第一篇：发酵技术的教学设计
各位评委、各位老师：
大家好！我叫王晓斌，来自安阳市第三十四中学。今天，我参赛的题目是《发酵技术》。下面我从教材认知、学情分析，教学方法、学法指导、教学过程和实验创新及教学效果六个方面来谈谈我对这节课的理解与设计。
一、教材认知：
（一）教材分析
《发酵技术》是北师大版八年级下册、第25章《生物技术》第一节的内容，教材安排4个课时完成，我说的是第一课时的内容。本节教材安排了丰富多样的学生实践活动，通过活动学生不仅习得有关微生物发酵的基础知识，提高相应的实践能力，而且能体会到生物科学知识和技术在生活、生产和社会发展中的应用价值。
根据教材分析，我确定教学目标为：
（二）教学目标：
知识目标：
①举例说明发酵技术在生活中的应用；
②运用发酵技术制作一种传统食品；
能力目标：
①通过预习、讨论、动手操作，能用所学的发酵知识尝试自己制作酸奶，体会自主探究的过程；
②通过活动和探究，培养学生实践能力，收集处理信息的能力，分析问题、解决问题的能力，合作交流的能力，提高学生的生物科学素养。
情感目标：
①认同发酵技术对提高人们生活质量和身体健康水平的意义；
②体验合作交流的快乐，培养团队精神和意识；
（三）教学重点和难点：
重点：“品尝一杯自制的酸奶”活动
难点：调查发酵技术在生活中的应用。
二、学情分析
学生对于本节内容比较感兴趣，又有前面微生物学部分的基础，课下完成探究、调查的课程内容难度不大，而且好奇心强、好动、争强好胜又是他们身上明显的特点。
三、教学方法
根据教材和学生特点，采用以下教学方法
1、组织交流法：鼓励学生大胆尝试，给学生成果交流的机会。
2、组织讨论法：通过组织讨论明确实验原理、步骤，高效地解决问题。
3、启发教学法；通过教师点拨，构建高效课堂。
四、学法指导
根据学生认知规律，指导学生掌握：
1、合作探究法；
2、调查访谈法；
3、分析归纳法。
五、教学过程
根据生物课程标准提出的面向全体学生的基本理念，以及初中生思维由简入难的特点，我将教学过程设计为五个环节：精心组织课前准备、创设情境引入新课、合作探究学习新知、归纳总结反馈强化、知识迁移课堂延伸。
环节
一、精心组织课前准备：（活动前2周完成）：
（一）教师准备：课堂上由于无法完成发酵酸奶和酿制米酒，我设计让同学们课下自制酸奶和采访米酒摊主活动。为使这两个活动能够顺利进行，活动前要对学生进行培训。通过培训，让各班活动小组明确两个活动的目的、原理、材料、步骤和注意事项等。
（二）学生准备：接受教师培训，按照培训内容，具体准备如下：
活动1：【课下自制酸奶】
1、明确实验目的；
尝试制作一杯酸奶，了解酸奶的制作原理。
2、理解实验原理；牛奶中的营养物质在无氧、温度适宜的条件下，由乳酸菌发酵成为乳酸；
3、准备材料器具；带密封盖的杯子或瓶子、酸奶一瓶、鲜牛奶、汤勺、温度计、手表、白砂糖等。
4、清楚制作酸奶的步骤；将容器洗净消毒，牛奶加糖煮开，冷却，加入酸奶，摇匀加盖密封，经过一段时间发酵成为酸奶。
5、明确合格酸奶的标准；颜色、质地、状态和味道；
6、记住注意事项。
7、完成实验探究工作。
活动2：【采访米酒摊主】
1、理解制作米酒的原理：米饭中的淀粉，在30℃、由曲霉毛霉转化成为葡萄糖，在30℃、无氧的条件下，由酵母菌发酵成为酒精。
2、明确采访提纲；
3、记住采访注意事项。
4、完成采访工作。
环节
二、创设情景，引入新课
展示一些图片，然后提问：这些图片与什么技术有关？进而引出本节课的标题。目的是激发同学们学习的兴趣。使他们认识到发酵技术与我们的生活息息相关。
环节
三、合作探究，学习新知。
发酵技术可以为我们带来美味的饮料，比如酸奶。制作酸奶在课堂上无法完成，所以我设计让同学们在课下制作酸奶，课堂上展示实验过程的视频。包括四个板块：
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一、课下自制酸奶汇报
通过播放课下学生自制酸奶活动视频，来展示学生具体实验的过程，他们积极主动地投入实验活动，包括拍摄都是他们自己独立完成的，充分锻炼了同学们动手实践的能力，明确了实验目的、原理、步骤，培养了合作交流能力，形成了团队精神。
我们可以看得出同学们分工协作，认真组织安排，明确了实验的步骤。
平时同学们在家不干什么家务，通过课下实验锻炼了他们动手实践能力，明确了制作酸奶的实验目的、材料用具、实验步骤和原理，学会了制作酸奶！
经过一段时间后，同学们的酸奶终于发酵成功了，他们开始品尝自己的劳动成果。看得出他们在实验中真的是非常的快乐！同时圆满地完成了本节课设计的教学目标。在活动中掌握的知识是印象最深刻最牢固的。
板块
二、高谈阔论：目的是检验同学们学习的效果，由于他们在课下都进行了这样的实验探究，他们都能顺利的回答出答案。对于回答出答案的同学，活动小组代表可以用自己制作的酸奶给予奖励。
板块
三、街头采访米酒摊主汇报。酿制米酒的实验由于材料多，难度大，时间长，课堂上无法完成，所以我采用让学生到街头采访米酒摊主，向他们询问有关酿制米酒的各种问题。通过活动他们明确了酿制米酒的原理、步骤、注意事项，锻炼与陌生人沟通的能力，提高了语言表达能力，转变了学习的方式。
活动结束时，同学们拍照，留下了学生时代值得记忆的美好瞬间。
板块
四、我问你答：目的是检验同学们学习的效果，同学们都能轻松应答。
环节
四、归纳总结，反馈强化。通过板书对本节内容进行的归纳。马上进行练习检测同学们学习的效果。
环节
五、知识迁移，课堂延伸。乳酸菌还可以发酵泡菜和青贮饲料，布置一项实践作业：同学们可以在课下利用乳酸菌尝试制作泡菜。
六、实验创新和教学效果
把课堂上难以完成的实验迁移到课下，由学生组成团队进行课下实验探究，然后在课堂上集中展示实验过程、实验效果，并相互品尝自制的酸奶。通过这样的活动不仅最大限度地调动了同学们参与实验的积极性和主动性，充分发挥了学生主体地位和教师主导作用两方面的优势，而且提高了他们的动手实践能力、语言表达能力、形成分工合作的意识，使他们体会到实验的快乐!他们在和谐、愉悦地课堂氛围里轻松地学习，真正成为学习的主人，从而达到了课堂的高效性！
反思：在新课程理念下，我们真地要转变传统的教学观念，转变同学们的学习方式，充分相信学生，解放孩子们的手脚，放心大胆地去尝试。这样我们教改的天空会更辽阔,更蔚蓝!我的说课到此结束，谢谢！
第二篇：发酵秸秆技术
益加益生物工程有限公司
电话：*** 发酵秸秆技术
我国是农业和食品大国，粗饲料资源极其丰富，各种食品糟渣和农业废弃物得不到综合利用是极大浪费。各种食品厂糟渣含有丰富的营养，被处理之后利用具有很大的经济效益。利用秸秆和牧草作饲料在美国、日本、加拿大等都有成熟的技术，即便是发达国家，肉禽蛋价格低得与我国几乎相差无几。我国年产各类秸秆约9亿吨，用于做饲料不足10%，另外一部份焚烧，还有部份机械还田。特别是焚烧，是对自然资源的极大破坏。现在各级政府和农民也开始重视秸秆的综合利用。全国农村到处有秸秆，到处养殖了畜禽，利用秸秆做饲料，市场潜力非常巨大。
一 秸秆发酵的生物原理
在高效生物因子(各种分解酶、多种微生物活菌)的作用下，将秸秆里的粗纤维(纤维素、半纤维素)、木质素、木聚糖长分子链、木质化合物的酯键发生酶解，把动物不能吸收的高分子碳水化合物转化成可吸收利用的低分子碳水化合物，即能量饲料；多种微生物活菌能大量吸取动物难以利用的有机氮、无机氮，使之转化成营养成份较高的多种菌体蛋白质，即蛋白饲料；多种微生物活菌在发酵中能产生大量蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素分解酶，B族维生素和A、D维生素；多种微生物活菌在动物体内建立微生态平衡，增强了免疫力。
二 发酵秸秆做生物饲料的好处．提高饲料转化率，降低成本。
经益加益发酵菌液发酵或处理过的饲料大分子有机物被分解为小分子有机物，更有利于动物体的吸收利用，加之菌体本身及其合成分泌的活性酶等物质均大大提高了饲料的营养价值。经测定，益加益菌液发酵饲料中所含 18 种氨基酸总量明显增加，且适口性好，畜禽喜食。饲喂益加益发酵菌液饲料一般可使料肉比、料蛋比下降 10-20 ％。．对各种常见病有奇特的防治效果。
益加益发酵菌液能提高畜禽的免疫力和抗病性，降低发病率。在临床上可有效预防和治疗一般常见病。
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．促进生长，提高日增重，缩短饲养时间。
乳猪较常规饲养日增重增加 40 ％以上，育肥猪一般可提前 10 天上市；僵猪能改善生长性能，逐步恢复到正常猪的生长速度。肉鸡（鹅）可提前 3-7 天上市。
．明显提高繁殖率。
交配前 20 天开始喂益加益菌液饲料，母猪产仔率可提高 30-50 ％，母羊受胎率 100 ％，双胞胎、三胞胎逐渐增多；且小畜健壮，生长快。不孕母猪饲喂 益加益饲料半个月后会发情受孕。蛋鸡可提前 10 天左右产蛋，延长产蛋高峰期两个月以上，产蛋率提高 15 ％以上。
．除臭、驱蚊蝇，改善饲养环境。
．全面改善肉、蛋、奶品质，生产鲜嫩无腥的纯正天然绿色食品。
三 发酵秸秆方法 ：
(一)、发酵原料
各种农作物秸秆粉、树叶杂草粉、瓜藤粉、水果渣、干蔗渣、谷壳粉、统糠、食用菌渣、酒糟、啤酒糟、糖渣、醋渣、淀粉渣、木薯渣、柠檬酸渣、酱油渣、味精渣、粉渣、豆腐渣、药渣、油渣、油饼粕、糠麸、棉菜粕、霉变饲料、屠宰下脚料、潲(泔)水、剩饭菜、鸡粪等废弃物
(二)、发酵配比
玉米粉15%，麦麸15%，上述发酵原料一种或多种总量为70%。
(三)、注意事项
1、如果添加农作物秸秆粉、树叶杂草粉、瓜藤粉、水果渣、干蔗渣、谷壳粉、统糠、食用菌渣、鸡粪等，其合计不超过发酵原料总量的30%。
2、多种发酵原料混合发酵优于单一发酵原料发酵，能量饲料(玉米粉、麦麸、米糠)可以将一种物料单独发酵，也可将两三种物料按任意比例混合发酵。
(四)、发酵方法
1、发酵配比：配置粉碎好(过筛1mm孔))的发酵饲料1000公斤，水350-400公斤(夏天350，冬天400)，益加益发酵菌制剂1-2公斤。
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2、制作稀释活化发酵液：将1-2公斤菌种倒入350-400公斤水中搅拌均匀备用。
3、将制成的稀释发酵液与1000公斤发酵饲料混合均匀，湿度以手捏成团不滴水，一触即散为宜。有搅拌机的大型养殖场将稀释发酵液慢慢加入饲料中搅拌均匀即可；没有搅拌机的养殖户将活化发酵液慢慢少量喷到饲料上，用铁锹搅拌均匀，注意：不能有团块、水结块，用手将团块、水结块搓散搅拌均匀。
4、大型养殖场可以将配置好的饲料在地面压实堆成垛或者装入水泥池压实，用塑料薄膜密封；小养殖户可以将饲料装入缸、大塑料桶、池子压实密闭，用塑料薄膜密封，多封几层，保证密封完全不透气。
5、放在常温、防鼠的地方厌氧发酵，根据季节经3-7天(夏3天，春秋5天，冬7天)发酵，发出略带酸甜的浓郁酒曲香味，表明发酵成功。若只酸不香，没有酒曲香味；或有变白色是密封不完全透气原因发酵不成功，发酵失败的饲料可晒干后重新发酵(稍加大菌种用量)。发酵饲料要做到压实密封不漏气；水分适当，多了易酸，少了发酵太慢；搅拌要均匀，粉碎团块。
6、发酵成功之后，取出添加未发酵的全价饲料中混合均匀直接饲喂。如果发酵五天饲喂用量，每天取用之后迅速密封，再取再用再密封。注意：此用法数量不超过五天用量。如果一次发酵饲料数量较多，超过五天用量部分必须晒干保存。如果要销售发酵饲料，可以晒干再销售，或者销售给用户发酵。
(五)、添加比例
发酵饲料在各种全价饲料中的添加比例：
1、猪：小猪15%，中猪20%，大猪30%；
2、肉鸡、蛋鸡、蛋鸭：10-15%，肉鸭：20%；
3、水产四大家鱼：10-30%；
4、鹅、牛、羊：部分或全部代替粗饲料。
四、注意事项
1、发酵原料粉碎要尽量细，搅拌均匀，不能有水结块；
2、包装开启后最好一次性用完，未用完水剂菌盖紧即可，粉剂菌种尽量两层密封保存；
3、最好不要与抗生素同时使用，可以低剂量混用；
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4、水剂菌上层有白沫、底部稍有沉淀属正常现象，粉剂菌种颜色变化(载体改变)不影响产品使用性能。
五、贮存条件
应在室温下、通风阴凉干燥处防潮避光保存，不得与有毒药物同时存放。
六、保质期
室温下未开封时，保质期水剂为18个月，粉剂为24个月。
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第三篇：专题一传统发酵技术的应用_教学设计
专题一传统发酵技术的应用 教学设计
生物组
一、教材内容分析：
本节是选修一《传统发酵技术的应用》专题的内容，本节内容是围绕着“ 传统发酵食品制作工艺”展开，通过动手实践，让学生学会设计简单的实验装置。掌握发酵食品加工的基本原理和方法，学会模拟发酵的最佳条件，初步了解食品的加工生产的某些有害物质的检测方法。二、三维目标
（一）知识与技能
1．了解传统发酵技术在日常生活中的应用。
2．掌握制作果酒、果醋、腐乳的制作的基本原理和方法。3．掌握泡菜的腌制与亚硝酸盐含量变化的测定等操作技能。4．设计并安装简单的生产的装置。
（二）过程与方法
1．引导学生主动参与探究过程，培养学生用简约科学术语表达问题的能力。2．注意实验流程的操作环节；培养学生综合分析能力。3．培养学生解决实际问题的能力。
（三）情感、态度与价值观
1．对学生进行科学方法和科学态度的教育。
2．体验和感受传统发酵技术的应用；养成细心严谨的科学态度，对泡菜中亚硝酸盐含量的测定，引导学生关注食品安全，维护身体健康。
3．培养学生合作精神。
三、教学重难点：说明果酒、果醋、腐乳、泡菜的制作原理，并测定泡菜中亚硝酸盐含量
制作过程中发酵条件的控制，探索影响发酵食品品质的条件，及泡菜中亚硝酸盐含量的测定。
四、教学方法：启发式教学
五、教学工具：多媒体课件
六、教学过程：
（一）引入：酒、醋、腐乳、泡菜是人们日常生活离不开的传统发酵产品。今天，复习一些传统发酵技术。
（二）授课
一）果酒和果醋的制作
一、习题练习
1、据制作果酒和果醋的发酵装置填空
①装置中a为充气口,用于向装置内;b为 , 用于排出co2;c为出料口,用于。②b长而弯曲,目的是防止 的污染。
③葡萄汁装入发酵瓶时,要留出约1/3空间,目的是:先让酵母菌进行.快速繁殖,耗尽02后再进行;防止发酵过程中产生的 造成发酵液溢出。
④使用该装置制作果酒时,应 充气口a,制果醋时,应将充气口a连接气泵,输入。
答案：①通气 排气口 取样检测 ②空气中微生物 ③有氧呼吸 酒精发酵 co2 ④关闭 氧气
2、(2016·高考全国卷甲)苹果醋是以苹果汁为原料经发酵而成的，回答下列为题：
(1)酵母菌的呼吸代谢途径如图所示。图中过程①和②是苹果醋生产的第一阶段，在酵母菌细胞的_________________中进行，其产物乙醇与_________________试剂反应呈现灰绿色，这一反应可用于乙醇的检验；过程③在酵母菌细胞的________________中进行。与无氧条件相比，在有氧条件下，酵母菌的增殖速度______。
(2)第二阶段是在醋酸杆菌的作用下将第一阶段产生的乙醇转变为醋酸的过程，根据醋酸杆菌的呼吸作用类型，该过程需要在_________条件下才能完成。
(3)在生产过程中，第一阶段和第二阶段的发酵温度不同，第一阶段的温度_______(填“低于”或“高于”)第
二阶段的。
(4)醋酸杆菌属于________核生物，其细胞结构中______(填“含有”或“不含有”)线粒体。
答案：(1)细胞质基质 重铬酸钾 线粒体 快(2)有氧(3)低于(4)原 不含有
二、基础知识：选择新鲜优质的葡萄，然后依次冲洗、除去枝梗和榨汁，发酵液装瓶后保持 1/3 的剩余空间。酒精发酵的温度要控制在 18～25℃ 范围内，发酵时间控制在 10～12 天左右。醋酸发酵的温度要控制在 30～35℃范围内，发酵时间控制在 7～8 天左右，并保持不断充气。
三、拓展·归纳：果酒和果醋制作的注意事项
(1)材料的选择与处理:选择新鲜的葡萄,榨汁前先将葡萄冲洗,再除去枝梗,以防葡萄汁流失及污染。冲洗以洗去灰尘为目的,且不要太干净,以防洗去野生型酵母菌。
(2)防止发酵液被污染
①榨汁机要清洗干净并晾干。
②发酵瓶要洗净并用体积分数为70%的酒精消毒,或用洗洁精洗涤。
③装入葡萄汁后要封闭充气口。(3)制作果酒和果醋的发酵装置分析
该装置的使用方法:使用该装置制作果酒时,应该关闭充气口,制作果醋时,应将充气口连接充气泵,输入空气
二）腐乳的制作
一、习题练习
1下面为腐乳制作过程的流程图,下列说法错误的是()豆腐上长出毛霉→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制
A.毛霉为好氧型真菌,为避免缺氧,码放豆腐时要留出一定缝隙
B.加盐腌制的目的是析出豆腐中的水分使之变硬,同时能抑制微生物的生长 C.加卤汤、密封腌制中,毛霉不断增殖,并产生大量的酶,分解蛋白质 D.密封瓶口时,最好将瓶口通过酒精灯的火焰,以防止瓶口
解析:从流程图可以看出,毛霉在加盐腌制前就已长成,加卤汤、密封腌制中,毛霉不再增殖。答案:C
2.(2012海南高考)回答下列关于腐乳制作的问题：
(1)腐乳是豆腐经微生物发酵后制成的食品。多种微生物参与了该发酵过程,其中起主要作用的微生物是
,其产生的蛋白酶可将豆腐中的蛋白质水解为 和其产生的 ；能将豆腐中的脂肪水解为 和。
(2)发酵完成后需加盐腌制,加盐还可以抑制 生长。
(3)腐乳制作的后期可加入由酒和多种香辛料配置而成的卤汤。卤汤除具有一定的防腐作用外,还能使腐乳具有独特的。
答案:(1)毛霉(多)肽 氨基酸 脂肪酶 甘油 脂肪酸(2)微生物(3)风味
二、基础知识：
腐乳的制作原理:腐乳制作过程中发挥作用的微生物主要是 毛霉，其属于真菌，其同化作用类型是 异养型。毛霉等微生物产生的 蛋白质 酶等能将豆腐中蛋白质分解成小分子的 多肽 和 氨基酸 ；产生的 脂肪 酶能将豆腐中脂肪水解为 甘油 和 脂肪酸。
三、拓展·归纳：影响腐乳品质的因素
1.水的控制:含水量约70%,用含水量过高的豆腐制腐乳,不易成形
2.盐的控制:盐浓度过高会影响腐乳的口味;盐浓度过低,腐乳易腐败变质
3.酒的控制:酒的含量一般控制在12%左右。酒精含量过高使腐乳成熟期延长。
酒精含量过低,杂菌繁殖快,豆腐易腐败
4.温度控制:温度为15－18℃,适合毛霉生长 5.发酵时间:控制在6个月左右
6.香辛料 : 具有调味和杀菌的作用,也会影响腐乳的风味或质量
三）泡菜的制作及亚硝酸盐含量的测定
一、习题练习
1.(2013全国卷Ⅲ‖)回答下列有关泡菜制作的问题:(1)制作泡菜时,所用盐水需煮沸,其目的是。为了缩短制作时间,有人还会在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜液,加入陈泡菜液的作用是。
(2)泡菜制作过程中,乳酸发酵的过程即为乳酸菌进行 的过程。该过程发生在乳酸菌细胞的 中。
(3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有、和 等
(4)从开始制作到泡菜品质最佳这段时间内,泡菜液逐渐变酸。这段时间内泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是，原因是。
答案:(1)杀灭杂菌 增加乳酸菌数量(2)无氧呼吸 细胞质
(3)温度 腌制时间 食盐用量(4)乳酸菌数量增多,杂菌数量减少 乳酸菌比杂菌更为耐酸
海南高考)已知泡菜中亚硝酸盐含量与泡制时间有关。为了测定不同泡制天数泡菜中亚硝酸盐的含量,某同学设计了实验,实验材料、试剂及用具包括:刻度移液管、比色管、不同浓度的亚硝酸钠标准溶液、亚硝酸盐的显色剂、不同泡制天数的泡菜滤液等回答相关问题
(1)请完善下列实验步骤。
①标准管的制备:用 和显色剂制成颜色深浅不同的系列标准管。
②样品管的制备:用刻度移液管分别吸取一定量的 ,加到不同的比色管中,然后在各个比色管中加入等量的显色剂进行显色,得到样品管。
③将每个 分别与系列标准管进行比较,找出与样品管颜色深浅 的标准管,该管中亚硝酸钠含量即代表样品管中的亚硝酸盐含量,记录各样品管亚硝酸盐的含量。
(2)右图表示的是泡菜中 趋势。
(3)泡菜制作过程中产酸的细菌主要是。(填”醋酸菌”或“乳酸菌”)。答案：（1）①不同浓度亚硝酸钠标准溶液；
②不同泡制天数的泡菜滤液；
③样品管；
相同（相近）；（2）亚硝酸盐；（3）乳酸菌；
二、基础知识：泡菜的制作及亚硝酸盐含量的测定 1.泡菜的制作
1）原理：在无氧条件下乳酸菌将糖分解为乳酸 2）设计：选择原料、预处理→调味装坛→发酵成品
3）操作：泡菜坛的选择→腌制时间、温度和食盐量的控制 2.亚硝酸盐含量测定
1）原理：在盐酸酸化条件下,亚硝酸盐与对氨基苯磺酸反→应,再与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合生成玫瑰 红色染料,并与标准液比较确定亚硝酸盐含量
步骤：配制溶液→制备标隹液→ 制备标样品液→比色计算 3.结果分析与评价：亚硝酸盐的形成、含量变化及其危害
三、拓展·归纳：泡菜制作的注意事项:(1)材料的选择及用量: ①蔬菜应新鲜,若放置时间过长,蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐。
②清水和盐的质量比为4:1,盐水要煮沸后冷却。煮沸有两大作用,一是除去水中的氧气,二是杀灭盐水中的细菌。
(3)防止杂菌污染:每次取样用具要洗净,要迅速封口。(3)氧气需求: ①泡菜坛要选择透气性差的容器,以创造无氧环境,有利于乳酸菌发酵,防止蔬菜腐烂。
②泡菜坛坛盖边沿的水槽内注满水,以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境,并注意在发酵过程中经常补水。(4)控制适宜的温度:以18－20℃为宜,温度偏高有害菌活动能力强,温度偏低不利于乳酸发酵。
四)综合练习：
(2016·高考天津卷)天津独流老醋历史悠久、独具风味，其生产工艺流程如下图。
糖化酒精发酵醋酸发酵处理淀粉类原料――→葡萄糖――→成熟酒醅――→成熟醋醅――→成品醋
(1)在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度，这是因为酶_________________。
(2)在酒精发酵阶段，需添加酵母菌。在操作过程中，发酵罐先通气，后密闭。通气能提高________的数量，有利于密闭时获得更多的酒精产物。
(3)在醋酸发酵阶段，独流老醋采用独特的分层固体发酵法，发酵30天。工艺如下。
①发酵过程中，定期取样测定醋酸杆菌密度变化，趋势如图。据图分析，与颠倒前相比，B层醋酸杆菌在颠倒后密度变化的特点是____________ ____，由此推测影响醋酸杆菌密度变化的主要环境因素是________________________（写三点）。
②乳酸含量高是独流老醋风味独特的重要成因。发酵过程中，发酵缸中_____________层的醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。
③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少，主要原因是发酵后期营养物质消耗等环境因素的变化，加剧了不同种类乳酸菌的________，淘汰了部分乳酸菌种类。
答案：(1)在最适温度条件下催化能力最强(2)酵母菌(3)①先快速增长后趋于稳定 氧气、营养物质、pH ②颠倒前的B层和颠倒后的A(或不翻动，或下)③种间竞争(或竞争)
七、教学预期：
本节内容实践操作性较强，对学生操作能力较高，需要较好的掌握传统发酵的原理和操作技术，能够应用于生产生活实际。
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:
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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：
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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 粪肥的发酵技术 没有处理的畜禽粪便直接施到地里后，当发酵条件具备时，生粪便开始发酵，若发酵部位距根较近，且作物植株较小，发酵产生的热量会影响作物生长，严重时导致植株死亡，发酵降解过程中产生甲烷、氨等有害气体，没有充分腐熟的粪便直接施用会使土壤和作物产生酸害和根系损伤。 粪肥发酵目前全国的方法主要是堆积发酵，目的是杀死病虫害，分解部分有机物，增加植物可利用养料。一 发酵剂的选择 1、日本系列的有em菌，酵素菌。ＥＭ原液中微生物的群体连携作用，可以改善土壤环境，抑制有害微生物，丰富有益微生物，形成再生机制，溶解磷、钾、固氮，使能量立体化汇集，并改善土壤的酸、碱、粘、沙和易涝、易旱等不良性质，促进团粒化，提高土壤的保水和透气性能。ＥＭ原液菌群分泌与合成的物质如各种有机酸、氨基酸、酶、活性激素、抗氧化酵素等，可直接促进植物生长，还能分解残留的农药，使土壤还原于抗氧化状态，减轻并逐步消除土传病虫害和连作障碍。光合作用与新陈代谢加强。充分发挥农作物在良性状态中惊人的生长能力 2、国产的有活力99，天津科大的高活性秸秆发酵剂，主要用于动物饲料方面的发酵。 3、神微（号称中国em），种植和环保用的是晟微。神微和晟微是由中国农业大学教授李维炯夫妇研制的。二 发酵剂的使用条件 1、1吨物料加1~2公斤发酵剂，混合搅拌均匀即可。 2、用适量的水将菌剂稀释后，喷洒到物料中，充分搅拌均匀。为提高菌种活性和加快发酵速度，稀释菌剂的同时可按上述用量加入红糖。 3、发酵水分应控制在40%~50%为宜。以手握成团，用力挤压没有水渗出指缝，松开手轻扣即松即可。 4、一般夏季发酵7~10天，春秋季发酵15~30天。发酵完成后，物料疏松，无原有臭味，略有氨味，肥堆表面均匀分布白色菌丝，表示完全腐熟。 5、发酵物料时，须用无消毒剂的饮用水（井水、河水等）；如用自来水，尽量放置24小时后使用。 6、不能与杀菌剂或具有杀菌作用的物料混合使用。三 发酵方法 首先将牛粪捣碎，再向粪肥中加入足量的水，让粪肥湿透，然后按照底宽1.5-2米，上部宽1.2-1.5米，高度1-1.2米建堆，堆的长度不限，然后在堆的顶部使用直径为6-8厘米的木棒打孔，并且要深到堆底，间隔20-25厘米打一个通气孔，在粪堆顶部打6-7行通气孔，这主要是为了保证粪肥在发酵时有充足的氧气供应，然后覆盖旧薄膜，进行提温发酵。 在粪肥发酵时，要注意使用温度计插到粪表层20厘米以下的测温，将粪堆的温度维持60℃左右，维持1-2天时间即进行翻堆。翻堆时将粪堆外层的粪肥翻到粪堆里边，将里层的粪肥翻到外边，同时还要注意上层的粪肥与下层的粪肥交换位置，然后再次建堆发酵，并注意为粪肥补充水份，这样经过3-4次的翻堆之后，当粪肥无臭味时表明粪肥发酵腐熟完全，可以放心使用。 四 注意事项 1、是粪堆的温度不能超过80℃，以防高温将粪肥中的微生物杀死，严重时还会产生闷堆现象，导致发酵失败； 2、水分要控制好，不宜过少或过多，利于各种细菌真菌的生命活动； 一松研究院 咸晓艳 2013-1-18第五篇：粪肥的发酵技术
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