第一篇：秸稈干式厭氧發酵制沼氣工藝
秸稈干式厭氧發酵制沼氣工藝
摘要：秸稈干式厭氧發酵以農作物秸稈為原料，在較少資本投入和較小的規模的條件下，產生可以循環使用的生物質能。本文設計了以臥式漿葉軸機械攪拌厭氧發酵罐為核心的干式厭氧發酵技術與成套裝備。工程包括預處理及進料系統、厭氧發酵系統、出料系統、沼氣凈化與貯存、增保溫系統等。工藝方案中克服了干式厭氧發酵進出料困難、傳質傳熱不均的難題，實現了連續高溫干式氧發酵產沼氣。關鍵詞：秸稈；干式厭氧發酵；工藝設計；設備
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
我國作為一個農業大國，隨著糧食產量的增加，農作物秸稈年產量逐年上升，目前我國每年秸稈產量大約有7億多噸[1]。大量秸稈露天焚燒不但造成極大的資源浪費，而且帶來大氣污染、火災事故、堵塞交通等大量的社會、經濟和生態問題[2]。而作為農用燃料，秸稈的燃燒效率極低，使用的熱效率僅為10%～30%，而如果1kg秸稈轉化為沼氣燃燒可使秸稈的有效熱值提高到64%[3,4]。
因此，研究適用的方法處理秸稈，實現其資源化，將成為緩解當今中國面臨的資源、能源、環境危機的重要途徑之一。
厭氧消化是一種集廢物處理和產能處理工藝于一體的技術，Ilyin，Singhal，Neves和Isci等人分別以木屑，風信子，麥稈和棉花稈作為原料進行了深入的厭氧消化實驗研究[5-8]；Angeli-daki，Braber對城市固體廢棄物[9,10]以及Svensson對農業廢棄物[11]的厭氧消化從經濟可行性以及發展趨勢層面上作了詳細的闡述。
自1980年康奈爾(Cornell)大學根據美國能源部的要求首先進行干式發酵研究以來，世界各國開始研究低水分的城市垃圾、農林殘余物及相似的有機沉積物的厭氧發酵。干式發酵法，即高固體厭氧消化，它是指以固體有機廢物為原料，在無流動水的條件下進行沼氣發酵的工藝，可以將傳統的厭氧消化工藝中固態物含量由低于8%，提高到35%以上，一般情況下干物質含量在20%左右較為適宜。
干式發酵法不僅提高了池容產氣率和池容效率，而且消化后的產品不需脫水即可作為肥料或土壤調節劑使用，簡化了操作處理，降低了成本，這些優點引起了國內外研究者對干發酵在處理城市生活垃圾和農林殘余物方面的廣泛重視。根據此前的預實驗研究表明，在總固體濃度為20%時中溫條件下的產氣效果較好，而沼氣技術在農村的應用大都在環境溫度下進行，因此在本實驗中選擇環境溫度(罐內溫度隨外界溫度變化而變化)下進行厭氧發酵放大實驗[12]，以對該技術在農村的應用提供依據。工藝方案
干式厭氧發酵制沼氣中試工程工藝流程如圖1所示。發酵原料輸送至快速預熱混合器進行預熱、接種、攪拌混合等預處理后，由螺桿泵輸送至干式厭氧發酵裝置進行厭氧發酵并產生沼氣。干式發酵裝置為臥式漿葉軸機械攪拌厭氧發酵罐，采用55℃高溫發酵工藝。
整個發酵工藝中采用兩級厭氧發酵系統：一級為臥式厭氧主發酵罐，二級為液相立式發酵罐。經一級發酵后的物料由漿料泵輸送至固液分離機，經固液分離后的固體堆肥，制成肥料出售。滲濾液除部分作為接種物回用外，其余進入液體儲存罐，液體儲存罐中的液體部分回流進入預處理快速預熱混合器與新鮮原料接種，其余液體泵入二級立式發酵罐，使未完全發酵的物料在此進行再次發酵。二次發酵罐出料進入沼液貯池，做液體有機肥。一級發酵罐和二級發酵罐產生的沼氣暫存于二級發酵罐頂部的膜式貯氣柜中，經由凈化后的沼氣供廠區自用。
圖1干式厭氧發酵工藝流程圖
Fig．1 Process flow diagram of dry anaerobic digestion 1．快速預熱混合器 2．螺桿泵 3．臥式厭氧發酵罐 4．立式厭氧發酵罐
5．膜式儲氣柜 6．固液分離機 7．滲濾液暫儲罐(集液槽)本工藝可以適用于各種來源的固體有機廢棄物原料，運行費用低、容積產氣率高、發酵過程無需添加新鮮水，沼液產量小或無沼液產生，運行過程穩定，無濕法工藝中的浮渣、沉淀等問題。主要工藝單元
干式厭氧發酵工程主要包括：預處理及進料系統、厭氧發酵系統、沼氣凈化儲存及增溫保溫系統、出料系統等。
3.1進料系統及預處理
秸稈及牛糞經鏟車收集后送入快速預熱混合器，在此進行預熱、攪拌和回流接種，接種后的物料經由螺桿泵泵入厭氧發酵反應器。預處理的主要目的是使原料和接種物在厭氧發酵前充分混合并加熱至預設溫度。高溫厭氧發酵過程中，溫度波動對產氣效果和系統穩定性影響非常大，設計應保證發酵罐的溫度波動盡可能小[13]。原料初始溫度與發酵罐運行溫度相差較大時，會使發酵罐發生比較大的溫度波動。需要對物料進行預熱，避免因溫差過大對發酵罐運行溫度產生沖擊。高固含量物料流動性差、傳熱慢，需要強制攪拌以促進傳熱，預處理系統采用雙螺旋帶攪拌以強化傳熱。畜禽糞便通常呈現假塑性流體性質，預熱和攪拌有助于降低物料的粘稠度，利于物料輸送。干式厭氧發酵時，基質和微生物接觸困難，需對其進行預接種。通過發酵物回流接種，能促進物料和微生物充分接觸，加速厭氧發酵進程，提高產氣效果。接種物的濃度一般較進料濃度低，因此，接種還可以起到調節水分的作用。預處理后的物料由帶螺旋喂料裝置的單螺桿泵泵入臥式厭氧發酵罐。
3.2干式厭氧發酵罐
厭氧發酵是整個工藝的核心，沼氣在此階段產生。根據厭氧發酵理論，穩定的溫度、適宜的碳氮比和pH值、合適的攪拌和良好的厭氧條件是厭氧發酵效果的保證。因此，設計過程需重點考慮發酵系統的密封性、攪拌效果和溫度穩定性。
一級臥式厭氧發酵罐采用臥式橫軸機械攪拌厭氧反應器。罐內設有螺旋槳葉軸機械攪拌裝置，槳葉在軸上按螺旋線排列。特殊設計的螺旋槳葉軸可實現物料的攪拌、推流。物料受螺旋槳葉的推流作用，在發酵罐內呈隨時間推移的塞流式運動，解決了物料逐步向發酵罐出料端推進難題，實現連續進出料，連續發酵產沼氣。同時攪拌強化了反應物料內部的傳質傳熱，解決了因物料粘稠、致密所導致的傳質傳熱困難、沼氣難以逸出等問題，加快了厭氧反應速度，提高了發酵罐處理效率。當處理質量分數為20%左右的物料時，無需添加新鮮水。
二級發酵罐采用立式發酵罐，頂部設置儲氣膜，合二為一，與傳統的貯氣柜相比，減少了厭氧發酵罐頂蓋以及貯氣柜配置。設計為常溫發酵，兼具儲存沼液功能。立式厭氧發酵罐罐體采用拼裝結構，便于安裝維護和檢修。頂部采用雙膜式貯氣柜，膜式貯氣柜通過調整內外膜之間夾層的空氣壓力以保護外膜并維持貯氣柜的形態和結構，能承受一定的載荷，并將內膜內的沼氣輸入輸氣管道供廠區自用。
3.3出料固液分離系統及后處理系統
臥式厭氧發酵罐出料經泵送至螺旋擠壓固液分離機進行固液分離。由于活塞式泥漿泵的入口低于臥式厭氧反應器出料口1.2m，同時活塞泵自身也有一定的自吸能力，出料閥門開啟后，出料較易流入活塞式泥漿泵內，經泵送至螺旋擠壓固液分離機進行固液分離，分離出的固體進行堆肥處理，滲濾液除部分用于接種物經泵回流至預處理工段外，其余送入二級發酵罐，滲濾液中未完全發酵的物料在此進行進一步發酵產氣。二級立式厭氧罐發酵后的出料可作液體有機肥料使用。
3.4沼氣凈化儲存
沼氣暫儲于一體式厭氧發酵罐頂部的雙層膜式儲氣柜。其中外膜為保護并維持儲氣柜的結構，內膜收集并儲存沼氣。通過支撐鼓風機的充氣，調整并維持內外膜之間夾層中的空氣壓力，并將內膜內的沼氣送入輸氣管道。儲氣柜內沼氣經過輸氣管道進入沼氣凈化系統。沼氣凈化系統包括脫水、脫硫及沼氣除雜[14]。由于工程規模較小，采用2個化學脫硫罐進行沼氣脫硫。
3.5保溫系統
厭氧發酵過程受溫度影響很大，高溫厭氧發酵其最佳溫度為55℃左右[15]。為滿足高溫干式厭氧發酵對溫度的要求，在發酵罐外壁設置加熱盤管，并采用巖棉材料進行強化保溫。加熱盤管內的熱水來自熱水儲罐，熱源由沼氣鍋爐提供。主要單元工藝技術參數選擇與確定
4.1預處理快速預熱混合器
依據厭氧發酵工藝要求，原料在此進行加熱、配料、接種、調質、混合。設計快速預熱混合器為直徑φ=0.9m，長1.4m，容積0.89m3，外側采用200mm聚苯乙烯材料保溫。增溫方式采用夾套電加熱方式，攪拌方式為螺旋帶攪拌。
4.2高粘稠物料輸送 經過預處理混合后的物料，干物質含量在16%~20%，黏度大、流動性差、固形物含量高。螺桿泵能夠輸送較高濃度的畜禽糞便，能夠耐受長度3~5cm的長纖維。設計選用了帶絞龍喂料的單螺桿泵。
4.3臥式厭氧反應器設計
4.3.1臥式厭氧反應器形狀及材質選擇
從反應器的設計方面考慮，圓形結構的反應器受力情況較好，具有結構較穩定的優點，同時，在同樣的截面積下，圓形反應器的周長比正方形少12%。所以，圓形池子的建造費用至少比具有相同截面積的矩形反應器低12%以上[16]，本設計厭氧反應器形狀選擇為圓形。
反應器材質的選擇需要從多方面考慮?？垢g性是厭氧反應器首要考慮的問題[17]。一般宜采用鋼筋混凝土構筑物或特種材料防腐處理；而從設備化角度考慮，大部分工程項目均可采用鋼、塑料和玻璃鋼等材質的結構，這樣可將反應器轉化為能生產的設備和產品。
本設計反應器主體罐體基材為碳鋼，內涂特別防腐蝕涂層，要求達到耐腐蝕、便于維修，性能優良，保溫層外表美觀。
4.3.2臥式厭氧反應器攪拌形式
本設計發酵原料為秸稈與牛糞。在厭氧發酵過程中，反應器內液面上易發生結殼現象，阻礙沼氣釋放[18]。攪拌可以使反應器內的物料混合均勻，溫度、pH、微生物種群等保持均勻一致，還可以大大降低池底沉積及液面浮渣結殼[13]。采用螺旋槳葉軸機械攪拌裝置，槳葉在軸上按螺旋線排列，槳葉形狀為桿齒式，槳葉軸轉速無級可調。攪拌能耗低，特殊設計的螺旋槳葉軸可以實現物料的攪拌、推流。解決牛糞發酵過程中由于粘稠、致密抑制沼氣釋放等問題，加快厭氧發酵反應速度，提高反應器效率。物料在發酵罐中受螺旋槳葉的推流作用，隨時間推移，解決物料逐步向反應器出料端推進和干發酵出料難題。
4.3.3臥式厭氧反應器增溫、保溫
沼氣在發酵過程受溫度影響很大，需要對溫度進行嚴格的控制，將發酵料液維持在適宜的溫度，以保證產氣率[19]。為了保證厭氧反應在冬季仍可正常運行，對系統實施了增溫和整體保溫措施[20]。本設計對厭氧消化罐采用200mm厚聚苯乙烯材料進行強化保溫。系統保溫包括厭氧消化罐體的保溫，管道、閥門的保溫。考慮內設加熱盤管容易表面結垢，降低換熱效率，維修時需要清空消化池，造成停產，本設計沿罐壁設置加熱盤管，采用熱水循環加熱。結論
一、本設計采用畜禽糞便和玉米秸稈為發酵原料進行干式厭氧發酵工藝，過程無需添加新鮮水，具有節能、節水特點，且所需反應器容積小。
二、臥式厭氧反應器采用螺旋槳葉軸機械攪拌裝置，特殊設計的螺旋槳葉軸可以實現物料的攪拌、推流，解決干式發酵出料難題和牛糞厭氧發酵過程中由于粘稠、致密抑制沼氣釋放等問題，加快厭氧發酵反應速度，提高反應器效率。攪拌轉速無需調級，攪拌能耗低。
三、本工藝方案為干式厭氧發酵設計，實現了干式厭氧發酵連續進出料，對我國干式厭氧發酵的研究具有較強的實踐意義。
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第二篇：秸稈沼氣情況匯報
nxx縣秸稈沼氣建設情況匯報
nxx縣位于河南省西南部，伏牛山南麓，面積2465平方公里，有七山一水二分田之稱。全縣轄16個鄉鎮，65萬人，73萬畝耕地，農業資源十分豐富。全縣正常年產農作物秸稈（含秧蔓）達70多萬噸，其中小麥秸稈23萬噸,玉米秸稈30萬噸,其他秧稈17萬噸。nxx縣自2006年始發展戶用沼氣，經近幾年的迅猛發展，止目前全縣已建設戶用沼氣3萬余座。
長期以來，農作物秸稈是廣大農民主要的生活燃料、牲畜飼料和有機肥料。隨著農村勞動力的轉移、能源消費結構的改善和各類替代燃料的應用，開始出現了地區性、季節性、結構性的秸稈過剩，地頭、村口亂堆亂放，造成環境污染，資源浪費。為解決秸稈污染及部分地區沼氣用戶無養殖、糞源不足等問題，化害為利,變廢為寶，探索秸稈綜合利用新途徑，2010年nxx縣農業局把發展秸稈沼氣作為全年的重點工作來抓，加強組織領導，廣泛宣傳發動，認真考察學習，搞好典型示范，對發展秸稈沼氣進行了有益的探索?，F將我縣秸稈沼氣的主要技術措施及具體做法匯報如下：
一、主要技術措施
近幾個月來，nxx縣農業局能源站通過對不同池型、不同原料、不同用量等方面的試驗示范，探索出了一套在秸稈沼氣建設方面的成功經驗。春季在灌漲鎮楊洼村、宋營村進行了以小麥秸稈為主的秸稈沼氣示范，秋季在灌漲鎮劉營村進行了以玉米秸稈為主的秸稈-1-
沼氣示范，共示范推廣400戶。
1、池型選擇。秸稈沼氣池型應選用旋流布料型，該池型有利于攪拌，防止結殼，有利于產氣。
2、原料準備。建設一個8立方米的秸稈沼氣池。
建設一個8立方沼氣池需準備以下原料：
需玉米、小麥等秸稈400公斤，碳銨15公斤（或尿素6公斤）。水450公斤。網眼袋100—120個。
3、原料粉碎。用ZS1100-2柴油粉碎機去篩粉碎，將秸稈粉碎成1—3厘米。
4、拌料堆漚。（1）建立堆漚坑：在平地上挖深20厘米的淺坑，下鋪塑料布，用以堆漚秸稈。（2）均勻拌料：將15公斤碳銨加水化開后，與450公斤水均勻潑灑在秸稈上，在堆漚坑上翻倒3次，混合均勻，以用手捏緊秸稈有少量的水滴下為宜。（3）堆漚：將拌勻的秸稈起堆堆漚，在堆垛的四周及頂部每隔30—50厘米打1個孔，以利通氣，用塑料薄膜覆蓋嚴密，若氣溫低應加蓋草苫保溫，堆漚7-8天，待秸稈長出白色菌絲，堆漚成功。（4）裝袋：用網眼袋將已堆漚成的秸稈裝起備用，每袋15斤左右，每池可裝100——120袋。
5、投料啟動。將裝好袋的秸稈人工均勻擺放池內，而后用抽渣車加入沼液3方，再補充水和糞1.5方。待液面距密封口60—70厘米時，然后封池啟動。放氣2—3天后在灶具上試火，直到正常燃燒為止。
二、經驗與體會
1、堆漚時只用清水和碳銨，不加入人糞尿、沼液和腐熟劑，不影響使用效果。同時只用清水和碳銨進行堆漚，秸稈干凈，便于人工裝袋和人工擺放。
2、新池在投料啟動時，接種物沼液至少要達到1方以上，否則產氣緩慢。
3、若前期火苗太小，可適當再加入10公斤碳銨，調節碳氮比。
4、使用2—3個月后，氣壓下降時，將沼液用人工或機械的方法從進料口投入池內，進行循環攪拌，時間約半個小時。同時每隔15——20天，可補充少量的人畜糞尿，保證正常使用。
二、主要做法
1、領導高度重視，明確發展方向。近年來，農村秸稈亂堆、亂放、亂燒，污染環境，浪費資源，已成為新農村建設中的難題。為此，nxx縣委、縣政府高度重視，縣長全新明多次強調要把推進秸稈綜合利用作為落實科學發展觀，轉變發展方式，建設資源節約型、環境友好型社會，改善農村生活條件，提高農民生活質量的重要舉措來抓，并明確提出要搞好秸稈沼氣的示范推廣工作。2010年，農業局把示范推廣秸稈沼氣，解決秸稈轉化，推進秸稈綜合利用，作為全年的重點工作來抓，成立了秸稈沼氣領導小組，專門負責秸稈沼氣推廣工作，確保工作有序開展。
2、外出考察學習，堅定發展信心。根據全年工作整體安排部署，秸稈沼氣領導小組分別于農歷年前、年后，兩次組織農業局、能源站、部分鄉鎮領導及農民沼氣技能工，先后赴南陽、新鄉、安陽及
湖北仙桃市等地考察學習秸稈綜合利用的先進經驗和先進技術。考察組先后考察了：安陽市安陽縣永和鄉西街村秸稈沼氣集中供氣工程、新鄉市延津縣石婆固鎮南鄭莊村常規糞便加秸稈戶用沼氣、南陽市臥龍區陸營鎮朱屯村大型集中供氣工程、南陽市臥龍壓力容器廠秸稈固化項目和湖北省仙桃市張溝鎮紅旗村、東升村的戶用秸稈沼氣。考察結束后，農業局認真組織，討論學習各地的先進經驗，召開鄉村干部座談會，堅定了發展秸稈沼氣的信心和決心。
3、廣泛宣傳發動，營造發展氛圍。群眾對一個新事物、新技術的推廣應用有一個認識、了解、接受和使用的過程。如果任其自然發展，這一過程將比較漫長。為加快推進秸稈沼氣進程，政府要擔負起宣傳、推廣的責任，通過強力推介，讓群眾盡快了解情況，積極參與，形成氛圍。為此，我們一是在縣電視臺開辟秸稈沼氣專題節目，通過新聞報道、專題報道，深入宣傳秸稈沼氣的技術特點、應用情況、典型事例、效益收益；二是通過懸掛宣傳條幅、張貼宣傳圖畫、發放宣傳資料等多種形式，進行廣泛宣傳，營造發展秸稈沼氣的輿論氛圍。
4、典型示范帶動，推進發展進程。村看村、戶看戶，群眾看干部。在推進秸稈沼氣工作中，我們注重在農村黨員干部中培養先進典型，充分發揮典型的示范帶動作用，先后投資20余萬元，購置了秸稈粉碎機、抽渣車、網眼袋等，在灌漲鎮楊洼村、宋營村、劉營村、郭營村建立秸稈沼氣示范點。同時組織各鄉鎮村組干部、科技能人到示范點實地參觀，算清成本效益賬，使越來越多的農民由懷
疑到感興趣，并積極參與到秸稈沼氣工作中，以點帶面，推進了工作的迅速開展。
5、建立沼氣服務站，確保健康發展。秸稈沼氣作為新生事物，屬于新技術，操作方法較復雜，且要用專門的機具粉碎，不適用于一家一戶操作，必須配套物業服務站，為農戶提供進、出料和日常維護服務。為推進秸稈沼氣發展，農業局能源站多方籌資，沿312國道灌漲鎮征地10余畝，建立了一個秸稈綜合利用服務站，服務站采取市場化運作的方式，開展協會制、承包制等服務模式，通過合理收費，形成沼氣物業管理長效機制，確保秸稈沼氣健康發展。
四、存在的不足
1、機制有待完善。秸稈沼氣推廣工作重點在物業管理，難點也在物業管理。由于秸稈沼氣推廣在目前還是個新事物，在我縣仍處于示范推廣階段，技術上是成熟的，但物業服務站的運行模式還在探索階段，沒有成熟的經驗可借鑒。我縣雖已建立了一批沼氣服務網點，但均處于初期運行階段，運行機制還不成熟，存在許多需要完善的地方。
2、投入有待增加。秸稈沼氣推廣適宜面極廣，養殖戶、非養殖戶、集中居住區均可以推廣，也就意味著必須有更大的投入才能進行，尤其是服務網點建設，秸稈沼氣的示范推廣，更急需上級部門的扶持。
3、宣傳有待深入。由于我縣秸稈沼氣剛起步，還處于示范推廣階段，雖然進行了一些宣傳培訓，但還沒有在全社會形成共識，還
沒有形成發展秸稈沼氣的濃厚氛圍，宣傳的面還有待進一步拓展。
五、下一步打算
1、搞好典型帶動。計劃在灌漲鎮劉營村高標準打造一個秸稈沼氣示范村。該村正建沼氣戶達228戶，秸稈沼氣使用戶力爭達到90%以上，推行會員制服務，物業化管理。
2、納入目標管理。今年縣委、政府把秸稈沼氣建設納入對各鄉鎮的目標管理考評，要求各鎮的秸稈沼氣發展要占到今年沼氣建設任務的50%以上，進一步加快推廣進度。
3、加強業務培訓。進一步強化業務培訓，尤其是服務網點的物業管理人員，不僅要培訓技術技能，還要培訓經營之道，使沼氣物管人員變成懂技術、會經營的復合型人才，保證服務網點能長期、高效運轉，推進秸稈沼氣健康發展。
4、強化宣傳發動。通過現場會、典型引導、宣傳媒體、科技入戶等形式，開展深入宣傳發動工作，引起社會的共識，以實實在在的效益來帶動老百姓參與熱情，為下一步大規模推廣奠定堅實基礎。
5、探索服務機制。政府引導、市場運作是方向。要加強宣傳力度，優化服務，合理收費，加強隊伍建設，不斷創新服務機制，形成服務好、收費低、覆蓋廣的長效運行機制。
nxx縣農業局能源站
2010年7月26日
第三篇：秸稈沼氣技術（xiexiebang推薦）
淺 談 秸 稈 沼 氣 化 技 術
農資1111班 鄭雨漩 201111311131 背 景
自大型聯合收割機逐步推廣以來，農民處理秸稈的主要途徑變為直接在田間燃燒，給大氣造成污染，或將其填入地邊的溝河，使溝河烏黑發臭，魚蝦絕跡，地下水嚴重污染，威脅農民的飲水安全。原 因
① 麥茬高度太大 由于機械原因，大型聯合收割機作業后的麥茬較高,一般在20cm以上。
② 農村大量青壯年外出打工 農村約有50%-70%不等的人口外出打工，返鄉收麥的農民工希望快速高效的完成麥收，以便盡快返回工地。
③ 秸稈作為燃料的需求大幅下降 農民開始使用煤炭，電爐等其它能源，使秸稈作為燃料的比例大幅下降，同時大量人口外出使得秸稈作為燃料的需求大幅下降。
④ 農民認識不足 農民環保意識差，對燃燒秸稈的危害認識不足。危 害
① 造成嚴重的能源浪費 小麥秸稈燃燒的熱值為1.3343×10-4KJ/kg，計算中國約3億畝麥田可產生秸稈，可產生的能
量約1.6×10-15KJ相當于4.4×10-11度電，直接焚燒秸稈將造成十分巨大的能源浪費。
② 降低了土壤中的養分及有機質含量 秸稈中含氮，磷，鉀，有機質，燃燒有機質氮磷等元素生成氣體會發到大氣，僅有少量的鉀留在土壤中，使土壤肥力嚴重降低。同時秸稈燃燒時殺死了許多土壤中的有益微生物和昆蟲，如消化細菌，破壞了農田生態系統，造成土壤板結，造成農業減產。
③ 燒傷農作物引發火災 秸稈燃燒必不可避免的會將相鄰地塊中的其它農作物或田邊地頭的樹木燒傷燒死，造成較大的經濟損失。
④ 影響交通 秸稈燃燒時，產生大量煙霧，使能見度降低，對公路鐵路民航等交通運輸部門造成重大影響，并引起了一些交通事故，造成生命財產的損失。⑤ 環境污染 概 念
我國不但是一個產糧大國，也是秸稈生產大國，秸稈年產量約7億噸。河南省是以生產小麥、玉米、花生、水稻等農作物為主的農業大省，其秸稈資源豐富。秸稈發酵制沼氣就是秸稈有效利用的一種方式，秸稈沼氣的發展不但解決了秸稈利用率低的問題，而且提供了廉價清潔能源。
秸稈沼氣：利用沼氣設備，以秸稈為主要原料，在嚴格的厭氧環境和一定的溫度，水分，酸堿度等條件下，經過沼氣細菌的厭氧發酵產生 的一種可燃性氣體。
分 類
? 農村戶用秸稈沼氣，池容8～12立方米，以農戶為建設單元，沼氣自產自用。
? 秸稈生物氣化集中供氣，屬于中小型沼氣工程，池容一般100～200立方米，以自然村為單元建設沼氣發酵裝置和儲氣設備等，通過管網把沼氣輸送到農戶家中。
? 大中型秸稈生物氣化工程，池容一般在300立方米以上，主要適用于規?；N植園或農場秸稈集中處理，所產沼氣主要用于發電。工 藝 流 程
人們要想有效地獲得利用沼氣，就必須滿足生成沼氣的7個條件：嚴格的厭氧環境、足夠和優良的接種物、必要的發酵溫度（8-60℃)、適宜的酸堿度、適宜的原料濃度和碳氮比、堅持不懈的攪拌、嚴防加入抑制劑。
操 作 要 點
一、秸稈鍘短
用鍘草機將秸稈鍘成3-6cm；玉米桿則需要用具有揉搓功能的秸稈揉搓機粉碎。每立方米沼氣池需秸稈50kg以上。
二、秸稈潤濕
將鍘好的秸稈加水進行潤濕（比例1：1），操作時邊加水邊翻料，最好用糞水，潤濕要均勻。潤濕15~24小時，用塑料布覆蓋，以利秸稈充分吸水。
三、原料拌制
用1kg菌劑和5kg碳銨（以8m3為例，400kg秸稈），分層均勻撒到已潤濕的秸稈上。邊翻、邊撒、邊補充水分，將秸稈、菌劑和碳銨進行拌和，一般需要翻兩次使之混合均勻。補充水量320~400kg，地面無積水，用手捏緊，有少量的水滴下，保證秸稈含水率在65~70%。
四、秸稈收堆
將拌勻的秸稈自然收堆，堆寬1.2~1.5m，堆高為1~1.5m（按季節不同而異），熱天宜矮、冬天宜高。并在料堆四周及頂部每隔30~50cm
用尖木棒扎孔若干，以利通氣。
五、秸稈堆漚
用塑料布覆蓋，防止水分蒸發和下雨淋濕，覆蓋時在料堆底部距地面留10cm空隙，以便透氣、透風。待堆垛內溫度達到50℃以上后，維持3天。當堆垛內能看到一層白色菌絲時，秸稈變軟呈黑褐色即可。堆料即可入池。
六、混料入池
將堆漚好的秸稈趁熱直接由天窗口加入，同
時加入碳銨和接種物；為保證加入均勻，應先進一部分秸稈，再進一部分接種物，如此反復直至進完為止。
七、補水封池
最后補水（溫水）至零壓水位線處，并在池內料堆上用長桿打孔若干，保證出氣順暢。過于偏酸或過于偏堿的水應調節好酸堿度后再使用。
調節方法：偏酸應加入草木灰或澄清的石灰水溶液，偏堿加醋酸可以調節。用無雜質、砂石的黃粘土摔打揉熟后封池。
八、點火試氣
放氣2～3天，把雜氣排完，開始試火，若點不著，繼續放氣，直至點著。先用火機在灶具上點試氣(甲烷含量在30%上火機能點著)。燒1~2天后，才能在灶具上打著火(甲烷含量在55%以上)，正常用氣，秸稈沼氣啟動成功。
九、補充原料
對于以秸稈為主原料的沼氣池，隨著沼氣的利用，秸稈會有一定消耗，沼氣池運行中產氣量出現較大波動時，應進行經常性攪拌。一般在產氣量不能維持每天正常使用時（4個月以后），可適當補加一部分堆漚好的秸稈。
補料時應堅持先出后進、少量多次的原則；
出料應觀察壓力表變化情況，壓力表接近零時停止出料，防止出現負壓損壞池體。
十、大出渣料
在沼氣池運行6~8個月之后，池中秸稈消耗殆盡，需要大出料（結合農時）。在保證沼氣池內無沼氣殘留的情況下，可將天窗蓋打開用齒鈀將上層部分耙出，中部、底部相對較稀的部分，可用真空抽渣車直接吸出。注意：出料時保留底部三分之一沼渣和沼液，留待下次進料做接種物使用。效 益 分 析
一、能源效益
8-10立方米沼氣池年產沼氣450立方米，解決3-5口之家農戶10-12個月的生活燃料，節煤約1噸（約合近1600塊煤球）價值約800余元，節電100度約60元，合計將近1000元。
二、經濟效益
一方面與農業生產相結合，氣肥、沼氣儲糧、沼渣肥田栽蘑菇養蚯蚓、沼液浸種、喂豬等，改善品質增加收入。另一方面促進養殖業發展，增加收入。
三、生態效益
緩解能源緊張，減少樹木砍伐，保持和恢復森林植被，促進生態環境的改善。
四、社會效益
減輕勞動強度，解決部分剩余勞動力，勞動消費，增強農民科技意識。
五、環衛效益
改善農村衛生環境，提高農民的健康水平。影 響 因 素 ? 政策不完善
?
技術不成熟
?
宣傳不到位
政策不完善 據調查，國內秸稈沼氣建設重視程度不夠，投資力度不大。政府應重視秸稈沼氣工作的建設發展。在政策上，制定相關政策，確保秸稈沼氣的發展能得到政府和企業的大力支持；在資金上，加大對秸稈沼氣的補貼扶持力度。通過政府對生態用電電價的補貼，農戶在沼氣發電上網上得到了實惠，有力的促進了生態能源的開發利用。
技術不成熟 一方面，秸稈成分中缺少氨磷，不利于微生物的生長，因此利用秸稈制沼氣在一定程度上增大了微生物分解的難度，現在所
采用的發酵技術還不能夠完全滿足秸稈沼氣發展的需要，只能在小范圍內實施應用。另一方面，秸稈沼氣應用實踐的受挫，導致秸稈發酵制沼氣的研究受挫，因而應注重培養秸稈沼氣的專業技術人員，盡快開發出便捷、經濟的秸稈發酵技術，以科研促進生產。
宣傳不到位 秸稈沼氣是近幾年新興的生物質能源，農戶對此認識不足，主要是宣傳力度不夠和示范性工作不到位。政府應鼓勵技術人員下鄉宣傳，耐心真誠地向農戶講解秸稈綜合利用的前景和他們所獲取的利益，傳授簡便、實惠的秸稈沼氣發酵技術，同時，要選擇示范村，讓農戶看到效果。把農業副產業變成重要農產品，提高秸稈的市場價值，用效益吸引農民自覺參與秸稈沼氣的建設和利用工作，從根本上解決秸稈整體利用率低的問題。應 用 前 景
我國經濟正處在高速發展的階段，對資源需求量逐步增大，而我國人均資源量卻遠遠低于世界平均水平，因此秸稈沼氣在一定程度上將解決煤、石油等燃料的需求量，為突破我國經濟發展的資源瓶頸做出重大貢獻，為緩解環境壓力，推動社會可持續發展方面發揮重要作用。綜合開發秸稈發酵制沼氣的產業鏈，使沼氣成為真正為農民服務的高效清潔能源，農民致富的便捷之路。同時應該積極借鑒國內外成功的經驗，綜合各地的實際情況，開發出一套真正實用的秸稈發酵制沼氣技術。注重新技術的推廣和利用，加強政府的引導和鼓勵作用，使沼氣的發展向縱向推進，進而推動社會主義新農村的建設。
第四篇：沼氣干發酵技術
沼氣干發酵技術
更新時間：2009-07-20 13:53 來源： 作者: 閱讀：275 網友評論0條
沼氣干發酵是指以秸稈、畜禽糞便等有機廢棄物為原料(干物質濃度在 20 %以上),利用厭氧菌將其分解為 CH4 ,CO2 ,H2S 等氣體的發酵工藝。沼氣干發酵由于其發酵原料的干物質濃度高而導致的進出料難、傳熱傳質不均勻、酸中毒等問題 ,是沼氣干發酵的技術難點 ,對此國內外都進行了深入的研究。
我國從20世紀80年代起開始了戶用沼氣干發酵研究 ,取得了一定的成果。葉森等從 1986 年開始研究自動排料沼氣干發酵裝置和相應的半連續干發酵工藝 ,于1988年8月通過了由農業部能源環保局主持的技術鑒定。馬云瑞等研制了分離儲氣恒壓干發酵池 ,其產氣量基本能夠滿足四口之家一日兩餐(6月～10月)炊事用能及照明用能(5 月～l1月)?？岛愕掳l明了小型高效穩壓式自動漫滲濾干發酵沼氣池。北京合百意生態能源科技開發有限公司對沼氣干發酵菌種進行了研究 ,研制了預處理秸稈復合菌劑和低溫高效甲烷菌 ,目前正在進行推廣示范。我國在21世紀初開始了大型沼氣干發酵研究 ,目前還處于小試研究階段。甘如海對畜禽糞便厭氧干發酵處理攪拌反應器進行了研究 ,設計試制出臥式螺帶攪拌發酵罐 ,通過試驗得出了操作參數對發酵產氣過程的影響情況 ,確定了最優操作參數。晏水平對大中型集約化養殖場畜禽糞便高溫厭氧干發酵處理工程中的罐體加熱保溫裝置進行了研究 ,其具體研究內容是罐體加熱保溫裝置的選型和操作參數設計 ,為大型沼氣干發酵系統的工程化提供了一定的基礎理論。國外對沼氣干發酵技術的研究比我國早 ,整體技術水平較我國領先。從20世紀 40 年代起 ,德國、法國和阿爾及利亞就開始運用批量式沼氣干發酵技術。20 世紀 80 年代 ,德國、荷蘭、瑞士、布基納法索、尼日爾等國家對沼氣干發酵進行了深入的研究。20世紀 90 年代 ,德國大量資助新型的間歇式干法沼氣發酵技術的研發 ,在 90 年代末 ,該項工藝和裝備通過了中試 ,并于 2002 年生產出產業化裝備 ,投入實際運行。目前 ,國外的沼氣干發酵技術已經成熟 ,如車庫型干發酵系統、氣袋型干發酵系統、干濕聯合型發酵系統、滲濾液儲存桶型干發酵系統等大型沼氣干發酵系統 ,已經投入生產性應用 ,可進行規?；恼託馍a。
沼氣干發酵工藝《農村實用工程技術(農業工程)》 1986年02期
沼供
【摘要】：正 干發酵是指發酵原料中的總固體干物質濃度在20％以上的一種發酵工藝,是批量厭氧發酵的主要類型,也有人把干發酵叫做固體發酵或高濃度發酵。它的主要優點是:池容產氣率較高(一般都在0.25米~3/米~3·天以上),因而可以節省建池投資,一般五口人之家,有四至五立方米就足夠了。另外,發酵池結構簡單,進出料和維修部比較方便、安全。節約用水,沼渣肥料質高量少,運輸方便,節省運輸勞力,因而非常適合使用干糞作肥料的北方農村和干旱地區推廣應用。干發酵的顯著特點是發酵基質的總固體含量較高,它是在較高的揮發酸含置水平上發酵運轉,工藝技術的核心是防止有機酸的過量積累。因此,根據各地的經驗,應掌握好以下幾個工藝步驟:
沼氣干發酵工藝
2010-05-20 13:37:19 作者：蒲公英 來源：中國生物能源網 瀏覽次數：523 網友評論 5 條
沼氣干發酵工藝
干發酵是指以有機廢棄物為原料(干物質濃度在20%以上),利用水解產酸菌、產氫產乙酸細菌和產甲烷菌將其分解為CH4、CO2、H2 S等氣體的發酵工藝。由于固體濃度太高難以采用連續投料或半投料的...干發酵是指以有機廢棄物為原料(干物質濃度在20%以上),利用水解產酸菌、產氫產乙酸細菌和產甲烷菌將其分解為CH4、CO2、H2 S等氣體的發酵工藝。由于固體濃度太高難以采用連續投料或半投料的投料方式，絕大多數均采用批量投料。
許多研究表明,干發酵由于其總固體含量較高,容易在發酵初期產生大量的有機酸,造成酸中毒現象,最終導致啟動失敗。許多研究都針對加大接種量或預處理等調控措施而展開,而對造成不同底物快速酸化的主要原因研究很少。
比如像以秸稈為原料的干發酵方法（同時也適合于糞草混合發酵）要點的關鍵：①添加足夠的優質接種物；②秸稈要切碎并且用石灰水預處理，并進行池內外堆漚；③添加適量氮源，發酵濃度為20%——30%。
一、配料和預處理 1.秸稈用量和預處理
風干秸稈（TS=85%）切成150毫米左右的小段，加石灰水潑濕，再將接種物總用量的1/3混入，進行池外堆漚，堆漚時間為2～3天。堆漚的目的是初步破環秸稈的纖維——木質結構，并增加秸稈容重，以提高單位池容的秸稈處理量。堆漚結束后加入其余接種物和氮肥，入池再堆漚24小時，用以增加啟動的料溫。
這時平均體積產氣率可超過0.2米 /（米·天）。如果增加糞便，則由于平均體積有機負荷率增加，可以提高平均體積產氣率。2.接種物
對接種物的要求與其他發酵工藝相同，接種物的數量應為秸稈質量的1.5倍以上。它是保證干發酵正常進行的關鍵。池外堆漚時先用1/3的量，其余的入池時再加入。3.添加氮源
由于采用的是批量投料方法，平時沒有含氮豐富的糞尿流入，而秸稈本身含氮量不足，因此必須再入池時補充氮源。但由于干發酵的水分含量較少，太多的氮易造成發酵抑制。所以加碳酸氫銨時用量為秸稈用量的2%，加尿素時為秸稈用量的1%。4.用石灰水預處理
石灰的用量應為秸稈質量的5%，此項措施的目的在于破環秸稈的木質纖維結構，并中和發酵過程中產生的酸，以防止pH值下降。
二、濃度控制
用加水量來控制料液的濃度，石灰5千克加水100千克配成石灰水用于預處理；接種物（TS%=10%）按1：1加水稀釋；氮肥每千克加水50千克溶解后使用。由于堆漚過程中水分會損失，按上述比例加水，一般可將濃度控制在20%——30%。
三、發酵周期
為了充分利用沼氣池和積造有機肥，南方地區在冬春季可以采用一個發酵周期，約150——200天；夏秋季（5—10月）可采取兩個發酵周期，每個周期約為90——100天。各地區應該把發酵周期和農事用肥密切結合起來考慮。
四、貯氣問題
干發酵池必須附有貯氣設施，如塑料貯氣袋、分離浮罩或水壓式貯氣池。不過采用每戶一個干發酵池和一個水壓式池最簡便。
沼氣成分檢測的主要方法有奧氏氣體分析方法、氣相色譜GC分析方法、熱催化元件檢測方法和紅外檢測方法。
奧氏成分檢測分析儀：采用氫氧化鈉溶液吸收CO2，以焦性沒食子酸堿性溶液吸收CO2，采用爆炸燃燒法后采用吸收法測量CH4，從而測出CH4、CO2、O2的含量。該方法結構簡單，但是需要采集代表性的氣體，且不能現場分析，此外每年都需要購置大量的藥劑，人員需要培訓且分析測試勞動強度較大。
氣相色譜GC分析方法：采用將采樣的氣體利用其物理吸附能力差別在色譜柱中分離然后采用TCD傳感器分析其CH4、CO2、O2，該方法測試簡單，但是色譜價格相對較貴，需要采樣，不能現場分析。
熱催化檢測方法：將熱催化（黑白）元件—補償元件和橋臂電陰構成惠斯頓電橋加一恒定電壓，由于熱催化元件的骨架是鉑絲材料，電流流過時加熱，使溫度為500度左右，當遇到瓦斯氣體時，瓦斯氣體接觸催化元件表面時會發生氯化反應，產生大量的熱量，使催化元件溫度升高，阻值增大，電橋輸出不平衡電壓，反映被測甲烷的濃度。該方法的優點是：價格低廉，適合煤礦測量甲烷是否超標，已經普遍使用在便攜瓦斯分析儀以及固定式瓦斯傳感器。缺點是:需要頻繁標定，7天標定一次，只有一年使用壽命，精度差（10%），壽命短，只能測量0—4%以下的瓦斯。高濃度使得傳感器中毒甚至報廢，此外不能測量CO2。紅外檢測方法：采用CH4、CO2氣體會吸收款3.4um，4.26um的中外紅外波長的特點,通過紅外吸收率的變化得到CH4、CO2含量，同時可以配合電化學傳感器得到O2、H2S含量。目前是國外從事沼氣測量的首選測量儀器，目前我國在開展的情節發展機制CDM項目都要求采用紅外沼氣分析儀檢測沼氣的成份，其優點是可以在線實時測量，不需要氣袋采樣，沒有耗材消耗,測量精度高，不需要頻繁標定，測量量程0—100%，既可測量沼氣池氣體成分，也可測量沼氣泄漏。
奧氏氣體分析儀由于不能現場分析，且每年都需要購置大量的試劑（除非政府每年都有試劑費用的財政安排），分析測試復雜，勞動強度大，因此不適合農村沼氣分析工作；氣相色譜是目前我國農業領域測量沼氣CH4、CO2的推薦實驗室方法，需要采樣后實驗室分析，但是其購置價格昂貴，操作十分復雜，在沼氣現場使用困難
沼渣成分分析
摘要：
以反芻動物糞便厭氧發酵生產沼氣剩余物沼渣為研究對象,采用振動篩分分組、統計分析、圖像處理和Fibertec 2010&M6纖維分析系統分析等方法,對沼渣的物理成分及沼渣纖維化學成分進行了測定分析.研究結果表明,沼渣主要由質量分數為64%的纖維、35%的非礦物質和1%的礦物質組成;沼渣纖維巾纖維素、半纖維素、木質素、灰分及其它各成分的質量分數分別為44.8%、21.9%、15.6%和17.7%.從而得出結論:反芻動物糞便厭氧發酵生產沼氣后的沼渣中纖維素含量較水稻、小麥和玉米等作物秸稈的高5%以上,半纖維素含量較水稻、小麥和玉米等農作物秸稈低5%.研究結果為沼渣資源化、高值化利用技術研究奠定了基礎.世界最新干法（固體）沼氣發酵技術簡介
中國新能源網 | 2006-6-1 14:29:00 | 新能源論壇 | 我要供稿
特別推薦：《2011中國新能源與可再生能源年鑒》
傳統的沼氣發酵均采用濕法技術，由于濕法技術發酵耗能高、處理干物質的成本高等一系列缺點，限制了其適應的范圍和地域。
由于連續性干法沼氣發酵工藝太復雜、成本過高，因此未能得到推廣。
從90年代起，德國大量資助了新型的間歇式干法沼氣發酵技術的研發。90年代末，德國間歇式干法沼氣工藝和裝備通過了中試，2002年，生產出工業級裝備并投入實際運行。
新型的間歇式干法沼氣發酵技術比起傳統的濕法技術有下述優點：
1）自身耗能低，冬季僅耗用自身產生的能量10-15%。而濕法要耗用30%左右的能量，在北方寒冷地區冬季甚至會達到45%，因而大大限制了沼氣技術在北方寒冷地區的推廣。
2）可以直接處理農作物秸稈和城市垃圾等固體可發酵有機物，大大節省了預處理成本。
3）由于沒有攪拌器和管道，發酵不受干擾物質如塑料、木塊、沙石等的影響，因而不需花費人力和設備將其在發酵前檢出。
4）在發酵罐/室中沒有攪拌器等運動部件，因此系統的可靠性很高。
5）沼氣質量高（含硫量遠遠低于濕法沼氣，只有50-300ppm，可以不經洗氣直接供沼氣發動機使用），發酵物出氣率高。
6）發酵室為地面車庫型不透氣混凝土結構，底部管道暖氣供熱，因而土建費用很低。
7）發酵室為模塊化結構，易擴展。
8）建設和運營成本隨規模增長很慢，占地省，適于建設年處理可發酵垃圾一萬噸以上、年產沼氣100萬立方米以上的大型沼氣工程。
9）進料出料可使用通用的裝載機等工程機械，設備效率高，通用性強。
10）因為發酵剩余物無濕法發酵的沼液，所以不用脫水處理，發酵剩余物經簡單的過篩和短時間的堆肥即可用作園林肥料或農作物肥料，因而存儲和后處理費用低，價值高。
11）耗水量比起濕法大大降低，幾乎沒有污水排放，大大節省了水費和污水處理費。
12）由于上述的原因，因而新型的間歇式干法沼氣發酵工藝的初期投資、運營成本和環境成本都遠遠低于濕法技術。
間歇式干法沼氣發酵技術與濕法沼氣技術相比，有兩個關鍵的技術問題需要解決：
1）發酵初期與發酵結束時發酵室沼氣濃度與空氣濃度達到臨界點15:85時的防爆安全，需要高度安全可靠的自動控制系統。
2）發酵菌在發酵物中的繁殖速度保障。
因而，間歇式干法沼氣發酵技術是一項新技術含量很高的技術。
德國巴伐利亞州是目前德國沼氣技術應用最發達的地區。巴伐利亞州的別費慕公司在德國中試研發的基礎上，研發出了商業實用的技術，很好地解決了上述兩個問題，并在全世界登記了專利，成為德國第一個通過德國技術監督協會TüV的干法沼氣發酵成套設備技術安全認證和建立并運營德國第一套商用級間歇式干法沼氣站的公司。
采用別費慕公司的技術，可在國內配套很多材料和部件，進口技術只占沼氣站設備和建設投資的很少一部分，同時別費慕公司是一家高技術公司，因此非常支持間歇式干法沼氣發酵技術盡可能多的部分國產化。
中國的可發酵廢棄物主要由以下但部分組成：
1.中國每年的農作物秸稈產量有6-7億噸，以前主要作為家庭的生活燃料使用，還有少部分用作牲畜飼料和造紙。隨著農村生活水平的提高，農村家庭的生活燃料也逐步向天然氣、液化石油氣和煤炭轉移，造紙業因采用秸稈環境污染問題嚴重而轉向采用木材紙漿，因而剩余農作物秸稈的數量越來越大，據估計每年已達到4億噸左右，除了堆肥發酵還田或直接還田一部分外，大部分被焚燒。一些地方的農作物秸稈焚燒問題已經非常嚴重，不僅污染環境，甚至影響到飛機的降落，高速公路的車輛行駛。
2.中國的養殖業每年還產生十多億噸的畜禽糞便。由于中國已經由過去的農戶分散養殖過渡成為集中養殖并集中在大城市附近，因此畜禽糞便的處理已成為養殖場沉重的環境負擔問題，搞不好還會造成污染地下水源的嚴重后果。
3.中國城鎮（廚余、食品加工下腳料和蔬菜運售剩余等）可發酵垃圾的數量逐年增長，在北京、上海、天津、深圳這樣的大城市，每年的可發酵垃圾量已達幾十萬噸，不僅沒有用作肥料，反而占用了寶貴的垃圾填埋場，有些地方還造成了嚴重的垃圾填埋場爆炸隱患，并產生了嚴重的污水問題。
根據2008年北京奧運會中國政府的承諾，中國鼓勵大力發展作為可再生能源的先進大型沼氣生產技術?？梢灶A見，大力推廣應用間歇式干法沼氣發酵技術，將可普遍在中小城鎮和農村推廣使用沼氣作為煤的替代能源，提高農村的生活質量，增加農民和鄉鎮企業的收入，并大大減少秸稈燃燒帶來的大氣煙塵污染，同時作為可再生能源可大量減少大氣的二氧化碳排放量
沼氣干發酵技術研究進展
作者：李強、曲浩麗等 來源：中國沼氣 瀏覽：18 發布時間：2013-08-09 17:26:11
摘要：開發和利用沼氣干發酵技術處理農業廢棄物、禽畜糞便和城市垃圾，對于解決能源短缺、生態環境惡化和減少CO2排放具有深遠的意義。本文對國內外沼氣干發酵的研究現狀、工藝條件及技術裝備等方面進行了綜述。引言
在能源短缺、全球變暖、生態環境惡化的大背景下，節能減排、高效利用資源和發展新能源成為全世界的當務之急。據統計，我國已成為世界上固體有機廢棄物產出量最大的國家，其中農作物秸稈年產量達7億多噸，可供青貯和莖葉等鮮料約10億噸，鋸末、刨花等林業廢棄物1.6萬噸，畜禽糞便排放量134億噸，城市垃圾7萬噸以上。隨著工農業生產的迅速發展和人口的增加，有機固體廢棄物的處置不當，不僅造成了資源的浪費，同時也污染了自然環境。
農作物秸稈、畜禽糞便和城市生活垃圾蘊藏著可以被利用的巨大能量。在眾多固體有機廢棄物資源化利用的技術中，沼氣干發酵技術是國內外研究的熱點和重點發展方向之一，本文將對國內外沼氣干發酵的研究和應用技術做一綜綜述。沼氣干發酵研究概況
我國干法發酵技術應用源遠流長，自古以來我國就采用干法發酵工藝釀酒、生產堆肥。國內對沼氣干發酵技術的研究起步于上世紀80年代，在1988年繆則學等人就將沼氣干發酵技術應用于畜禽糞便的發酵，研究了適宜于吉林省農村溫暖季節應用的干發酵工藝。邊文驊等設計了橫蓖板水壓式干發酵沼氣池并將其應用。葉森等人從1986年開始研究自動排料沼氣干發酵裝置和相應的半連續發酵工藝，并于1988年通過了相關部門的技術鑒定。李秀金等人提出了采用NaOH處理改善玉米秸稈的可生物消化性能。隨著沼氣干法發酵技術研究的成熟,規?；恼託飧煞òl酵工程應用技術的研發已成為發展的主流,韓捷等人近年來研發了一種MCT沼氣干發酵技術及裝備。
國外對沼氣干法發酵的研究主要集中于城市垃圾的處理，德國、法國、丹麥等國家技術發達國家早在20世紀80年代就對沼氣干發酵進行研究。德國于2002年通過厭氧干發酵工程的中試。而巴伐利亞州的別費慕公司在德國中試研發的基礎上,研發出了商業實用的技術,通過了德國技術監督協會TUV的干式沼氣發酵成套設備技術安全認證,成為了德國第一個商用級間歇式干式沼氣站的公司。2006年10月美國加州大學DAVIS分校研制的儲罐型干法沼氣發酵裝置點火成功。沼氣干發酵技術的研究
沼氣干發酵又稱固體厭氧發酵,它是以秸稈、生活垃圾、和畜禽糞便等固體有機廢棄物為原料,利用厭氧微生物發酵產生沼氣,反應體系中的TS含量達到20%~40%。沼氣干發酵中采用的菌種和工藝條件的控制會直接影響干發酵的。
3.1 沼氣干發酵的微生物菌群
與常規沼氣發酵的機制相同,厭氧干發酵的過程同樣包括水解階段、酸化階段、產甲烷反應階段。這幾個階段由發酵性細菌、產氫產乙酸菌、產甲烷古菌三個功能菌群的微生物共同完成。水解階段中多糖、蛋白質及脂類、纖維素等在某些細菌的作用下轉化為乙酸、丙酸、丁酸等長鏈脂肪酸和醇類及一定量的氫、二氧化碳。這個過程中,細菌大多數為嚴格厭氧菌,如梭狀芽胞桿菌,雙歧桿菌。此外,也包括鏈球菌和腸桿菌科一些兼性厭氧菌。
酸化階段主要是產氫產乙酸菌將較高的揮發性脂肪酸轉化為乙酸、氫及二氧化碳。典型的菌是Acetobacteriumwoodii和Clostridiumaceticum。在發酵過程中,氫分壓的高低對有機物的降解有一定的調節作用,產氫微生物只有在耗氫微生物共存的條件下才能生長。
在沼氣發酵的最后階段產甲烷階段是由生理上高度?；墓啪?產甲烷菌來完成,它們主要是利用氫產甲烷菌和利用乙酸產甲烷菌兩大類群。如Methanosarcinabarkeri,Metanonococcusmazei,Methanotrixsoehngenii。
厭氧干發酵常用的菌種有沼渣、下水道污泥等。接種物一般不低于發酵料重量的30%,且要有良好的活性。接種合適的菌種是干發酵的一關鍵步驟。我國80年代就開始了對沼氣干發酵菌種的研究,羅德明等人研究了菌種對不同干物質產氣的影響。閆志英以秸稈為沼氣發酵原料,發現秸稈經復合菌劑預處理后,產氣量比未加復合菌劑預處理的對照組提高。
近幾年來隨著分子生物學的發展,DGGE技術應用于干發酵菌群的分析,RowenaT采用PCR-DGGE技術,使用不同的引物對干發酵過程中的金黃色葡萄球菌及乳酸菌進行檢測。T-RFLP,LH-PCR,SSCP技術也廣泛應用于微生物干發酵的研究,利用這些技術對沼氣干發酵的菌群的多樣性進行研究、檢測產甲烷菌群的變化,篩選出新的高效干發酵菌種,從而更好的優化了工藝條件、增加產氣量。通過克隆文庫方法可以確定微生物的種群和多樣性,同時可以發現更多的未培養的適合干發酵的產甲烷微生物。
在沼氣干發酵過程中纖維素、半纖維素難于被一般微生物分解,這是干發酵的難點。Romano等指出在沼氣發酵過程中,纖維素和半纖維素的降解是厭氧消化的限速步驟,提高水解速率是厭氧消化過程中提高生物量轉率的關鍵。尋找纖維素降解的高效菌株是增加沼氣干發酵產氣量的有效途徑。他們通過實驗比較了添加不同酶預處理后秸桿的產氣情況,并通過16SrDNA測序分析了占優勢地位的厭氧菌群。
3.2 沼氣干發酵的影響因素
現有的研究結果表明:在沼氣干發酵過程中溫度是調控發酵菌群、強化產氣的重要手段。在常溫發酵條件下,發酵料液溫度隨季節的變化受氣溫、地溫的直接影響,波動較大,導致微生物生長和沼氣產量均不穩定;中溫發酵的溫度控制在30~38之間,在該溫度條件下微生物的形成穩定的優勢種群,其生長代謝穩定,沼氣產量較高；高溫發酵的溫度在50~55之間,此時微生物對原料分解快、利用率高，并可殺滅致病微生物。
艾平等人通過正交試驗,研究了厭氧干發酵處理畜禽糞便過程中發酵溫度,得到了厭氧干發酵處理的優化工藝條件:發酵溫度為55℃,C/N為12.5。FatmaA在37℃,55℃及65℃條件下對雞糞進行批量式干發酵試驗,55℃及65℃進行的發酵樣品未檢測到甲烷,而在中溫37℃的情況下對雞糞進行干發酵,培養254天,取得了較好的產氣效果(31mL gVS-1)。BujoczekG則認為:以雞糞為原料,固含量超過21.7%的情況下35行發酵,產生效果不太好。
適宜的pH值環境對沼氣的沼氣干發酵效果有著至關重要的作用。沼氣干發酵的最適pH值為68~7.4,6.4以下或7.6以上都對產氣有抑制作用,pH值在5.5以下,產甲烷菌的活動則完全受到抑制。控制發酵體系的pH值(7.0~7.2),使產甲烷菌處于最佳的生存狀態,是提高水稻秸稈發酵產沼氣的關鍵。
與常規的沼氣發酵相似,適當的添加微量元素能夠促進微生物的生長和代謝。微量元素鎳、鈷能夠顯著影響稻草干發酵的日產氣量,適當的添加鎳、鈷有利于甲烷菌的生長,但過高的添加量反而會抑制甲烷菌的生長。馬詩淳從微生物代謝調控的角度出發,研究纖維素厭氧分解菌和篩選促進纖維素降解產甲烷的刺激因子,發現不同刺激因子對微生物群落結構的組成和豐度影響顯著,同一刺激因子不同培養時間的微生物群落結構變化明顯。另外適量的添加水解酶能夠增加沼氣的產量。3.3 沼氣干發酵的原料 3.3.1 農作物秸桿
隨著我國農業經濟發展及建設社會主義新農村的步伐,農作物秸稈作為一種可利用的再生能源,越來越受到人們的重視。在厭氧干發酵中,一般可采用水稻、玉米、小麥、花生等農作物秸稈為發酵原料。農作物秸桿在干發酵的過程中降解比較復雜,原料的產氣率較低。國內一些學者通過秸桿的預處理及發酵工藝的控制來提高產氣率。張望等人以稻秸為原料,在中溫生物反應器內進行厭氧干發酵,研究了稻秸發酵過程中的生物氣產量、pH值、滲濾液COD及甲烷含量的變化。焦靜等人以不同比例配制原料,進行厭氧發酵試驗,研究了草糞比對甘蔗葉干法厭氧發酵產氣效果的影響。
3.3.2 城市有機垃圾和市政污泥
城市生活垃圾有多種處理技術,厭氧干發酵技術是其中一種經濟、合理的處理方法。國外在上世紀90年代就將厭氧干發酵技術用于城市垃圾的處理,運用瑞士的Kompogas工藝,日本、瑞士等國已經建立約18個高溫干式厭氧垃圾處理工廠。國內早在1995年劉曉風就采用厭氧消化污泥作接種物對城市有機垃圾進行了處理。后來冷成保等人提出了生活垃圾的暗河式干發酵處理研究及其工藝設想,這種處理方法具有垃圾處理量大、垃圾可以得到及時即地處理、占用土地少等優點。城市污水處理廠每天要產生大量的市政污泥,其處理技術一直未能很好地解決。謝震震以脫水污泥作為底物,模擬污水廠脫水污泥在填埋場中的生物降解過程,進行了脫水污泥干發酵的實驗研究,為污泥的填埋穩定化提供了理論指導。沼氣干發酵裝置的相關研究
德國于90年代起,開始進行間歇式干法沼氣發酵技術及工業級裝備的研發。目前歐洲的干法沼氣發酵技術主要有:車庫型、氣袋型、滲出液存儲桶型、干濕聯合型和立式罐型等。
我國在21世紀初開始了大型干法厭氧發酵反應器研究,目前還處于小試研究階段。甘如海等自行設計了臥式螺帶式攪拌發酵罐來進行厭氧干發酵。韓杰等研制出新型沼氣干法發酵反應器-覆膜槽生物(MCT)反應器,并以MCT反應器為核心,改進和優化集成現有沼氣技術,開發出新型規模化干法沼氣發酵技術與成套裝備。
干發酵底物固體含量較高,發酵原料存在的濃度梯度,傳熱、傳質困難。
接種物與底物混合有一定難度。在沼氣工程中設置混合攪拌裝置,可以提高反應的傳質效率,加快產沼氣過程的進行,法國JGuendouz在中
溫條件下對完全混合反應器進行了研究。5 沼氣干發酵技術的應用
厭氧干發酵的優點在于系統穩定、處理量大、占地小、節水等。國外目前干發酵厭氧工藝一般采用干式單級發酵系統。其中Dranco工藝-比利時Brecht處理廠、Biocel工藝-荷蘭Ielystad處理廠、瑞士Kompogas工藝、法國Valorga工藝在國外已經廣泛應用于有機物的處理。四種工藝特點如表1所示。歐洲現在至少有4座Dranco工藝大型垃圾處理廠,其中以比利時Brecht二期Dranco沼氣干發酵系統為代表,瑞士等國家Kompogas工藝建立至少12個大型工程。而Valorga工藝在瑞士、德國、西班牙、比利時等國家均有利用。
表1 四種工藝特點
工藝類型 處理量 固含量 溫度 停留時間 t a-1 %
℃ d Biocel工藝 50000 30～40 35～40 10 Dranco工藝 11000～35000 15～40 50～58 20/（15～30）Kompoga工藝 10,000 30～45 54 15～18 Valorga工藝 10000～210000 25～35 無 14～28
我國目前大型的干發酵處理工程尚處于技術研發階段,其技術模式還有待進一步檢驗。國內在干發酵利用方面進行了一些研究。張無敵等人針對干發酵設備復雜、操作煩瑣、產氣不均衡等不宜推廣使用的局限,發明了一種結構簡單,低成本的干發酵循環連續式沼氣發酵的工藝方法,有效解決干發酵產氣不均衡的缺點,實現對有機廢棄物的連續發酵和均衡產氣。趙國明等設計了一套對厭氧干法發酵技術進行改進,通過應用新型生物反應器和與之相配套的厭氧發酵工藝,可以再增加產氣量、提高運行負荷、簡化后處理工序。
由于沼氣干發酵中發酵原料存在嚴重的濃度梯度,傳熱、傳質困難,對于沼氣發酵至關重要的pH值、反應溫度等很難控制,對發酵設備的技術條件要求高,造成在厭氧干發酵工藝控制方面存在一些困難。目前厭氧干發酵過程中只有少量的幾個參數能夠得到實時的測量,而厭氧干發酵過程的復雜性,發酵過程中很難找到一個簡單而合適的控制參數。因此需要對厭氧干發酵的工藝控制理論和技術條件進行深入的研究。展望
我國的能源生產及消費呈現出?富煤、缺油、少氣#以及新型能源短缺發展滯后的結構特征。在當前應對氣候變化的情況之下,發展低碳經濟已經成為世界性的潮流。厭氧干發酵技術在各種固體有機廢棄物資源化利用上具有一定的技術優勢,但由于各國該項技術研發起步較晚,在工業化應用領域處于實驗階段,以下方面的研究工作有待進一步的完善。
干發酵環境中微生物群落結構的穩定直接影響厭氧干發酵產量,需進一步的研究干發酵過程中微生物的群落信息,并采用分子手段獲得的目標菌群的豐度和變化的相關信息來準確反映反應器系統的真實情況,進一步加強發酵過程的調控。
我國干法沼氣發酵技術裝備起步較晚,專用設備較為缺乏,開發多功能秸稈粉碎技術及機具、規?；煞▍捬醢l酵裝置、原料提升設備,高效生物顆粒肥料成型技術與機具,提高干法厭氧發酵工程質量的專用工裝、模具、規模化干法厭氧發酵的工程設施與關鍵設備,能給干發酵系統的可靠運行提供裝備保障,提高發酵效果。
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來源：互聯網 更新時間：2011-03-30 09:44:36 [我要投稿]
干發酵是指以有機廢棄物為原料(干物質濃度在20%以上),利用水解產酸菌、產氫產乙酸細菌和產甲烷菌將其分解為CH4、CO2、H2 S等氣體的發酵工藝。由于固體濃度太高難以采用連續投料或半投料的投料方式，絕大多數均采用批量投料。
許多研究表明,干發酵由于其總固體含量較高,容易在發酵初期產生大量的有機酸,造成酸中毒現象,最終導致啟動失敗。許多研究都針對加大接種量或預處理等調控措施而展開,而對造成不同底物快速酸化的主要原因研究很少。
比如像以秸稈為原料的干發酵方法（同時也適合于糞草混合發酵）要點的關鍵：①添加足夠的優質接種物；②秸稈要切碎并且用石灰水預處理，并進行池內外堆漚；③添加適量氮源，發酵濃度為20%——30%。
一、配料和預處理 1.秸稈用量和預處理
風干秸稈（TS=85%）切成150毫米左右的小段，加石灰水潑濕，再將接種物總用量的1/3混入，進行池外堆漚，堆漚時間為2～3天。堆漚的目的是初步破環秸稈的纖維——木質結構，并增加秸稈容重，以提高單位池容的秸稈處理量。堆漚結束后加入其余接種物和氮肥，入池再堆漚24小時，用以增加啟動的料溫。
這時平均體積產氣率可超過0.2米 /（米·天）。如果增加糞便，則由于平均體積有機負荷率增加，可以提高平均體積產氣率。2.接種物
對接種物的要求與其他發酵工藝相同，接種物的數量應為秸稈質量的1.5倍以上。它是保證干發酵正常進行的關鍵。池外堆漚時先用1/3的量，其余的入池時再加入。3.添加氮源
由于采用的是批量投料方法，平時沒有含氮豐富的糞尿流入，而秸稈本身含氮量不足，因此必須再入池時補充氮源。但由于干發酵的水分含量較少，太多的氮易造成發酵抑制。所以加碳酸氫銨時用量為秸稈用量的2%，加尿素時為秸稈用量的1%。4.用石灰水預處理
石灰的用量應為秸稈質量的5%，此項措施的目的在于破環秸稈的木質纖維結構，并中和發酵過程中產生的酸，以防止pH值下降。
二、濃度控制
用加水量來控制料液的濃度，石灰5千克加水100千克配成石灰水用于預處理；接種物（TS%=10%）按1：1加水稀釋；氮肥每千克加水50千克溶解后使用。由于堆漚過程中水分會損失，按上述比例加水，一般可將濃度控制在20%——30%。
三、發酵周期 為了充分利用沼氣池和積造有機肥，南方地區在冬春季可以采用一個發酵周期，約150——200天；夏秋季（5—10月）可采取兩個發酵周期，每個周期約為90——100天。各地區應該把發酵周期和農事用肥密切結合起來考慮。
四、貯氣問題
干發酵池必須附有貯氣設施，如塑料貯氣袋、分離浮罩或水壓式貯氣池。不過采用每戶一個干發酵池和一個水壓式池最簡便。
干發酵是指以有機廢棄物為原料(干物質濃度在20%以上),利用水解產酸菌、產氫產乙酸細菌和產甲烷菌將其分解為CH4、CO2、H2 S等氣體的發酵工藝。由于固體濃度太高難以采用連續投料或半投料的投料方式，絕大多數均采用批量投料。
許多研究表明,干發酵由于其總固體含量較高,容易在發酵初期產生大量的有機酸,造成酸中毒現象,最終導致啟動失敗。許多研究都針對加大接種量或預處理等調控措施而展開,而對造成不同底物快速酸化的主要原因研究很少。
比如像以秸稈為原料的干發酵方法（同時也適合于糞草混合發酵）要點的關鍵：①添加足夠的優質接種物；②秸稈要切碎并且用石灰水預處理，并進行池內外堆漚；③添加適量氮源，發酵濃度為20%——30%。
標簽：沼氣 發酵工藝
稻稈干發酵制沼氣工藝參數的研究
郭萃萍
目前,能源緊張的問題日益突出,大力開發新能源已是解決能源問題的主要方向,我國是一個農業大國,農業生產過程中產生了大量秸稈等農業廢棄物,合理的利用這一部分生物質能源,則能有效的緩解我國一部分能源問題。目前,我國農作秸稈的資源化利用主要有秸稈肥料化利用、秸稈飼料化利用、秸稈基料化利用、秸稈原料化利用和秸稈燃料化利用。在諸多秸稈資源化的技術中,秸稈沼氣技術是最能充分利用秸稈資源的一種清潔工藝。通過沼氣發酵把蘊藏在秸稈中的生物能,以沼氣形式釋放出來,作為能源使用,沼渣和沼液中含有氮、磷、鉀等元素成為優質的有機肥料,再進入新的物質能量循環系統中,對環境污染小,并且使秸稈資源得到了最大程度的利用。在我國,秸稈沼氣發酵當前主要采用濕發酵技術,但由于濕發酵技術耗能高、處理干物質的成本高且產氣效率不高等一系列缺點,再加上農村經濟的發展和農業結構的調整,禽畜養殖業主要向大規模的集約化形式發展,家庭養殖業生產的能夠作為發酵原料的禽畜糞便已經不多,使秸稈和禽畜糞便分離,限制了濕發酵技術適應的范圍和地域,所以,越來越多的研究者把目光投向了干發酵技術研究領域。國內干發酵技術起步較晚,受國外的影響在城市固廢垃圾方面的研究比較多,而對秸稈干發酵的研究并不多,大多數也是在近幾年才開始。干法發酵與濕法發酵有很大的不同,發酵工藝參數也不一樣,這些不同主要表現在發酵總固體濃度、發酵溫度、pH調節、堆漚時間、接種量等方面,因此很有必要對干發酵工藝參數進行研究。對于秸稈干發酵技術,采用不同的發酵原料,其發酵工藝參數是不同的。根據目前稻稈厭氧干發酵取得的進展和存在的問題,本文的研究內容主要集中在對干發酵的影響較為顯著的因素上,如堿劑量、含水率、接種時間、總固體濃度、接種物的接種量、發酵溫度等,對預處理和干發酵兩個階段的工藝參數優化,并對得出的最優工藝條件作了具體的研究,取得一定的成果,主要有以下幾個方面：（1）選取影響預處理的因素堿劑量、含水率和接種時間,進行三因素三水平的正交實驗,得到稻稈預處理的最優參數組合為：堿劑量為6%,含水率為80%,接種時間為6d。（2）選取影響干發酵的因素總固體濃度、接種物的接種量、發酵溫度,進行三因素三水平的正交實驗,得到稻稈干發酵過程中的最優參數組合為：總固體濃度為25%,接種物的接種量應為發酵原料的25%,發酵溫度為35℃。（3）選取四組稻稈,分別進行不優化、預處理優化、發酵過程優化、全過程優化四組實驗,對比分析各組實驗的發酵原料各組分的降解程度,結果表明全過程優化的發酵原料的降解程度最高。（4）實驗還研究了不優化、預處理優化、發酵過程優化、全過程優化四組實驗中日產氣量、累積產氣量、甲烷含量、發酵料液中COD濃度及pH值的變化情況。??
[關鍵詞]：干發酵;沼氣廠;稻稈;發酵原料;發酵溫度;堿劑量;接種量;接種時間;總固體濃度;沼氣發酵;產氣量;接種物;發酵工藝參數;厭氧發酵;含水率;發酵技術;沼氣池;沼氣技術;池容產氣率;禽畜糞便 [文獻類型]：碩士論文 [文獻出處]：河南農業大學
農業廢棄物資源化利用新方向一沼氣干發酵技術 李想1，趙立欣2，韓捷2，向欣2(1．中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所，北京100081；2．農業部規劃設計研究院農村能源與環保研究 所，北京100026)摘要：本文簡述了我國現存的農業廢棄物資源化利用技術及存在的問題，介紹了沼氣干發酵的技術概況、工藝 條件、產氣和造肥效果，最后得出了沼氣干發酵技術是我國農業廢棄物資源化利用的新方向的結論。
關鍵詞：農業廢棄物；秸稈；畜禽糞便；沼氣；干發酵 中圖分類號：$216．4；TK6 文獻標識碼：A 文章編號：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懂鰣恤，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
已成為當務之急。
農業廢棄物形式多種多樣，但按其來源分為秸
稈和畜禽糞便兩大類uJ。我國是農業生產大國，秸 稈資源相當豐富。根據我國主要農作物產量【2J，通 過谷草比【3J計算，2004年我國秸稈產量約為6億 噸，其中以稻草、玉米秸、麥秸為主，占秸稈總量的 77．2％。然而，近年來我國農村能源結構正在逐漸 發生變化，使用商品能源的農村人口逐漸增加，秸稈 利用率呈明顯的降低趨勢，在麥收和秋收季節，出現 了田問直接焚燒秸稈的現象。大量秸稈的露天燃
燒，不僅不能有效利用這部分資源，還導致C02，S02 等氣體的排放，污染了空氣，加重了全球氣候變暖。同時，隨著我國畜牧業的飛速發展，畜禽糞便量也隨 之增加，2004年我國畜禽糞便量已經達到了27億 噸HJ。目前，我國大多數養殖場糞便、污水的儲存和 處理能力不足，90％以上的規模化養殖場沒有污染 防治措施引5，畜禽糞便已經對土壤、水體、空氣和人 畜安全構成了嚴重的威脅。農業廢棄物引發的環境 污染問題日益突出，有效地處理和利用農業廢棄物 2我國農業廢棄物資源化利用技術及存在的問題 農業廢棄物也是物質和能量的載體，是一種特 殊形態的農業資源，具有巨大的開發潛力。作物秸 稈含有豐富的營養成分，并且其表面密度小、韌性 大、抗拉、抗彎、抗沖擊能力強，可廣泛應用于飼料、燃料、肥料、造紙、輕工食品、養殖、建材、編織等各個 領域【6J6。畜禽糞便蘊藏的生物質能，可開發產生沼 氣，具有很好的經濟效益【7J，另外畜禽糞便含有的 氮、磷、鉀等多種營養成分，施于農田有助于改良土 壤結構，提高土壤有機質含量，促進農作物增產?8。近年來，我國農業廢棄物資源化利用取得了一定的 成就，涌現了秸稈還田技術、秸稈氣化技術、秸稈成 型及炭化技術、秸稈制沼氣技術、秸稈飼料化技術、畜禽糞便肥料化技術、畜禽糞便能源化技術等農業 廢棄物資源化利用技術。
盡管我國農業廢棄物資源化利用技術呈多元化
發展態勢，但仍然存在一些問題，限制了這些技術在 我國農業廢棄物資源化利用中發揮作用。秸稈還田 收稿日期：2006-01—14 項目來源：農業部可再生能源專項“秸稈生物氣化技術篩選”項目
作者簡介：李想(1982一)，男，重慶人，碩士研究生，研究方向為農業廢棄物處理及資源化利用，E—mail：Lx6311@eyou．咖。
萬方數據
中國沼氣ChinaBiogas 2006，24(4)方面，隨著秸稈還田數量的增加，普通脫切機和旋耕 機已不能滿足實際需要，另外田間管理不到位，秸稈 不能充分腐解，以致難以被作物吸收利用。秸稈氣 化方面，我國現行的熱解氣化技術大都采用空氣煤 氣制氣法，所得氣的熱值較低，并且存在焦油問題。秸稈成型及炭化方面，目前對秸稈壓縮成型基礎理 論研究薄弱，無法滿足生物質壓縮成型設備開發與 研制的需要，關鍵技術難以解決，另外，對秸稈成型 燃燒理論及燃燒特性研究不夠深入，先進的秸稈成 型燃燒專用設備少，限制了秸稈成型燃料的大量生 產。秸稈飼料化方面，我國在秸稈發酵飼料的微生 物菌種及相應的發酵工藝方面、發酵秸稈飼料對各 類家畜的營養效果方面等，都缺乏深入的研究，且研 究的領域大都集中在反芻動物。畜禽糞便肥料化利 用方面，好氧發酵生產有機肥的過程中排放大量 NI-13，既污染了環境，又損失了肥力。
究，其具體研究內容是罐體加熱保溫裝置的選型和 操作參數設計，為大型沼氣干發酵系統的工程化提 供了一定的基礎理論。
國外對沼氣干發酵技術的研究比我國早，整體
技術水平較我國領先。從20世紀40年代起，德國、法國和阿爾及利亞就開始運用批量式沼氣干發酵技 術。20世紀80年代，德國、荷蘭、瑞士、布基納法 索、尼日爾等國家對沼氣干發酵進行了深入的研究。20世紀90年代，德國大量資助新型的間歇式干法 沼氣發酵技術的研發，在90年代末，該項工藝和裝 備通過了中試，并于2002年生產出產業化裝備，投 入實際運行。目前，國外的沼氣干發酵技術已經成 熟，如車庫型干發酵系統、氣袋型干發酵系統、干濕 聯合型發酵系統、滲濾液儲存桶型干發酵系
統[1507J等大型沼氣干發酵系統，已經投入生產性 應用，可進行規模化的沼氣生產。3沼氣干發酵的技術概況 4沼氣干發酵的工藝條件
沼氣干發酵是指以秸稈、畜禽糞便等有機廢棄
物為原料(干物質濃度在20％以上)，利用厭氧菌將 其分解為cH4，C02，H2S等氣體的發酵工藝。沼氣 干發酵由于其發酵原料的干物質濃度高而導致的進 出料難、傳熱傳質不均勻、酸中毒等問題，是沼氣干 發酵的技術難點，對此國內外都進行了深入的研究。我國從20世紀80年代起開始了戶用沼氣干發
酵研究，取得了一定的成果。葉森等【9J9從1986年開 始研究自動排料沼氣干發酵裝置和相應的半連續干 發酵工藝，于1988年8月通過了由農業部能源環保 局主持的技術鑒定。馬云瑞等[10]研制了分離儲氣 恒壓干發酵池，其產氣量基本能夠滿足四口之家一 日兩餐(6月～10月)炊事用能及照明用能(5月。11 月)?？岛愕聈lJ發明了小型高效穩壓式自動漫滲濾 干發酵沼氣池。北京合百意生態能源科技開發有限 公司對沼氣干發酵菌種進行了研究，研制了預處理 秸稈復合菌劑和低溫高效甲烷菌，目前正在進行推 廣示范[1 2I。
我國在21世紀初開始了大型沼氣干發酵研究，目前還處于小試研究階段。甘如?！?3J對畜禽糞便 厭氧干發酵處理攪拌反應器進行了研究，設計試制 出臥式螺帶攪拌發酵罐，通過試驗得出了操作參數 對發酵產氣過程的影響情況，確定了最優操作參數。晏水平【14J對大中型集約化養殖場畜禽糞便高溫厭 氧干發酵處理工程中的罐體加熱保溫裝置進行了研 4．1原料的C／N比
發酵原料的C／N比，是指原料中有機碳素和氮 素含量的比例關系。在沼氣發酵過程中，由于有 c心不斷生成，原料的C／N比是不斷下降的，因此 進料的C／N比可適當高些。當原料中N的含量過 高時，高濃度的氨態氮(NH3一N)將抑制厭氧發酵，在 消化過程中當氨濃度增加到2000 rng·L-1以上時，甲 烷產量降低【l8I。目前，一般認為沼氣干發酵適宜的 C／N比為25—30[19J。為了保證合適的C／N比，需 要對發酵過程的營養物質進行調控。孫國朝等[19】 在干發酵的工藝條件研究中，以不同的草糞比1：1，2：l進行試驗，研究結果表明兩者的發酵效果均良 好，產氣效果沒有明顯區別。鄒元良等[20J選用豬 糞、麥秸為原料進行原料的配比試驗，結果表明配比 為7：3或者6：4是比較合適的。Zhang Ruihong[21J在 試驗研究中把NH3添加到稻草消化液中，作為N源 的補充，以調節發酵原料的碳氮比為25左右。4．2原料的預處理
原料預處理包括物理預處理、化學預處理和生 物預處理。物理預處理包括切碎、研磨等方法。
Zhang Ruihong[2lJ在用稻草為底物的沼氣干發酵試驗 中，采用研磨和切碎兩種物理預處理方法處理稻草，研磨比切碎在沼氣產量上高出12．5％。L M Pal． mowski等[22】研究了有機廢棄物厭氧消化時，廢棄物 顆粒大小對產氣效果的影響，對于纖維素含量高的 萬方數據
中國沼氣China Biogas 2006，24(4)25 固體廢物，粉碎能顯著提高沼氣產量和有機物的降 解率以及縮短消化時間，減小了消化體積。冷成保 等【23J在暗河式生活垃圾干發酵處理研究中，把垃圾 用破碎機破碎以減少垃圾的粒徑?；瘜W預處理包括 酸堿浸泡、熱處理等。Ghosh等【24J研究了用堿預處 理城市固體垃圾后進行高溫(55℃)兩相消化處理，甲烷產量提高35％。Zhang Ruihong【21J在進行稻草 固體厭氧消化的研究中，對稻草分別進行60℃，90 ℃，110℃的熱處理，結果是預處理的溫度越高，甲 烷生成量越多。生物預處理主要是指發酵原料的好 氧堆漚，鄒元良等120j在農村沼氣干發酵的研究中指 出，對發酵原料進行3—5天的堆漚，有利于控制發 酵原料的酸堿度，使原料獲得抗酸化的能力，可有效 解決干發酵中易出現酸化的問題。4．3干物質濃度
水分是微生物活動不可缺少的重要因素，在干 發酵過程中如果干物質濃度過高而水分含量過低，會導致揮發性酸的積累，引發酸中毒，從而導致干發 酵過程的終止。劉曉風等【25J對城市有機垃圾進行 干發酵研究發現，Is濃度在30％～40％是比較理想 的干物質濃度。冷成?！?3j在暗河式生活垃圾干發 酵處理研究中指出，在控制總C／N(為30：1左右)滿 足厭氧消化順利進行的情況下，對垃圾固體含量從 8％～40％進行實驗，認為25％一30％是較理想的干 物質濃度。孫國朝【19 J等以草和糞為發酵原料，在 rIS含量為8％～30％時，隨著髑含量的增加，產生 的沼氣中甲烷含量有所下降，c02含量有所上升，但 產生的總沼氣量相應增加，當，IS含量為35％時，pH 為5．5。5．6，發生酸積累，沼氣發酵受抑制。4．4接種物
優質足量的接種物是沼氣干發酵順利啟動的重
要保證。鄒元良等【20J指出，取產氣正常的沼氣池中 的活性污泥為接種物，以比重1．03，波美度4作為 一個粗略的指標，可保證接種物質量。劉曉風等[25] 對城市有機垃圾厭氧進行干發酵研究中，選擇厭氧 消化污泥作為接種物，按試驗原料的總聰量與接種 物量10：l進行接種，結果表明發酵和產氣均正常。孫國朝等【19J指出，加大接種量，是防止干發酵前期 偏酸、縮短干發酵啟動時間的關鍵措施，但是干發酵 接種量達到一定時，分解率就達到了一定極限，接種 劑量在20％～30％范圍內為宜。4．5發酵溫度
根據發酵溫度不同，厭氧干發酵分為常溫發酵、中溫發酵(30℃一38℃)和高溫發酵(50℃。55 ℃)E27]。常溫發酵，產氣率低，產氣周期長，受環境 溫度影響大。中溫發酵與常溫發酵相比，分解快、產 氣率高、氣質好，有利于規?；a。高溫發酵，分 解快、產氣率高、環保效果好，但氣質稍差、耗能較 多。4．6 pH值
厭氧發酵的適合pH值為6．8～7．4，6．4以下或 7．6以上都對產氣有抑止作用，pH值在5．5以下，產 甲烷菌的活動則完全受到抑止[28]。在沼氣干發酵 過程中，如果水解發酵階段與產酸階段的反應速度 超過產甲烷階段，則pH值會降低，影響甲烷菌的生 活環境。在沼氣干發酵啟動過程中，時常有這種現 象發生，即酸中毒。對發酵原料進行1～3天的好氧 堆漚，可減少揮發性脂肪酸，從而有利于沼氣干發酵 啟動時的pH值處于正常范圍內[15]。在發酵過程
中，對發酵原料的pH值進行監控，當pH值低于6．4 時，可加入石灰水或者氨水調節，可保證沼氣干發酵 過程的順利進行【29J。4．7攪拌
對發酵物進行適當的攪拌，可使微生物與發酵
原料充分接觸，增加原料的分解速度，擴大活性層，使得所產生的沼氣容易分離而逸出，提高產氣
率【30J。常用的攪拌方法有液流攪拌和機械攪拌。液流攪拌即從外部將發酵液從反應器底部抽出，再 從反應器頂部以一定角度噴回。車庫型干發酵系
統、滲濾液儲存桶型干發酵系統都采用了液流攪拌。機械攪拌是指在反應器內安裝葉輪等進行的攪拌。目前，已有對沼氣干發酵機械攪拌進行的試驗研究，如甘如?！?3J對畜禽糞便厭氧干發酵處理攪拌反應 器的試驗研究。
5沼氣干發酵的產氣和造肥效果 5．1產氣效果
國內外大量的研究結果表明，沼氣干發酵產氣
效果良好。M．kottner[15J采用車庫型沼氣干發酵系 統，以牛糞和50％的接種物進行中溫(35 oC)發酵，在沼氣干發酵開始后的2～5天后產氣趨于穩定，甲 烷含量保持在60％～65％之間，產氣高峰在10～28 天內。F．Kaiser等【31J采用德國Bioferm公司的車庫 型干發酵系統進行中溫發酵，飼草的產氣率為 191．38 L·kg-1干物質，綠化廢棄物的產氣率為
188．64L·kg。1干物質，牛糞產氣率為218．48 L·kg-1
萬方數據 中國沼氣ChinaB婦∞2006，24(4)干物質，產氣高峰都在前30天內。T KBhattacharya 等[31]對未稀釋的牛糞和稀釋后的牛糞(糞水比為l： 1)在35℃進行60天的厭氧干發酵，實驗結果表明 未稀釋的牛糞的生物可降解性為30．7％，稀釋后的 牛糞的生物可降解性為32．5％，認為35℃時厭氧干 發酵的產氣效果與傳統濕發酵的產氣效果基本一 樣。曲靜霞等【32]的研究結果表明：當發酵溫度為(35±1)℃，偈含量為20％，原料滯留期為60天，平均池容產氣率為2 L·L-1d_。，甲烷含量達65％以 上。
5．2造肥效果
營養成分是評價沼氣干發酵造肥效果的一個重 要方面。國內學者對沼氣干發酵過程的營養物質損 失隋況進行了研究，研究結果表明沼氣干發酵過程 營養成分損失少。孫國朝等【33J的研究指出，沼氣干 發酵的全氮損失率為1．2％～2．5％。王天光[34J的 研究指出，沼氣干發酵、水壓式沼氣發酵、敞口漚肥、堆肥的全氮保存率分別為91．7％，88．8％，74．9％和 69．5％。何麗紅【26]指出，在發酵溫度為55℃，C／N 比為12．5，沒有攪拌操作的工藝條件下，全氮損失 率為1．1804％。
衛生指標是評價沼氣干發酵造肥效果的另一個 重要依據。國外學者對沼氣干發酵沼渣的衛生情況 進行了研究，研究結果表明沼氣干發酵的殺卵滅菌 效果好。Ten Brummeler[33J的實驗結果表明：在經過 2l天的發酵后，沼氣干發酵對腸細菌、沙門氏菌、假 單細胞菌、鐮刀菌的去除率都大于99．99％。6結語
沼氣干發酵技術，能夠保證畜禽糞便和作物秸 稈在干物質濃度較高的情況下正常發酵，產生清潔 能源(沼氣)和優質有機肥，基本上達到零排放，符合 我國廣大農村地區對優良環境、清潔能源和優質有 機肥的需求。目前我國已經開展了戶用沼氣干發酵 技術示范，但是隨著農村城鎮化以及養殖的集約化 發展，對秸稈氣化集中供氣及畜禽養殖場能環工程 的需求將不斷加大，大型沼氣干發酵將成為農業廢 棄物利用的重要選擇。參考文獻：
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http：／／www.tmdps.cn ※通信作者：陳海濤(1962一)，男，黑龍江人，教授，博士生導師，主要 從事生物質材料和現代農業裝備方面的研究。哈爾濱東北農業大學工程學 院，150030。Emaih haita01963@yalloo．corn．∞ 本文以反芻動物發酵生產沼氣后的剩余物中提取的 殘渣為研究對象，對其物理特性和沼渣纖維化學成分進 行分析，得知沼渣纖維含有人量木質纖維素，這些木質 纖維素經高效轉化可用來制漿造紙、發酵生產乙醇、氣 化發酵制乙醇、生產板材等，為沼渣資源高值化利用技 術研究提供參考依據。1 沼渣物理成分測定試驗 1．1材料與儀器
試驗材料：以玉米秸稈為飼料的牛糞便厭氧發酵生 產沼氣后的沼渣。
試驗儀器：FB—l型分析篩，SS7振擺式篩分機，深圳
市衡興通電子儀器有限公司生產的Motic SMZ．168一TL型 光學照相顯微鏡，MoticImagesPlus軟件等。1．2方法
1．2．1試驗樣本制備
將牛糞便厭氧發酵生產沼氣后的剩余物清洗、干燥
得沼渣原料，隨機選取7500g，平均分成10個樣本。采
用目數分別為0．
25、0．5、1、2、5 mlTl的篩子，將沼渣原 料篩分為 25、0．25～<0． 5、0．5～ 篩分后，用火焰法得到各組分中礦物質的含量，取 lO個樣本平均值為測試結果。1．2．3沼渣纖維形態測定 取不同組分的沼渣纖維樣本，采用MoticSMZ．168． TL型光學照相顯微鏡，選定合適的物鏡、目鏡，調節目 鏡至觀測最清晰狀態，對所選樣本拍照，每個組分隨機 拍照10張，將所得照片輸入計算機中，通過MoticImages 萬方數據 278 農業工程學報 2010龜 Plus軟件直接測量出纖維的長度與寬度。本次試驗Motic ImagesPlus軟件設定測量單位為mm，精確到O．001mm。在每組分照片中隨機量取lO根纖維的長度和寬度，得到 50組纖維長、寬測量結果。1．2．4纖維評價指標 由于纖維成分及結構的多樣性，用途不同評價標準 及方法也多種多樣。本研究參考制漿造紙理論選取長寬 比作為沼渣纖維質量評價指標，依據“造紙纖維長度測 定法”(GBl0336--1989)，數量平均纖維的長(寬)度由 式(1)計算。k=每 ㈩ 式中：工Ⅳf——第i組數量平均纖維長(寬)度，mill，f 為組數，盧l，2??一；L，——第i組纖維的總長(寬)度，inm；M——第f組纖維的總根數。 求出數量平均纖維長和數量平均纖維寬，即可得出 各組分纖維的長寬比【141。2沼渣纖維化學成分測定 2．1材料及儀器 材料及助劑：經1．0 m／n的篩網篩下的沼渣纖維約 1．5g，硅藻土，亞硫酸鈉，中性洗滌溶液(NDS)，正辛 醇，酸性洗滌溶液(ADS)和15℃時72％硫酸。 試驗儀器：分析天平(精度0．1 mg)，P2坩堝，真空 烘箱70℃，干燥器，Fibertec熱浸提單元，Fibertec冷浸 提單元，加熱板，洗瓶和馬弗爐(525士10)℃等。2．2方法 本試驗采用福斯中國有限公司生產的Fibertee 2010&M6系統進行測定分析，按順序依次測定NDF(中 性洗滌纖維)、ADF(酸性洗滌纖維)和ADL(酸性洗滌 木質素)，各種成分分別按公式(2)～(4)計算[15-1s]。NDF=(％一職+c)／％ (2)式中：ⅣDF——中性洗滌纖維質量分數，％；職——樣 品質量，g；％——干燥后坩堝和殘留物質量，g；％—— 灰化后坩堝和灰分質量，g；C——空白校正，g。下同。彳DF=(％一％+c)／％ (3)式中彳DF——酸性洗滌纖維質量分數，％。ADL=(W2一％+C)／％ (4)式中ADL--酸性洗滌木質素質量分數，％。 因為NDF(中性洗滌纖維)中包含纖維素、半纖維 素和木質素3種物質，ADF(酸性洗滌纖維)中只包含 纖維素和木質素，ADL(酸性洗滌木質素)中只有木質 素，所以根據公式(5)～(7)即可計算出沼渣纖維中 纖維素、半纖維和木質素的質量分數。a=ADF一彳D正 (5)式中口——纖維素質量分數，％。b=NDF—ADF(們 式中6——半纖維素質量分數，％。C=似 (7)式中c——木質素質量分數，％。3結果與分析 3．1沼渣物理特性 3．1．1沼渣物理成分 沼渣物理成分測定與計算結果如表1所示。表l 沼渣物理成分及其質量分數 Table l Physical compositionsandtheir masspercentagesof biogasresidue 由表1可知，沼渣主要由3部分構成，纖維比例最 大，礦物質比例最小。在非礦物質雜質中主要有塑料、毛發和草籽等。 3．1．2各組分沼渣纖維及礦物質含量 各組分纖維和礦物質含量測定及計算結果如表2所 示。 表2各組分纖維和礦物質含量及其質量分數 Table2 Fiber and minerals content，and their masspercentagesof eachgroup 由表2可知，纖維中0．25 <0．5 ITlnl組分質量分數 最大，>5 ITIIn組分的最??；0．5～<1 real組分礦物質質 量分數最高，>5 lllm組分的最小。3．1．3纖維形態 每個組分纖維形態照片如圖1所示。&0．25～<0．5哪(目鏡IOX，物鏡2X)b．0．5～ 劉麗雪等：沼渣物理特性及沼渣纖維化學成分測定與分析 279 圖l 在顯微鏡不同放大倍數下各組分纖維形態 Fig．1 Eachcomponentfibermorphologyofthe differentamplificationundermicroscope 3．1．4纖維長寬比 通過Motic Images Plus軟件測量分析，各組分纖維 長寬比結果如表3所示。 由表3可知，平均纖維長的分布范圍為0．52～4．80 mm，0．25～<0．5 mm組分的最小，>5 mill組分的最大：平均 纖維寬的分布范圍為0．03～O．26舢，0．25～<0．5 mln組 分的最小，0．5～<1 I衄組分的最大；平均長寬比的分布 范圍為3．92～32．14，0．5～ 根據公式(2)～(4)計算得出：NDF(中性洗滌 纖維)質量分數為82．3％，ADF(酸性洗滌纖維)質量分 數為60．4％，ADL(酸性洗滌木質素)質量分數為15．6％。根據公式(5)～(7)計算出沼渣纖維中纖維素、半纖維和木質素的質量分數，如圖2所示。圖2沼渣纖維化學成分 Fig．2 Chemicalcompositionsofbiogasresidue fiber 根據相關研究結果【19‘20l，將稻草、麥草和玉米稈中 纖維素、半纖維素和木質素的質量分數與沼渣纖維對比，如表4所示。 對比分析可知，經過厭氧發酵后的沼渣纖維中纖維 素質量分數較水稻、小麥和玉米等農作物秸稈高5％以 上，同時半纖維素質量分數較水稻、小麥和玉米等農作 物秸稈低5％，木質素質量分數基本未變。這一結果表明，厭氧發酵對纖維成分中的木質素沒有影響，而使得半纖 維素相對含量減少，纖維素相對含量增加，這對于沼渣 纖維的資源化利用是有積極意義的。表4生物質的化學組成 Table 4 Chemicalcompositionofbiomass 4結論 通過對沼渣物理特性及沼渣纖維化學成分的測定研 究，可以得出以下結論： 1)沼渣物理成分中含纖維64％、非礦物質雜質35％、礦物質1％：其纖維長寬比分布范圍為3．92～32．14，離散 度較大。 2)沼渣纖維化學成分中含纖維素44．8％、半纖維素 21．9％、木質素15．6％、灰分及其他雜質17．7％。反芻動 物糞便厭氧發酵生產沼氣后的沼渣中纖維素質量分數較 水稻、小麥和玉米等作物秸稈的高5％以上，半纖維素質 萬方數據 280 農業T程學報 2010芷 量分數較水稻、小麥和玉米等農作物秸稈低5％。[參考文獻] 【1】 吳淑杭，姜震方，俞清英．禽畜糞便污染現狀與發展趨勢 叨．上海農業科技，2002，(1)：9—10． [2】2008年中國沼氣市場研究報告【EB／OL】．http：／／www.tmdps.cn 維普資訊 http://www.tmdps.cn 1 厭氧干發酵機制 與厭氧濕發酵機制一樣，干發酵主要是厭氧和兼 性厭氧微生物在厭氧環境條件下分解有機物產生沼氣 的過程，包括水解、酸化、乙酰化、甲烷化等反應階 段[9]，如圖1所示。 首先，水解菌將復雜的有機聚合物如碳水化合物、蛋白質和脂質分別轉化成糖、氨基酸和脂肪酸。這些 可溶的單體化合物又被發酵菌轉化成揮發性脂肪酸混 合物和其他一些副產物如丙酸鹽、丁酸鹽、酒精等。乙 ?；⑸镞M一步將上一階段的有機酸轉化成醋酸 碳水化合物，蛋白質，脂肪 糖，氨基酸，脂肪酸 乙酸鹽 H2，CO2 CH4，CO2 酸化 乙?；?/p> 同型產乙酸菌 甲烷化 乙酸鹽氧化菌 水解 圖1 厭氧干發酵產甲烷機制 鹽、CO2和氫，這些物質可以直接用于產甲烷[10]。干發 酵最后一個階段是在兩組產甲烷菌的作用下生產甲 烷，一組是乙酸利用產甲烷菌將醋酸鹽轉化為甲烷和 CO2，其中甲烷是由醋酸鹽的甲基轉化形成的，而CO2 是由羧基轉化形成的[11]； 另一組是通過氫利用產甲烷 菌的作用將氫和CO2轉化為甲烷[10,12]，其中氫作為電子 供體，CO2作為電子受體[11]。2 典型的干發酵工藝 干發酵工藝大體上可以分為批式發酵工藝和連續 發酵工藝兩類，研究中主要介紹2種典型的批式發酵 工藝和3種連續發酵工藝。2.1 批式發酵工藝 2.1.1 農村戶用沼氣批式干發酵工藝 該工藝目前主要 應用于農作物秸稈的處理，在原料預處理階段，首先需 要用鍘草機將秸稈鍘成3~6 cm，然后加生石灰水用于 調節pH，并起到初步破壞秸稈木質纖維素結構的作 用，同時需要添加碳銨或尿素用以增加氮源。預處理 后的原料在發酵前需要堆漚3~5天，堆漚期間接種產 甲烷菌是不可缺少的關鍵步驟。堆漚后的秸稈與加入 池內的接種物分層裝料[13]。該工藝的優點在于能提高 池內溫度，但同時也存在出料難的問題。 2.1.2 車庫型沼氣干發酵工藝 車庫型干發酵工藝是一 種專用于處理有機固體廢棄物的干厭氧消化技術，其 發酵裝置由多個發酵單元并排組成，形似車庫，故命名 為車庫型干發酵工藝。該工藝一般應用于中溫發酵處 理固體含量高達30%~40%的有機廢棄物，是一種穩定 的、可靠的、有效的能源回收和廢物處理的有效方 法[14]。世界上第一個規模化的車庫型發酵裝置于1997 年9月修建于荷蘭的萊利斯塔德，年處理固體廢物量 可達5萬t[15]。與其他干發酵技術相比，車庫型干發酵 技術具有很多獨特的優點[16]： 首先，車庫式干發酵操作 過程不受無機物質如塑料、木塊、沙石等的影響，可以 使用相對比較粗放的物料，因而簡化了物料預處理過 程，無需過多花費人力和設備做篩分，極大程度地降低 了工程成本； 其次，車庫型干發酵裝置中沒有攪拌器等 運動部件，系統的可靠性也很高，能耗小； 再次，可使用 通用的裝載機等工程機械進料、出料，設備利用效率 高，通用性強。2.2 連續發酵工藝 20世紀90年代，干發酵技術開始盛行，幾種商業 化的干發酵工藝逐步發展起來，用于有機固體廢棄物 的處理，如 Dranco 工藝[17]、Kompogas 工藝[18]、Valorga · · 22 祝其麗等： 有機固體廢棄物干發酵產沼氣研究進展 工藝[19]等。 2.2.1 Dranco豎式推流發酵工藝 Dranco豎式推流發 酵工藝在1983年興起于比利時，采用豎式推流設計 原理和圓錐底部螺旋出料方式[20]。該工藝主要用于 處理固體含量高達30%~40%的有機廢棄物[21]，部分 沼液被循環利用作為該工藝發酵接種物，在加入發酵 罐之前跟原料以大約6:1的比例混合[22-23]。Dranco工 藝無攪拌機制，在發酵過程中，蒸汽被注入發酵罐以 滿足該工藝高溫發酵的特點(55℃)，其滯留時間約為 2~3 周，每方發酵罐每天能產約 5~8 m3的沼氣。 Karagiannidis和Perkoulidis就能量產出、原料回收、運 行成本和CO2釋放量方面對5種不同的厭氧發酵工藝 進行了評估，結果顯示Dranco工藝具有低成本、高能 源回收率等優勢[24]。 2.2.2 Kompogas臥式推流發酵工藝 Kompogas臥式推 流發酵工藝在20世紀80年代末興起于瑞士，該工藝一 般用于處理固體含量為 23%~28%的原料 [20]。與 Dranco工藝相似，該工藝產生的沼液可以循環利用作 為接種物參與發酵，而沼渣經堆肥處理后可以作為很 好的土壤肥料。該工藝同樣適合高溫發酵，其固體滯 留時間約為15~18天。Kompogas發酵罐呈水平狀，原 料的運輸依賴于發酵罐內部軸向的旋轉攪拌器，它能 將發酵原料從入口傳輸到出口，避免了可能出現的原 料堵塞問題[20]。Kompogas工藝的運行成本相對降低，年處理固體廢棄物高達5000~100000 t[25]。 2.2.3 Valorga豎式氣攪拌工藝 Valorga豎式氣攪拌工 藝于1981年興起于法國，首先應用于處理城市固體廢 V7干式制砂設備介紹 V7系列干式制砂生產設備，是目前國內較為先進的干式制砂生產工藝，生產系統可靠。它的成品砂級配連續、細度模數可調可控、粒形圓潤、含粉量可調節等特性。在環保方面，V7系列干式制砂生產設備的粉塵排放和早已污染達到國際水平，可以安裝在城市里。砂石骨料是影響混凝土品質的關鍵因素，V7生產的高品質成品砂在降低混凝土水泥用量的同時，可極大提高混凝土的力學性能和耐久性，從而提高建筑質量，延長建筑壽命，利國利民，極大促進了砂石行業的技術升級。 南方路機的V7系列干式制砂設備以US7主機、空氣篩為核心，由振動給料機、鼓風機、調控板、回收過濾器、除塵器、加濕器以及引風機組成的閉環控制系統，自動調節細度模數以及自動控制石粉含量為核心技術,具有以下特點：顆粒形狀優，級配連續，石粉含量可控，細度模數可調，環境友好。 1)顆粒形狀優：具有絕佳的圓粒度，可以與天然砂相媲美； 2)級配連續：以往難以生產的0.6～0.15mm范圍內的粒度得到大幅度增產，且級配完美的落在國標Ⅱ區； 3)細度模數可調：根據細度模數與能耗的曲線關系，調整產品的粒度大小，從而改變產品的細度模數，其變化幅度在±0.06之間，穩定度非常好； 4)石粉含量可控：由空氣篩中的鼓風機搭配除塵器的引風機，調配風量，通過引風機和鼓風機的吸吹作用，可以調整回收的石粉含量； 5)環境友好：粉塵零排放，低噪音、無振動設計。 作為國內最重要的機制砂設備生產商之一，南方路機將始終堅持穩步前進的發展理念，爭做行業技術的領頭羊，從礦山設計、骨料生產，混凝土攪拌、干混砂漿攪拌、瀝青混合料攪拌、固體廢棄物處理等方面全面加強技術研發和新產品推廣，為我國建筑工業健康發展做出貢獻。第五篇：V7干式制砂設備介紹
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