽粪便和玉米秸秆为发酵原料进行干式厌氧发酵工艺，过程无需添加新鲜水，具有节能、节水特点，且所需反应器容积小。
二、卧式厌氧反应器采用螺旋桨叶轴机械搅拌装置，特殊设计的螺旋桨叶轴可以实现物料的搅拌、推流，解决干式发酵出料难题和牛粪厌氧发酵过程中由于粘稠、致密抑制沼气释放等问题，加快厌氧发酵反应速度，提高反应器效率。搅拌转速无需调级，搅拌能耗低。
三、本工艺方案为干式厌氧发酵设计，实现了干式厌氧发酵连续进出料，对我国干式厌氧发酵的研究具有较强的实践意义。
文献参考：
[1]何荣玉，闫志英，刘晓风，等．秸秆干发酵沼气增产研究[J]．应用与环境生物学报，2007，13(4):583-585． [2]董佑福，侯方安．重新认识秸秆发展秸秆循环经济[J]．当代农机，2007(9):14-15．
[3]石 磊，赵由才，柴晓利．我国农作物稻秸的综合利用技术进展[J]．中国沼气，2005，2(2):11-19． [4]伊晓路，孙 立，郭东彦，等．生物质稻秸预处理技术[J]．可再生能源，2005，2:31-33． [5]Ilyina V K, Korniushenkovaa I N, Starkovaa L V, et al.Study of methanogenesis during bioutilization of plant residuals[J].Acta Astronautica, 2005,56:465-470.[6]Singhal V, Rai J P N.Biogas production from water hyacinth and channel grass used for phytoremediation of industrial effluents [J].Bioresource Technology, 2003,86:221-225.[7]Neves L, Ribeiro R, Oliveira R, et al.Enhancement of methane production from barley waste[J].Biomass and Bioenergy,2006,30:599-603.[8] Isci A, Demirer G N.Biogas production potential from cotton wastes[J].Renewable Energy, 2007, 32(5): 750-752.[9]Angelidaki I, Ellegaard L.Codigestion of manure and organic wastes in centralized biogas plants-Status and future trends[J].Appl Biochem Biotechnol, 2003,109:95-105.[10]Braber K.Anaerobic digestion of municipal solid waste:A modern waste disposal option on the verge of break-through[J].Biomass Bioenerg, 1995,9:365-376.[11]Svensson L M, Christensson K, Bjornsson L.Biogas production from crop residues on a farm-scale level: Is it economically feasible under conditions in Sweden [J].Bioprocess Biosyst Eng, 2005.[12]张光明．城市垃圾厌氧消化产酸阶段研究[J]．重庆环境科学，1998，20(1):35-37．
[13]钱靖华，田宁宁．牛场沼气工程设计中的关键问题研究[J]．中国沼气，2009，27(1):20-23．
[14]田晓东，张 典，俞松林，等．沼气工程技术讲座(三):沼气工程的技术设计[J]．可再生能源，2011，29(3):157-159． [15]赵立欣，董保成，田宜水，等．大中型沼气工程技术[M]．北京:化学工业出版社，2007．
[16]曹从荣，王凯军．大中型沼气工程设计研究[Z]．北京:北京绿色奥运环境保护技术与发展，2006．160-166． [17]韩 捷，向 欣，李 想．覆膜槽沼气规模化干法发酵技术与装备研究[J]．农业工程学报，2008，24(10):100-104． [18]杨明珍．规模养牛场粪污厌氧发酵制沼气工程设计研[J]．安徽农业科学，2011，39(18):11072-11073．
[19]樊美婷，刘 科，刘建禹．高寒地区沼气工业化生产配套加热系统的初步设计[J]．农机化研究，2008，3(3):105-107． [20]李 享，应梅华，何小勇．大型猪场产气贮气一体化沼气工程的设计与调试[J]．中国沼气，2010，28(4):31-33．
第二篇：秸秆沼气情况汇报
nxx县秸秆沼气建设情况汇报
nxx县位于河南省西南部，伏牛山南麓，面积2465平方公里，有七山一水二分田之称。全县辖16个乡镇，65万人，73万亩耕地，农业资源十分丰富。全县正常年产农作物秸秆（含秧蔓）达70多万吨，其中小麦秸秆23万吨,玉米秸秆30万吨,其他秧秆17万吨。nxx县自2006年始发展户用沼气，经近几年的迅猛发展，止目前全县已建设户用沼气3万余座。
长期以来，农作物秸秆是广大农民主要的生活燃料、牲畜饲料和有机肥料。随着农村劳动力的转移、能源消费结构的改善和各类替代燃料的应用，开始出现了地区性、季节性、结构性的秸秆过剩，地头、村口乱堆乱放，造成环境污染，资源浪费。为解决秸秆污染及部分地区沼气用户无养殖、粪源不足等问题，化害为利,变废为宝，探索秸秆综合利用新途径，2010年nxx县农业局把发展秸秆沼气作为全年的重点工作来抓，加强组织领导，广泛宣传发动，认真考察学习，搞好典型示范，对发展秸秆沼气进行了有益的探索。现将我县秸秆沼气的主要技术措施及具体做法汇报如下：
一、主要技术措施
近几个月来，nxx县农业局能源站通过对不同池型、不同原料、不同用量等方面的试验示范，探索出了一套在秸秆沼气建设方面的成功经验。春季在灌涨镇杨洼村、宋营村进行了以小麦秸秆为主的秸秆沼气示范，秋季在灌涨镇刘营村进行了以玉米秸秆为主的秸秆-1-
沼气示范，共示范推广400户。
1、池型选择。秸秆沼气池型应选用旋流布料型，该池型有利于搅拌，防止结壳，有利于产气。
2、原料准备。建设一个8立方米的秸秆沼气池。
建设一个8立方沼气池需准备以下原料：
需玉米、小麦等秸秆400公斤，碳铵15公斤（或尿素6公斤）。水450公斤。网眼袋100—120个。
3、原料粉碎。用ZS1100-2柴油粉碎机去筛粉碎，将秸秆粉碎成1—3厘米。
4、拌料堆沤。（1）建立堆沤坑：在平地上挖深20厘米的浅坑，下铺塑料布，用以堆沤秸秆。（2）均匀拌料：将15公斤碳铵加水化开后，与450公斤水均匀泼洒在秸秆上，在堆沤坑上翻倒3次，混合均匀，以用手捏紧秸秆有少量的水滴下为宜。（3）堆沤：将拌匀的秸秆起堆堆沤，在堆垛的四周及顶部每隔30—50厘米打1个孔，以利通气，用塑料薄膜覆盖严密，若气温低应加盖草苫保温，堆沤7-8天，待秸秆长出白色菌丝，堆沤成功。（4）装袋：用网眼袋将已堆沤成的秸秆装起备用，每袋15斤左右，每池可装100——120袋。
5、投料启动。将装好袋的秸秆人工均匀摆放池内，而后用抽渣车加入沼液3方，再补充水和粪1.5方。待液面距密封口60—70厘米时，然后封池启动。放气2—3天后在灶具上试火，直到正常燃烧为止。
二、经验与体会
1、堆沤时只用清水和碳铵，不加入人粪尿、沼液和腐熟剂，不影响使用效果。同时只用清水和碳铵进行堆沤，秸秆干净，便于人工装袋和人工摆放。
2、新池在投料启动时，接种物沼液至少要达到1方以上，否则产气缓慢。
3、若前期火苗太小，可适当再加入10公斤碳铵，调节碳氮比。
4、使用2—3个月后，气压下降时，将沼液用人工或机械的方法从进料口投入池内，进行循环搅拌，时间约半个小时。同时每隔15——20天，可补充少量的人畜粪尿，保证正常使用。
二、主要做法
1、领导高度重视，明确发展方向。近年来，农村秸秆乱堆、乱放、乱烧，污染环境，浪费资源，已成为新农村建设中的难题。为此，nxx县委、县政府高度重视，县长全新明多次强调要把推进秸秆综合利用作为落实科学发展观，转变发展方式，建设资源节约型、环境友好型社会，改善农村生活条件，提高农民生活质量的重要举措来抓，并明确提出要搞好秸秆沼气的示范推广工作。2010年，农业局把示范推广秸秆沼气，解决秸秆转化，推进秸秆综合利用，作为全年的重点工作来抓，成立了秸秆沼气领导小组，专门负责秸秆沼气推广工作，确保工作有序开展。
2、外出考察学习，坚定发展信心。根据全年工作整体安排部署，秸秆沼气领导小组分别于农历年前、年后，两次组织农业局、能源站、部分乡镇领导及农民沼气技能工，先后赴南阳、新乡、安阳及
湖北仙桃市等地考察学习秸秆综合利用的先进经验和先进技术。考察组先后考察了：安阳市安阳县永和乡西街村秸秆沼气集中供气工程、新乡市延津县石婆固镇南郑庄村常规粪便加秸秆户用沼气、南阳市卧龙区陆营镇朱屯村大型集中供气工程、南阳市卧龙压力容器厂秸秆固化项目和湖北省仙桃市张沟镇红旗村、东升村的户用秸秆沼气。考察结束后，农业局认真组织，讨论学习各地的先进经验，召开乡村干部座谈会，坚定了发展秸秆沼气的信心和决心。
3、广泛宣传发动，营造发展氛围。群众对一个新事物、新技术的推广应用有一个认识、了解、接受和使用的过程。如果任其自然发展，这一过程将比较漫长。为加快推进秸秆沼气进程，政府要担负起宣传、推广的责任，通过强力推介，让群众尽快了解情况，积极参与，形成氛围。为此，我们一是在县电视台开辟秸秆沼气专题节目，通过新闻报道、专题报道，深入宣传秸秆沼气的技术特点、应用情况、典型事例、效益收益；二是通过悬挂宣传条幅、张贴宣传图画、发放宣传资料等多种形式，进行广泛宣传，营造发展秸秆沼气的舆论氛围。
4、典型示范带动，推进发展进程。村看村、户看户，群众看干部。在推进秸秆沼气工作中，我们注重在农村党员干部中培养先进典型，充分发挥典型的示范带动作用，先后投资20余万元，购置了秸秆粉碎机、抽渣车、网眼袋等，在灌涨镇杨洼村、宋营村、刘营村、郭营村建立秸秆沼气示范点。同时组织各乡镇村组干部、科技能人到示范点实地参观，算清成本效益账，使越来越多的农民由怀
疑到感兴趣，并积极参与到秸秆沼气工作中，以点带面，推进了工作的迅速开展。
5、建立沼气服务站，确保健康发展。秸秆沼气作为新生事物，属于新技术，操作方法较复杂，且要用专门的机具粉碎，不适用于一家一户操作，必须配套物业服务站，为农户提供进、出料和日常维护服务。为推进秸秆沼气发展，农业局能源站多方筹资，沿312国道灌涨镇征地10余亩，建立了一个秸秆综合利用服务站，服务站采取市场化运作的方式，开展协会制、承包制等服务模式，通过合理收费，形成沼气物业管理长效机制，确保秸秆沼气健康发展。
四、存在的不足
1、机制有待完善。秸秆沼气推广工作重点在物业管理，难点也在物业管理。由于秸秆沼气推广在目前还是个新事物，在我县仍处于示范推广阶段，技术上是成熟的，但物业服务站的运行模式还在探索阶段，没有成熟的经验可借鉴。我县虽已建立了一批沼气服务网点，但均处于初期运行阶段，运行机制还不成熟，存在许多需要完善的地方。
2、投入有待增加。秸秆沼气推广适宜面极广，养殖户、非养殖户、集中居住区均可以推广，也就意味着必须有更大的投入才能进行，尤其是服务网点建设，秸秆沼气的示范推广，更急需上级部门的扶持。
3、宣传有待深入。由于我县秸秆沼气刚起步，还处于示范推广阶段，虽然进行了一些宣传培训，但还没有在全社会形成共识，还
没有形成发展秸秆沼气的浓厚氛围，宣传的面还有待进一步拓展。
五、下一步打算
1、搞好典型带动。计划在灌涨镇刘营村高标准打造一个秸秆沼气示范村。该村正建沼气户达228户，秸秆沼气使用户力争达到90%以上，推行会员制服务，物业化管理。
2、纳入目标管理。今年县委、政府把秸秆沼气建设纳入对各乡镇的目标管理考评，要求各镇的秸秆沼气发展要占到今年沼气建设任务的50%以上，进一步加快推广进度。
3、加强业务培训。进一步强化业务培训，尤其是服务网点的物业管理人员，不仅要培训技术技能，还要培训经营之道，使沼气物管人员变成懂技术、会经营的复合型人才，保证服务网点能长期、高效运转，推进秸秆沼气健康发展。
4、强化宣传发动。通过现场会、典型引导、宣传媒体、科技入户等形式，开展深入宣传发动工作，引起社会的共识，以实实在在的效益来带动老百姓参与热情，为下一步大规模推广奠定坚实基础。
5、探索服务机制。政府引导、市场运作是方向。要加强宣传力度，优化服务，合理收费，加强队伍建设，不断创新服务机制，形成服务好、收费低、覆盖广的长效运行机制。
nxx县农业局能源站
2010年7月26日
第三篇：秸秆沼气技术（xiexiebang推荐）
浅 谈 秸 秆 沼 气 化 技 术
农资1111班 郑雨漩 201111311131 背 景
自大型联合收割机逐步推广以来，农民处理秸秆的主要途径变为直接在田间燃烧，给大气造成污染，或将其填入地边的沟河，使沟河乌黑发臭，鱼虾绝迹，地下水严重污染，威胁农民的饮水安全。原 因
① 麦茬高度太大 由于机械原因，大型联合收割机作业后的麦茬较高,一般在20cm以上。
② 农村大量青壮年外出打工 农村约有50%-70%不等的人口外出打工，返乡收麦的农民工希望快速高效的完成麦收，以便尽快返回工地。
③ 秸秆作为燃料的需求大幅下降 农民开始使用煤炭，电炉等其它能源，使秸秆作为燃料的比例大幅下降，同时大量人口外出使得秸秆作为燃料的需求大幅下降。
④ 农民认识不足 农民环保意识差，对燃烧秸秆的危害认识不足。危 害
① 造成严重的能源浪费 小麦秸秆燃烧的热值为1.3343×10-4KJ/kg，计算中国约3亿亩麦田可产生秸秆，可产生的能
量约1.6×10-15KJ相当于4.4×10-11度电，直接焚烧秸秆将造成十分巨大的能源浪费。
② 降低了土壤中的养分及有机质含量 秸秆中含氮，磷，钾，有机质，燃烧有机质氮磷等元素生成气体会发到大气，仅有少量的钾留在土壤中，使土壤肥力严重降低。同时秸秆燃烧时杀死了许多土壤中的有益微生物和昆虫，如消化细菌，破坏了农田生态系统，造成土壤板结，造成农业减产。
③ 烧伤农作物引发火灾 秸秆燃烧必不可避免的会将相邻地块中的其它农作物或田边地头的树木烧伤烧死，造成较大的经济损失。
④ 影响交通 秸秆燃烧时，产生大量烟雾，使能见度降低，对公路铁路民航等交通运输部门造成重大影响，并引起了一些交通事故，造成生命财产的损失。⑤ 环境污染 概 念
我国不但是一个产粮大国，也是秸秆生产大国，秸秆年产量约7亿吨。河南省是以生产小麦、玉米、花生、水稻等农作物为主的农业大省，其秸秆资源丰富。秸秆发酵制沼气就是秸秆有效利用的一种方式，秸秆沼气的发展不但解决了秸秆利用率低的问题，而且提供了廉价清洁能源。
秸秆沼气：利用沼气设备，以秸秆为主要原料，在严格的厌氧环境和一定的温度，水分，酸碱度等条件下，经过沼气细菌的厌氧发酵产生 的一种可燃性气体。
分 类
农村户用秸秆沼气，池容8～12立方米，以农户为建设单元，沼气自产自用。
秸秆生物气化集中供气，属于中小型沼气工程，池容一般100～200立方米，以自然村为单元建设沼气发酵装置和储气设备等，通过管网把沼气输送到农户家中。
大中型秸秆生物气化工程，池容一般在300立方米以上，主要适用于规模化种植园或农场秸秆集中处理，所产沼气主要用于发电。工 艺 流 程
人们要想有效地获得利用沼气，就必须满足生成沼气的7个条件：严格的厌氧环境、足够和优良的接种物、必要的发酵温度（8-60℃)、适宜的酸碱度、适宜的原料浓度和碳氮比、坚持不懈的搅拌、严防加入抑制剂。
操 作 要 点
一、秸秆铡短
用铡草机将秸秆铡成3-6cm；玉米杆则需要用具有揉搓功能的秸秆揉搓机粉碎。每立方米沼气池需秸秆50kg以上。
二、秸秆润湿
将铡好的秸秆加水进行润湿（比例1：1），操作时边加水边翻料，最好用粪水，润湿要均匀。润湿15~24小时，用塑料布覆盖，以利秸秆充分吸水。
三、原料拌制
用1kg菌剂和5kg碳铵（以8m3为例，400kg秸秆），分层均匀撒到已润湿的秸秆上。边翻、边撒、边补充水分，将秸秆、菌剂和碳铵进行拌和，一般需要翻两次使之混合均匀。补充水量320~400kg，地面无积水，用手捏紧，有少量的水滴下，保证秸秆含水率在65~70%。
四、秸秆收堆
将拌匀的秸秆自然收堆，堆宽1.2~1.5m，堆高为1~1.5m（按季节不同而异），热天宜矮、冬天宜高。并在料堆四周及顶部每隔30~50cm
用尖木棒扎孔若干，以利通气。
五、秸秆堆沤
用塑料布覆盖，防止水分蒸发和下雨淋湿，覆盖时在料堆底部距地面留10cm空隙，以便透气、透风。待堆垛内温度达到50℃以上后，维持3天。当堆垛内能看到一层白色菌丝时，秸秆变软呈黑褐色即可。堆料即可入池。
六、混料入池
将堆沤好的秸秆趁热直接由天窗口加入，同
时加入碳铵和接种物；为保证加入均匀，应先进一部分秸秆，再进一部分接种物，如此反复直至进完为止。
七、补水封池
最后补水（温水）至零压水位线处，并在池内料堆上用长杆打孔若干，保证出气顺畅。过于偏酸或过于偏碱的水应调节好酸碱度后再使用。
调节方法：偏酸应加入草木灰或澄清的石灰水溶液，偏碱加醋酸可以调节。用无杂质、砂石的黄粘土摔打揉熟后封池。
八、点火试气
放气2～3天，把杂气排完，开始试火，若点不着，继续放气，直至点着。先用火机在灶具上点试气(甲烷含量在30%上火机能点着)。烧1~2天后，才能在灶具上打着火(甲烷含量在55%以上)，正常用气，秸秆沼气启动成功。
九、补充原料
对于以秸秆为主原料的沼气池，随着沼气的利用，秸秆会有一定消耗，沼气池运行中产气量出现较大波动时，应进行经常性搅拌。一般在产气量不能维持每天正常使用时（4个月以后），可适当补加一部分堆沤好的秸秆。
补料时应坚持先出后进、少量多次的原则；
出料应观察压力表变化情况，压力表接近零时停止出料，防止出现负压损坏池体。
十、大出渣料
在沼气池运行6~8个月之后，池中秸秆消耗殆尽，需要大出料（结合农时）。在保证沼气池内无沼气残留的情况下，可将天窗盖打开用齿钯将上层部分耙出，中部、底部相对较稀的部分，可用真空抽渣车直接吸出。注意：出料时保留底部三分之一沼渣和沼液，留待下次进料做接种物使用。效 益 分 析
一、能源效益
8-10立方米沼气池年产沼气450立方米，解决3-5口之家农户10-12个月的生活燃料，节煤约1吨（约合近1600块煤球）价值约800余元，节电100度约60元，合计将近1000元。
二、经济效益
一方面与农业生产相结合，气肥、沼气储粮、沼渣肥田栽蘑菇养蚯蚓、沼液浸种、喂猪等，改善品质增加收入。另一方面促进养殖业发展，增加收入。
三、生态效益
缓解能源紧张，减少树木砍伐，保持和恢复森林植被，促进生态环境的改善。
四、社会效益
减轻劳动强度，解决部分剩余劳动力，劳动消费，增强农民科技意识。
五、环卫效益
改善农村卫生环境，提高农民的健康水平。影 响 因 素 政策不完善
技术不成熟
宣传不到位
政策不完善 据调查，国内秸秆沼气建设重视程度不够，投资力度不大。政府应重视秸秆沼气工作的建设发展。在政策上，制定相关政策，确保秸秆沼气的发展能得到政府和企业的大力支持；在资金上，加大对秸秆沼气的补贴扶持力度。通过政府对生态用电电价的补贴，农户在沼气发电上网上得到了实惠，有力的促进了生态能源的开发利用。
技术不成熟 一方面，秸秆成分中缺少氨磷，不利于微生物的生长，因此利用秸秆制沼气在一定程度上增大了微生物分解的难度，现在所
采用的发酵技术还不能够完全满足秸秆沼气发展的需要，只能在小范围内实施应用。另一方面，秸秆沼气应用实践的受挫，导致秸秆发酵制沼气的研究受挫，因而应注重培养秸秆沼气的专业技术人员，尽快开发出便捷、经济的秸秆发酵技术，以科研促进生产。
宣传不到位 秸秆沼气是近几年新兴的生物质能源，农户对此认识不足，主要是宣传力度不够和示范性工作不到位。政府应鼓励技术人员下乡宣传，耐心真诚地向农户讲解秸秆综合利用的前景和他们所获取的利益，传授简便、实惠的秸秆沼气发酵技术，同时，要选择示范村，让农户看到效果。把农业副产业变成重要农产品，提高秸秆的市场价值，用效益吸引农民自觉参与秸秆沼气的建设和利用工作，从根本上解决秸秆整体利用率低的问题。应 用 前 景
我国经济正处在高速发展的阶段，对资源需求量逐步增大，而我国人均资源量却远远低于世界平均水平，因此秸秆沼气在一定程度上将解决煤、石油等燃料的需求量，为突破我国经济发展的资源瓶颈做出重大贡献，为缓解环境压力，推动社会可持续发展方面发挥重要作用。综合开发秸秆发酵制沼气的产业链，使沼气成为真正为农民服务的高效清洁能源，农民致富的便捷之路。同时应该积极借鉴国内外成功的经验，综合各地的实际情况，开发出一套真正实用的秸秆发酵制沼气技术。注重新技术的推广和利用，加强政府的引导和鼓励作用，使沼气的发展向纵向推进，进而推动社会主义新农村的建设。
第四篇：沼气干发酵技术
沼气干发酵技术
更新时间：2009-07-20 13:53 来源： 作者: 阅读：275 网友评论0条
沼气干发酵是指以秸秆、畜禽粪便等有机废弃物为原料(干物质浓度在 20 %以上),利用厌氧菌将其分解为 CH4 ,CO2 ,H2S 等气体的发酵工艺。沼气干发酵由于其发酵原料的干物质浓度高而导致的进出料难、传热传质不均匀、酸中毒等问题 ,是沼气干发酵的技术难点 ,对此国内外都进行了深入的研究。
我国从20世纪80年代起开始了户用沼气干发酵研究 ,取得了一定的成果。叶森等从 1986 年开始研究自动排料沼气干发酵装置和相应的半连续干发酵工艺 ,于1988年8月通过了由农业部能源环保局主持的技术鉴定。马云瑞等研制了分离储气恒压干发酵池 ,其产气量基本能够满足四口之家一日两餐(6月～10月)炊事用能及照明用能(5 月～l1月)。康恒德发明了小型高效稳压式自动漫渗滤干发酵沼气池。北京合百意生态能源科技开发有限公司对沼气干发酵菌种进行了研究 ,研制了预处理秸秆复合菌剂和低温高效甲烷菌 ,目前正在进行推广示范。我国在21世纪初开始了大型沼气干发酵研究 ,目前还处于小试研究阶段。甘如海对畜禽粪便厌氧干发酵处理搅拌反应器进行了研究 ,设计试制出卧式螺带搅拌发酵罐 ,通过试验得出了操作参数对发酵产气过程的影响情况 ,确定了最优操作参数。晏水平对大中型集约化养殖场畜禽粪便高温厌氧干发酵处理工程中的罐体加热保温装置进行了研究 ,其具体研究内容是罐体加热保温装置的选型和操作参数设计 ,为大型沼气干发酵系统的工程化提供了一定的基础理论。国外对沼气干发酵技术的研究比我国早 ,整体技术水平较我国领先。从20世纪 40 年代起 ,德国、法国和阿尔及利亚就开始运用批量式沼气干发酵技术。20 世纪 80 年代 ,德国、荷兰、瑞士、布基纳法索、尼日尔等国家对沼气干发酵进行了深入的研究。20世纪 90 年代 ,德国大量资助新型的间歇式干法沼气发酵技术的研发 ,在 90 年代末 ,该项工艺和装备通过了中试 ,并于 2002 年生产出产业化装备 ,投入实际运行。目前 ,国外的沼气干发酵技术已经成熟 ,如车库型干发酵系统、气袋型干发酵系统、干湿联合型发酵系统、渗滤液储存桶型干发酵系统等大型沼气干发酵系统 ,已经投入生产性应用 ,可进行规模化的沼气生产。
沼气干发酵工艺《农村实用工程技术(农业工程)》 1986年02期
沼供
【摘要】：正 干发酵是指发酵原料中的总固体干物质浓度在20％以上的一种发酵工艺,是批量厌氧发酵的主要类型,也有人把干发酵叫做固体发酵或高浓度发酵。它的主要优点是:池容产气率较高(一般都在0.25米~3/米~3·天以上),因而可以节省建池投资,一般五口人之家,有四至五立方米就足够了。另外,发酵池结构简单,进出料和维修部比较方便、安全。节约用水,沼渣肥料质高量少,运输方便,节省运输劳力,因而非常适合使用干粪作肥料的北方农村和干旱地区推广应用。干发酵的显著特点是发酵基质的总固体含量较高,它是在较高的挥发酸含置水平上发酵运转,工艺技术的核心是防止有机酸的过量积累。因此,根据各地的经验,应掌握好以下几个工艺步骤:
沼气干发酵工艺
2010-05-20 13:37:19 作者：蒲公英 来源：中国生物能源网 浏览次数：523 网友评论 5 条
沼气干发酵工艺
干发酵是指以有机废弃物为原料(干物质浓度在20%以上),利用水解产酸菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷菌将其分解为CH4、CO2、H2 S等气体的发酵工艺。由于固体浓度太高难以采用连续投料或半投料的...干发酵是指以有机废弃物为原料(干物质浓度在20%以上),利用水解产酸菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷菌将其分解为CH4、CO2、H2 S等气体的发酵工艺。由于固体浓度太高难以采用连续投料或半投料的投料方式，绝大多数均采用批量投料。
许多研究表明,干发酵由于其总固体含量较高,容易在发酵初期产生大量的有机酸,造成酸中毒现象,最终导致启动失败。许多研究都针对加大接种量或预处理等调控措施而展开,而对造成不同底物快速酸化的主要原因研究很少。
比如像以秸秆为原料的干发酵方法（同时也适合于粪草混合发酵）要点的关键：①添加足够的优质接种物；②秸秆要切碎并且用石灰水预处理，并进行池内外堆沤；③添加适量氮源，发酵浓度为20%——30%。
一、配料和预处理 1.秸秆用量和预处理
风干秸秆（TS=85%）切成150毫米左右的小段，加石灰水泼湿，再将接种物总用量的1/3混入，进行池外堆沤，堆沤时间为2～3天。堆沤的目的是初步破环秸秆的纤维——木质结构，并增加秸秆容重，以提高单位池容的秸秆处理量。堆沤结束后加入其余接种物和氮肥，入池再堆沤24小时，用以增加启动的料温。
这时平均体积产气率可超过0.2米 /（米·天）。如果增加粪便，则由于平均体积有机负荷率增加，可以提高平均体积产气率。2.接种物
对接种物的要求与其他发酵工艺相同，接种物的数量应为秸秆质量的1.5倍以上。它是保证干发酵正常进行的关键。池外堆沤时先用1/3的量，其余的入池时再加入。3.添加氮源
由于采用的是批量投料方法，平时没有含氮丰富的粪尿流入，而秸秆本身含氮量不足，因此必须再入池时补充氮源。但由于干发酵的水分含量较少，太多的氮易造成发酵抑制。所以加碳酸氢铵时用量为秸秆用量的2%，加尿素时为秸秆用量的1%。4.用石灰水预处理
石灰的用量应为秸秆质量的5%，此项措施的目的在于破环秸秆的木质纤维结构，并中和发酵过程中产生的酸，以防止pH值下降。
二、浓度控制
用加水量来控制料液的浓度，石灰5千克加水100千克配成石灰水用于预处理；接种物（TS%=10%）按1：1加水稀释；氮肥每千克加水50千克溶解后使用。由于堆沤过程中水分会损失，按上述比例加水，一般可将浓度控制在20%——30%。
三、发酵周期
为了充分利用沼气池和积造有机肥，南方地区在冬春季可以采用一个发酵周期，约150——200天；夏秋季（5—10月）可采取两个发酵周期，每个周期约为90——100天。各地区应该把发酵周期和农事用肥密切结合起来考虑。
四、贮气问题
干发酵池必须附有贮气设施，如塑料贮气袋、分离浮罩或水压式贮气池。不过采用每户一个干发酵池和一个水压式池最简便。
沼气成分检测的主要方法有奥氏气体分析方法、气相色谱GC分析方法、热催化元件检测方法和红外检测方法。
奥氏成分检测分析仪：采用氢氧化钠溶液吸收CO2，以焦性没食子酸碱性溶液吸收CO2，采用爆炸燃烧法后采用吸收法测量CH4，从而测出CH4、CO2、O2的含量。该方法结构简单，但是需要采集代表性的气体，且不能现场分析，此外每年都需要购置大量的药剂，人员需要培训且分析测试劳动强度较大。
气相色谱GC分析方法：采用将采样的气体利用其物理吸附能力差别在色谱柱中分离然后采用TCD传感器分析其CH4、CO2、O2，该方法测试简单，但是色谱价格相对较贵，需要采样，不能现场分析。
热催化检测方法：将热催化（黑白）元件—补偿元件和桥臂电阴构成惠斯顿电桥加一恒定电压，由于热催化元件的骨架是铂丝材料，电流流过时加热，使温度为500度左右，当遇到瓦斯气体时，瓦斯气体接触催化元件表面时会发生氯化反应，产生大量的热量，使催化元件温度升高，阻值增大，电桥输出不平衡电压，反映被测甲烷的浓度。该方法的优点是：价格低廉，适合煤矿测量甲烷是否超标，已经普遍使用在便携瓦斯分析仪以及固定式瓦斯传感器。缺点是:需要频繁标定，7天标定一次，只有一年使用寿命，精度差（10%），寿命短，只能测量0—4%以下的瓦斯。高浓度使得传感器中毒甚至报废，此外不能测量CO2。红外检测方法：采用CH4、CO2气体会吸收款3.4um，4.26um的中外红外波长的特点,通过红外吸收率的变化得到CH4、CO2含量，同时可以配合电化学传感器得到O2、H2S含量。目前是国外从事沼气测量的首选测量仪器，目前我国在开展的情节发展机制CDM项目都要求采用红外沼气分析仪检测沼气的成份，其优点是可以在线实时测量，不需要气袋采样，没有耗材消耗,测量精度高，不需要频繁标定，测量量程0—100%，既可测量沼气池气体成分，也可测量沼气泄漏。
奥氏气体分析仪由于不能现场分析，且每年都需要购置大量的试剂（除非政府每年都有试剂费用的财政安排），分析测试复杂，劳动强度大，因此不适合农村沼气分析工作；气相色谱是目前我国农业领域测量沼气CH4、CO2的推荐实验室方法，需要采样后实验室分析，但是其购置价格昂贵，操作十分复杂，在沼气现场使用困难
沼渣成分分析
摘要：
以反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气剩余物沼渣为研究对象,采用振动筛分分组、统计分析、图像处理和Fibertec 2010&M6纤维分析系统分析等方法,对沼渣的物理成分及沼渣纤维化学成分进行了测定分析.研究结果表明,沼渣主要由质量分数为64%的纤维、35%的非矿物质和1%的矿物质组成;沼渣纤维巾纤维素、半纤维素、木质素、灰分及其它各成分的质量分数分别为44.8%、21.9%、15.6%和17.7%.从而得出结论:反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气后的沼渣中纤维素含量较水稻、小麦和玉米等作物秸秆的高5%以上,半纤维素含量较水稻、小麦和玉米等农作物秸秆低5%.研究结果为沼渣资源化、高值化利用技术研究奠定了基础.世界最新干法（固体）沼气发酵技术简介
中国新能源网 | 2006-6-1 14:29:00 | 新能源论坛 | 我要供稿
特别推荐：《2011中国新能源与可再生能源年鉴》
传统的沼气发酵均采用湿法技术，由于湿法技术发酵耗能高、处理干物质的成本高等一系列缺点，限制了其适应的范围和地域。
由于连续性干法沼气发酵工艺太复杂、成本过高，因此未能得到推广。
从90年代起，德国大量资助了新型的间歇式干法沼气发酵技术的研发。90年代末，德国间歇式干法沼气工艺和装备通过了中试，2002年，生产出工业级装备并投入实际运行。
新型的间歇式干法沼气发酵技术比起传统的湿法技术有下述优点：
1）自身耗能低，冬季仅耗用自身产生的能量10-15%。而湿法要耗用30%左右的能量，在北方寒冷地区冬季甚至会达到45%，因而大大限制了沼气技术在北方寒冷地区的推广。
2）可以直接处理农作物秸秆和城市垃圾等固体可发酵有机物，大大节省了预处理成本。
3）由于没有搅拌器和管道，发酵不受干扰物质如塑料、木块、沙石等的影响，因而不需花费人力和设备将其在发酵前检出。
4）在发酵罐/室中没有搅拌器等运动部件，因此系统的可靠性很高。
5）沼气质量高（含硫量远远低于湿法沼气，只有50-300ppm，可以不经洗气直接供沼气发动机使用），发酵物出气率高。
6）发酵室为地面车库型不透气混凝土结构，底部管道暖气供热，因而土建费用很低。
7）发酵室为模块化结构，易扩展。
8）建设和运营成本随规模增长很慢，占地省，适于建设年处理可发酵垃圾一万吨以上、年产沼气100万立方米以上的大型沼气工程。
9）进料出料可使用通用的装载机等工程机械，设备效率高，通用性强。
10）因为发酵剩余物无湿法发酵的沼液，所以不用脱水处理，发酵剩余物经简单的过筛和短时间的堆肥即可用作园林肥料或农作物肥料，因而存储和后处理费用低，价值高。
11）耗水量比起湿法大大降低，几乎没有污水排放，大大节省了水费和污水处理费。
12）由于上述的原因，因而新型的间歇式干法沼气发酵工艺的初期投资、运营成本和环境成本都远远低于湿法技术。
间歇式干法沼气发酵技术与湿法沼气技术相比，有两个关键的技术问题需要解决：
1）发酵初期与发酵结束时发酵室沼气浓度与空气浓度达到临界点15:85时的防爆安全，需要高度安全可靠的自动控制系统。
2）发酵菌在发酵物中的繁殖速度保障。
因而，间歇式干法沼气发酵技术是一项新技术含量很高的技术。
德国巴伐利亚州是目前德国沼气技术应用最发达的地区。巴伐利亚州的别费慕公司在德国中试研发的基础上，研发出了商业实用的技术，很好地解决了上述两个问题，并在全世界登记了专利，成为德国第一个通过德国技术监督协会TÜV的干法沼气发酵成套设备技术安全认证和建立并运营德国第一套商用级间歇式干法沼气站的公司。
采用别费慕公司的技术，可在国内配套很多材料和部件，进口技术只占沼气站设备和建设投资的很少一部分，同时别费慕公司是一家高技术公司，因此非常支持间歇式干法沼气发酵技术尽可能多的部分国产化。
中国的可发酵废弃物主要由以下但部分组成：
1.中国每年的农作物秸秆产量有6-7亿吨，以前主要作为家庭的生活燃料使用，还有少部分用作牲畜饲料和造纸。随着农村生活水平的提高，农村家庭的生活燃料也逐步向天然气、液化石油气和煤炭转移，造纸业因采用秸秆环境污染问题严重而转向采用木材纸浆，因而剩余农作物秸秆的数量越来越大，据估计每年已达到4亿吨左右，除了堆肥发酵还田或直接还田一部分外，大部分被焚烧。一些地方的农作物秸秆焚烧问题已经非常严重，不仅污染环境，甚至影响到飞机的降落，高速公路的车辆行驶。
2.中国的养殖业每年还产生十多亿吨的畜禽粪便。由于中国已经由过去的农户分散养殖过渡成为集中养殖并集中在大城市附近，因此畜禽粪便的处理已成为养殖场沉重的环境负担问题，搞不好还会造成污染地下水源的严重后果。
3.中国城镇（厨余、食品加工下脚料和蔬菜运售剩余等）可发酵垃圾的数量逐年增长，在北京、上海、天津、深圳这样的大城市，每年的可发酵垃圾量已达几十万吨，不仅没有用作肥料，反而占用了宝贵的垃圾填埋场，有些地方还造成了严重的垃圾填埋场爆炸隐患，并产生了严重的污水问题。
根据2008年北京奥运会中国政府的承诺，中国鼓励大力发展作为可再生能源的先进大型沼气生产技术。可以预见，大力推广应用间歇式干法沼气发酵技术，将可普遍在中小城镇和农村推广使用沼气作为煤的替代能源，提高农村的生活质量，增加农民和乡镇企业的收入，并大大减少秸秆燃烧带来的大气烟尘污染，同时作为可再生能源可大量减少大气的二氧化碳排放量
沼气干发酵技术研究进展
作者：李强、曲浩丽等 来源：中国沼气 浏览：18 发布时间：2013-08-09 17:26:11
摘要：开发和利用沼气干发酵技术处理农业废弃物、禽畜粪便和城市垃圾，对于解决能源短缺、生态环境恶化和减少CO2排放具有深远的意义。本文对国内外沼气干发酵的研究现状、工艺条件及技术装备等方面进行了综述。引言
在能源短缺、全球变暖、生态环境恶化的大背景下，节能减排、高效利用资源和发展新能源成为全世界的当务之急。据统计，我国已成为世界上固体有机废弃物产出量最大的国家，其中农作物秸秆年产量达7亿多吨，可供青贮和茎叶等鲜料约10亿吨，锯末、刨花等林业废弃物1.6万吨，畜禽粪便排放量134亿吨，城市垃圾7万吨以上。随着工农业生产的迅速发展和人口的增加，有机固体废弃物的处置不当，不仅造成了资源的浪费，同时也污染了自然环境。
农作物秸秆、畜禽粪便和城市生活垃圾蕴藏着可以被利用的巨大能量。在众多固体有机废弃物资源化利用的技术中，沼气干发酵技术是国内外研究的热点和重点发展方向之一，本文将对国内外沼气干发酵的研究和应用技术做一综综述。沼气干发酵研究概况
我国干法发酵技术应用源远流长，自古以来我国就采用干法发酵工艺酿酒、生产堆肥。国内对沼气干发酵技术的研究起步于上世纪80年代，在1988年缪则学等人就将沼气干发酵技术应用于畜禽粪便的发酵，研究了适宜于吉林省农村温暖季节应用的干发酵工艺。边文骅等设计了横蓖板水压式干发酵沼气池并将其应用。叶森等人从1986年开始研究自动排料沼气干发酵装置和相应的半连续发酵工艺，并于1988年通过了相关部门的技术鉴定。李秀金等人提出了采用NaOH处理改善玉米秸秆的可生物消化性能。随着沼气干法发酵技术研究的成熟,规模化的沼气干法发酵工程应用技术的研发已成为发展的主流,韩捷等人近年来研发了一种MCT沼气干发酵技术及装备。
国外对沼气干法发酵的研究主要集中于城市垃圾的处理，德国、法国、丹麦等国家技术发达国家早在20世纪80年代就对沼气干发酵进行研究。德国于2002年通过厌氧干发酵工程的中试。而巴伐利亚州的别费慕公司在德国中试研发的基础上,研发出了商业实用的技术,通过了德国技术监督协会TUV的干式沼气发酵成套设备技术安全认证,成为了德国第一个商用级间歇式干式沼气站的公司。2006年10月美国加州大学DAVIS分校研制的储罐型干法沼气发酵装置点火成功。沼气干发酵技术的研究
沼气干发酵又称固体厌氧发酵,它是以秸秆、生活垃圾、和畜禽粪便等固体有机废弃物为原料,利用厌氧微生物发酵产生沼气,反应体系中的TS含量达到20%~40%。沼气干发酵中采用的菌种和工艺条件的控制会直接影响干发酵的。
3.1 沼气干发酵的微生物菌群
与常规沼气发酵的机制相同,厌氧干发酵的过程同样包括水解阶段、酸化阶段、产甲烷反应阶段。这几个阶段由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷古菌三个功能菌群的微生物共同完成。水解阶段中多糖、蛋白质及脂类、纤维素等在某些细菌的作用下转化为乙酸、丙酸、丁酸等长链脂肪酸和醇类及一定量的氢、二氧化碳。这个过程中,细菌大多数为严格厌氧菌,如梭状芽胞杆菌,双歧杆菌。此外,也包括链球菌和肠杆菌科一些兼性厌氧菌。
酸化阶段主要是产氢产乙酸菌将较高的挥发性脂肪酸转化为乙酸、氢及二氧化碳。典型的菌是Acetobacteriumwoodii和Clostridiumaceticum。在发酵过程中,氢分压的高低对有机物的降解有一定的调节作用,产氢微生物只有在耗氢微生物共存的条件下才能生长。
在沼气发酵的最后阶段产甲烷阶段是由生理上高度专化的古菌-产甲烷菌来完成,它们主要是利用氢产甲烷菌和利用乙酸产甲烷菌两大类群。如Methanosarcinabarkeri,Metanonococcusmazei,Methanotrixsoehngenii。
厌氧干发酵常用的菌种有沼渣、下水道污泥等。接种物一般不低于发酵料重量的30%,且要有良好的活性。接种合适的菌种是干发酵的一关键步骤。我国80年代就开始了对沼气干发酵菌种的研究,罗德明等人研究了菌种对不同干物质产气的影响。闫志英以秸秆为沼气发酵原料,发现秸秆经复合菌剂预处理后,产气量比未加复合菌剂预处理的对照组提高。
近几年来随着分子生物学的发展,DGGE技术应用于干发酵菌群的分析,RowenaT采用PCR-DGGE技术,使用不同的引物对干发酵过程中的金黄色葡萄球菌及乳酸菌进行检测。T-RFLP,LH-PCR,SSCP技术也广泛应用于微生物干发酵的研究,利用这些技术对沼气干发酵的菌群的多样性进行研究、检测产甲烷菌群的变化,筛选出新的高效干发酵菌种,从而更好的优化了工艺条件、增加产气量。通过克隆文库方法可以确定微生物的种群和多样性,同时可以发现更多的未培养的适合干发酵的产甲烷微生物。
在沼气干发酵过程中纤维素、半纤维素难于被一般微生物分解,这是干发酵的难点。Romano等指出在沼气发酵过程中,纤维素和半纤维素的降解是厌氧消化的限速步骤,提高水解速率是厌氧消化过程中提高生物量转率的关键。寻找纤维素降解的高效菌株是增加沼气干发酵产气量的有效途径。他们通过实验比较了添加不同酶预处理后秸杆的产气情况,并通过16SrDNA测序分析了占优势地位的厌氧菌群。
3.2 沼气干发酵的影响因素
现有的研究结果表明:在沼气干发酵过程中温度是调控发酵菌群、强化产气的重要手段。在常温发酵条件下,发酵料液温度随季节的变化受气温、地温的直接影响,波动较大,导致微生物生长和沼气产量均不稳定;中温发酵的温度控制在30~38之间,在该温度条件下微生物的形成稳定的优势种群,其生长代谢稳定,沼气产量较高；高温发酵的温度在50~55之间,此时微生物对原料分解快、利用率高，并可杀灭致病微生物。
艾平等人通过正交试验,研究了厌氧干发酵处理畜禽粪便过程中发酵温度,得到了厌氧干发酵处理的优化工艺条件:发酵温度为55℃,C/N为12.5。FatmaA在37℃,55℃及65℃条件下对鸡粪进行批量式干发酵试验,55℃及65℃进行的发酵样品未检测到甲烷,而在中温37℃的情况下对鸡粪进行干发酵,培养254天,取得了较好的产气效果(31mL gVS-1)。BujoczekG则认为:以鸡粪为原料,固含量超过21.7%的情况下35行发酵,产生效果不太好。
适宜的pH值环境对沼气的沼气干发酵效果有着至关重要的作用。沼气干发酵的最适pH值为68~7.4,6.4以下或7.6以上都对产气有抑制作用,pH值在5.5以下,产甲烷菌的活动则完全受到抑制。控制发酵体系的pH值(7.0~7.2),使产甲烷菌处于最佳的生存状态,是提高水稻秸秆发酵产沼气的关键。
与常规的沼气发酵相似,适当的添加微量元素能够促进微生物的生长和代谢。微量元素镍、钴能够显著影响稻草干发酵的日产气量,适当的添加镍、钴有利于甲烷菌的生长,但过高的添加量反而会抑制甲烷菌的生长。马诗淳从微生物代谢调控的角度出发,研究纤维素厌氧分解菌和筛选促进纤维素降解产甲烷的刺激因子,发现不同刺激因子对微生物群落结构的组成和丰度影响显著,同一刺激因子不同培养时间的微生物群落结构变化明显。另外适量的添加水解酶能够增加沼气的产量。3.3 沼气干发酵的原料 3.3.1 农作物秸杆
随着我国农业经济发展及建设社会主义新农村的步伐,农作物秸秆作为一种可利用的再生能源,越来越受到人们的重视。在厌氧干发酵中,一般可采用水稻、玉米、小麦、花生等农作物秸秆为发酵原料。农作物秸杆在干发酵的过程中降解比较复杂,原料的产气率较低。国内一些学者通过秸杆的预处理及发酵工艺的控制来提高产气率。张望等人以稻秸为原料,在中温生物反应器内进行厌氧干发酵,研究了稻秸发酵过程中的生物气产量、pH值、渗滤液COD及甲烷含量的变化。焦静等人以不同比例配制原料,进行厌氧发酵试验,研究了草粪比对甘蔗叶干法厌氧发酵产气效果的影响。
3.3.2 城市有机垃圾和市政污泥
城市生活垃圾有多种处理技术,厌氧干发酵技术是其中一种经济、合理的处理方法。国外在上世纪90年代就将厌氧干发酵技术用于城市垃圾的处理,运用瑞士的Kompogas工艺,日本、瑞士等国已经建立约18个高温干式厌氧垃圾处理工厂。国内早在1995年刘晓风就采用厌氧消化污泥作接种物对城市有机垃圾进行了处理。后来冷成保等人提出了生活垃圾的暗河式干发酵处理研究及其工艺设想,这种处理方法具有垃圾处理量大、垃圾可以得到及时即地处理、占用土地少等优点。城市污水处理厂每天要产生大量的市政污泥,其处理技术一直未能很好地解决。谢震震以脱水污泥作为底物,模拟污水厂脱水污泥在填埋场中的生物降解过程,进行了脱水污泥干发酵的实验研究,为污泥的填埋稳定化提供了理论指导。沼气干发酵装置的相关研究
德国于90年代起,开始进行间歇式干法沼气发酵技术及工业级装备的研发。目前欧洲的干法沼气发酵技术主要有:车库型、气袋型、渗出液存储桶型、干湿联合型和立式罐型等。
我国在21世纪初开始了大型干法厌氧发酵反应器研究,目前还处于小试研究阶段。甘如海等自行设计了卧式螺带式搅拌发酵罐来进行厌氧干发酵。韩杰等研制出新型沼气干法发酵反应器-覆膜槽生物(MCT)反应器,并以MCT反应器为核心,改进和优化集成现有沼气技术,开发出新型规模化干法沼气发酵技术与成套装备。
干发酵底物固体含量较高,发酵原料存在的浓度梯度,传热、传质困难。
接种物与底物混合有一定难度。在沼气工程中设置混合搅拌装置,可以提高反应的传质效率,加快产沼气过程的进行,法国JGuendouz在中
温条件下对完全混合反应器进行了研究。5 沼气干发酵技术的应用
厌氧干发酵的优点在于系统稳定、处理量大、占地小、节水等。国外目前干发酵厌氧工艺一般采用干式单级发酵系统。其中Dranco工艺-比利时Brecht处理厂、Biocel工艺-荷兰Ielystad处理厂、瑞士Kompogas工艺、法国Valorga工艺在国外已经广泛应用于有机物的处理。四种工艺特点如表1所示。欧洲现在至少有4座Dranco工艺大型垃圾处理厂,其中以比利时Brecht二期Dranco沼气干发酵系统为代表,瑞士等国家Kompogas工艺建立至少12个大型工程。而Valorga工艺在瑞士、德国、西班牙、比利时等国家均有利用。
表1 四种工艺特点
工艺类型 处理量 固含量 温度 停留时间 t a-1 %
℃ d Biocel工艺 50000 30～40 35～40 10 Dranco工艺 11000～35000 15～40 50～58 20/（15～30）Kompoga工艺 10,000 30～45 54 15～18 Valorga工艺 10000～210000 25～35 无 14～28
我国目前大型的干发酵处理工程尚处于技术研发阶段,其技术模式还有待进一步检验。国内在干发酵利用方面进行了一些研究。张无敌等人针对干发酵设备复杂、操作烦琐、产气不均衡等不宜推广使用的局限,发明了一种结构简单,低成本的干发酵循环连续式沼气发酵的工艺方法,有效解决干发酵产气不均衡的缺点,实现对有机废弃物的连续发酵和均衡产气。赵国明等设计了一套对厌氧干法发酵技术进行改进,通过应用新型生物反应器和与之相配套的厌氧发酵工艺,可以再增加产气量、提高运行负荷、简化后处理工序。
由于沼气干发酵中发酵原料存在严重的浓度梯度,传热、传质困难,对于沼气发酵至关重要的pH值、反应温度等很难控制,对发酵设备的技术条件要求高,造成在厌氧干发酵工艺控制方面存在一些困难。目前厌氧干发酵过程中只有少量的几个参数能够得到实时的测量,而厌氧干发酵过程的复杂性,发酵过程中很难找到一个简单而合适的控制参数。因此需要对厌氧干发酵的工艺控制理论和技术条件进行深入的研究。展望
我国的能源生产及消费呈现出∀富煤、缺油、少气#以及新型能源短缺发展滞后的结构特征。在当前应对气候变化的情况之下,发展低碳经济已经成为世界性的潮流。厌氧干发酵技术在各种固体有机废弃物资源化利用上具有一定的技术优势,但由于各国该项技术研发起步较晚,在工业化应用领域处于实验阶段,以下方面的研究工作有待进一步的完善。
干发酵环境中微生物群落结构的稳定直接影响厌氧干发酵产量,需进一步的研究干发酵过程中微生物的群落信息,并采用分子手段获得的目标菌群的丰度和变化的相关信息来准确反映反应器系统的真实情况,进一步加强发酵过程的调控。
我国干法沼气发酵技术装备起步较晚,专用设备较为缺乏,开发多功能秸秆粉碎技术及机具、规模化干法厌氧发酵装置、原料提升设备,高效生物颗粒肥料成型技术与机具,提高干法厌氧发酵工程质量的专用工装、模具、规模化干法厌氧发酵的工程设施与关键设备,能给干发酵系统的可靠运行提供装备保障,提高发酵效果。
参考文献:
[1] 李鹏,王文杰.我国农业废弃物资源的利用现状及开发前景[J].天津农业科学,2009,15(3):46-49.[2] 余昆朋.城市生活垃圾厌氧消化技术进展[J].环境卫生工程程,2003,11(1):16-20.[3] 缪则学,宋明芝.北方农村沼气池干发酵的应用实验[J].中国沼气,1988,6(4):23-25.[4] 边文骅,董敬华,彭立风.腐植酸发酵形成腐植酸的周期及其规律的研究[J].河北师范大学学报,1996,20(3):78-79.[5] 叶森,魏吉山,赵哈乐,等.自动排料沼气干发酵装置[J].中国沼气,1989(4):17-19.[6] 罗庆明,李秀金,朱保宁,等.NaOH处理玉米秸秆厌氧生物气化试验研究[J].农业工程学报,2005(2):17-19
[7] 韩捷,向欣,李想.覆膜槽沼气规模化干发酵技术与装备的研究[J].农业工程学报,2008(10):100-104.[8] Mata-Alvarez J, MaceS, Llabres P.Anaerob ic digestion of organic solidwastes.An overview of research a chievements and perspectives[J].BioresourceTechnology,2000,74:3-6.[9] Peter W.Biogas production: current state and perspectives[J].ApplMicrobiolBiotechnol,2010,85:849–860.[10] 罗德明,李炎章,杨万华.沼气干发酵研究!菌种水质对干发酵产气量的影响[J].中国沼气,1983,(1):3-6.[11] 闫志英,袁月祥,刘晓风,廖银章,贺蓉娜.复合菌剂预处理秸秆产沼气[J].四川农业大学学报,2009,27(2):176-179.[12] Fontana C,VignoloG, CocconcelliP S.PCR-DGGE analys is for the identificationof microbial populations from Argentinean dry fermented sausages[J].Journal of MicrobialcrobioicalMethods 200563(3):254-263
[13] Sawamura H,YamadaM,EndoK,et al Characterization of microorg an isms at differentlandfill depthsus ingcarbon-utilization patterns and 16S rRNA gene based T-RFLP[J].Journal of B ioscience and B ioengineering,2010,109(2):130-137.[14] Mills D K, Entry JA, Voss JD, et a.l An Assessment of The Hypervariable Domainsof the 16S rRNA Genes for The ir Value in Determ in ing Microbial Community Diversity:The Paradox of Traditional Ecological Indices [J].FEMS Microb iol Eco,l 2006,57(3):496-503.[15] Ye Chen, Jay JC.Anaerobic Processes in Waste Treatment [J].Water EnvironmentResearch,2005,77:(6),1347-1388.[16] Rowena T, Ruihong Z, Sarah T, Jeffery A.The effect of Enzyme addition on anaerobic digestion of Jose T all Wheat Grass [J].BioresourceTechnology,2009,100,4564-4571.[17]艾平,张衍林,袁巧霞,等.厌氧干发酵处理畜禽粪便的影响因子[J].华中农业大学学报,2009,28(3):377-380.[18]FatmaA, YutakaN, Naomich iN.Dry mesophilic fermentation of chickenmanure forproduction of methane by repeated batch culture[J].Journal of Bioscience and Bioengineering, 2009,107,(3):293-295.[19]BujoczekG, O leszkiew icz J, Sparling R and Cenkow ski S.High so lid anae robicdigestion of chicken manure[J].Agric Eng Res,2000,76:51–60.[20]王永泽,邵明胜,王志,陈雄,李冬生.pH值对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的影响[J].湖北工业大学,2009,37(31):15093-1509.[21]全桂香,常志州,叶小梅.不同底物沼气干发酵启动阶段的产酸特征研究[J].江苏农业科学,2008,1:225-227.[22]马诗淳.沼气发酵微生物代谢调控技术研究[D].成都:农业部沼气科学研究所,2009.[23] GerhardtM.The use of hydrolytic enzymes in agricultural Biogas production.In:Progress in Biogas[J].Stuttgart-Hohenheim, 2007, 1:247-254.[24] Schimp fU, Valbuena R.Increase in efficiency of biom ethanation by enzyme e application[J].Bornimer Agrar technische Berichte,2009,68:44-56.[25]何荣玉,闫志英.秸秆干发酵沼气增产研究[J].应用与环境生物学报,2007,13(4):583-585.[26]边义,刘庆玉,李金洋.玉米秸秆干发酵制取沼气的试验[J].沈阳农业大学学报,2007,38(3):440-442
[27] 闫志英，袁月祥，刘晓风，廖银章：复合菌剂预处理秸秆产沼气[J].四川农业大学学报,2009,27(2):176-179.[28]焦静,王金丽,邓怡国,等.草粪比对甘蔗叶干法厌氧发酵产气效果的影响[J].广东农业科学,2010,1:51-54.[29]刘晓风,廖银章.城市有机垃圾厌氧干发酵研究[J].太阳能学报,1995,16(2):170-173.[30]冷成保,肖波,杨家宽.暗河式生活垃圾干发酵处理研究[J].环境工程,2001,19(4):45-47.[31]谢震震,张华.脱水污泥在干发酵过程初期的生物降解规律研究[J].中国资源综合利用,2007,25(4):30-32.[32]甘如海.畜禽粪便厌氧干发酵处理搅拌反应器的研究设计[D].武汉:华中农业大学,2004.[33]韩捷,向欣,李想.农业废弃物资源化利用新途径---覆膜槽干法发酵沼气工程技术[J].农业工程技术(新能源产业),2008,4:12-16.[34]刘刈,王智勇,孔垂雪,等.沼气发酵过程混合搅拌研究进展[J].中国沼气,2009,27(3):26-30.[35]Guendouza J,Buffiere P.Dry anaerob ic d igestion in batch mode:Design and operationof a laboratory-scale,completely mixed reactor[J].Waste Managemen,t2010:1-3.[36]张无敌.沼气干发酵多罐循环连续工艺方法[D].云南:云南师范大学,2008.[37]赵国明,规模化干法沼气发酵技术及装备的研究与示范[D].吉林:吉林大学,2009.[38]BrauerA,W eiland P.Kontinuierliche Wasserstoffmessung Zur Beurteilung der Prozessstabili t von F ermentationsver suchen[J].VDI Berichte,2009,2057:2237-2247.沼气干发酵工艺
来源：互联网 更新时间：2011-03-30 09:44:36 [我要投稿]
干发酵是指以有机废弃物为原料(干物质浓度在20%以上),利用水解产酸菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷菌将其分解为CH4、CO2、H2 S等气体的发酵工艺。由于固体浓度太高难以采用连续投料或半投料的投料方式，绝大多数均采用批量投料。
许多研究表明,干发酵由于其总固体含量较高,容易在发酵初期产生大量的有机酸,造成酸中毒现象,最终导致启动失败。许多研究都针对加大接种量或预处理等调控措施而展开,而对造成不同底物快速酸化的主要原因研究很少。
比如像以秸秆为原料的干发酵方法（同时也适合于粪草混合发酵）要点的关键：①添加足够的优质接种物；②秸秆要切碎并且用石灰水预处理，并进行池内外堆沤；③添加适量氮源，发酵浓度为20%——30%。
一、配料和预处理 1.秸秆用量和预处理
风干秸秆（TS=85%）切成150毫米左右的小段，加石灰水泼湿，再将接种物总用量的1/3混入，进行池外堆沤，堆沤时间为2～3天。堆沤的目的是初步破环秸秆的纤维——木质结构，并增加秸秆容重，以提高单位池容的秸秆处理量。堆沤结束后加入其余接种物和氮肥，入池再堆沤24小时，用以增加启动的料温。
这时平均体积产气率可超过0.2米 /（米·天）。如果增加粪便，则由于平均体积有机负荷率增加，可以提高平均体积产气率。2.接种物
对接种物的要求与其他发酵工艺相同，接种物的数量应为秸秆质量的1.5倍以上。它是保证干发酵正常进行的关键。池外堆沤时先用1/3的量，其余的入池时再加入。3.添加氮源
由于采用的是批量投料方法，平时没有含氮丰富的粪尿流入，而秸秆本身含氮量不足，因此必须再入池时补充氮源。但由于干发酵的水分含量较少，太多的氮易造成发酵抑制。所以加碳酸氢铵时用量为秸秆用量的2%，加尿素时为秸秆用量的1%。4.用石灰水预处理
石灰的用量应为秸秆质量的5%，此项措施的目的在于破环秸秆的木质纤维结构，并中和发酵过程中产生的酸，以防止pH值下降。
二、浓度控制
用加水量来控制料液的浓度，石灰5千克加水100千克配成石灰水用于预处理；接种物（TS%=10%）按1：1加水稀释；氮肥每千克加水50千克溶解后使用。由于堆沤过程中水分会损失，按上述比例加水，一般可将浓度控制在20%——30%。
三、发酵周期 为了充分利用沼气池和积造有机肥，南方地区在冬春季可以采用一个发酵周期，约150——200天；夏秋季（5—10月）可采取两个发酵周期，每个周期约为90——100天。各地区应该把发酵周期和农事用肥密切结合起来考虑。
四、贮气问题
干发酵池必须附有贮气设施，如塑料贮气袋、分离浮罩或水压式贮气池。不过采用每户一个干发酵池和一个水压式池最简便。
干发酵是指以有机废弃物为原料(干物质浓度在20%以上),利用水解产酸菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷菌将其分解为CH4、CO2、H2 S等气体的发酵工艺。由于固体浓度太高难以采用连续投料或半投料的投料方式，绝大多数均采用批量投料。
许多研究表明,干发酵由于其总固体含量较高,容易在发酵初期产生大量的有机酸,造成酸中毒现象,最终导致启动失败。许多研究都针对加大接种量或预处理等调控措施而展开,而对造成不同底物快速酸化的主要原因研究很少。
比如像以秸秆为原料的干发酵方法（同时也适合于粪草混合发酵）要点的关键：①添加足够的优质接种物；②秸秆要切碎并且用石灰水预处理，并进行池内外堆沤；③添加适量氮源，发酵浓度为20%——30%。
标签：沼气 发酵工艺
稻秆干发酵制沼气工艺参数的研究
郭萃萍
目前,能源紧张的问题日益突出,大力开发新能源已是解决能源问题的主要方向,我国是一个农业大国,农业生产过程中产生了大量秸秆等农业废弃物,合理的利用这一部分生物质能源,则能有效的缓解我国一部分能源问题。目前,我国农作秸秆的资源化利用主要有秸秆肥料化利用、秸秆饲料化利用、秸秆基料化利用、秸秆原料化利用和秸秆燃料化利用。在诸多秸秆资源化的技术中,秸秆沼气技术是最能充分利用秸秆资源的一种清洁工艺。通过沼气发酵把蕴藏在秸秆中的生物能,以沼气形式释放出来,作为能源使用,沼渣和沼液中含有氮、磷、钾等元素成为优质的有机肥料,再进入新的物质能量循环系统中,对环境污染小,并且使秸秆资源得到了最大程度的利用。在我国,秸秆沼气发酵当前主要采用湿发酵技术,但由于湿发酵技术耗能高、处理干物质的成本高且产气效率不高等一系列缺点,再加上农村经济的发展和农业结构的调整,禽畜养殖业主要向大规模的集约化形式发展,家庭养殖业生产的能够作为发酵原料的禽畜粪便已经不多,使秸秆和禽畜粪便分离,限制了湿发酵技术适应的范围和地域,所以,越来越多的研究者把目光投向了干发酵技术研究领域。国内干发酵技术起步较晚,受国外的影响在城市固废垃圾方面的研究比较多,而对秸秆干发酵的研究并不多,大多数也是在近几年才开始。干法发酵与湿法发酵有很大的不同,发酵工艺参数也不一样,这些不同主要表现在发酵总固体浓度、发酵温度、pH调节、堆沤时间、接种量等方面,因此很有必要对干发酵工艺参数进行研究。对于秸秆干发酵技术,采用不同的发酵原料,其发酵工艺参数是不同的。根据目前稻秆厌氧干发酵取得的进展和存在的问题,本文的研究内容主要集中在对干发酵的影响较为显著的因素上,如碱剂量、含水率、接种时间、总固体浓度、接种物的接种量、发酵温度等,对预处理和干发酵两个阶段的工艺参数优化,并对得出的最优工艺条件作了具体的研究,取得一定的成果,主要有以下几个方面：（1）选取影响预处理的因素碱剂量、含水率和接种时间,进行三因素三水平的正交实验,得到稻秆预处理的最优参数组合为：碱剂量为6%,含水率为80%,接种时间为6d。（2）选取影响干发酵的因素总固体浓度、接种物的接种量、发酵温度,进行三因素三水平的正交实验,得到稻秆干发酵过程中的最优参数组合为：总固体浓度为25%,接种物的接种量应为发酵原料的25%,发酵温度为35℃。（3）选取四组稻秆,分别进行不优化、预处理优化、发酵过程优化、全过程优化四组实验,对比分析各组实验的发酵原料各组分的降解程度,结果表明全过程优化的发酵原料的降解程度最高。（4）实验还研究了不优化、预处理优化、发酵过程优化、全过程优化四组实验中日产气量、累积产气量、甲烷含量、发酵料液中COD浓度及pH值的变化情况。„„
[关键词]：干发酵;沼气厂;稻秆;发酵原料;发酵温度;碱剂量;接种量;接种时间;总固体浓度;沼气发酵;产气量;接种物;发酵工艺参数;厌氧发酵;含水率;发酵技术;沼气池;沼气技术;池容产气率;禽畜粪便 [文献类型]：硕士论文 [文献出处]：河南农业大学
农业废弃物资源化利用新方向一沼气干发酵技术 李想1，赵立欣2，韩捷2，向欣2(1．中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京100081；2．农业部规划设计研究院农村能源与环保研究 所，北京100026)摘要：本文简述了我国现存的农业废弃物资源化利用技术及存在的问题，介绍了沼气干发酵的技术概况、工艺 条件、产气和造肥效果，最后得出了沼气干发酵技术是我国农业废弃物资源化利用的新方向的结论。
关键词：农业废弃物；秸秆；畜禽粪便；沼气；干发酵 中图分类号：$216．4；TK6 文献标识码：A 文章编号：1000—1166(2006)04—0023—05 The New Direction ofAgriaIltIl瑚lResidues Utilization inChina：Biogas DryFermentationTechnology／LI】池mg，ZHAO Li-x矗，HAN Jie2，XIANG xld／(I．Institute ofAgricIIlUn'aJEnvironmenl and sustainableVevdopmeat。CllhleseA·
cademyofAgricIlltural Sciences，Beijlng100081，China；2．Institute ofEnergyand EnvironmentalPI懂鲥恤，a岫
AcademyofAgricllIturalFmgineering，Beijing 100026，China)Abstract：Thispapersummarizesagricultural residue utilizationtechnologiesin Chinaand theirprobleras，mainlyintroducedbiogas dry fermentation on itsgeneralsituation，technologicrequirements，biogas production，and compost qu且lity．Finallyit is concluded that biogas dryfermentationtechnologyis the flew directionofagriculturalresidue utilization in China．
Key words：agricultural residues；crop straw；anhnul manure；biogas technology；dryfermentation 1引言
已成为当务之急。
农业废弃物形式多种多样，但按其来源分为秸
秆和畜禽粪便两大类uJ。我国是农业生产大国，秸 秆资源相当丰富。根据我国主要农作物产量【2J，通 过谷草比【3J计算，2004年我国秸秆产量约为6亿 吨，其中以稻草、玉米秸、麦秸为主，占秸秆总量的 77．2％。然而，近年来我国农村能源结构正在逐渐 发生变化，使用商品能源的农村人口逐渐增加，秸秆 利用率呈明显的降低趋势，在麦收和秋收季节，出现 了田问直接焚烧秸秆的现象。大量秸秆的露天燃
烧，不仅不能有效利用这部分资源，还导致C02，S02 等气体的排放，污染了空气，加重了全球气候变暖。同时，随着我国畜牧业的飞速发展，畜禽粪便量也随 之增加，2004年我国畜禽粪便量已经达到了27亿 吨HJ。目前，我国大多数养殖场粪便、污水的储存和 处理能力不足，90％以上的规模化养殖场没有污染 防治措施引5，畜禽粪便已经对土壤、水体、空气和人 畜安全构成了严重的威胁。农业废弃物引发的环境 污染问题日益突出，有效地处理和利用农业废弃物 2我国农业废弃物资源化利用技术及存在的问题 农业废弃物也是物质和能量的载体，是一种特 殊形态的农业资源，具有巨大的开发潜力。作物秸 秆含有丰富的营养成分，并且其表面密度小、韧性 大、抗拉、抗弯、抗冲击能力强，可广泛应用于饲料、燃料、肥料、造纸、轻工食品、养殖、建材、编织等各个 领域【6J6。畜禽粪便蕴藏的生物质能，可开发产生沼 气，具有很好的经济效益【7J，另外畜禽粪便含有的 氮、磷、钾等多种营养成分，施于农田有助于改良土 壤结构，提高土壤有机质含量，促进农作物增产⋯8。近年来，我国农业废弃物资源化利用取得了一定的 成就，涌现了秸秆还田技术、秸秆气化技术、秸秆成 型及炭化技术、秸秆制沼气技术、秸秆饲料化技术、畜禽粪便肥料化技术、畜禽粪便能源化技术等农业 废弃物资源化利用技术。
尽管我国农业废弃物资源化利用技术呈多元化
发展态势，但仍然存在一些问题，限制了这些技术在 我国农业废弃物资源化利用中发挥作用。秸秆还田 收稿日期：2006-01—14 项目来源：农业部可再生能源专项“秸秆生物气化技术筛选”项目
作者简介：李想(1982一)，男，重庆人，硕士研究生，研究方向为农业废弃物处理及资源化利用，E—mail：Lx6311@eyou．咖。
万方数据
中国沼气ChinaBiogas 2006，24(4)方面，随着秸秆还田数量的增加，普通脱切机和旋耕 机已不能满足实际需要，另外田间管理不到位，秸秆 不能充分腐解，以致难以被作物吸收利用。秸秆气 化方面，我国现行的热解气化技术大都采用空气煤 气制气法，所得气的热值较低，并且存在焦油问题。秸秆成型及炭化方面，目前对秸秆压缩成型基础理 论研究薄弱，无法满足生物质压缩成型设备开发与 研制的需要，关键技术难以解决，另外，对秸秆成型 燃烧理论及燃烧特性研究不够深入，先进的秸秆成 型燃烧专用设备少，限制了秸秆成型燃料的大量生 产。秸秆饲料化方面，我国在秸秆发酵饲料的微生 物菌种及相应的发酵工艺方面、发酵秸秆饲料对各 类家畜的营养效果方面等，都缺乏深入的研究，且研 究的领域大都集中在反刍动物。畜禽粪便肥料化利 用方面，好氧发酵生产有机肥的过程中排放大量 NI-13，既污染了环境，又损失了肥力。
究，其具体研究内容是罐体加热保温装置的选型和 操作参数设计，为大型沼气干发酵系统的工程化提 供了一定的基础理论。
国外对沼气干发酵技术的研究比我国早，整体
技术水平较我国领先。从20世纪40年代起，德国、法国和阿尔及利亚就开始运用批量式沼气干发酵技 术。20世纪80年代，德国、荷兰、瑞士、布基纳法 索、尼日尔等国家对沼气干发酵进行了深入的研究。20世纪90年代，德国大量资助新型的间歇式干法 沼气发酵技术的研发，在90年代末，该项工艺和装 备通过了中试，并于2002年生产出产业化装备，投 入实际运行。目前，国外的沼气干发酵技术已经成 熟，如车库型干发酵系统、气袋型干发酵系统、干湿 联合型发酵系统、渗滤液储存桶型干发酵系
统[1507J等大型沼气干发酵系统，已经投入生产性 应用，可进行规模化的沼气生产。3沼气干发酵的技术概况 4沼气干发酵的工艺条件
沼气干发酵是指以秸秆、畜禽粪便等有机废弃
物为原料(干物质浓度在20％以上)，利用厌氧菌将 其分解为cH4，C02，H2S等气体的发酵工艺。沼气 干发酵由于其发酵原料的干物质浓度高而导致的进 出料难、传热传质不均匀、酸中毒等问题，是沼气干 发酵的技术难点，对此国内外都进行了深入的研究。我国从20世纪80年代起开始了户用沼气干发
酵研究，取得了一定的成果。叶森等【9J9从1986年开 始研究自动排料沼气干发酵装置和相应的半连续干 发酵工艺，于1988年8月通过了由农业部能源环保 局主持的技术鉴定。马云瑞等[10]研制了分离储气 恒压干发酵池，其产气量基本能够满足四口之家一 日两餐(6月～10月)炊事用能及照明用能(5月。11 月)。康恒德ulJ发明了小型高效稳压式自动漫渗滤 干发酵沼气池。北京合百意生态能源科技开发有限 公司对沼气干发酵菌种进行了研究，研制了预处理 秸秆复合菌剂和低温高效甲烷菌，目前正在进行推 广示范[1 2I。
我国在21世纪初开始了大型沼气干发酵研究，目前还处于小试研究阶段。甘如海【13J对畜禽粪便 厌氧干发酵处理搅拌反应器进行了研究，设计试制 出卧式螺带搅拌发酵罐，通过试验得出了操作参数 对发酵产气过程的影响情况，确定了最优操作参数。晏水平【14J对大中型集约化养殖场畜禽粪便高温厌 氧干发酵处理工程中的罐体加热保温装置进行了研 4．1原料的C／N比
发酵原料的C／N比，是指原料中有机碳素和氮 素含量的比例关系。在沼气发酵过程中，由于有 c心不断生成，原料的C／N比是不断下降的，因此 进料的C／N比可适当高些。当原料中N的含量过 高时，高浓度的氨态氮(NH3一N)将抑制厌氧发酵，在 消化过程中当氨浓度增加到2000 rng·L-1以上时，甲 烷产量降低【l8I。目前，一般认为沼气干发酵适宜的 C／N比为25—30[19J。为了保证合适的C／N比，需 要对发酵过程的营养物质进行调控。孙国朝等[19】 在干发酵的工艺条件研究中，以不同的草粪比1：1，2：l进行试验，研究结果表明两者的发酵效果均良 好，产气效果没有明显区别。邹元良等[20J选用猪 粪、麦秸为原料进行原料的配比试验，结果表明配比 为7：3或者6：4是比较合适的。Zhang Ruihong[21J在 试验研究中把NH3添加到稻草消化液中，作为N源 的补充，以调节发酵原料的碳氮比为25左右。4．2原料的预处理
原料预处理包括物理预处理、化学预处理和生 物预处理。物理预处理包括切碎、研磨等方法。
Zhang Ruihong[2lJ在用稻草为底物的沼气干发酵试验 中，采用研磨和切碎两种物理预处理方法处理稻草，研磨比切碎在沼气产量上高出12．5％。L M Pal． mowski等[22】研究了有机废弃物厌氧消化时，废弃物 颗粒大小对产气效果的影响，对于纤维素含量高的 万方数据
中国沼气China Biogas 2006，24(4)25 固体废物，粉碎能显著提高沼气产量和有机物的降 解率以及缩短消化时间，减小了消化体积。冷成保 等【23J在暗河式生活垃圾干发酵处理研究中，把垃圾 用破碎机破碎以减少垃圾的粒径。化学预处理包括 酸碱浸泡、热处理等。Ghosh等【24J研究了用碱预处 理城市固体垃圾后进行高温(55℃)两相消化处理，甲烷产量提高35％。Zhang Ruihong【21J在进行稻草 固体厌氧消化的研究中，对稻草分别进行60℃，90 ℃，110℃的热处理，结果是预处理的温度越高，甲 烷生成量越多。生物预处理主要是指发酵原料的好 氧堆沤，邹元良等120j在农村沼气干发酵的研究中指 出，对发酵原料进行3—5天的堆沤，有利于控制发 酵原料的酸碱度，使原料获得抗酸化的能力，可有效 解决干发酵中易出现酸化的问题。4．3干物质浓度
水分是微生物活动不可缺少的重要因素，在干 发酵过程中如果干物质浓度过高而水分含量过低，会导致挥发性酸的积累，引发酸中毒，从而导致干发 酵过程的终止。刘晓风等【25J对城市有机垃圾进行 干发酵研究发现，Is浓度在30％～40％是比较理想 的干物质浓度。冷成保【23j在暗河式生活垃圾干发 酵处理研究中指出，在控制总C／N(为30：1左右)满 足厌氧消化顺利进行的情况下，对垃圾固体含量从 8％～40％进行实验，认为25％一30％是较理想的干 物质浓度。孙国朝【19 J等以草和粪为发酵原料，在 rIS含量为8％～30％时，随着髑含量的增加，产生 的沼气中甲烷含量有所下降，c02含量有所上升，但 产生的总沼气量相应增加，当，IS含量为35％时，pH 为5．5。5．6，发生酸积累，沼气发酵受抑制。4．4接种物
优质足量的接种物是沼气干发酵顺利启动的重
要保证。邹元良等【20J指出，取产气正常的沼气池中 的活性污泥为接种物，以比重1．03，波美度4作为 一个粗略的指标，可保证接种物质量。刘晓风等[25] 对城市有机垃圾厌氧进行干发酵研究中，选择厌氧 消化污泥作为接种物，按试验原料的总聪量与接种 物量10：l进行接种，结果表明发酵和产气均正常。孙国朝等【19J指出，加大接种量，是防止干发酵前期 偏酸、缩短干发酵启动时间的关键措施，但是干发酵 接种量达到一定时，分解率就达到了一定极限，接种 剂量在20％～30％范围内为宜。4．5发酵温度
根据发酵温度不同，厌氧干发酵分为常温发酵、中温发酵(30℃一38℃)和高温发酵(50℃。55 ℃)E27]。常温发酵，产气率低，产气周期长，受环境 温度影响大。中温发酵与常温发酵相比，分解快、产 气率高、气质好，有利于规模化生产。高温发酵，分 解快、产气率高、环保效果好，但气质稍差、耗能较 多。4．6 pH值
厌氧发酵的适合pH值为6．8～7．4，6．4以下或 7．6以上都对产气有抑止作用，pH值在5．5以下，产 甲烷菌的活动则完全受到抑止[28]。在沼气干发酵 过程中，如果水解发酵阶段与产酸阶段的反应速度 超过产甲烷阶段，则pH值会降低，影响甲烷菌的生 活环境。在沼气干发酵启动过程中，时常有这种现 象发生，即酸中毒。对发酵原料进行1～3天的好氧 堆沤，可减少挥发性脂肪酸，从而有利于沼气干发酵 启动时的pH值处于正常范围内[15]。在发酵过程
中，对发酵原料的pH值进行监控，当pH值低于6．4 时，可加入石灰水或者氨水调节，可保证沼气干发酵 过程的顺利进行【29J。4．7搅拌
对发酵物进行适当的搅拌，可使微生物与发酵
原料充分接触，增加原料的分解速度，扩大活性层，使得所产生的沼气容易分离而逸出，提高产气
率【30J。常用的搅拌方法有液流搅拌和机械搅拌。液流搅拌即从外部将发酵液从反应器底部抽出，再 从反应器顶部以一定角度喷回。车库型干发酵系
统、渗滤液储存桶型干发酵系统都采用了液流搅拌。机械搅拌是指在反应器内安装叶轮等进行的搅拌。目前，已有对沼气干发酵机械搅拌进行的试验研究，如甘如海【13J对畜禽粪便厌氧干发酵处理搅拌反应 器的试验研究。
5沼气干发酵的产气和造肥效果 5．1产气效果
国内外大量的研究结果表明，沼气干发酵产气
效果良好。M．kottner[15J采用车库型沼气干发酵系 统，以牛粪和50％的接种物进行中温(35 oC)发酵，在沼气干发酵开始后的2～5天后产气趋于稳定，甲 烷含量保持在60％～65％之间，产气高峰在10～28 天内。F．Kaiser等【31J采用德国Bioferm公司的车库 型干发酵系统进行中温发酵，饲草的产气率为 191．38 L·kg-1干物质，绿化废弃物的产气率为
188．64L·kg。1干物质，牛粪产气率为218．48 L·kg-1
万方数据 中国沼气ChinaB妇∞2006，24(4)干物质，产气高峰都在前30天内。T KBhattacharya 等[31]对未稀释的牛粪和稀释后的牛粪(粪水比为l： 1)在35℃进行60天的厌氧干发酵，实验结果表明 未稀释的牛粪的生物可降解性为30．7％，稀释后的 牛粪的生物可降解性为32．5％，认为35℃时厌氧干 发酵的产气效果与传统湿发酵的产气效果基本一 样。曲静霞等【32]的研究结果表明：当发酵温度为(35±1)℃，偈含量为20％，原料滞留期为60天，平均池容产气率为2 L·L-1d_。，甲烷含量达65％以 上。
5．2造肥效果
营养成分是评价沼气干发酵造肥效果的一个重 要方面。国内学者对沼气干发酵过程的营养物质损 失隋况进行了研究，研究结果表明沼气干发酵过程 营养成分损失少。孙国朝等【33J的研究指出，沼气干 发酵的全氮损失率为1．2％～2．5％。王天光[34J的 研究指出，沼气干发酵、水压式沼气发酵、敞口沤肥、堆肥的全氮保存率分别为91．7％，88．8％，74．9％和 69．5％。何丽红【26]指出，在发酵温度为55℃，C／N 比为12．5，没有搅拌操作的工艺条件下，全氮损失 率为1．1804％。
卫生指标是评价沼气干发酵造肥效果的另一个 重要依据。国外学者对沼气干发酵沼渣的卫生情况 进行了研究，研究结果表明沼气干发酵的杀卵灭菌 效果好。Ten Brummeler[33J的实验结果表明：在经过 2l天的发酵后，沼气干发酵对肠细菌、沙门氏菌、假 单细胞菌、镰刀菌的去除率都大于99．99％。6结语
沼气干发酵技术，能够保证畜禽粪便和作物秸 秆在干物质浓度较高的情况下正常发酵，产生清洁 能源(沼气)和优质有机肥，基本上达到零排放，符合 我国广大农村地区对优良环境、清洁能源和优质有 机肥的需求。目前我国已经开展了户用沼气干发酵 技术示范，但是随着农村城镇化以及养殖的集约化 发展，对秸秆气化集中供气及畜禽养殖场能环工程 的需求将不断加大，大型沼气干发酵将成为农业废 弃物利用的重要选择。参考文献：
[1]张承龙．物资源化利用技术现状及前景[J]．环境保 护，2002(1)：22—23．
[2] 中国农业年鉴编辑委员会．中国农业年鉴2004卷[M]． 北京：中国农业出版社，2004．
[3]李秀金．固体废物工程[M]．北京：高等教育出版社，2003．
[4]陈通．畜牧家禽粪便处理利用现状、问题与展望[A]． 全国农业面源污染与综治学术研讨会论文集[C]．北 京：中国农学会，2004：120—122．
[5]孔源．农业废弃物综合利用提上议事日程[N]．中国环 境报，2005—07—28．
[6]胡敏秀．农业废弃物资源化综合利用途径探讨[J]．安 徽农业科学，2004，32(4)57—759．
[7]方芳．农业废弃物综合利用产业化渐成势[EB／OL]．
http：／／www.xiexiebang.com ※通信作者：陈海涛(1962一)，男，黑龙江人，教授，博士生导师，主要 从事生物质材料和现代农业装备方面的研究。哈尔滨东北农业大学工程学 院，150030。Emaih haita01963@yalloo．corn．∞ 本文以反刍动物发酵生产沼气后的剩余物中提取的 残渣为研究对象，对其物理特性和沼渣纤维化学成分进 行分析，得知沼渣纤维含有人量木质纤维素，这些木质 纤维素经高效转化可用来制浆造纸、发酵生产乙醇、气 化发酵制乙醇、生产板材等，为沼渣资源高值化利用技 术研究提供参考依据。1 沼渣物理成分测定试验 1．1材料与仪器
试验材料：以玉米秸秆为饲料的牛粪便厌氧发酵生 产沼气后的沼渣。
试验仪器：FB—l型分析筛，SS7振摆式筛分机，深圳
市衡兴通电子仪器有限公司生产的Motic SMZ．168一TL型 光学照相显微镜，MoticImagesPlus软件等。1．2方法
1．2．1试验样本制备
将牛粪便厌氧发酵生产沼气后的剩余物清洗、干燥
得沼渣原料，随机选取7500g，平均分成10个样本。采
用目数分别为0．
25、0．5、1、2、5 mlTl的筛子，将沼渣原 料筛分为 25、0．25～<0． 5、0．5～ 筛分后，用火焰法得到各组分中矿物质的含量，取 lO个样本平均值为测试结果。1．2．3沼渣纤维形态测定 取不同组分的沼渣纤维样本，采用MoticSMZ．168． TL型光学照相显微镜，选定合适的物镜、目镜，调节目 镜至观测最清晰状态，对所选样本拍照，每个组分随机 拍照10张，将所得照片输入计算机中，通过MoticImages 万方数据 278 农业工程学报 2010龟 Plus软件直接测量出纤维的长度与宽度。本次试验Motic ImagesPlus软件设定测量单位为mm，精确到O．001mm。在每组分照片中随机量取lO根纤维的长度和宽度，得到 50组纤维长、宽测量结果。1．2．4纤维评价指标 由于纤维成分及结构的多样性，用途不同评价标准 及方法也多种多样。本研究参考制浆造纸理论选取长宽 比作为沼渣纤维质量评价指标，依据“造纸纤维长度测 定法”(GBl0336--1989)，数量平均纤维的长(宽)度由 式(1)计算。k=每 ㈩ 式中：工Ⅳf——第i组数量平均纤维长(宽)度，mill，f 为组数，卢l，2⋯⋯一；L，——第i组纤维的总长(宽)度，inm；M——第f组纤维的总根数。 求出数量平均纤维长和数量平均纤维宽，即可得出 各组分纤维的长宽比【141。2沼渣纤维化学成分测定 2．1材料及仪器 材料及助剂：经1．0 m／n的筛网筛下的沼渣纤维约 1．5g，硅藻土，亚硫酸钠，中性洗涤溶液(NDS)，正辛 醇，酸性洗涤溶液(ADS)和15℃时72％硫酸。 试验仪器：分析天平(精度0．1 mg)，P2坩埚，真空 烘箱70℃，干燥器，Fibertec热浸提单元，Fibertec冷浸 提单元，加热板，洗瓶和马弗炉(525士10)℃等。2．2方法 本试验采用福斯中国有限公司生产的Fibertee 2010&M6系统进行测定分析，按顺序依次测定NDF(中 性洗涤纤维)、ADF(酸性洗涤纤维)和ADL(酸性洗涤 木质素)，各种成分分别按公式(2)～(4)计算[15-1s]。NDF=(％一职+c)／％ (2)式中：ⅣDF——中性洗涤纤维质量分数，％；职——样 品质量，g；％——干燥后坩埚和残留物质量，g；％—— 灰化后坩埚和灰分质量，g；C——空白校正，g。下同。彳DF=(％一％+c)／％ (3)式中彳DF——酸性洗涤纤维质量分数，％。ADL=(W2一％+C)／％ (4)式中ADL--酸性洗涤木质素质量分数，％。 因为NDF(中性洗涤纤维)中包含纤维素、半纤维 素和木质素3种物质，ADF(酸性洗涤纤维)中只包含 纤维素和木质素，ADL(酸性洗涤木质素)中只有木质 素，所以根据公式(5)～(7)即可计算出沼渣纤维中 纤维素、半纤维和木质素的质量分数。a=ADF一彳D正 (5)式中口——纤维素质量分数，％。b=NDF—ADF(们 式中6——半纤维素质量分数，％。C=似 (7)式中c——木质素质量分数，％。3结果与分析 3．1沼渣物理特性 3．1．1沼渣物理成分 沼渣物理成分测定与计算结果如表1所示。表l 沼渣物理成分及其质量分数 Table l Physical compositionsandtheir masspercentagesof biogasresidue 由表1可知，沼渣主要由3部分构成，纤维比例最 大，矿物质比例最小。在非矿物质杂质中主要有塑料、毛发和草籽等。 3．1．2各组分沼渣纤维及矿物质含量 各组分纤维和矿物质含量测定及计算结果如表2所 示。 表2各组分纤维和矿物质含量及其质量分数 Table2 Fiber and minerals content，and their masspercentagesof eachgroup 由表2可知，纤维中0．25 <0．5 ITlnl组分质量分数 最大，>5 ITIIn组分的最小；0．5～<1 real组分矿物质质 量分数最高，>5 lllm组分的最小。3．1．3纤维形态 每个组分纤维形态照片如图1所示。&0．25～<0．5哪(目镜IOX，物镜2X)b．0．5～ 刘丽雪等：沼渣物理特性及沼渣纤维化学成分测定与分析 279 图l 在显微镜不同放大倍数下各组分纤维形态 Fig．1 Eachcomponentfibermorphologyofthe differentamplificationundermicroscope 3．1．4纤维长宽比 通过Motic Images Plus软件测量分析，各组分纤维 长宽比结果如表3所示。 由表3可知，平均纤维长的分布范围为0．52～4．80 mm，0．25～<0．5 mm组分的最小，>5 mill组分的最大：平均 纤维宽的分布范围为0．03～O．26舢，0．25～<0．5 mln组 分的最小，0．5～<1 I衄组分的最大；平均长宽比的分布 范围为3．92～32．14，0．5～ 根据公式(2)～(4)计算得出：NDF(中性洗涤 纤维)质量分数为82．3％，ADF(酸性洗涤纤维)质量分 数为60．4％，ADL(酸性洗涤木质素)质量分数为15．6％。根据公式(5)～(7)计算出沼渣纤维中纤维素、半纤维和木质素的质量分数，如图2所示。图2沼渣纤维化学成分 Fig．2 Chemicalcompositionsofbiogasresidue fiber 根据相关研究结果【19‘20l，将稻草、麦草和玉米秆中 纤维素、半纤维素和木质素的质量分数与沼渣纤维对比，如表4所示。 对比分析可知，经过厌氧发酵后的沼渣纤维中纤维 素质量分数较水稻、小麦和玉米等农作物秸秆高5％以 上，同时半纤维素质量分数较水稻、小麦和玉米等农作 物秸秆低5％，木质素质量分数基本未变。这一结果表明，厌氧发酵对纤维成分中的木质素没有影响，而使得半纤 维素相对含量减少，纤维素相对含量增加，这对于沼渣 纤维的资源化利用是有积极意义的。表4生物质的化学组成 Table 4 Chemicalcompositionofbiomass 4结论 通过对沼渣物理特性及沼渣纤维化学成分的测定研 究，可以得出以下结论： 1)沼渣物理成分中含纤维64％、非矿物质杂质35％、矿物质1％：其纤维长宽比分布范围为3．92～32．14，离散 度较大。 2)沼渣纤维化学成分中含纤维素44．8％、半纤维素 21．9％、木质素15．6％、灰分及其他杂质17．7％。反刍动 物粪便厌氧发酵生产沼气后的沼渣中纤维素质量分数较 水稻、小麦和玉米等作物秸秆的高5％以上，半纤维素质 万方数据 280 农业T程学报 2010芷 量分数较水稻、小麦和玉米等农作物秸秆低5％。[参考文献] 【1】 吴淑杭，姜震方，俞清英．禽畜粪便污染现状与发展趋势 叨．上海农业科技，2002，(1)：9—10． [2】2008年中国沼气市场研究报告【EB／OL】．http：／／www.xiexiebang.com 维普资讯 http://www.xiexiebang.com 1 厌氧干发酵机制 与厌氧湿发酵机制一样，干发酵主要是厌氧和兼 性厌氧微生物在厌氧环境条件下分解有机物产生沼气 的过程，包括水解、酸化、乙酰化、甲烷化等反应阶 段[9]，如图1所示。 首先，水解菌将复杂的有机聚合物如碳水化合物、蛋白质和脂质分别转化成糖、氨基酸和脂肪酸。这些 可溶的单体化合物又被发酵菌转化成挥发性脂肪酸混 合物和其他一些副产物如丙酸盐、丁酸盐、酒精等。乙 酰化微生物进一步将上一阶段的有机酸转化成醋酸 碳水化合物，蛋白质，脂肪 糖，氨基酸，脂肪酸 乙酸盐 H2，CO2 CH4，CO2 酸化 乙酰化 同型产乙酸菌 甲烷化 乙酸盐氧化菌 水解 图1 厌氧干发酵产甲烷机制 盐、CO2和氢，这些物质可以直接用于产甲烷[10]。干发 酵最后一个阶段是在两组产甲烷菌的作用下生产甲 烷，一组是乙酸利用产甲烷菌将醋酸盐转化为甲烷和 CO2，其中甲烷是由醋酸盐的甲基转化形成的，而CO2 是由羧基转化形成的[11]； 另一组是通过氢利用产甲烷 菌的作用将氢和CO2转化为甲烷[10,12]，其中氢作为电子 供体，CO2作为电子受体[11]。2 典型的干发酵工艺 干发酵工艺大体上可以分为批式发酵工艺和连续 发酵工艺两类，研究中主要介绍2种典型的批式发酵 工艺和3种连续发酵工艺。2.1 批式发酵工艺 2.1.1 农村户用沼气批式干发酵工艺 该工艺目前主要 应用于农作物秸秆的处理，在原料预处理阶段，首先需 要用铡草机将秸秆铡成3~6 cm，然后加生石灰水用于 调节pH，并起到初步破坏秸秆木质纤维素结构的作 用，同时需要添加碳铵或尿素用以增加氮源。预处理 后的原料在发酵前需要堆沤3~5天，堆沤期间接种产 甲烷菌是不可缺少的关键步骤。堆沤后的秸秆与加入 池内的接种物分层装料[13]。该工艺的优点在于能提高 池内温度，但同时也存在出料难的问题。 2.1.2 车库型沼气干发酵工艺 车库型干发酵工艺是一 种专用于处理有机固体废弃物的干厌氧消化技术，其 发酵装置由多个发酵单元并排组成，形似车库，故命名 为车库型干发酵工艺。该工艺一般应用于中温发酵处 理固体含量高达30%~40%的有机废弃物，是一种稳定 的、可靠的、有效的能源回收和废物处理的有效方 法[14]。世界上第一个规模化的车库型发酵装置于1997 年9月修建于荷兰的莱利斯塔德，年处理固体废物量 可达5万t[15]。与其他干发酵技术相比，车库型干发酵 技术具有很多独特的优点[16]： 首先，车库式干发酵操作 过程不受无机物质如塑料、木块、沙石等的影响，可以 使用相对比较粗放的物料，因而简化了物料预处理过 程，无需过多花费人力和设备做筛分，极大程度地降低 了工程成本； 其次，车库型干发酵装置中没有搅拌器等 运动部件，系统的可靠性也很高，能耗小； 再次，可使用 通用的装载机等工程机械进料、出料，设备利用效率 高，通用性强。2.2 连续发酵工艺 20世纪90年代，干发酵技术开始盛行，几种商业 化的干发酵工艺逐步发展起来，用于有机固体废弃物 的处理，如 Dranco 工艺[17]、Kompogas 工艺[18]、Valorga · · 22 祝其丽等： 有机固体废弃物干发酵产沼气研究进展 工艺[19]等。 2.2.1 Dranco竖式推流发酵工艺 Dranco竖式推流发 酵工艺在1983年兴起于比利时，采用竖式推流设计 原理和圆锥底部螺旋出料方式[20]。该工艺主要用于 处理固体含量高达30%~40%的有机废弃物[21]，部分 沼液被循环利用作为该工艺发酵接种物，在加入发酵 罐之前跟原料以大约6:1的比例混合[22-23]。Dranco工 艺无搅拌机制，在发酵过程中，蒸汽被注入发酵罐以 满足该工艺高温发酵的特点(55℃)，其滞留时间约为 2~3 周，每方发酵罐每天能产约 5~8 m3的沼气。 Karagiannidis和Perkoulidis就能量产出、原料回收、运 行成本和CO2释放量方面对5种不同的厌氧发酵工艺 进行了评估，结果显示Dranco工艺具有低成本、高能 源回收率等优势[24]。 2.2.2 Kompogas卧式推流发酵工艺 Kompogas卧式推 流发酵工艺在20世纪80年代末兴起于瑞士，该工艺一 般用于处理固体含量为 23%~28%的原料 [20]。与 Dranco工艺相似，该工艺产生的沼液可以循环利用作 为接种物参与发酵，而沼渣经堆肥处理后可以作为很 好的土壤肥料。该工艺同样适合高温发酵，其固体滞 留时间约为15~18天。Kompogas发酵罐呈水平状，原 料的运输依赖于发酵罐内部轴向的旋转搅拌器，它能 将发酵原料从入口传输到出口，避免了可能出现的原 料堵塞问题[20]。Kompogas工艺的运行成本相对降低，年处理固体废弃物高达5000~100000 t[25]。 2.2.3 Valorga竖式气搅拌工艺 Valorga竖式气搅拌工 艺于1981年兴起于法国，首先应用于处理城市固体废 V7干式制砂设备介绍 V7系列干式制砂生产设备，是目前国内较为先进的干式制砂生产工艺，生产系统可靠。它的成品砂级配连续、细度模数可调可控、粒形圆润、含粉量可调节等特性。在环保方面，V7系列干式制砂生产设备的粉尘排放和早已污染达到国际水平，可以安装在城市里。砂石骨料是影响混凝土品质的关键因素，V7生产的高品质成品砂在降低混凝土水泥用量的同时，可极大提高混凝土的力学性能和耐久性，从而提高建筑质量，延长建筑寿命，利国利民，极大促进了砂石行业的技术升级。 南方路机的V7系列干式制砂设备以US7主机、空气筛为核心，由振动给料机、鼓风机、调控板、回收过滤器、除尘器、加湿器以及引风机组成的闭环控制系统，自动调节细度模数以及自动控制石粉含量为核心技术,具有以下特点：颗粒形状优，级配连续，石粉含量可控，细度模数可调，环境友好。 1)颗粒形状优：具有绝佳的圆粒度，可以与天然砂相媲美； 2)级配连续：以往难以生产的0.6～0.15mm范围内的粒度得到大幅度增产，且级配完美的落在国标Ⅱ区； 3)细度模数可调：根据细度模数与能耗的曲线关系，调整产品的粒度大小，从而改变产品的细度模数，其变化幅度在±0.06之间，稳定度非常好； 4)石粉含量可控：由空气筛中的鼓风机搭配除尘器的引风机，调配风量，通过引风机和鼓风机的吸吹作用，可以调整回收的石粉含量； 5)环境友好：粉尘零排放，低噪音、无振动设计。 作为国内最重要的机制砂设备生产商之一，南方路机将始终坚持稳步前进的发展理念，争做行业技术的领头羊，从矿山设计、骨料生产，混凝土搅拌、干混砂浆搅拌、沥青混合料搅拌、固体废弃物处理等方面全面加强技术研发和新产品推广，为我国建筑工业健康发展做出贡献。第五篇：V7干式制砂设备介绍
点击咨询 