第一篇：發酵技術的教學設計

各位評委、各位老師：

大家好！我叫王曉斌，來自安陽市第三十四中學。今天，我參賽的題目是《發酵技術》。下面我從教材認知、學情分析，教學方法、學法指導、教學過程和實驗創新及教學效果六個方面來談談我對這節課的理解與設計。

一、教材認知：

（一）教材分析

《發酵技術》是北師大版八年級下冊、第25章《生物技術》第一節的內容，教材安排4個課時完成，我說的是第一課時的內容。本節教材安排了豐富多樣的學生實踐活動，通過活動學生不僅習得有關微生物發酵的基礎知識，提高相應的實踐能力，而且能體會到生物科學知識和技術在生活、生產和社會發展中的應用價值。

根據教材分析，我確定教學目標為：

（二）教學目標：

知識目標：

①舉例說明發酵技術在生活中的應用；

②運用發酵技術制作一種傳統食品；

能力目標：

①通過預習、討論、動手操作，能用所學的發酵知識嘗試自己制作酸奶，體會自主探究的過程；

②通過活動和探究，培養學生實踐能力，收集處理信息的能力，分析問題、解決問題的能力，合作交流的能力，提高學生的生物科學素養。

情感目標：

①認同發酵技術對提高人們生活質量和身體健康水平的意義；

②體驗合作交流的快樂，培養團隊精神和意識；

（三）教學重點和難點：

重點：“品嘗一杯自制的酸奶”活動

難點：調查發酵技術在生活中的應用。

二、學情分析

學生對于本節內容比較感興趣，又有前面微生物學部分的基礎，課下完成探究、調查的課程內容難度不大，而且好奇心強、好動、爭強好勝又是他們身上明顯的特點。

三、教學方法

根據教材和學生特點，采用以下教學方法

1、組織交流法：鼓勵學生大膽嘗試，給學生成果交流的機會。

2、組織討論法：通過組織討論明確實驗原理、步驟，高效地解決問題。

3、啟發教學法；通過教師點撥，構建高效課堂。

四、學法指導

根據學生認知規律，指導學生掌握：

1、合作探究法；

2、調查訪談法；

3、分析歸納法。

五、教學過程

根據生物課程標準提出的面向全體學生的基本理念，以及初中生思維由簡入難的特點，我將教學過程設計為五個環節：精心組織課前準備、創設情境引入新課、合作探究學習新知、歸納總結反饋強化、知識遷移課堂延伸。

環節

一、精心組織課前準備：（活動前2周完成）：

（一）教師準備：課堂上由于無法完成發酵酸奶和釀制米酒，我設計讓同學們課下自制酸奶和采訪米酒攤主活動。為使這兩個活動能夠順利進行，活動前要對學生進行培訓。通過培訓，讓各班活動小組明確兩個活動的目的、原理、材料、步驟和注意事項等。

（二）學生準備：接受教師培訓，按照培訓內容，具體準備如下：

活動1：【課下自制酸奶】

1、明確實驗目的；

嘗試制作一杯酸奶，了解酸奶的制作原理。

2、理解實驗原理；牛奶中的營養物質在無氧、溫度適宜的條件下，由乳酸菌發酵成為乳酸；

3、準備材料器具；帶密封蓋的杯子或瓶子、酸奶一瓶、鮮牛奶、湯勺、溫度計、手表、白砂糖等。

4、清楚制作酸奶的步驟；將容器洗凈消毒，牛奶加糖煮開，冷卻，加入酸奶，搖勻加蓋密封，經過一段時間發酵成為酸奶。

5、明確合格酸奶的標準；顏色、質地、狀態和味道；

6、記住注意事項。

7、完成實驗探究工作。

活動2：【采訪米酒攤主】

1、理解制作米酒的原理：米飯中的淀粉，在30℃、由曲霉毛霉轉化成為葡萄糖，在30℃、無氧的條件下，由酵母菌發酵成為酒精。

2、明確采訪提綱；

3、記住采訪注意事項。

4、完成采訪工作。

環節

二、創設情景，引入新課

展示一些圖片，然后提問：這些圖片與什么技術有關？進而引出本節課的標題。目的是激發同學們學習的興趣。使他們認識到發酵技術與我們的生活息息相關。

環節

三、合作探究，學習新知。

發酵技術可以為我們帶來美味的飲料，比如酸奶。制作酸奶在課堂上無法完成，所以我設計讓同學們在課下制作酸奶，課堂上展示實驗過程的視頻。包括四個板塊：

板塊

一、課下自制酸奶匯報

通過播放課下學生自制酸奶活動視頻，來展示學生具體實驗的過程，他們積極主動地投入實驗活動，包括拍攝都是他們自己獨立完成的，充分鍛煉了同學們動手實踐的能力，明確了實驗目的、原理、步驟，培養了合作交流能力，形成了團隊精神。

我們可以看得出同學們分工協作，認真組織安排，明確了實驗的步驟。

平時同學們在家不干什么家務，通過課下實驗鍛煉了他們動手實踐能力，明確了制作酸奶的實驗目的、材料用具、實驗步驟和原理，學會了制作酸奶！

經過一段時間后，同學們的酸奶終于發酵成功了，他們開始品嘗自己的勞動成果。看得出他們在實驗中真的是非常的快樂！同時圓滿地完成了本節課設計的教學目標。在活動中掌握的知識是印象最深刻最牢固的。

板塊

二、高談闊論：目的是檢驗同學們學習的效果，由于他們在課下都進行了這樣的實驗探究，他們都能順利的回答出答案。對于回答出答案的同學，活動小組代表可以用自己制作的酸奶給予獎勵。

板塊

三、街頭采訪米酒攤主匯報。釀制米酒的實驗由于材料多，難度大，時間長，課堂上無法完成，所以我采用讓學生到街頭采訪米酒攤主，向他們詢問有關釀制米酒的各種問題。通過活動他們明確了釀制米酒的原理、步驟、注意事項，鍛煉與陌生人溝通的能力，提高了語言表達能力，轉變了學習的方式。

活動結束時，同學們拍照，留下了學生時代值得記憶的美好瞬間。

板塊

四、我問你答：目的是檢驗同學們學習的效果，同學們都能輕松應答。

環節

四、歸納總結，反饋強化。通過板書對本節內容進行的歸納。馬上進行練習檢測同學們學習的效果。

環節

五、知識遷移，課堂延伸。乳酸菌還可以發酵泡菜和青貯飼料，布置一項實踐作業：同學們可以在課下利用乳酸菌嘗試制作泡菜。

六、實驗創新和教學效果

把課堂上難以完成的實驗遷移到課下，由學生組成團隊進行課下實驗探究，然后在課堂上集中展示實驗過程、實驗效果，并相互品嘗自制的酸奶。通過這樣的活動不僅最大限度地調動了同學們參與實驗的積極性和主動性，充分發揮了學生主體地位和教師主導作用兩方面的優勢，而且提高了他們的動手實踐能力、語言表達能力、形成分工合作的意識，使他們體會到實驗的快樂!他們在和諧、愉悅地課堂氛圍里輕松地學習，真正成為學習的主人，從而達到了課堂的高效性！

反思：在新課程理念下，我們真地要轉變傳統的教學觀念，轉變同學們的學習方式，充分相信學生，解放孩子們的手腳，放心大膽地去嘗試。這樣我們教改的天空會更遼闊,更蔚藍!我的說課到此結束，謝謝！

第二篇：發酵秸稈技術

益加益生物工程有限公司

電話：*** 發酵秸稈技術

我國是農業和食品大國，粗飼料資源極其豐富，各種食品糟渣和農業廢棄物得不到綜合利用是極大浪費。各種食品廠糟渣含有豐富的營養，被處理之后利用具有很大的經濟效益。利用秸稈和牧草作飼料在美國、日本、加拿大等都有成熟的技術，即便是發達國家，肉禽蛋價格低得與我國幾乎相差無幾。我國年產各類秸稈約9億噸，用于做飼料不足10%，另外一部份焚燒，還有部份機械還田。特別是焚燒，是對自然資源的極大破壞。現在各級政府和農民也開始重視秸稈的綜合利用。全國農村到處有秸稈，到處養殖了畜禽，利用秸稈做飼料，市場潛力非常巨大。

一 秸稈發酵的生物原理

在高效生物因子(各種分解酶、多種微生物活菌)的作用下，將秸稈里的粗纖維(纖維素、半纖維素)、木質素、木聚糖長分子鏈、木質化合物的酯鍵發生酶解，把動物不能吸收的高分子碳水化合物轉化成可吸收利用的低分子碳水化合物，即能量飼料；多種微生物活菌能大量吸取動物難以利用的有機氮、無機氮，使之轉化成營養成份較高的多種菌體蛋白質，即蛋白飼料；多種微生物活菌在發酵中能產生大量蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纖維素分解酶，B族維生素和A、D維生素；多種微生物活菌在動物體內建立微生態平衡，增強了免疫力。

二 發酵秸稈做生物飼料的好處．提高飼料轉化率，降低成本。

經益加益發酵菌液發酵或處理過的飼料大分子有機物被分解為小分子有機物，更有利于動物體的吸收利用，加之菌體本身及其合成分泌的活性酶等物質均大大提高了飼料的營養價值。經測定，益加益菌液發酵飼料中所含 18 種氨基酸總量明顯增加，且適口性好，畜禽喜食。飼喂益加益發酵菌液飼料一般可使料肉比、料蛋比下降 10-20 ％。．對各種常見病有奇特的防治效果。

益加益發酵菌液能提高畜禽的免疫力和抗病性，降低發病率。在臨床上可有效預防和治療一般常見病。

官方網站：www.tmdps.cn 益加益生物工程有限公司

電話：***

．促進生長，提高日增重，縮短飼養時間。

乳豬較常規飼養日增重增加 40 ％以上，育肥豬一般可提前 10 天上市；僵豬能改善生長性能，逐步恢復到正常豬的生長速度。肉雞（鵝）可提前 3-7 天上市。

．明顯提高繁殖率。

交配前 20 天開始喂益加益菌液飼料，母豬產仔率可提高 30-50 ％，母羊受胎率 100 ％，雙胞胎、三胞胎逐漸增多；且小畜健壯，生長快。不孕母豬飼喂 益加益飼料半個月后會發情受孕。蛋雞可提前 10 天左右產蛋，延長產蛋高峰期兩個月以上，產蛋率提高 15 ％以上。

．除臭、驅蚊蠅，改善飼養環境。

．全面改善肉、蛋、奶品質，生產鮮嫩無腥的純正天然綠色食品。

三 發酵秸稈方法 ：

(一)、發酵原料

各種農作物秸稈粉、樹葉雜草粉、瓜藤粉、水果渣、干蔗渣、谷殼粉、統糠、食用菌渣、酒糟、啤酒糟、糖渣、醋渣、淀粉渣、木薯渣、檸檬酸渣、醬油渣、味精渣、粉渣、豆腐渣、藥渣、油渣、油餅粕、糠麩、棉菜粕、霉變飼料、屠宰下腳料、潲(泔)水、剩飯菜、雞糞等廢棄物

(二)、發酵配比

玉米粉15%，麥麩15%，上述發酵原料一種或多種總量為70%。

(三)、注意事項

1、如果添加農作物秸稈粉、樹葉雜草粉、瓜藤粉、水果渣、干蔗渣、谷殼粉、統糠、食用菌渣、雞糞等，其合計不超過發酵原料總量的30%。

2、多種發酵原料混合發酵優于單一發酵原料發酵，能量飼料(玉米粉、麥麩、米糠)可以將一種物料單獨發酵，也可將兩三種物料按任意比例混合發酵。

(四)、發酵方法

1、發酵配比：配置粉碎好(過篩1mm孔))的發酵飼料1000公斤，水350-400公斤(夏天350，冬天400)，益加益發酵菌制劑1-2公斤。

官方網站：www.tmdps.cn 益加益生物工程有限公司

電話：***

2、制作稀釋活化發酵液：將1-2公斤菌種倒入350-400公斤水中攪拌均勻備用。

3、將制成的稀釋發酵液與1000公斤發酵飼料混合均勻，濕度以手捏成團不滴水，一觸即散為宜。有攪拌機的大型養殖場將稀釋發酵液慢慢加入飼料中攪拌均勻即可；沒有攪拌機的養殖戶將活化發酵液慢慢少量噴到飼料上，用鐵鍬攪拌均勻，注意：不能有團塊、水結塊，用手將團塊、水結塊搓散攪拌均勻。

4、大型養殖場可以將配置好的飼料在地面壓實堆成垛或者裝入水泥池壓實，用塑料薄膜密封；小養殖戶可以將飼料裝入缸、大塑料桶、池子壓實密閉，用塑料薄膜密封，多封幾層，保證密封完全不透氣。

5、放在常溫、防鼠的地方厭氧發酵，根據季節經3-7天(夏3天，春秋5天，冬7天)發酵，發出略帶酸甜的濃郁酒曲香味，表明發酵成功。若只酸不香，沒有酒曲香味；或有變白色是密封不完全透氣原因發酵不成功，發酵失敗的飼料可曬干后重新發酵(稍加大菌種用量)。發酵飼料要做到壓實密封不漏氣；水分適當，多了易酸，少了發酵太慢；攪拌要均勻，粉碎團塊。

6、發酵成功之后，取出添加未發酵的全價飼料中混合均勻直接飼喂。如果發酵五天飼喂用量，每天取用之后迅速密封，再取再用再密封。注意：此用法數量不超過五天用量。如果一次發酵飼料數量較多，超過五天用量部分必須曬干保存。如果要銷售發酵飼料，可以曬干再銷售，或者銷售給用戶發酵。

(五)、添加比例

發酵飼料在各種全價飼料中的添加比例：

1、豬：小豬15%，中豬20%，大豬30%；

2、肉雞、蛋雞、蛋鴨：10-15%，肉鴨：20%；

3、水產四大家魚：10-30%；

4、鵝、牛、羊：部分或全部代替粗飼料。

四、注意事項

1、發酵原料粉碎要盡量細，攪拌均勻，不能有水結塊；

2、包裝開啟后最好一次性用完，未用完水劑菌蓋緊即可，粉劑菌種盡量兩層密封保存；

3、最好不要與抗生素同時使用，可以低劑量混用；

官方網站：www.tmdps.cn 益加益生物工程有限公司

電話：***

4、水劑菌上層有白沫、底部稍有沉淀屬正常現象，粉劑菌種顏色變化(載體改變)不影響產品使用性能。

五、貯存條件

應在室溫下、通風陰涼干燥處防潮避光保存，不得與有毒藥物同時存放。

六、保質期

室溫下未開封時，保質期水劑為18個月，粉劑為24個月。

官方網站：www.tmdps.cn

第三篇：專題一傳統發酵技術的應用_教學設計

專題一傳統發酵技術的應用 教學設計

生物組

一、教材內容分析：

本節是選修一《傳統發酵技術的應用》專題的內容，本節內容是圍繞著“ 傳統發酵食品制作工藝”展開，通過動手實踐，讓學生學會設計簡單的實驗裝置。掌握發酵食品加工的基本原理和方法，學會模擬發酵的最佳條件，初步了解食品的加工生產的某些有害物質的檢測方法。二、三維目標

（一）知識與技能

1．了解傳統發酵技術在日常生活中的應用。

2．掌握制作果酒、果醋、腐乳的制作的基本原理和方法。3．掌握泡菜的腌制與亞硝酸鹽含量變化的測定等操作技能。4．設計并安裝簡單的生產的裝置。

（二）過程與方法

1．引導學生主動參與探究過程，培養學生用簡約科學術語表達問題的能力。2．注意實驗流程的操作環節；培養學生綜合分析能力。3．培養學生解決實際問題的能力。

（三）情感、態度與價值觀

1．對學生進行科學方法和科學態度的教育。

2．體驗和感受傳統發酵技術的應用；養成細心嚴謹的科學態度，對泡菜中亞硝酸鹽含量的測定，引導學生關注食品安全，維護身體健康。

3．培養學生合作精神。

三、教學重難點：說明果酒、果醋、腐乳、泡菜的制作原理，并測定泡菜中亞硝酸鹽含量

制作過程中發酵條件的控制，探索影響發酵食品品質的條件，及泡菜中亞硝酸鹽含量的測定。

四、教學方法：啟發式教學

五、教學工具：多媒體課件

六、教學過程：

（一）引入：酒、醋、腐乳、泡菜是人們日常生活離不開的傳統發酵產品。今天，復習一些傳統發酵技術。

（二）授課

一）果酒和果醋的制作

一、習題練習

1、據制作果酒和果醋的發酵裝置填空

①裝置中a為充氣口,用于向裝置內;b為 , 用于排出co2;c為出料口,用于。②b長而彎曲,目的是防止 的污染。

③葡萄汁裝入發酵瓶時,要留出約1/3空間,目的是:先讓酵母菌進行.快速繁殖,耗盡02后再進行;防止發酵過程中產生的 造成發酵液溢出。

④使用該裝置制作果酒時,應 充氣口a,制果醋時,應將充氣口a連接氣泵,輸入。

答案：①通氣 排氣口 取樣檢測 ②空氣中微生物 ③有氧呼吸 酒精發酵 co2 ④關閉 氧氣

2、(2016·高考全國卷甲)蘋果醋是以蘋果汁為原料經發酵而成的，回答下列為題：

(1)酵母菌的呼吸代謝途徑如圖所示。圖中過程①和②是蘋果醋生產的第一階段，在酵母菌細胞的_________________中進行，其產物乙醇與_________________試劑反應呈現灰綠色，這一反應可用于乙醇的檢驗；過程③在酵母菌細胞的________________中進行。與無氧條件相比，在有氧條件下，酵母菌的增殖速度______。

(2)第二階段是在醋酸桿菌的作用下將第一階段產生的乙醇轉變為醋酸的過程，根據醋酸桿菌的呼吸作用類型，該過程需要在_________條件下才能完成。

(3)在生產過程中，第一階段和第二階段的發酵溫度不同，第一階段的溫度_______(填“低于”或“高于”)第

二階段的。

(4)醋酸桿菌屬于________核生物，其細胞結構中______(填“含有”或“不含有”)線粒體。

答案：(1)細胞質基質 重鉻酸鉀 線粒體 快(2)有氧(3)低于(4)原 不含有

二、基礎知識：選擇新鮮優質的葡萄，然后依次沖洗、除去枝梗和榨汁，發酵液裝瓶后保持 1/3 的剩余空間。酒精發酵的溫度要控制在 18～25℃ 范圍內，發酵時間控制在 10～12 天左右。醋酸發酵的溫度要控制在 30～35℃范圍內，發酵時間控制在 7～8 天左右，并保持不斷充氣。

三、拓展·歸納：果酒和果醋制作的注意事項

(1)材料的選擇與處理:選擇新鮮的葡萄,榨汁前先將葡萄沖洗,再除去枝梗,以防葡萄汁流失及污染。沖洗以洗去灰塵為目的,且不要太干凈,以防洗去野生型酵母菌。

(2)防止發酵液被污染

①榨汁機要清洗干凈并晾干。

②發酵瓶要洗凈并用體積分數為70%的酒精消毒,或用洗潔精洗滌。

③裝入葡萄汁后要封閉充氣口。(3)制作果酒和果醋的發酵裝置分析

該裝置的使用方法:使用該裝置制作果酒時,應該關閉充氣口,制作果醋時,應將充氣口連接充氣泵,輸入空氣

二）腐乳的制作

一、習題練習

1下面為腐乳制作過程的流程圖,下列說法錯誤的是()豆腐上長出毛霉→加鹽腌制→加鹵湯裝瓶→密封腌制

A.毛霉為好氧型真菌,為避免缺氧,碼放豆腐時要留出一定縫隙

B.加鹽腌制的目的是析出豆腐中的水分使之變硬,同時能抑制微生物的生長 C.加鹵湯、密封腌制中,毛霉不斷增殖,并產生大量的酶,分解蛋白質 D.密封瓶口時,最好將瓶口通過酒精燈的火焰,以防止瓶口

解析:從流程圖可以看出,毛霉在加鹽腌制前就已長成,加鹵湯、密封腌制中,毛霉不再增殖。答案:C

2.(2012海南高考)回答下列關于腐乳制作的問題：

(1)腐乳是豆腐經微生物發酵后制成的食品。多種微生物參與了該發酵過程,其中起主要作用的微生物是

,其產生的蛋白酶可將豆腐中的蛋白質水解為 和其產生的 ；能將豆腐中的脂肪水解為 和。

(2)發酵完成后需加鹽腌制,加鹽還可以抑制 生長。

(3)腐乳制作的后期可加入由酒和多種香辛料配置而成的鹵湯。鹵湯除具有一定的防腐作用外,還能使腐乳具有獨特的。

答案:(1)毛霉(多)肽 氨基酸 脂肪酶 甘油 脂肪酸(2)微生物(3)風味

二、基礎知識：

腐乳的制作原理:腐乳制作過程中發揮作用的微生物主要是 毛霉，其屬于真菌，其同化作用類型是 異養型。毛霉等微生物產生的 蛋白質 酶等能將豆腐中蛋白質分解成小分子的 多肽 和 氨基酸 ；產生的 脂肪 酶能將豆腐中脂肪水解為 甘油 和 脂肪酸。

三、拓展·歸納：影響腐乳品質的因素

1.水的控制:含水量約70%,用含水量過高的豆腐制腐乳,不易成形

2.鹽的控制:鹽濃度過高會影響腐乳的口味;鹽濃度過低,腐乳易腐敗變質

3.酒的控制:酒的含量一般控制在12%左右。酒精含量過高使腐乳成熟期延長。

酒精含量過低,雜菌繁殖快,豆腐易腐敗

4.溫度控制:溫度為15－18℃,適合毛霉生長 5.發酵時間:控制在6個月左右

6.香辛料 : 具有調味和殺菌的作用,也會影響腐乳的風味或質量

三）泡菜的制作及亞硝酸鹽含量的測定

一、習題練習

1.(2013全國卷Ⅲ‖)回答下列有關泡菜制作的問題:(1)制作泡菜時,所用鹽水需煮沸,其目的是。為了縮短制作時間,有人還會在冷卻后的鹽水中加入少量陳泡菜液,加入陳泡菜液的作用是。

(2)泡菜制作過程中,乳酸發酵的過程即為乳酸菌進行 的過程。該過程發生在乳酸菌細胞的 中。

(3)泡菜制作過程中影響亞硝酸鹽含量的因素有、和 等

(4)從開始制作到泡菜品質最佳這段時間內,泡菜液逐漸變酸。這段時間內泡菜壇中乳酸菌和其他雜菌的消長規律是，原因是。

答案:(1)殺滅雜菌 增加乳酸菌數量(2)無氧呼吸 細胞質

(3)溫度 腌制時間 食鹽用量(4)乳酸菌數量增多,雜菌數量減少 乳酸菌比雜菌更為耐酸

海南高考)已知泡菜中亞硝酸鹽含量與泡制時間有關。為了測定不同泡制天數泡菜中亞硝酸鹽的含量,某同學設計了實驗,實驗材料、試劑及用具包括:刻度移液管、比色管、不同濃度的亞硝酸鈉標準溶液、亞硝酸鹽的顯色劑、不同泡制天數的泡菜濾液等回答相關問題

(1)請完善下列實驗步驟。

①標準管的制備:用 和顯色劑制成顏色深淺不同的系列標準管。

②樣品管的制備:用刻度移液管分別吸取一定量的 ,加到不同的比色管中,然后在各個比色管中加入等量的顯色劑進行顯色,得到樣品管。

③將每個 分別與系列標準管進行比較,找出與樣品管顏色深淺 的標準管,該管中亞硝酸鈉含量即代表樣品管中的亞硝酸鹽含量,記錄各樣品管亞硝酸鹽的含量。

(2)右圖表示的是泡菜中 趨勢。

(3)泡菜制作過程中產酸的細菌主要是。(填”醋酸菌”或“乳酸菌”)。答案：（1）①不同濃度亞硝酸鈉標準溶液；

②不同泡制天數的泡菜濾液；

③樣品管；

相同（相近）；（2）亞硝酸鹽；（3）乳酸菌；

二、基礎知識：泡菜的制作及亞硝酸鹽含量的測定 1.泡菜的制作

1）原理：在無氧條件下乳酸菌將糖分解為乳酸 2）設計：選擇原料、預處理→調味裝壇→發酵成品

3）操作：泡菜壇的選擇→腌制時間、溫度和食鹽量的控制 2.亞硝酸鹽含量測定

1）原理：在鹽酸酸化條件下,亞硝酸鹽與對氨基苯磺酸反→應,再與N-1-萘基乙二胺鹽酸鹽結合生成玫瑰 紅色染料,并與標準液比較確定亞硝酸鹽含量

步驟：配制溶液→制備標隹液→ 制備標樣品液→比色計算 3.結果分析與評價：亞硝酸鹽的形成、含量變化及其危害

三、拓展·歸納：泡菜制作的注意事項:(1)材料的選擇及用量: ①蔬菜應新鮮,若放置時間過長,蔬菜中的硝酸鹽易被還原成亞硝酸鹽。

②清水和鹽的質量比為4:1,鹽水要煮沸后冷卻。煮沸有兩大作用,一是除去水中的氧氣,二是殺滅鹽水中的細菌。

(3)防止雜菌污染:每次取樣用具要洗凈,要迅速封口。(3)氧氣需求: ①泡菜壇要選擇透氣性差的容器,以創造無氧環境,有利于乳酸菌發酵,防止蔬菜腐爛。

②泡菜壇壇蓋邊沿的水槽內注滿水,以保證壇內乳酸菌發酵所需的無氧環境,并注意在發酵過程中經常補水。(4)控制適宜的溫度:以18－20℃為宜,溫度偏高有害菌活動能力強,溫度偏低不利于乳酸發酵。

四)綜合練習：

(2016·高考天津卷)天津獨流老醋歷史悠久、獨具風味，其生產工藝流程如下圖。

糖化酒精發酵醋酸發酵處理淀粉類原料――→葡萄糖――→成熟酒醅――→成熟醋醅――→成品醋

(1)在糖化階段添加酶制劑需要控制反應溫度，這是因為酶_________________。

(2)在酒精發酵階段，需添加酵母菌。在操作過程中，發酵罐先通氣，后密閉。通氣能提高________的數量，有利于密閉時獲得更多的酒精產物。

(3)在醋酸發酵階段，獨流老醋采用獨特的分層固體發酵法，發酵30天。工藝如下。

①發酵過程中，定期取樣測定醋酸桿菌密度變化，趨勢如圖。據圖分析，與顛倒前相比，B層醋酸桿菌在顛倒后密度變化的特點是____________ ____，由此推測影響醋酸桿菌密度變化的主要環境因素是________________________（寫三點）。

②乳酸含量高是獨流老醋風味獨特的重要成因。發酵過程中，發酵缸中_____________層的醋醅有利于乳酸菌繁殖，積累乳酸。

③成熟醋醅中乳酸菌的種類明顯減少，主要原因是發酵后期營養物質消耗等環境因素的變化，加劇了不同種類乳酸菌的________，淘汰了部分乳酸菌種類。

答案：(1)在最適溫度條件下催化能力最強(2)酵母菌(3)①先快速增長后趨于穩定 氧氣、營養物質、pH ②顛倒前的B層和顛倒后的A(或不翻動，或下)③種間競爭(或競爭)

七、教學預期：

本節內容實踐操作性較強，對學生操作能力較高，需要較好的掌握傳統發酵的原理和操作技術，能夠應用于生產生活實際。

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)。康恒德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。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。可以預見，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專化的古菌-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?；煞ㄕ託獍l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、規模化干法厭氧發酵裝置、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?；煞▍捬醢l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。

參考文獻:

[1] 李鵬,王文杰.我國農業廢棄物資源的利用現狀及開發前景[J].天津農業科學,2009,15(3):46-49.[2] 余昆朋.城市生活垃圾厭氧消化技術進展[J].環境衛生工程程,2003,11(1):16-20.[3] 繆則學,宋明芝.北方農村沼氣池干發酵的應用實驗[J].中國沼氣,1988,6(4):23-25.[4] 邊文驊,董敬華,彭立風.腐植酸發酵形成腐植酸的周期及其規律的研究[J].河北師范大學學報,1996,20(3):78-79.[5] 葉森,魏吉山,趙哈樂,等.自動排料沼氣干發酵裝置[J].中國沼氣,1989(4):17-19.[6] 羅慶明,李秀金,朱保寧,等.NaOH處理玉米秸稈厭氧生物氣化試驗研究[J].農業工程學報,2005(2):17-19

[7] 韓捷,向欣,李想.覆膜槽沼氣規?；砂l酵技術與裝備的研究[J].農業工程學報,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] 羅德明,李炎章,楊萬華.沼氣干發酵研究!菌種水質對干發酵產氣量的影響[J].中國沼氣,1983,(1):3-6.[11] 閆志英,袁月祥,劉曉風,廖銀章,賀蓉娜.復合菌劑預處理秸稈產沼氣[J].四川農業大學學報,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,張衍林,袁巧霞,等.厭氧干發酵處理畜禽糞便的影響因子[J].華中農業大學學報,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]王永澤,邵明勝,王志,陳雄,李冬生.pH值對水稻秸稈厭氧發酵產沼氣的影響[J].湖北工業大學,2009,37(31):15093-1509.[21]全桂香,常志州,葉小梅.不同底物沼氣干發酵啟動階段的產酸特征研究[J].江蘇農業科學,2008,1:225-227.[22]馬詩淳.沼氣發酵微生物代謝調控技術研究[D].成都:農業部沼氣科學研究所,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]何榮玉,閆志英.秸稈干發酵沼氣增產研究[J].應用與環境生物學報,2007,13(4):583-585.[26]邊義,劉慶玉,李金洋.玉米秸稈干發酵制取沼氣的試驗[J].沈陽農業大學學報,2007,38(3):440-442

[27] 閆志英，袁月祥，劉曉風，廖銀章：復合菌劑預處理秸稈產沼氣[J].四川農業大學學報,2009,27(2):176-179.[28]焦靜,王金麗,鄧怡國,等.草糞比對甘蔗葉干法厭氧發酵產氣效果的影響[J].廣東農業科學,2010,1:51-54.[29]劉曉風,廖銀章.城市有機垃圾厭氧干發酵研究[J].太陽能學報,1995,16(2):170-173.[30]冷成保,肖波,楊家寬.暗河式生活垃圾干發酵處理研究[J].環境工程,2001,19(4):45-47.[31]謝震震,張華.脫水污泥在干發酵過程初期的生物降解規律研究[J].中國資源綜合利用,2007,25(4):30-32.[32]甘如海.畜禽糞便厭氧干發酵處理攪拌反應器的研究設計[D].武漢:華中農業大學,2004.[33]韓捷,向欣,李想.農業廢棄物資源化利用新途徑---覆膜槽干法發酵沼氣工程技術[J].農業工程技術(新能源產業),2008,4:12-16.[34]劉刈,王智勇,孔垂雪,等.沼氣發酵過程混合攪拌研究進展[J].中國沼氣,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]張無敵.沼氣干發酵多罐循環連續工藝方法[D].云南:云南師范大學,2008.[37]趙國明,規模化干法沼氣發酵技術及裝備的研究與示范[D].吉林:吉林大學,2009.[38]BrauerA,W eiland P.Kontinuierliche Wasserstoffmessung Zur Beurteilung der Prozessstabili t von F ermentationsver suchen[J].VDI Berichte,2009,2057:2237-2247.沼氣干發酵工藝

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?；B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?；恼託馍a。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。甘如海【13J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，有利于規模化生產。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，如甘如海【13J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：

[1]張承龍．物資源化利用技術現狀及前景[J]．環境保 護，2002(1)：22—23．

[2] 中國農業年鑒編輯委員會．中國農業年鑒2004卷[M]． 北京：中國農業出版社，2004．

[3]李秀金．固體廢物工程[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[4]陳通．畜牧家禽糞便處理利用現狀、問題與展望[A]． 全國農業面源污染與綜治學術研討會論文集[C]．北 京：中國農學會，2004：120—122．

[5]孔源．農業廢棄物綜合利用提上議事日程[N]．中國環 境報，2005—07—28．

[6]胡敏秀．農業廢棄物資源化綜合利用途徑探討[J]．安 徽農業科學，2004，32(4)57—759．

[7]方芳．農業廢棄物綜合利用產業化漸成勢[EB／OL]．

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、0．5～51111116個組分，每個樣本篩分時間為20 min，取篩 分后10個樣本的平均值為試驗結果。1．2．2礦物質測定

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?。?．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3．92～32．14，0．5～5 ranl 組分的最大，可知沼渣纖維長寬比離散度較大，雖然平均長寬比的分布范圍與秸稈纖維相比略小一些，但也說 明其具有一定的應用價值。表3纖維長寬比測定結果 Table 3 Determination results ofthe fiberlengthto width ratio 注：分布范圍按照i±2a估算。3．2沼渣纖維化學成分

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?；能噹煨桶l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??； 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

第五篇：糞肥的發酵技術

糞肥的發酵技術

沒有處理的畜禽糞便直接施到地里后，當發酵條件具備時，生糞便開始發酵，若發酵部位距根較近，且作物植株較小，發酵產生的熱量會影響作物生長，嚴重時導致植株死亡，發酵降解過程中產生甲烷、氨等有害氣體，沒有充分腐熟的糞便直接施用會使土壤和作物產生酸害和根系損傷。

糞肥發酵目前全國的方法主要是堆積發酵，目的是殺死病蟲害，分解部分有機物，增加植物可利用養料。一 發酵劑的選擇

1、日本系列的有em菌，酵素菌。ＥＭ原液中微生物的群體連攜作用，可以改善土壤環境，抑制有害微生物，豐富有益微生物，形成再生機制，溶解磷、鉀、固氮，使能量立體化匯集，并改善土壤的酸、堿、粘、沙和易澇、易旱等不良性質，促進團?；岣咄寥赖谋Ｋ屯笟庑阅?。ＥＭ原液菌群分泌與合成的物質如各種有機酸、氨基酸、酶、活性激素、抗氧化酵素等，可直接促進植物生長，還能分解殘留的農藥，使土壤還原于抗氧化狀態，減輕并逐步消除土傳病蟲害和連作障礙。光合作用與新陳代謝加強。充分發揮農作物在良性狀態中驚人的生長能力

2、國產的有活力99，天津科大的高活性秸稈發酵劑，主要用于動物飼料方面的發酵。

3、神微（號稱中國em），種植和環保用的是晟微。神微和晟微是由中國農業大學教授李維炯夫婦研制的。二

發酵劑的使用條件 1、1噸物料加1~2公斤發酵劑，混合攪拌均勻即可。

2、用適量的水將菌劑稀釋后，噴灑到物料中，充分攪拌均勻。為提高菌種活性和加快發酵速度，稀釋菌劑的同時可按上述用量加入紅糖。

3、發酵水分應控制在40%~50%為宜。以手握成團，用力擠壓沒有水滲出指縫，松開手輕扣即松即可。

4、一般夏季發酵7~10天，春秋季發酵15~30天。發酵完成后，物料疏松，無原有臭味，略有氨味，肥堆表面均勻分布白色菌絲，表示完全腐熟。

5、發酵物料時，須用無消毒劑的飲用水（井水、河水等）；如用自來水，盡量放置24小時后使用。

6、不能與殺菌劑或具有殺菌作用的物料混合使用。三

發酵方法

首先將牛糞搗碎，再向糞肥中加入足量的水，讓糞肥濕透，然后按照底寬1.5-2米，上部寬1.2-1.5米，高度1-1.2米建堆，堆的長度不限，然后在堆的頂部使用直徑為6-8厘米的木棒打孔，并且要深到堆底，間隔20-25厘米打一個通氣孔，在糞堆頂部打6-7行通氣孔，這主要是為了保證糞肥在發酵時有充足的氧氣供應，然后覆蓋舊薄膜，進行提溫發酵。

在糞肥發酵時，要注意使用溫度計插到糞表層20厘米以下的測溫，將糞堆的溫度維持60℃左右，維持1-2天時間即進行翻堆。翻堆時將糞堆外層的糞肥翻到糞堆里邊，將里層的糞肥翻到外邊，同時還要注意上層的糞肥與下層的糞肥交換位置，然后再次建堆發酵，并注意為糞肥補充水份，這樣經過3-4次的翻堆之后，當糞肥無臭味時表明糞肥發酵腐熟完全，可以放心使用。

四 注意事項

1、是糞堆的溫度不能超過80℃，以防高溫將糞肥中的微生物殺死，嚴重時還會產生悶堆現象，導致發酵失??；

2、水分要控制好，不宜過少或過多，利于各種細菌真菌的生命活動；

一松研究院

咸曉艷

2013-1-18