唐山市干堆技术试点意见5篇

第一篇：唐山市干堆技术试点意见

唐山市人民政府办公厅

关于在全市重点矿山企业推行尾矿干堆

技术的指导意见

唐政办字〔2010〕1号

有关县（市）、区人民政府，市政府有关部门，市直有关单位： 尾矿干堆技术借鉴精矿沉降浓缩、过滤脱水技术，将尾矿沙的含水量降到15%以下，实现干式堆存，能够有效解决传统尾矿库存在的安全隐患、环境破坏、占用耕地等问题，对改变我市传统的尾矿堆存方式，保护生态环境，消除安全隐患，推进资源综合利用具有十分重要的现实意义。为加快该项技术在全市矿山企业中的推广应用，市政府决定从今年开始在全市重点矿山企业进行应用尾矿干堆技术试点。现就试点工作提出如下指导意见：

一、指导思想和任务目标

以科学发展观为指导，以建设绿色矿山企业为目标，坚持典型示范、试点先行，加大尾矿干堆技术的推广应用力度，促进全市冶金矿山企业合理开发、生态保护、安全运行，实现科学发展。到2010年1月底完成试点企业申报、确定工作，到2010年6月底前实现尾矿干堆并经过验收。到2012年底使具备、适宜应用尾矿干堆技术的冶金矿山企业实现尾矿干堆。

二、试点申报条件和程序

1、试点申报原则。① 露天（硐采）采选配套企业及独立选矿企业（处理原矿在15—40万吨）；②尾矿尚未得到有效处置；③各种证照齐全的企业。

2、试点申报程序。由各县（市）区政府负责，发动企业自主申报，经矿山企业主管部门审核筛选后，报市工信局（联系人：董晓全，联系电话：5906516）审核备案，全市原则上不超过30家。申报实践截止2010年1月31日。

3、试点时间。从2009年10月至2009年底，其中申报试点时间截止2009年10月31日。

三、试点标准

1、设计标准。各县（市）要在矿山行业主管部门和有关专家的指导下，聘请资质设计部门，对尾矿输送、尾矿堆放位置、堆放高度、堆放工艺、堆放场防渗、排洪及绿化等环节进行设计，确保堆放场地满足一般固废堆场安全防护和环保要求。尾砂的堆存要充分利用原有固废堆场或废弃低洼地等，不得占用耕地，不得对周围的村庄、河道、公路、铁路、水源地等造成影响，尾矿要及时转运，用于采空区充填、复垦造田及其它综合利用。

2、技术标准。处理后的尾矿含水量不得超过设计、规范及安全技术标准，含水率要小于15%；尾矿处理所添加的化学药剂要符合环保要求；经过滤后的回水要清澈干净，能够达到环保排放标准和选矿再利用要求，水中悬浮物小于500mg/L。各试点企业要认

真总结应用尾矿干堆技术的情况，从工艺设计、设备选型、组织实施到日常运行分析等方面要做好数据记录。

四、应用推广

1、总结试点经验。各级各有关部门及试点企业，要认真总结尾矿干堆技术推广试点经验，从设备选择、技术标准、资金投入、运行状况、实际效果等方面，认真总结经验教训，2010年底上半年试点结束后，总结创造出具有唐山特色的尾矿干堆技术模式，力争用三年时间，使尾矿干堆技术得到全面的推广应用，消除安全隐患，提高资源综合利用和生态保护水平。

2、严格管理。具备以下两种情形的矿山企业必须应用尾矿干堆技术。①对在2009年内安全生产攻坚行动中整治后仍存在安全隐患的病库、险库、危库、达到设计高度和库容的尾矿库，尚未采取其他有效措施（如充填等）予以治理的尾矿库必须全部实现干堆。②对新建企业产生尾矿的必须采用尾矿干堆、充填或尾矿沙资源综合利用技术予以治理。

五、加强领导

1、成立组织。成立唐山市尾矿干堆技术试点领导小组，由市政府副市长辛志纯任组长，市工信局局长盛新丰、市安监局局长费连春、市环保局局长杨恩利任副组长，市工促局副局长陈建国任办公室主任。办公室成员由市工促局、市安监局、市国土局、市环保局、市财政局有关业务处长组成，并成立专家评审组，负

责试点的具体工作。

2、创优环境。各县（市）政府要组织有关部门协助企业制定《尾矿干堆技术实施方案》，创造良好条件，抓紧方案的实施。市、县两级矿山行业管理部门要向试点企业积极提供专家、技术等有关服务；市发改、财政、工信、安监、国土、环保等政府相关部门要针对应用尾矿干堆技术的试点企业制定相应的扶持政策及非试点企业长效管理机制。

3、政策引导。对列入试点的冶金矿山企业，在项目建设完成后，由企业提出申请，市尾矿干堆技术试点领导小组办公室负责协调相关部门共同组织专家按照技术要求标准对项目的运行进行评估，做出评估报告，对达到干堆技术标准的企业，市（县）两级将给予一定项目补助。试点企业项目投产运行后，经验收达到干堆技术标准的，凡收取“尾矿库隐患治理保证金”的县（市），应给予减（缓、免）收。

4、加强宣传。各级各部门要认真做好试点企业宣传和信息反馈工作，要利用多种方式，总结先进经验，宣传先进典型。要及时报送信息，加强信息交流，为试点企业顺利实施干堆技术提供优质服务。

二○一○年一月十一日

第二篇：干法制粒技术

干法制粒技术

干法制粒： 它是干粉经挤压、破碎、整粒，制成所需干颗粒的过程。使用的设备就是干法造粒机。关于干法造粒机的讨论，本楼主查遍了百度、谷歌等网站，未找到类似的阐述干法造粒机缺陷及改进的文献。究其原因，可能是大家关注的不多，另外，这种设备的使用用户相对也不多。

一、干法造粒作业的目的以下几点： 1.将物料制成理想的结构和形状； 2.为了准确定量、配剂和管理； 3.减少粉料的飞尘污染；

4.制成不同种类颗粒体系的无偏析混合体； 5.改进产品外观；

6.防止某些固相物产生过程中的结块现象； 7.改善分离状原料的流动特性；

8.增加粉料的体积质量，便于储存和运输；

9.降低有毒和腐蚀性物料处理作业过程中的危险性； 10.控制产品的溶解速度；

11.调整成品的空隙率和比表面积； 12.改善热传递效果和帮助燃烧； 13.适应不同的生物过程。

二、粉体物料颗粒形状性质

在用强压造粒法进行造粒过程中，粉末是在限定的空间中通过施加外力而压紧为密实状态的。产生稳定团聚的力有絮团的桥连力、低粘度液体粘结力、表面力和互聚力。团聚操作的成功与否，一方面取决于施加外力的有效利用和传递，另一方面也取决于颗粒物料的物理性质。颗粒形状是指一个颗粒的轮廓边界或表面上各点所构成的图像。颗粒形状直接影响粉体的其他特性，如流动性、填充性等，亦直接与颗粒在混合、贮存、运输、烧结等单元过程中的行为有关。工程中，根据不同的使用目的，人们对颗粒的形状有不同的要求。例如：高速干压法成型的墙地砖坯粉，要求在模具中填充迅速、排气顺畅，故以球形粒子为宜；混凝土集料则要求强度高和紧密的填充结构，因此碎石的形状希望是正多面体。反过来，颗粒形状因形成的过程不同而不同，例如，简单摆动式颚式破碎机会产生较多的片状产物；喷雾干燥制备的粉料则多为球形颗粒。因此，对各种颗粒形状需要定量加以描述，以示区别。

另一方面，在理论研究和工业实际中，往往将形状不规则的颗粒假定为球形，以方便计算粒径，实验结果也容易再现。正因如此，从而成为理论计算与实际情况出入很大的主要原因之一。所以一般需将有关理论公式中的颗粒尺寸乘以表示外形影响的系数加以修正。

自然界中和工业生产中遇到的颗粒并非理想的规则体，如球形，其形状是千差万别的：球形(spherical)、立方体(cubical)、片状(platy，discs)、柱状(prismoidal)、鳞状(flaky)、粒状(granular)、棒状(rodlike)、针状(needle-like，acicular)、纤维状(fibrous)、树枝状(dendritic)、海绵状(sponge)、块状(blocky)、尖角状(sharp)、圆角状(round)、多孔(porous)、聚集体(aglomelate)、中空(hollow)、粗糙(rough)、光滑(smooth)、毛绒的(fluffy，nappy)。

用数学语言描述的几何形状，除特殊场合需要三种数据以外，一般至少需要两种数据及其组合。通常使用的数据包括三轴方向颗粒大小的代表值，二维图像投影的轮廓曲线，以及表面和体积等立体几何各有关数据。习惯上将颗粒大小的各种无因次组合称为形状指数(shape index)，立体几何各变量的关系则定义为形状系数(shape factor)。1 形状指数 1)均齐度(proportion)

颗粒两个外形尺寸的比值——长短度(elongation)N和扁平度(flackiness，flatness)M可以根据三轴径L、B、T之间的比值导出：

长短度N=长径/短径=L/B(≥1)

扁平度M=短径/厚高度=B/T(≥1)

当L=B=T时，即立方体的上述两指数均等于1 2)充满度(space filling factor)

体积充满度Fv，又称容积系数，表示颗粒的外接直方体体积与颗粒体积V之比，即：

Fv=LBT/V(≥1)

Fv的倒数可看作颗粒接近直方体的程度，极限值为1。

面积充满度 Fb，又称外形放大系数，表示颗粒投影面积A与最小外接矩形面积之比，即：

Fb=A/LB(≤1)

3)球形度(degree of sphericity)

球形度或称真球度，表示颗粒接近球体的程度：

ψ0=πDV2/S(≤1)DV=(6V/π)1/3

式中DV表示颗粒的球体积相当经，S为颗粒表面积，V为颗粒的体积。

对于形状不规则的颗粒，当测定其表面积困难时，可采用实用球形度，即：

ψ0′=与颗粒投影面积相等的圆的直径/颗粒投影的最小外接圆的直径(≤1)

4)圆形度(degree of circularity)圆形度又称轮廓比，表示颗粒的投影与圆接近的程度： ψc=πDH/L DH=(4A/π)1/2 L表示颗粒投影的周长。5)圆角度(roundness)

表示颗粒棱角磨损的程度，其定义为：

圆角度=∑ri/NR(≤1)

式中 ri——颗粒轮廓上的曲率半径；R——最大内接圆半径；N——角数。

形状系数

1)表面积形状系数

Фs=颗粒的表面积/(平均粒径)2=S/dp2(＞1)2)体积形状系数

Фv=颗粒的体积/(平均粒径)3=V/dp3(≤1)3)比表面积形状系数

Φ=表面积形状系数/体积形状系数=Фs/Фv(＞1)

对于球形颗粒，上述三个形状系数分别为：

Фs=πd02/d02=π

Фv =πdo3/6d03=π/6

Φ=Фs/Фv =6π/π=6

必须指出的是，由于颗粒的粒径表示方法很多，因此采用不同的粒径表示方法可以定义出不同的形状系数。另外，粒径值又与粒径的测量方法有关，因此形状系数的数值亦随测量方法不同而异。所以，在使用形状系数时，一定要注意颗粒径的具体表达形式。4)粗糙度系数

前述的形状系数是个宏观量。如果微观地考察颗粒，会发现粒子表面往往是高低不平的，有许多微小裂纹和孔洞。其表面的粗糙程度用粗糙度系数R来表示： R = 粒子微观的实际表面积/表观视为光滑粒子的宏观表面积(＞1)

颗粒的粗糙程度直接关系到颗粒间和颗粒与固体壁面间的摩擦、粘附、吸附性、吸水性以及孔隙率等颗粒性质，也是影响造粒操作设备工件被磨损程度的主要因素之一。因此，粗糙度系数是一个不容忽视的参数。

目前干法制粒机进口的主要有日本友谊公司、德国亚历山大、美国 Fitzpatrick 公司等。

干法制粒或直接压片，应选择粘合性和可压性较好的辅料。这样有利于生产操作和成品的质量稳定。乳糖有较好的可压性，制得片剂外观也好；蔗糖有较好的可压性，但可能会吸潮；MCC的粘合性较好；可压性淀粉，可压性好，流动性也好，可作为必选；甘露醇的可压性和流动性都一般；糊精的粘合性也不错。

建议用可压性淀粉，乳糖，糊精，MCC，按照一定的比例组方，当然也要考虑主药的性质，估计会有较满意的结果。

干法制粒及粉末直接压片用辅料应有良好的流动性和压缩成型性，即干燥粘合作用。

（1）微晶纤维素 也用于湿法制粒的辅料。其喷雾干燥法制成的产品的流动性较好，药品的容纳量较大（即加入较多药品不致对其流动性及压缩成型性产生严重不良影响）。

（2）预胶化淀粉 部分预胶化的淀粉称为可压性淀粉。本品是由淀粉加工制成，其流动性好，休止角<40°，压缩成型性好，兼有崩解作用，压成之药片崩解快，药物的释放性能好；本品有自身润滑作用，推片力小。用本品压片时，应含有适量的水分，否则片剂的硬度不足；为改善片剂的外观而加入润滑剂时，如选用硬脂酸镁，应尽量减少用量，否则影响片剂的硬度，硬脂酸对片剂的硬度影响较小。

单用本品为稀释剂压成的药片的硬度虽较好，但片剂的脆碎度不太好，如与微晶纤维素配合应用，则效果更好。

（3）乳糖（喷雾干燥品等）、磷酸氢钙、硫酸钙等均可用干法制粒及粉末直接压片。

（4）复合辅料 国外有多种直接压片用的辅料，医学`教育网搜集整理多数主要由糖类组成，例如前述的“Ludipress”即由乳糖、PVP、交联PVP组成，并成细颗粒状；再如“Di-Pac”主要由蔗糖制成：“Soludexl5”由麦芽糖糊精等组成：“Emdex”中含有90%～92%的葡萄糖及2.25%的麦芽糖。上等复合辅料的休止角均在30°左右或小于30°，流动性很好，压缩成型性好，片剂的外观、崩解及药物溶出均较好，可以大幅度地简化片剂生产过程。迄今我国尚无国产优质复合辅料上市，急待填补空白。

第三篇：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、0．5～51111116个组分，每个样本筛分时间为20 min，取筛 分后10个样本的平均值为试验结果。1．2．2矿物质测定

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3．92～32．14，0．5～5 ranl 组分的最大，可知沼渣纤维长宽比离散度较大，虽然平均长宽比的分布范围与秸秆纤维相比略小一些，但也说 明其具有一定的应用价值。表3纤维长宽比测定结果 Table 3 Determination results ofthe fiberlengthto width ratio 注：分布范围按照i±2a估算。3．2沼渣纤维化学成分

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

第四篇：唐山市社区工作者队伍建设实施意见

唐山市社区工作者队伍建设实施意见(200706)作者:未知 来源: 时间:2007-12-26 8:50:45 路南区社区服务网

社区工作者是指专职从事社区党务、居务和社会服务的社区专职工作人员，包括社区党组织和居民委员会班子成员。为贯彻落实省委组织部、省民政厅等四部门《关于加强社区工作者队伍建设的意见》（冀组[2006]5号），建设一支政治素质好、工作能力强、服务水平高的社区工作者队伍，现就加强我市社区工作者队伍建设提出如下意见。

一、指导思想及目标要求

1、指导思想：以邓小平理论、“三个代表”重要思想为指导，深入落实科学发展观，紧紧围绕城市改革发展稳定大局，着眼于提高服务群众水平，构建和谐社区，多渠道选人用人，强化教育管理，努力建设一支数量充足、素质较高的社区工作者队伍，为创建居民自治、管理有序、服务完善、治安良好、环境优美、文明祥和新型社区，提供坚强的组织保证和人才支撑。

2、目标要求：建立管理规范、常抓不懈的工作机制，认真落实基层党建工作责任制；建立补贴报酬保障和关爱服务机制，落实社区工作者待遇，增强社区工作者岗位的吸引力；健全完善选拔任用和教育培训机制，改善结构，提高素质，使社区工作者适应创建和谐社区的要求。

二、社区工作者的条件、职责、权利和义务

3、社区工作者应具备下列条件：贯彻执行党的路线方针政策，模范遵守国家法律法规；事业心、责任感强，热爱社区工作，具有一定的组织管理能力；具有本市常住城镇户口，长期居住在本区，身体健康，具有高中（中专）以上学历，年龄一般不超过50周岁，退休再聘人员年龄男一般不超过65周岁、女一般不超过60周岁。社区“两委”班子成员特别优秀的，经街道党（工）委研究，报县（市）区委组织部、民政局审批后，年龄、文化程度可适当放宽。

4、社区工作者主要职责：社区工作者要牢固树立群众观点，把服务群众、建设和谐社区作为根本任务。

（1）围绕大局，推动工作。紧紧围绕党的工作大局，组织带领社区居民，认真贯彻执行党的路线方针政策，努力完成上级交给的各项任务，保证党在城市社区的各项工作落到实处；宣传党的路线方针政策及国家法律法规，教育引导社区居民依法履行应尽义务，努力维护居民的合法权益。

（2）以人为本，强化服务。不断提高社区服务的质量和水平，积极开展面向下岗失业人员的就业再就业服务和社会救助服务、面向社区居民的便民利民服务、面向社区单位的社会化服务和面向外来务工人员的维权服务。

（3）化解矛盾，维护稳定。充分发挥社区居民自治组织在协调利益、化解矛盾、排忧解难等方面的作用，加强社会治安，维护社会稳定，保障群众安居乐业，为城市经济社会发展创造良好环境。及时反映居民呼声，认真做好思想工作。

（4）整合资源，共驻共建。协调、动员各方面力量，共同参与社区管理与服务，努力构建城市社区党建新格局。

5、社区工作者义务：遵守宪法法律法规和各项规章制度；依照国家法律法规和政策开展工作；坚持群众路线，密切联系群众，倾听群众意见，接受群众监督，全心全意为社区居民服务；清正廉洁，公道正派。

6、社区工作者权利：非因规定事由和非经规定程序不能被解聘或处分；获得劳动报酬和享受规定的工资报酬、社会保险等福利待遇；参加政治理论和业务知识的培训；依照有关法律、法规，按程序选举担任社区党组织和居民委员会成员职务；宪法和法律规定的其他权利。

三、社区工作者的选拔和任用

7、职数配备。社区党组织班子成员和居民委员会成员职数，按照《中华人民共和国城市居民委员会组织法》和《中共中央组织部关于进一步加强和改进街道社区党的建设工作的意见》（中办发［2004］25号）规定设置。1000户以下的社区，设社区党组织专职人员1人，社区居委会成员5人；1000户至2000户的社区，设社区党组织专职人员1人，社区居委会成员7人；2000户以上的社区设社区党组织专职人员1人，社区居委会成员9人。提倡社区党组织领导班子成员与居民委员会中的党员交叉任职，提倡社区党组织书记和居委会主任经选举由一人担任。

8、选拔渠道。社区工作者的选拔应坚持因地制宜，多形式、多渠道选人。

（1）面向社会公开招聘。采取舆论宣传、政策引导等多种措施，从大中专毕业生、下岗失业人员、复员转业军人及其他社会人员中公开招聘社区工作者。招聘对象要符合任职基本条件。

招聘工作由县（市）区委组织部、民政局等职能部门组织实施。街道办事处按照《劳动法》有关规定签订劳动合同。

（2）机关事业单位选派。从各级党政机关优秀年轻干部特别是后备干部中选派；安排新录用公务员到社区进行锻炼；从机关、事业单位分流人员和编余中、小学老师中选派。

（3）从优秀大学毕业生中选调。安排大学生中的选调生到社区锻炼、任职。优先从服务期满考核合格的支农、支教、支医和扶贫大学生中选聘社区工作者。

（4）单位派驻。大型企事业单位等职工生活区，可由企事业单位配备社区工作者。

社区工作者进入社区党组织、居委会领导班子，要严格履行选举程序，符合《中国共产党基层组织选举工作暂行条例》和《中华人民共和国城市居民委员会组织法》的有关规定。

四、社区工作者的待遇

9、工资补贴标准。社区工作者任职和受聘期间实行统一的结构工资制，工资不低于上年全市在岗职工平均工资水平。目前社区工作者工资标准较低的，力争2年内达到相应标准。从机关、企事业单位选派和大型企事业单位派驻的社区工作者，工资、福利待遇和开支渠道不变。享受基本养老保险待遇的离退休人员按规定当选为社区工作者的，每月给予定额补贴。

10、社会保险。在法定退休年龄之内的社区工作者，按照规定交纳相关社会保险费，逐步享受养老、医疗、失业和女工生育等各项保险待遇。个人应缴纳的社会保险由单位代扣后统一缴纳，禁止以工资形式发给个人。

11、定期体检。逐步建立社区工作者定期体检制度。

12、资金保障。各县（市）区要严格落实职数配备，按规定编制预算，及时拨付资金。市内6区（含高新技术产业园区）由市财政实行定额补助。其它县（市、开发区、管理区、工业区）由本级财政负担。

社区劳动保障协理员、村改居或村居合一的社区工作者的工资、生活补贴及社会保障相关待遇，参照上述标准执行。

企业社区（家属院）中由企业单位选配的社区工作者工资、福利待遇和开支渠道不变。

五、社区工作者的管理

13、建立教育培训制度。按照分级负责、分层培训的原则，有计划对社区工作者进行培训，提高社区工作者依法办事、服务群众和构建和谐社区的能力。各县（市）区每年要对社区工作者组织轮训，对新当选的要进行任职资格和岗位素质培训。

14、建立考核评议制度。实行社区工作者目标和任期目标管理责任制。社区工作者的考核由各县（市）区组织和民政部门负责指导，街道党（工）委具体实施，并按优秀、称职、基本称职和不称职确定档次、兑现奖惩。连续两年考核不称职的，不宜再从事社区工作。

五、加强对社区工作者队伍建设工作的领导

15、建立健全社区工作者队伍建设责任制。各级党委要把社区工作者队伍建设作为街道社区党建工作的重点，摆上重要议事日程。县（市）区委书记要认真履行第一责任人职责，把社区工作者队伍建设工作，纳入基层党建工作责任述职的重要内容。

16、为社区工作者开展工作创造有利条件。各级党委、政府要采取有力措施，按照市委、市政府《关于创建全国社区建设示范活动的实施意见》要求，加强阵地建设，改善办公条件，搞好资金保障。按每个社区平均每年不低于2万元标准编制预算，市内6区（含高新技术产业园区）所需经费由市、区两级按7：3比例分担，其他县（市、开发区、管理区、工业区）由本级财政负担。要主动关心社区工作者的工作和生活，帮助解决实际困难；要认真落实《关于唐山市城市社区工作申报准入试行办法》，按照“权随责走，费随事转”的原则，切实减轻社区工作者负担。

17、搞好协调配合，形成工作合力。各有关职能部门要各司其职，各负其责，切实加强对社区工作者队伍建设的指导。要搞好调查研究，用改革的精神研究新情况，解决新问题，探索新路子，不断提高社区工作者队伍建设水平。

第五篇：干法制粒技术

干法制粒技术

干法制粒： 它是干粉经挤压、破碎、整粒，制成所需干颗粒的过程。使用的设备就是干法造粒机。关于干法造粒机的讨论，本楼主查遍了百度、谷歌等网站，未找到类似的阐述干法造粒机缺陷及改进的文献。究其原因，可能是大家关注的不多，另外，这种设备的使用用户相对也不多。

一、干法造粒作业的目的以下几点： 1.将物料制成理想的结构和形状； 2.为了准确定量、配剂和管理； 3.减少粉料的飞尘污染；

4.制成不同种类颗粒体系的无偏析混合体； 5.改进产品外观；

6.防止某些固相物产生过程中的结块现象； 7.改善分离状原料的流动特性；

8.增加粉料的体积质量，便于储存和运输； 9.降低有毒和腐蚀性物料处理作业过程中的危险性； 10.控制产品的溶解速度； 11.调整成品的空隙率和比表面积； 12.改善热传递效果和帮助燃烧； 13.适应不同的生物过程。

二、粉体物料颗粒形状性质

在用强压造粒法进行造粒过程中，粉末是在限定的空间中通过施加外力而压紧为密实状态的。产生稳定团聚的力有絮团的桥连力、低粘度液体粘结力、表面力和互聚力。团聚操作的成功与否，一方面取决于施加外力的有效利用和传递，另一方面也取决于颗粒物料的物理性质。

颗粒形状是指一个颗粒的轮廓边界或表面上各点所构成的图像。颗粒形状直接影响粉体的其他特性，如流动性、填充性等，亦直接与颗粒在混合、贮存、运输、烧结等单元过程中的行为有关。工程中，根据不同的使用目的，人们对颗粒的形状有不同的要求。例如：高速干压法成型的墙地砖坯粉，要求在模具中填充迅速、排气顺畅，故以球形粒子为宜；混凝土集料则要求强度高和紧密的填充结构，因此碎石的形状希望是正多面体。反过来，颗粒形状因形成的过程不同而不同，例如，简单摆动式颚式破碎机会产生较多的片状产物；喷雾干燥制备的粉料则多为球形颗粒。因此，对各种颗粒形状需要定量加以描述，以示区别。

另一方面，在理论研究和工业实际中，往往将形状不规则的颗粒假定为球形，以方便计算粒径，实验结果也容易再现。正因如此，从而成为理论计算与实际情况出入很大的主要原因之一。所以一般需将有关理论公式中的颗粒尺寸乘以表示外形影响的系数加以修正。

自然界中和工业生产中遇到的颗粒并非理想的规则体，如球形，其形状是千差万别的：球形(spherical)、立方体(cubical)、片状(platy，discs)、柱状(prismoidal)、鳞状(flaky)、粒状(granular)、棒状(rodlike)、针状(needle-like，acicular)、纤维状(fibrous)、树枝状(dendritic)、海绵状(sponge)、块状(blocky)、尖角状(sharp)、圆角状(round)、多孔(porous)、聚集体(aglomelate)、中空(hollow)、粗糙(rough)、光滑(smooth)、毛绒的(fluffy，nappy)。

用数学语言描述的几何形状，除特殊场合需要三种数据以外，一般至少需要两种数据及其组合。通常使用的数据包括三轴方向颗粒大小的代表值，二维图像投影的轮廓曲线，以及表面和体积等立体几何各有关数据。习惯上将颗粒大小的各种无因次组合称为形状指数(shape index)，立体几何各变量的关系则定义为形状系数(shape factor)。

形状指数

1)均齐度(proportion)

颗粒两个外形尺寸的比值——长短度(elongation)N和扁平度(flackiness，flatness)M可以根据三轴径L、B、T之间的比值导出：

长短度N=长径/短径=L/B(≥1)

扁平度M=短径/厚高度=B/T(≥1)

当L=B=T时，即立方体的上述两指数均等于1

2)充满度(space filling factor)

体积充满度Fv，又称容积系数，表示颗粒的外接直方体体积与颗粒体积V之比，即：

Fv=LBT/V(≥1)

Fv的倒数可看作颗粒接近直方体的程度，极限值为1。

面积充满度 Fb，又称外形放大系数，表示颗粒投影面积A与最小外接矩形面积之比，即：

Fb=A/LB(≤1)

3)球形度(degree of sphericity)

球形度或称真球度，表示颗粒接近球体的程度：

ψ0=πDV2/S(≤1)

DV=(6V/π)1/3

式中DV表示颗粒的球体积相当经，S为颗粒表面积，V为颗粒的体积。

对于形状不规则的颗粒，当测定其表面积困难时，可采用实用球形度，即：

ψ0′=与颗粒投影面积相等的圆的直径/颗粒投影的最小外接圆的直径(≤1)

4)圆形度(degree of circularity)

圆形度又称轮廓比，表示颗粒的投影与圆接近的程度：

ψc=πDH/L

DH=(4A/π)1/2 L表示颗粒投影的周长。

5)圆角度(roundness)

表示颗粒棱角磨损的程度，其定义为：

圆角度=∑ri/NR(≤1)

式中 ri——颗粒轮廓上的曲率半径；R——最大内接圆半径；N——角数。

形状系数

1)表面积形状系数

Фs=颗粒的表面积/(平均粒径)2=S/dp2(＞1)

2)体积形状系数

Фv=颗粒的体积/(平均粒径)3=V/dp3(≤1)

3)比表面积形状系数

Φ=表面积形状系数/体积形状系数=Фs/Фv(＞1)

对于球形颗粒，上述三个形状系数分别为：

Фs=πd02/d02=π

Фv =πdo3/6d03=π/6

Φ=Фs/Фv =6π/π=6

必须指出的是，由于颗粒的粒径表示方法很多，因此采用不同的粒径表示方法可以定义出不同的形状系数。另外，粒径值又与粒径的测量方法有关，因此形状系数的数值亦随测量方法不同而异。所以，在使用形状系数时，一定要注意颗粒径的具体表达形式。

4)粗糙度系数

前述的形状系数是个宏观量。如果微观地考察颗粒，会发现粒子表面往往是高低不平的，有许多微小裂纹和孔洞。其表面的粗糙程度用粗糙度系数R来表示：

R = 粒子微观的实际表面积/表观视为光滑粒子的宏观表面积(＞1)

颗粒的粗糙程度直接关系到颗粒间和颗粒与固体壁面间的摩擦、粘附、吸附性、吸水性以及孔隙率等颗粒性质，也是影响造粒操作设备工件被磨损程度的主要因素之一。因此，粗糙度系数是一个不容忽视的参数。

目前干法制粒机进口的主要有日本友谊公司、德国亚历山大、美国 Fitzpatrick 公司等。

干法制粒或直接压片，应选择粘合性和可压性较好的辅料。这样有利于生产操作和成品的质量稳定。乳糖有较好的可压性，制得片剂外观也好；蔗糖有较好的可压性，但可能会吸潮；MCC的粘合性较好；可压性淀粉，可压性好，流动性也好，可作为必选；甘露醇的可压性和流动性都一般；糊精的粘合性也不错。

建议用可压性淀粉，乳糖，糊精，MCC，按照一定的比例组方，当然也要考虑主药的性质，估计会有较满意的结果。

干法制粒及粉末直接压片用辅料应有良好的流动性和压缩成型性，即干燥粘合作用。

（1）微晶纤维素 也用于湿法制粒的辅料。其喷雾干燥法制成的产品的流动性较好，药品的容纳量较大（即加入较多药品不致对其流动性及压缩成型性产生严重不良影响）。（2）预胶化淀粉 部分预胶化的淀粉称为可压性淀粉。本品是由淀粉加工制成，其流动性好，休止角<40°，压缩成型性好，兼有崩解作用，压成之药片崩解快，药物的释放性能好；本品有自身润滑作用，推片力小。用本品压片时，应含有适量的水分，否则片剂的硬度不足；为改善片剂的外观而加入润滑剂时，如选用硬脂酸镁，应尽量减少用量，否则影响片剂的硬度，硬脂酸对片剂的硬度影响较小。单用本品为稀释剂压成的药片的硬度虽较好，但片剂的脆碎度不太好，如与微晶纤维素配合应用，则效果更好。

（3）乳糖（喷雾干燥品等）、磷酸氢钙、硫酸钙等均可用干法制粒及粉末直接压片。（4）复合辅料 国外有多种直接压片用的辅料，医学`教育网搜集整理多数主要由糖类组成，例如前述的“Ludipress”即由乳糖、PVP、交联PVP组成，并成细颗粒状；再如“Di-Pac”主要由蔗糖制成：“Soludexl5”由麦芽糖糊精等组成：“Emdex”中含有90%～92%的葡萄糖及2.25%的麦芽糖。上等复合辅料的休止角均在30°左右或小于30°，流动性很好，压缩成型性好，片剂的外观、崩解及药物溶出均较好，可以大幅度地简化片剂生产过程。迄今我国尚无国产优质复合辅料上市，急待填补空白。

干法制粒需要注意的几个方面

干法制粒的优点：干法制粒一般情况下不需要加入添加剂，直接可以将干粉制成颗粒，增加堆积密度，改善外观和流动性及可控制崩解度，便于贮存和运输，较湿法制粒节省能源，改善湿法制粒的多道工序，减少污染。另对于某些湿热条件下不稳定的药物制粒效果更为明显。

干法制粒的适用范围：一般含结晶水的物料、中药提取物，以及含一定水分(3%-8%)左右的物料均可用干法制粒，除少数特殊物料如面粉、炭黑、石墨之类的物料很难制粒，还有纯中药粉碎的没经过特殊处理的也很难造粒，可以考虑加入适当辅料；粉料的细度在80-300目左右较佳，对较粗或较细粉对干粉制粒均有较大影响：对较粗的粉，制粒的颗粒不均匀，对较细的粉末，在送料和压片时存在一定的难度，会直接影响颗粒的成品率。干法制粒机的成品率：干法制粒机的原理就是将干粉直接压制成薄片再进行粉碎和整粒，所以干法制粒中成品率高与低，首先与物料配方有着直接的关系，可压性好的物料成品率要高点；另与所压的片的强度及制粒的刀具结构及粉碎速度快慢有很大的关系，压片的强度与压力的大小和送料、压片速度有关，送料过程也是一个预压过程和脱气过程，如果尽可能的将物料中空气排尽，并且让物料有一个预停留区，这样压出的片就不会出现断断续续，这样在其他情况不变的情况下，成品率相对也会提高；制粒的刀具结构会直接影响颗粒的成品率，如果所压的片在制粒箱体内频率粉碎，这样也会降低成品率，本公司参考国外制粒方式采用滚压式，使物料很快从筛网中滚压出去，而提高成品率，另粉碎速度越慢颗粒成品率越高，在不堵网孔的情况下尽可能慢点。国内标准只要成品率达30%干法制粒机已符合要求。(以淀粉为标准20-60目)制粒过程中物料变色问题：一般物料通过干法制粒后颜色会和原来粉料有差异，因为粉的表面积比颗粒的表面积大，所以对光线的反射也有所不同，另经过压制后的颗粒较原粉的堆积密度增加，所以颗粒的颜色也会加深，一般情况下作用的压轮上的压力越大颜色会变得越深，作用在压轮上的压力不仅仅是油泵的压力，还与送料速度和压片速度有关，在压力和压片速度一定的情况下，送料速度越快，作用在压轮间的压力越大，反之越小，同样在压力和送料速度一定的情况压片速度越慢，作用在压轮间的压力越大，反之越小。故用户在使用干法制粒机时要根据物料的实际情况选择一个最佳的压力和速度，这样在保证产品性能基础上提高产品的一次成品率。

干法制粒参数的调整问题干法制粒机为适用于多种物料，所以干法制粒机的压力、送料、压片、破碎、整粒速度均可调整，这样对操作干法制粒机的要求就会高一点，一般出厂前生产厂家会提供一个相对参数，但在实际使用时要根据物料特性以及所要求的颗粒结实程度、颗粒大小进行合理调整，一般对于流动性较好的物料，送料速度可以较慢一点，对易成形物料压力可以小一点，对于所做颗粒较大的情况，破碎整粒速度可以慢一点，只要不堵筛网网孔即可，在调整时，可以将其他参数不变的情况下，适当改变一个参数进行调节。总之调整参数，只要掌握每个参数所表示的意义即可，在实际操作时根据具体情况进行调节，也是靠不断试验总结经验，达到最佳效果。

干法制粒颗粒的圆整度：对于干法制粒的颗粒的圆整度相对于湿法制粒要稍差，但干法制粒的圆整度与片的厚薄以及制粒刀具的形式有一定关系，(除物料本身原因外)可以通过改变片的厚度来提高颗粒的圆整度，一般可以根据颗粒大小来适当调节所压的片的厚薄，这样经整粒后颗粒的圆整度要好一点，另改进整粒刀的结构，也能提高颗粒的圆整度。总之，希望客户在选择干法制粒机之前，最好能给我们寄点物料，先做一下试验，看所做的颗粒是否能满足客户的需要，因为每一种料，每一个配方都会有不同的结果，这样让客户能选择到更合适的设备。