酶预处理对秸秆类原料厌氧发酵特性的影响_邓媛方邱凌黄辉戴本林王一线徐继明
农 业 机 械 学 报
收稿日期：2014-10-16 修回日期：2014-10-31
※基金项目：农业部农村能源科技专项资助项目（2013-30）和国家水电水利规划设计总院科研专项资助项目（ KY-J2013-122） 作者简介：邓媛方，讲师， 主要从事生物质能源研究，E-mail: dengyf@https://www.wendangku.net/doc/4d2287523.html,
通讯作者：邱 凌，教授，博士生导师,主要从事生物能源与循环农业研究，E-mail: ql2871@https://www.wendangku.net/doc/4d2287523.html,
酶预处理对秸秆类原料厌氧发酵特性的影响
邓媛方1 邱凌2 黄辉1 戴本林1,3 王一线4 徐继明1,3
（1.淮阴师范学院江苏省生物质能与酶技术重点实验室, 淮安 223300;
2.西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌 712100
3.淮阴师范学院江苏省区域现代农业与环境保护协同创新中心,淮安 223300
4.淮安市农委, 淮安 223001）
摘 要：为探索经木霉培养液预处理的秸秆厌氧消化产气特性，利用实验室自制小型厌氧发酵装置，中温(30±1)℃条件下，分别对经预处理的稻秸、麦秆和稻麦秆混合物进行批式厌氧发酵试验。结果表明：料液质量分数10%、接种物质量分数20%条件下经木霉培养液预处理过的秸秆产气量有明显提升，稻秸、麦秆、稻麦秆混合物总产气量分别达到14555、15103、17130ml ；甲烷含量显著增长，平均甲烷体积分数分别为48.2%，45.4%和47.8%，较对照组提高205.1%、213.1%、214.5%。最高甲烷体积分数分别达60.5%、66.1%和66.8%；原料利用率较大提高，化学需氧量COD 日均降解量分别为522.23、542.50、668.72g·COD/d ，TS 产气率分别达172.84、183.12、205.54ml/gTS ；其中经预处理后的稻麦秆混合物在产气量增加的前提下，大大缩短厌氧发酵时间（DT 90：17d ）。发酵过程pH 值、VFA 变化情况均在正常范围。 关键词：酶法预处理 秸秆 沼气 厌氧发酵
中图分类号： X712 文献标识码：A 文章编号：
引 言
秸秆作为重要的可再生资源，主要由木质素、纤维素及半纤维素构成。木质素属高分子芳香类聚合物，难以水解，而纤维素被木质素和半纤维素以共价键形式包裹其中，导致其难以降解[1-2]。因此将秸秆类原料直接用于厌氧发酵，水解酸化阶段往往是其限速步骤，延长发酵周期，难以应用推广。为提高秸秆类原料的甲烷转化率，需对其进行必要的预处理，目的在于破坏木质素结构。Zhu 等[3]采用化学预处理手段对玉米、谷壳原料进行氢氧化钠溶液浸泡，有效提高挥发性固体VS 产气率。孙辰等[4]
采用NaOH 对芦笋秸秆进行碱性化学预处理，大大提高发酵周期，甲烷体积分数最高达70%。闫志英等采用复合菌剂对玉米秸秆进行干式厌氧发酵，其沼气产量及甲烷含量明显高于未加菌剂预处理过的秸秆[5]。刘荣厚等采用氨-生物联合预处理法探讨菌种添加量对小麦秸秆厌氧发酵产气性能的影响，大大缩短厌氧发酵周期同时提高产气量[6]。本文采用生物预处理手段，选择产纤维素酶能力最强的微生物里氏木霉（Trichoderma reesei ）为秸秆预处理菌株，其安全无毒，不会对人和环境产生影响[7]
，用其产生的富含纤维素酶培养物分别预处理稻秸、麦秆及稻麦混合原料，探索预处理后秸秆产气规律和特性，以期为秸秆沼气工程研究提供理论和
实践参考。
1 材料与方法
1.1 材料与处理 1.1.1预处理酶液培养
配置0.5%的玉米浆3ml 装入试管，121℃灭菌20min ，接入里氏木霉孢子（Trichoderma reesei ）200μl ，在30℃恒温条件下摇床培养（200rpm ，24h ）。将试管种子接入浓度为0.5%的100ml 玉米浆摇瓶培养液中，30℃恒温条件下摇床培养（200rpm ，24h ），进行酶液种子扩大培养。
稻秸、麦秆取自淮阴区郊区农田，自然风干，粉碎机粉碎，过筛（8目）。分别称取质量分数3%的稻秸（A ）、麦秆（B ）及稻麦混合物（质量比1：1，C ）的原料于500ml 锥形瓶中，配置成100ml 培养液，每瓶添加必须营养元素（质量分数计）：玉米浆0.2%、硫酸铵0.3%、磷酸二氢钾0.2%、氯化钴20mg/L 、硫酸镁0.3g/L 、硫酸亚铁5ml/L 、硫
酸锰1.6mg/L 、硫酸锌1.4mg/L [8]，
121℃灭菌20min 。另添加质量分数为0.01%的葡萄糖和0.03%的尿素（115℃灭菌15min ），置于摇床进行纤维素酶扩大培养（30℃，200rpm ，120h ），取样测其纤维素滤纸酶活（FPA ），见表1。
网络出版时间：2015-03-24 09:31
网络出版地址：https://www.wendangku.net/doc/4d2287523.html,/kcms/detail/11.1964.S.20150324.0931.007.html
1.1.2 秸秆预处理
秸秆预处理阶段在非密闭恒温环境中进行。将上述培养酶液100ml 分别倒入装有发酵原料A 、B 、C 的敞口烧杯中，覆盖一层纱布，置于生化培养箱恒温培养（30℃，72h ），同时设置空白对照，以清水替代酶液。预处理完毕，取样测定其FPA ，见表1。由表1可知，经过72h 预处理，试验组A 、B 、C 滤纸酶活有较大提高，木质纤维素降解为小分子糖是一个十分复杂的过程，需要几十种酶协同参与，首先通过机械粉碎作用帮助破坏秸秆木质纤维素结构，进而降解木质素、纤维素和半纤维素[9]。
预处理后 B 37.04 17.22 9.40
C
37.31 17.51 9.39 A 28.78 8.20 9.22 厌氧发酵后
B 28.41 7.72 8.93
C
28.40
8.18
9.00
1.1.3 厌氧发酵
厌氧发酵阶段在密闭发酵罐中进行。料液质量分数10%、接种物质量分数20%，接种物取自实验室自行驯化的厌氧发酵污泥，pH 值7.2，秸秆粉碎
过筛（2目），粒径小于8mm ，原料物料组成及接种物理化特性见表3。 1.2 试验装置
水压式厌氧发酵装置[12],主要由发酵瓶
（2000ml 密封罐）、集气瓶（2000 ml ）、集水瓶、电热恒温水箱等组成。采用排水法收集气体，为防止CO 2溶解，集气瓶中用水pH 值小于3。 1.3 试验设计
为探索秸秆酶法预处理厌氧发酵产气特性，在不影响产气效率前提下尽可能减少厌氧发酵外界辅助能耗，选择在(30±1)℃条件下进行厌氧发酵产天 对照C
42.141.23
——
72
716 200
1.4 检测方法
纤维素酶活测定采用QB 2583—2003;气体成
分检测采用Geotech 沼气气体分析仪（Biogas5000），排水法收集;TS 测定：在（105±1）℃的干燥箱中干燥至质量恒定;VS 测定：550℃灼烧至质量恒定;pH 值测定：PHS-3C 型pH 计（上海精密科学仪器有限公司）；纤维素、半纤维素和木质素： Van Soest 中性、酸性纤维洗涤[13]；挥发性脂肪酸（VFA ）采用紫外分光光度计比色法测定[14]。
2 结果与分析
2.1木酶预处理对秸秆厌氧发酵产气量的影响
图1为厌氧发酵过程中分别对各组日产气量进行监测的情况。由图1可知，试验组A（稻秸）及试验组B（麦秆）做为单一原料厌氧发酵产气趋势整体一致，产气主要时间段位于中后期：试验组A 首个产气高峰出现在启动后第2天，日产气率6.9ml/gTS，甲烷含量21.9%(图2)。之后产气率下降，直至第10天开始稳步回升。同时伴随甲烷含量显著增长，进入产气产甲烷的稳定期；试验组B 启动第1天即迎来第一个产气高峰，日产气率7.0ml/gTS，该气体组分中甲烷仅占14.3%(图2)，半数以上气体成分经检测为CO2。试验组A、B厌氧发酵产气周期均为35天，至试验结束TS产气率
分别达到172.84
和183.12ml/gTS。
试验组C（稻麦混合秸秆）集中产气出现在厌氧发酵中前期，并迅速进入产气产甲烷阶段，首个产气高峰出现在启动后第2天，日产气率11.8ml/gTS（图1），甲烷含量26.9%（图2），最高日产气率达16.1ml/gTS（第11天），前17天累计产气15443ml，占总产气量的90.15%。稻麦混合预处理秸秆厌氧发酵有效产气时间DT90为17天，DT90表征厌氧发酵过程中产气潜力达到总产气量90%的时间[15]，可认为本次厌氧发酵基本完成[16]。之后其产气量迅速下降,至反应结束TS产气率达205.54ml/gTS。与同期试验相比[5-6]，达到了预期的处理效果。经预处理的稻麦混合发酵原料，在产气量显著提升的同时有效缩短厌氧发酵周期，提高秸秆类原料厌氧发酵入池周转效率，经生物预处理，纤维素及半纤维素被大量分解，沼气微生物营养充足代谢快速，日产气量增加，随着底物不断消耗，产气量逐渐降低，直至产气停止[17]。
图1 秸秆厌氧发酵TS日产气率变化
Fig.1 Daily biogas TS production rate of straw wastes
对试验组及对照组产气量及产气率情况进行统计，见表5。对表5数据进行单因素方差分析，由Bonferroni统计检验结果表明：预处理组A、B、C总产气量、日均产气量、池容产气率及TS产气率均显著高于对照组（p<0.05）。秸秆先经机械粉碎破坏木质素结构有利水解进行，再经酶液预处理，其纤维素、半纤维素等大分子有机聚合物被进一步水解成糖、醇、酸，最终转变成甲烷菌可直接利用的底物发酵产气，显著提高秸秆产气效率。2.2木酶预处理对秸秆厌氧发酵甲烷含量的影响
对每天所产气体组分进行监测可知，启动初期，CO2浓度整体偏高。图2为预处理原料厌氧发酵甲烷含量变化趋势，由图2可知，试验组A、B、C甲烷浓度分别从第10、9和6天开始迅速攀升，最高体积分数分别达60.5%、66.1%、66.8%。对照组甲烷含量未见显著升高，甲烷含量的显著变化原因在于：发酵初始阶段，产酸菌活性逐渐增大，pH 值显著下降，影响甲烷菌生长繁殖，甲烷浓度低，随着甲烷细菌数量增加，甲烷体积分数开始提高并趋于稳定[18]。
图2 秸秆厌氧发酵甲烷含量变化
Fig.2 Methane volume content of straw wastes
during anaerobic digestion
图3为厌氧发酵平均甲烷体积分数对比图，由图3可知，直至厌氧发酵结束，试验组A、B、C 平均甲烷体积分数分别为48.2%、45.4%和47.8%,相对于空白试验组分别提高205.1%、213.1%、214.5%。对图3数据进行整理采用Stata 9.0数据处理软件进行数据分析，数据方差齐性且服从正态分布，采用成组t检验，p<0.0001。故可知，采用酶法预处理的秸秆原料平均甲烷浓度明显高于对照组平均甲烷浓度，并且差异具有统计学意义。
图3 秸秆厌氧发酵平均甲烷体积分数
Fig.3 Average volume fraction of methane
2.3木酶预处理对秸秆厌氧发酵pH值的影响
图4为不同试验组秸秆厌氧发酵pH值变化曲线。沼气发酵正常进行所需pH值范围在4.0~8.5之间，以pH值7.0最宜[19]。在厌氧发酵过程中，不
同组分发酵液pH 值变化趋势大致相同，先下降后回升。其中试验组A 、B 在试验初期pH 值下降较快，最低时为5.4左右，尚处于水解酸化阶段[20]，后稳步调整回升，试验停止后A 、B 、C 组均维持在pH 值7.0左右。pH 值的震荡回升说明甲烷菌活性增强并开始利用发酵底物进行代谢。
2.4木酶预处理对秸秆厌氧发酵VFA 浓度的影响 挥发性脂肪酸（VFA ）是厌氧发酵产甲烷的直接前体，图5为厌氧发酵过程中VFA 变化情况，各试验组VFA 浓度均呈现先快速增长后平缓回落趋势。试验组A 、
度分别达到进行VFA 42725、40845、CO 2，利用H 2产生甲酸形成VFA B 、C 图4 秸秆厌氧发酵pH 值的变化
Fig.4 pH value variation of straw wastes
during anaerobic digestion
图5 秸秆厌氧发酵过程VFA 变化 Fig.5 VFA value variation of straw wastes
during anaerobic digestion
2.5 木酶预处理秸秆厌氧发酵前后物料成分变化 分别对试验组及对照组厌氧发酵前后的pH 值、VFA 及COD 日均降解量进行测定对比分析，结果见表6。
结果显示，对照组A 、B 、C 在启动条件相同的环境下直至试验结束料液仍呈酸性状态。试验组A 、B 、C 虽然在厌氧发酵过程中pH 值波动较大，但同时显示出较强的酸碱调节能力，试验结束，料液pH 值呈中性；试验组A 、B 、C 厌氧发酵前后料
表6 秸秆厌氧发酵前后料液成分变化情况
Tab.6 Composition change of fermentative fluid before
and after anaerobic digestion
采用Stata 9.0数据分析软件对表6中COD 日均降解量预处理前后变化水平进行分析。α=0.05，由正态性检验可知p =0.2481>α，故可认为数据资料近似服从正态分布，采用配对t 检验。由配对t 检验可知，p =0.0063<α，所以，采用酶法预处理后的秸秆类原料其COD 平均降解量有较大提高且具有统计学意义。
3 结论
（1）经过木霉培养液预处理后的秸秆厌氧发酵
（2试验组A 、B 、45.4%和47.8%,214.5%，和66.8%。
（3）将经预处理后的稻麦秆混合物用于厌氧发酵产沼气，能够明显缩短水解酸化时间，有效提高
[参考文献]
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A B
C 前
后 前 后 前 后pH 值 6.6
7
6.7 7 6.9
7
挥发性脂肪酸
mg/L 158756420 16180 8115 125706625
COD 日均降
解量g·COD/d
522.27 542.50
668.72 对照组
对照组A
对照组B
对照组C
前 后 前 后 前 后
pH 值 7 5.4 7 5.2 7 6.2挥发性脂肪酸
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[18] Feijoo G,Mendez R,Lema J M.Sodium inhibition in the anaerobic digestion process:antagonism and adaptation phenomena [J].
Enzyme and
facilities: a lab
food
44(3):550-559.
1,3
（Huaian 223300, China;
223300,China; Abstract:A biological pretreatment
resulted in more total biogas yield, more methane yield and shorter technical digestion time compared with the untreated sample:the total gas production from pretreatment straw wastes:rice straw,wheat straw and the two mixture reached the maximum of 14555,15103,17130ml respectively.The average methane concentrations level at 48.2%,
45.4% and 47.8% respectively.The highest concentration speaking at 60.5%,66.1% and 66.8% respectively. The average methane concentration increase by 205.1%,213.1%,214.5% as compare to the untreated sample.The values
of pH,VFA were located in normal range.The average daily degradation values of COD reach 522.23, 542.50,
668.72g·COD/d and TS degradative rate register 172.84,183.12,205.54ml/gTS respectively.The digestion time DT90 for pretreatment straw waste which contain a mixture of rice straw and wheat stalk was calculated(17d). The significant reduction in digestion time indicated that the straw had become more accessible and more readily biodegradable after biological pretreatment.
Key words：Enzyme pretreatment Straw Biogas Anaerobic digestion
生物质燃料特性指标
1、生物质成型燃料 木质颗粒燃料 以农林剩余物（锯末、林木剪枝等）为原料，经（粉碎）、干燥、压缩成型、冷却、包装等工艺过程生产出不同规格的颗粒状燃料。与矿物能源相比，该燃料在燃用过程中对环境污染小、可再生、运输存储方便等特征，可替代常规化石能源，用于城镇集中供热、企业生产用能、别墅供暖等领域。 秸秆颗粒燃料 以农林剩余物（玉米秸秆、豆秸、棉秸、花生壳等）为原料，经粉碎、（干燥）、压缩成型、冷却、包装等工艺过程生产出不同规格的颗粒状燃料。与矿物能源相比，该燃料在燃用过程中对环境污染小、可再生、运输存储方便等特征，可替代常规化石能源，用于城镇集中供热、企业生产用能、别墅供暖、农村炊事采暖、生物质发电等领域。
秸秆块状燃料 以农林剩余物（玉米秸秆、豆秸、棉秸、花生壳等）为原料，经粉碎、（干燥）、压缩成型、冷却、包装等工艺过程生产出的块状燃料。与矿物能源相比，该燃料在燃用过程中对环境污染小、可再生、运输存储方便等特征，可替代常规化石能源，用于城镇集中供热、企业生产用能、别墅供暖、农村炊事采暖、生物质发电等领域。 木片燃料 以林业剩余物（林木修枝、林业加工剩余物等）为原料，通过专业设备加工成一定形状和尺寸的燃料。与矿物能源相比，该燃料在燃用过程中对环境污染小、可再生等特征，可替代常规化石能源，用于城镇集中供热、企业生产用能、农村炊事采暖、生物质发电等领域。 生物质型煤 生物质型煤是指煤中按一定比例加入可燃生物质（ 如秸秆）和添加剂后压制成型的产 品。生物质型煤层状燃烧可以有效提高热效率、减少污染物排放，是一种清洁能源。生物质型煤清洁燃烧机理：一是起火温度低、燃烧快，减少了高温燃烧产生的氮氧化物； 二是由于
酶预处理对秸秆类原料厌氧发酵特性的影响_邓媛方邱凌黄辉戴本林王一线徐继明
农 业 机 械 学 报 收稿日期：2014-10-16 修回日期：2014-10-31 ※基金项目：农业部农村能源科技专项资助项目（2013-30）和国家水电水利规划设计总院科研专项资助项目（ KY-J2013-122） 作者简介：邓媛方，讲师， 主要从事生物质能源研究，E-mail: dengyf@https://www.wendangku.net/doc/4d2287523.html, 通讯作者：邱 凌，教授，博士生导师,主要从事生物能源与循环农业研究，E-mail: ql2871@https://www.wendangku.net/doc/4d2287523.html, 酶预处理对秸秆类原料厌氧发酵特性的影响 邓媛方1 邱凌2 黄辉1 戴本林1,3 王一线4 徐继明1,3 （1.淮阴师范学院江苏省生物质能与酶技术重点实验室, 淮安 223300; 2.西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌 712100 3.淮阴师范学院江苏省区域现代农业与环境保护协同创新中心,淮安 223300 4.淮安市农委, 淮安 223001） 摘 要：为探索经木霉培养液预处理的秸秆厌氧消化产气特性，利用实验室自制小型厌氧发酵装置，中温(30±1)℃条件下，分别对经预处理的稻秸、麦秆和稻麦秆混合物进行批式厌氧发酵试验。结果表明：料液质量分数10%、接种物质量分数20%条件下经木霉培养液预处理过的秸秆产气量有明显提升，稻秸、麦秆、稻麦秆混合物总产气量分别达到14555、15103、17130ml ；甲烷含量显著增长，平均甲烷体积分数分别为48.2%，45.4%和47.8%，较对照组提高205.1%、213.1%、214.5%。最高甲烷体积分数分别达60.5%、66.1%和66.8%；原料利用率较大提高，化学需氧量COD 日均降解量分别为522.23、542.50、668.72g·COD/d ，TS 产气率分别达172.84、183.12、205.54ml/gTS ；其中经预处理后的稻麦秆混合物在产气量增加的前提下，大大缩短厌氧发酵时间（DT 90：17d ）。发酵过程pH 值、VFA 变化情况均在正常范围。 关键词：酶法预处理 秸秆 沼气 厌氧发酵 中图分类号： X712 文献标识码：A 文章编号： 引 言 秸秆作为重要的可再生资源，主要由木质素、纤维素及半纤维素构成。木质素属高分子芳香类聚合物，难以水解，而纤维素被木质素和半纤维素以共价键形式包裹其中，导致其难以降解[1-2]。因此将秸秆类原料直接用于厌氧发酵，水解酸化阶段往往是其限速步骤，延长发酵周期，难以应用推广。为提高秸秆类原料的甲烷转化率，需对其进行必要的预处理，目的在于破坏木质素结构。Zhu 等[3]采用化学预处理手段对玉米、谷壳原料进行氢氧化钠溶液浸泡，有效提高挥发性固体VS 产气率。孙辰等[4] 采用NaOH 对芦笋秸秆进行碱性化学预处理，大大提高发酵周期，甲烷体积分数最高达70%。闫志英等采用复合菌剂对玉米秸秆进行干式厌氧发酵，其沼气产量及甲烷含量明显高于未加菌剂预处理过的秸秆[5]。刘荣厚等采用氨-生物联合预处理法探讨菌种添加量对小麦秸秆厌氧发酵产气性能的影响，大大缩短厌氧发酵周期同时提高产气量[6]。本文采用生物预处理手段，选择产纤维素酶能力最强的微生物里氏木霉（Trichoderma reesei ）为秸秆预处理菌株，其安全无毒，不会对人和环境产生影响[7] ，用其产生的富含纤维素酶培养物分别预处理稻秸、麦秆及稻麦混合原料，探索预处理后秸秆产气规律和特性，以期为秸秆沼气工程研究提供理论和 实践参考。 1 材料与方法 1.1 材料与处理 1.1.1预处理酶液培养 配置0.5%的玉米浆3ml 装入试管，121℃灭菌20min ，接入里氏木霉孢子（Trichoderma reesei ）200μl ，在30℃恒温条件下摇床培养（200rpm ，24h ）。将试管种子接入浓度为0.5%的100ml 玉米浆摇瓶培养液中，30℃恒温条件下摇床培养（200rpm ，24h ），进行酶液种子扩大培养。 稻秸、麦秆取自淮阴区郊区农田，自然风干，粉碎机粉碎，过筛（8目）。分别称取质量分数3%的稻秸（A ）、麦秆（B ）及稻麦混合物（质量比1：1，C ）的原料于500ml 锥形瓶中，配置成100ml 培养液，每瓶添加必须营养元素（质量分数计）：玉米浆0.2%、硫酸铵0.3%、磷酸二氢钾0.2%、氯化钴20mg/L 、硫酸镁0.3g/L 、硫酸亚铁5ml/L 、硫 酸锰1.6mg/L 、硫酸锌1.4mg/L [8]， 121℃灭菌20min 。另添加质量分数为0.01%的葡萄糖和0.03%的尿素（115℃灭菌15min ），置于摇床进行纤维素酶扩大培养（30℃，200rpm ，120h ），取样测其纤维素滤纸酶活（FPA ），见表1。 网络出版时间：2015-03-24 09:31 网络出版地址：https://www.wendangku.net/doc/4d2287523.html,/kcms/detail/11.1964.S.20150324.0931.007.html
混合生物质原料恒温厌氧发酵
混合生物质原料恒温厌氧发酵 【特色及优势】 本研究方向以太阳能利用技术、生物质能利用技术为基础，主要研究内容包括（1）太阳能能量储存材料及系统；（2）研究温度对户用厌氧发酵沼气池产气的影响；（3）恒温厌氧发酵生产过程的相关基础问题、接种物浓度、发酵池料液酸碱度等。恒温厌氧发酵装置更好地实现了太阳能和生物质能的优势互补，有效地解决了冬季户用沼气池无法正常连续高效使用的瓶颈问题，达到了良好的经济效益和环境效益。 沼气池是解决农村能源问题、帮助农民脱贫致富的有效措施，同时能消除粪便的污染，减少薪柴的燃烧，从而极大地改善农村生态环境。此技术的应用对城市垃圾的减量化排放、资源化利用同样有很好的借鉴作用，对探索城乡垃圾处理办法具有积极的意义。先后承担了三项国家自然科学基金项目和多项甘肃省自然科学基金项目。 【实验地点和面积】 中心实验大楼地下室，实验室使用面积63m2,皋兰实验基地近400m2。 【学术队伍】
【代表性科研成果】 （1）代表性项目 （2007AA05Z261）； [1]国家科技部863计划项目“太阳热能与生物质能互补的高效规模供热关键技术” [2]国家科技部星火计划重点项目“农村太阳能恒温沼气-风电集成技术开发与示范” （2010GA860004）； [3]国家科技部科技支撑计划项目“混合原料高产生物燃气技术集成与示范”（2011BAD15B03）； [4]甘肃省重大科技专项“太阳能恒温沼气池建造技术研发与示范”（092NKDA035）； [5]甘肃省科技支撑计划“高效三级恒温沼气生产系统及其性能研究”（0804NKCA054）； [6]甘肃省星火计划“太阳能与农村废弃物互补的高效规模沼气供能系统”（0805XCXD143）； [7]甘肃省自然科学基金项目“生活垃圾高温厌氧干发酵关键参数优化研究”（0809RJZA022）； [8]甘肃省教育厅项目“太阳能加热的沼气生产系统的性能研究”（0803-06）； [9]“陇原青年创新人才扶持计划”项目“高效电热沼气联供系统的研发与示范”； [10]甘肃省建设科技攻关项目“与农村建筑一体化的模块化太阳能恒温沼气生产系统的研发与示范”（2）代表性论文 [1] Bai Jian-hua，LI Jin-ping, LI Zhen, Zhang Jing-wen. Methane capacity and CO2 reduction potential of thermostatic anaerobic fermentation. 9th International conference on sustainable energy technologies, Shanghai, China. 2010, 90 [2] 李金平, 王磊磊, 王立璞, 王林军, 齐学义. 传统采暖房内热环境的三维数值模拟[J]. 兰州 理工大学学报. 2008，34(1)：45-49 [3]李金平,王建森,张生军,王林军,王磊磊,王立璞.太阳能和生物质能互补的供暖系统研究[J].石 油石化节能,2008,19(5):1-5. [4]李金平，岳华，柏建华，马涛，王建森，王林军.三级恒温沼气热电联供系统性能分析[J].中国 沼气2009,27(6):l7-21 [5]李金平, 柏建华, 李珍. 不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究. 中国沼气,2010,(6). [6]李金平,等. 太阳能与生物质能互补的采暖系统研究. 中国工程热物理学会工程热力学与能源 利用学术会议, 浙江绍兴, 2007,187-194 [7]王立璞, 李金平,等. 地板辐射采暖与散热器采暖热环境比较.中国工程热物理学会工程热力学 与能源利用学术会议, 浙江绍兴, 2007, 183-186 [8]王磊磊, 李金平,等. 太阳能和生物质能互补的散热器采暖系统.中国工程热物理学会工程热力 学与能源利用学术会议, 浙江绍兴, 2007, 195-201. [9]王林军，李金平，王建森，袁吉，常素玲，武磊.沼气水合物形成条件的模拟计算[J].中国沼气， 2008,26(5):14-17 [10]张景文，李金平，高为浪，王震，伍双成，李桂花.基于nRF401的温度数据采集系统[J].西华 大学学报，2010,29(4):8-11 [11]李金平，马涛，王建森，王春龙，王林军.表面活性剂对水合物生长过程的定量影响[J].工程 热物理学报，2010,31(5):793-796 [12]张庆芳,杨国栋,孔秀琴，等. 改性花生壳吸附水中Cr6+的研究[J]. 化学与生物工程，2008， 25(2): 29-31. [13]张庆芳,孔秀琴,贾小宁.改性玉米芯吸附剂脱除废水中酸性大红的研究[J].染整技 术.2009,31(8):23-25. [14]张庆芳,朱永斌,李金平,贾小宁,赵祥.次氯酸钠处理水煤气废水中的氧化还原电位变化研究 [J].四川环境,2009,28(4):13-15. [15] 张庆芳,朱宇斌,李金平,贾小宁,孔秀琴. 改性花生壳和改性玉米芯吸附重金属的对比实验研
生物质燃料燃烧特性
生物质燃料燃烧特性 Prepared on 22 November 2020
生物质燃料燃烧特性 生物质由C、H、O、N、S等元素组成，是空气中CO2、水和阳光通过光合作用的产物，且有挥发份高，炭活性高、S、N含量低（%%，%--3%，）灰分低（%%）等特点，生物质燃料中可燃部分主要为纤维素、半纤维素、木质素、按质量计量，纤维素占40%--50%，半纤维素20%--40%，木质素占10%--20%。 由于与化石燃料特性不同，生物质燃料的燃料机理、反应速度及燃料产物成分与化石燃料的相比都有较大的差别。生物质燃料的燃烧过程主要分为挥发份的析出，燃烧和残余焦炭的燃烧、燃尽两个独立阶段。其燃烧过程的特点： ①水分含量多，燃料需要较高的干燥温度和较长的干燥时间，产生的烟气体积较大，排烟损失较高。 ②燃料的密度小，结构松散，迎风面积大，易吹起，悬浮段燃 烧份额较大。 ③发热量低，灰熔点低，炉内温度水平低，组织稳定的燃烧比 较困难。 ④由于挥发份高，燃料着火温度较低，一般在250—350℃温度下挥发份便大量析出并开始剧烈燃烧，此时若空气量不足，会增大化学不完全燃烧损失。 ⑤会犯分析出燃尽后，受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响，焦炭颗粒燃尽困难，燃烧过度缓慢，如不采取适当的必要措施，将会导致灰烬中残留较多的余碳，增大机械不完全燃烧损失。 ⑥秸秆等部分生物质燃料含氯量较高，因此需要对床层部分结构和运行工况加以特殊考虑，防止其对床层部分的腐蚀。 由此可见，生物质燃烧设备的设计和运行方式的选择应从不同种类生物质燃料特性出发才能保证生物质燃料设备运行的经济性和可靠性，提高生物质开发利用的效率。
化粪池是一种利用沉淀和厌氧发酵的原理
MBR工艺组合 膜生物反应器是一种由膜分离与生物处理技术组合而成的废水生物处理新工艺。膜的种类繁多，按分离机理进行分类，有反应膜、离子交换膜、渗透膜等;按膜的性质分类，有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜) ;按膜的结构型式分类，有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。 1、MBR工艺在国内的研究现状 80年代以来，膜生物反应器愈来愈受到重视，成为研究的热点之一。目前该技术己应用于美国、德国、法国和埃及等十多个国家，规模从6m3/d至13000m3/d不等。 我国对MBR的研究还不到十年，但进展十分迅速。国内对MBR的研究大致可分为几个方面： 1.探索不同生物处理工艺与膜分离单元的组合形式，生物反应处理工艺从活性污泥法扩展到接触氧化法、生物膜法、活性污泥与生物膜相结合的复合式工艺、两相厌氧工艺; 2.影响处理效果与膜污染的因素、机理及数学模型的研究，探求合适的操作条件与工艺参数，尽可能减轻膜污染，提高膜组件的处理能力和运行稳定性; 3.扩大MBR的应用范围，MBR的研究对象从生活污水扩展到高浓度有机废水(食品废水、啤酒废水)与难降解工业废水(石化、印染废水等)，但以生活污水的处理为主。
2、MBR工艺的特点 与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点： 1.高效地进行固液分离,其分离效果远好于传统的沉淀池,出水水质良好,出水悬浮物和浊度接近于零,可直接回用,实现了污水资源化。 2.膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反应器内,实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离,运行控制灵活稳定。 3.由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一,并取代了三级处理的全部工艺设施,因此可大幅减少占地面积,节省土建投资。 4.利于硝化细菌的截留和繁殖,系统硝化效率高。通过运行方式的改变亦可有脱氨和除磷功能。 5.由于泥龄可以非常长,从而大大提高难降解有机物的降解效率。 6.反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行,剩余污泥产量极低,由于泥龄可无限长,理论上可实现零污泥排放。 7.系统实现PLC控制,操作管理方便。 3、MBR工艺的组成 通常提到的膜- 生物反应器实际上是三类反应器的总称： 1.曝气膜- 生物反应器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ; 2.萃取膜- 生物反应器( Extractive Membrane Bioreactor, EMBR ); 3.固液分离型膜- 生物反应器( Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, 简称MBR )。 曝气膜 曝气膜--生物反应器(AMBR)采用透气性致密膜(如硅橡胶膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜)，以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点( Bubble Point)情况下，可实现向生物反应器的无泡曝气。
生物质燃料燃烧特性
生物质燃料燃烧特性 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
生物质燃料燃烧特性 生物质由C、H、O、N、S等元素组成，是空气中CO2、水和阳光通过光合作用的产物，且有挥发份高，炭活性高、S、N含量低（%%，%--3%，）灰分低（%%）等特点，生物质燃料中可燃部分主要为纤维素、半纤维素、木质素、按质量计量，纤维素占40%--50%，半纤维素20%--40%，木质素占10%--20%。 由于与化石燃料特性不同，生物质燃料的燃料机理、反应速度及燃料产物成分与化石燃料的相比都有较大的差别。生物质燃料的燃烧过程主要分为挥发份的析出，燃烧和残余焦炭的燃烧、燃尽两个独立阶段。其燃烧过程的特点： ①水分含量多，燃料需要较高的干燥温度和较长的干燥时间，产生的烟气体积较大，排烟损失较高。 ②燃料的密度小，结构松散，迎风面积大，易吹起，悬浮段燃 烧份额较大。 ③发热量低，灰熔点低，炉内温度水平低，组织稳定的燃烧比 较困难。 ④由于挥发份高，燃料着火温度较低，一般在250—350℃温度下挥发份便大量析出并开始剧烈燃烧，此时若空气量不足，会增大化学不完全燃烧损失。 ⑤会犯分析出燃尽后，受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响，焦炭颗粒燃尽困难，燃烧过度缓慢，如不采取适当的必要措施，将会导致灰烬中残留较多的余碳，增大机械不完全燃烧损失。 ⑥秸秆等部分生物质燃料含氯量较高，因此需要对床层部分结构和运行工况加以特殊考虑，防止其对床层部分的腐蚀。 由此可见，生物质燃烧设备的设计和运行方式的选择应从不同种类生物质燃料特性出发才能保证生物质燃料设备运行的经济性和可靠性，提高生物质开发利用的效率。
秸秆沼气发酵工艺流程汇总
沼气发酵工艺流程 从全社会能源消费与供给的发展趋势，随着工业化发展进程使得矿物质能源日趋枯竭，尽管这是未来将会发生的事，当然也是历史发展的必然结果，将会引起全社会的关注。世界各国都在寻求可再生的替代能源，虽然探矿开采不会立即结束，但是可再生能源的试生产也要立即开始，甚至早已经开始了。沼气工程作为即可处理废弃的有机物又可从中回收能源，这是采用现代化技术开发生物质能源利用的重要组成部分，也是沼气工程产业将会乘胜发展的必然。 我国的沼气产业已从单纯的能源利用发展成为废弃物处理和生物质多层次综合利用，并与养殖、种植业广泛结合，在农村生产和生活中发挥了重要作用 沼气发酵技术确切的应该称为厌氧发酵技术，是指从发酵原料到产出沼气的整个过程，所采用的技术和方法。沼气发酵技术主要包括原料的预处理，接种物的选取和富集，发酵器（在厌氧发酵过程中的发酵器也称反应器，是沼气发酵罐、沼气池、厌氧发酵装置的统称）结构的设计，工程起动和日常运行管理等一系列技术措施。其流程图如下所示： 进料池 青贮 秸秆 粉碎预处理 沼液沼渣（再利用） 1.秸秆预处理： 1.1.预处理： 农作物秸秆通常是由木质素、纤维素、半纤维素、果胶和蜡质等化合物组成，其产气特点是分解速度较慢，产气周期较长。使用这种原料在入池前需进行预处理，以提高产气效果。 常用的预处理方法有物理、化学与生物方法等。物理方法主要有切碎、粉碎、汽爆等。生物法的研究主要集中在菌种的筛选和发酵条件优化方面。目前研究最多的微生物是白腐真菌。生物方法具有环境友好、处理效率高等优点，但需要无菌操作条件和专门的培养设施，目前有关研究较多，实际应用很少。化学法主要利用酸和碱等化学物质对秸秆进行预处理，通过化学作用破坏秸秆的内部结构，从而提高秸秆的厌氧消化性能。化学法具有处理方法简单、时间短、效果好等优点，但化学处理剂有可能产生二次污染。 1.2.青贮：青贮池设计以为矩形，若有多个青贮池可并联或串联使用。 粉碎的秸秆贮入青贮池后应轧实，减少内部氧气存有量，避免原料浪费。 秸秆含水量控制在65%左右，密度以大于500㎏/m3为宜。
秸 秆 燃 料 的 特 点
秸秆燃料的特点 “秸秆燃料”是指以农村固体废弃物为原料，经粉碎加压增密或成型的固体燃料，其密度为0.8-1.4g/cm3 , 一般热值在3200-4500大卡之间，灰份为5％左右，含硫量在5?以下，是高挥发性的固体燃料，燃料率达95％以上。燃尽的灰份可做为优质的钾肥直接还田改良土壤。 秸秆燃料成型机是我公司独家设计、生产的由变速系统、压辊、压块工作部件、进料器、机架等部件组成的成套设备。 秸秆燃料具有以下特点： ?特点一： 1、环保节能：以农村的玉米秸秆、小麦秸秆、棉秆、稻草、稻壳、树技、花生壳、玉米芯等废弃物为原料。 2、比重大，燃烧时间长：秸秆经粉碎加工压增密成型，密度加大。成型产品的体积公相当于原秸秆的1/30。大大延长了秸秆燃烧时间，是同重量秸秆的10-15倍。 3、热值高：秸秆燃料是在高温挤压下不完全碳化的过程中成开型的。成型产品比原秸秆的热值提高500-1000大卡。 4、体积缩小便于燃烧、贮存和运输。 5、应用范围广，可以代替木柴、液化气等，广泛用于生活炉灶、取暖炉、热水锅炉、工业锅炉……，是国内新型的环保清洁可再生能源。 ?特点二：生产加工程序
将超过600mm的物料用草机切割或用粉碎机进行粉碎，其物料粒长度和含水量均在规定范围内；与上料机（皮带传送机）或人工将物料均匀送到成型机上方料口内，进行压制即是成品。从原料来源到燃料使用的流程为：物料回收→粉碎→上料→压制成型→输出冷却→运输→民用、小型锅炉、生物质发电厂。 特点三：固体压块成型原理 JBM系列秸秆燃料成型机，采用平模块状与压轮之间挤压力和模孔摩擦力相互作用原理，使物料获得成型。物料在加工过程中无需加入任何添加剂或粘结剂。秸秆等物料中含有一定的纤维素和木质素，其木质素是物料中的结构单体，属于苯丙烷型的高分子化合物。具有增强细胞壁、粘合纤维素的作用。木质素属非晶体在常温下主要分布不溶于任何溶剂，没有熔点，但有软化点。当温度达到一定时，木质素软化粘结力增加，并在一定压力作用下，使其纤维素分子团错位、变形、延展，内部相邻的生物质颗粒相互进行啮接，重新组合压制成型。
利用废弃秸秆固化成型燃料可行性分析
利用废弃秸秆固化成型燃料可行性分析 摘要：能源作为社会发展的要素，在经济生活中发挥着独特的作用，是经济可持续发展的物质基础。但是随着世界各国经济的飞速发展，环境保护意识的增强，其环境污染、短缺等问题日益凸显，人们对于新型能源的开发与利用越来越重视。利用废弃秸秆固化成型燃料的新型能源，成为许多有识之士关注的焦点。在煤炭污染环境，不用又不行的两难境地中，废弃秸秆固化成型燃料的新型能源以其着火性能好、燃烧充分、污染小、节能效益明显而备受关注，如若能够推广，可谓一举多得。 一、农村废弃秸秆的利用概况 我国农村每年农作物秸秆的产量达60-80亿吨，其中玉米秸秆的面积、产量最大，利用潜力也最大。随着农业生产方式的不断进步，农业生产水平的逐步提高和思想观念的转变，秸秆很少再用于烧饭、施肥。用作饲料的数量不到5%，利用秸秆还田、副业加工少于5%，出现大量的秸秆积压闲置，大量焚烧不仅对环境造成严重污染，而且也对资源造成了巨大的浪费。 秸秆经机械加工粉碎后还田，虽说进度快，可以增加土地的有机质，但也存在一些弊端。如秸秆还田既不好平整土地，也易造成土地透气死苗，渗水量大，同时也容易滋生
病虫害。长期秸秆机械还田还会造成土地养分失调。 充分开发利用农作物秸秆成为农业发展的重要课题之一，既符合我国国情，也顺应国家的大政方针。 二、废弃秸秆固化成型燃料的产业化分析 我国农村废弃秸秆资源巨大，在化石能源价格不断上涨，农民家庭用于支出能源消费的比例增大的今天，农民期盼着低廉的废弃秸秆固化成型燃料在农村推广，当新型废弃秸秆固化成型燃料出现在农户面前时，农民对其会产生特殊的感情。 废弃秸秆固化成型燃料这一能源转换技术的出现，对农村经济发展具有重要意义。废弃秸秆散状直接燃烧热效率不足20%，废弃秸秆固化成型燃料则达40%以上，提高了热利用率节约了资源。废弃秸秆固化成型燃料的利用可以代替部分煤炭、液化气等化石能源，缓解化石能源危机局面；废弃秸秆固化成型燃料的显著特点是储存、运输方便，有利于产业化生产；再加上废弃秸秆固化成型燃料的环保功效，有利于改善农村生活环境，对农村环境保护、乡村洁净工程和文明生态村建设具有重要的现实意义。废弃秸秆固化成型燃料产业化发展到年产168万吨，可获得如下效益： 1.解决84万户一年的生活燃料问题、代替燃煤117.6-134.4万吨/年，节约了煤炭资源，同时，节省资金35280万元-40320万元/年，并相应减少煤炭运输带来的费
秸秆干式厌氧发酵制沼气工艺
秸秆干式厌氧发酵制沼气工艺 摘要：秸秆干式厌氧发酵以农作物秸秆为原料，在较少资本投入和较小的规模的条件下，产生可以循环使用的生物质能。本文设计了以卧式浆叶轴机械搅拌厌氧发酵罐为核心的干式厌氧发酵技术与成套装备。工程包括预处理及进料系统、厌氧发酵系统、出料系统、沼气净化与贮存、增保温系统等。工艺方案中克服了干式厌氧发酵进出料困难、传质传热不均的难题，实现了连续高温干式氧发酵产沼气。 关键词：秸秆；干式厌氧发酵；工艺设计；设备 Technology of dry anaerobic digestion for biogas producing from straw Abstract：Straw dry anaerobic fermentation technology could produce the recycle biomass energy with the small scale and less capital investment. A pilot plant of dry anaerobic digestion was constructed in the dairy farm of Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences．The plant included pretreatment system，solid feed-in system，horizontal anaerobic reactor，biogas storage and purification system，insulation warming system and digestate discharging system．Specially designed low-speed horizontal rod-gear agitators used in the horizontal anaerobic reactor enhanced mass and heat transfer efficiency and overcame high solid feedstock feeding and discharging difficulties．Pilot-scale experiment of continuous dry thermophilic anaerobic digestion of dairy manure was conducted in the pilot plan． Key words：Straw；Dry anaerobic digestion；Process design；Equipment 1 引言 我国作为一个农业大国，随着粮食产量的增加，农作物秸秆年产量逐年上升，目前我国每年秸秆产量大约有7亿多吨[1]。大量秸秆露天焚烧不但造成极大的资源浪费，而且带来大气污染、火灾事故、堵塞交通等大量的社会、经济和生态问题[2]。而作为农用燃料，秸秆的燃烧效率极低，使用的热效率仅为10%～30%，而如果1kg秸秆转化为沼气燃烧可使秸秆的有效热值提高到64%[3,4]。 因此，研究适用的方法处理秸秆，实现其资源化，将成为缓解当今中国面临的资源、能源、环境危机的重要途径之一。 厌氧消化是一种集废物处理和产能处理工艺于一体的技术，Ilyin，Singhal，Neves和Isci等人分别以木屑，风信子，麦秆和棉花秆作为原料进行了深入的厌氧消化实验研究[5-8]；Angeli-daki，Braber对城市固体废弃物[9,10]以及Svensson对农业废弃物[11]的厌氧消化从经济可行性以及发展趋势层面上作了详细的阐述。 自1980年康奈尔(Cornell)大学根据美国能源部的要求首先进行干式发酵研究以来，世界各国开始研究低水分的城市垃圾、农林残余物及相似的有机沉积物的厌氧发酵。干式发酵法，即高固体厌氧消化，它是指以固体有机废物为原料，在无流动水的条件下进行沼气发酵的工艺，可以将传统的厌氧消化工艺中固态物含量由低于8%，提高到35%以上，一般情况下干物质含量在20%左右较为适宜。 干式发酵法不仅提高了池容产气率和池容效率，而且消化后的产品不需脱水即可作为肥料或土壤调节剂使用，简化了操作处理，降低了成本，这些优点引起了国内外研究者对干发酵在处理城市生活垃圾和农
混菌厌氧发酵代谢产物的调控及其机理研究
混菌厌氧发酵代谢产物的调控及其机理研究复杂有机物在厌氧消化过程中,除了有一部分用于微生物生长和产生一些难降解的有机物,大部分有机物会转化为甲烷。当产甲烷过程受到抑制后,混菌厌氧发酵同样会产生一些其他的有价值的产物(如醇类,挥发性脂肪酸等生物燃料)。 但是,所产生的生物燃料浓度和纯度都不能达到生产的直接要求,需要进一步的分离纯化才能够被后续的工艺所利用。所以,本论文对混菌厌氧发酵(MCF)代谢产物的调控进行了一系列研究,即通过调控温度,pH,氨根离子浓度等一系列相关参数,可定向调控混菌厌氧发酵的代谢产物,以提高其浓度和纯度,为MCF体系产脂肪酸和甲烷应用于实际提供技术指导和理论依据。 主要内容和结果包括:1.将污泥厌氧消化体系的温度从高温上升到超高温,开发出一段式原位污泥厌氧消化的工艺,实现了污泥水解和产甲烷过程在同一体系中连续进行。研究结果表明,在55℃-65℃的温度范围内获得了稳定的产甲烷性能,在温度为65℃的条件下,获得了208.51±13.66 mL/g VS的最大甲烷产量,并且得到最大水解率(33%)和酸化率(27.1%)。 然而,进一步升温至70℃并未相应地改善产甲烷的性能。微生物群落分析表明,与乙酸氧化过程高度相关的菌群Coprothermobacter在较高温度下占据着主要地位,且随着温度的升高,产甲烷古菌的优势种群从嗜乙酸产甲烷菌Methanosarcina转变为嗜氢产甲烷菌Methanothermobacter。 该研究结果表明,一段式污泥厌氧消化可以实现在高温条件(65℃)下稳定产甲烷,从而可以减少常规的高温预处理环节,有效降低处理成本。2.研究了污泥停留时间(SRT)对高温条件下(65℃)一段式污泥厌氧消化的影响。 结果表明,最佳SRT为6天,此时甲烷产量达到最大值(186.16 mL/g VS)。同
厌氧发酵工艺
以农业废弃物和农产品加工废水及废渣等各种有机物为原料，在厌氧条件下利用微生物的话动，生产沼气并使有机物得到处理的过程称为沼气发酵工艺。由于发酵原料和发酵条件的不同，所采用的发酵工艺也多种多样，目前应用或研究较多的工艺类型有塞流式反应器、完全混合厌氧消化工艺、上流式厌氧污泥床反应器、升流式固体反应器等。 1．塞流式反应器(Plug Flow Reactor，简称PFR) 塞流式反应器也称推流式反应器，是一种长方形的非完全混合式反应器。高浓度悬浮固体发酵原料从一端进入，从另一端排出，它是一种结构简单、应用广泛的工艺类型。该反应器没有搅拌装置，原料在反应器内呈自然沉淀状态，一般分为四层，从上到下依次为浮渣层、上清掖、活性层和沉渣层，其中厌氧微生物活动较为旺盛的场所只局限于活性层内，因而效率较低，多于常温条件下运转。我国农村应用最多的水压式沼气池和印度的哥巴式沼气池均属PFR。近年来经过研究和改进，一些新的农村家用沼气池得到应用，如曲流布料池，集气罩式池、塞流式池，北京-Ⅰ型池等。这些沼气池的性能有所提高，产气率都达到0.5 m3/(m3·d)以上。 2．完全混合厌氧消化工艺（continual stir Tank Reactor，简称CSTR） 完全混合厌氧消化工艺即工艺是世界上使用最多、适用范围最广的一种反应器。CSTR反应器内设有搅拌装置，使发酵原料与微生物处于完全混合状态，使活性区遍布整个反应器，其效率比常规反应器有明显提高。该反应器常采用恒温连续投料或半连续投料运转。CSTR反应器应用于含有大量悬浮固体的有机废物和废水，如酒精费醪、禽畜粪便等。在CSTR反应器内，进入的原料由于搅拌作用很快与反应器内发酵液混合，其排出的料液又与发酵液的浓度相等，并且在出料时发酵微生物也一起排出，所以出料浓度一般较高，停留时间要求较长，一般需15天或更长一些时间。CSTR反应器一般负荷，中温为3-4 kg COD／(m3·d)，高温为5-6 kg COD／(m3·d)。为了提高反应器效率，在应用过程常加以改进，通过延长固体停留时间（SRT）来提高产气率。该工艺的优点是处理量大，产沼气多，易启动，便于管理，投资费用低，但是水力停留时间（HRT）和SRT要求较长。 3．上流式厌氧污泥床反应器： 上流式厌氧污泥床反应器，Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor，简称UASB 反应器。该工艺装置的特点为在反应器上部安装有气、液、固三相分离器，反应器内所产生的气体在分离器下被收集起来，污泥和污水升流进入沉淀区，由于该区不再有气体上升的搅拌作用，悬浮于污水中的污泥则发生絮凝和沉降，它们沿着分离器斜壁滑回反应器内，使反应器内积累起大量活性污泥。在反应器的底部是浓度很高并具有良好沉降性能的絮状或颗粒状活性污泥，形成污泥床。有机污
生物质燃料特性简介
生物质成型燃料简介 生物质成型燃料（BMF），是以农林废弃物（秸秆、稻壳、花生壳、木屑、树枝等）为原料，通过生物质固体燃料致密加工成型设备在特定的工艺条件下加工制成块状的高效燃料，是一种环保、可再生能源。生物质成型燃料的二氧化硫排放量是煤的1/28，是天然气的1/8，二氧化碳可做到零排放，可替代煤炭、天然气、液化气等不可再生资源，广泛应用于工商业生产和居民生活，是国家重点支持发展的新能源。（一）BMF物理特性 密度：800～1100 kg/m 热值低：3400～4000 kcal/kg（详见测试报告） 挥发份高：60～70% 灰分大：5～15%（不稳定） 水分高：5～12% 含硫量低：0.02～0.21%（常用的烟煤含硫量为0.32～3%） （详见测试报告） 常见生物质原料制成生物质成型燃料热值参考值 玉米秸秆：3470 kcal/kg 棉花秸秆：3790 kcal/kg 松木锯末：4010 kcal/kg 稻草：3470 kcal/kg 烟杆：3499 kcal/kg
花生壳：3818 kcal/kg （二） BMF燃烧特性 从燃烧特性曲线可以看出，BBDF燃烧分三个阶段进行：第一阶段（A-B）：水分蒸发阶段（～180℃）； 第二阶段（B-C）：挥发份析出、燃烧阶段（180～370℃），此阶段挥发份大量析出，并在300℃左右着火剧烈燃烧；
第三阶段（C-D）：固定碳燃烧阶段（370～620℃）。 BMF的燃烧具有如下特点： 着火温度低：一般为300℃左右 挥发分析出温度低：一般为180～370℃ 易结焦且结焦温度低：一般800℃左右 根据以上研究成果可知： 由于生物质燃料特性的不同，导致生物质燃料在燃烧过程中的燃烧机理、反应速度以及燃烧产物的成份与燃煤相比都存在较大的差别，表现出与燃煤不同的燃烧特性。 （三）BMF燃烧原理 生物质燃料洁净燃烧必须满足三个条件： 1、要求较高的温度（不低于380℃） 2、可燃气体在高温区停留时间要长 3、充足的氧气
水解(酸化)工艺与厌氧发酵的区别
水解（酸化）工艺与厌氧发酵的区别 从原理上讲，水解（酸化）是厌氧消化过程的第一、二两个阶段。但水解（酸化）-好氧处理工艺中的水解（酸化）段和厌氧消化的目标不同，因此是两种不同的处理方法。 水解（酸化）-好氧处理系统中的水解（酸化）段的目的，对于城市污水是将原水中的非溶解态有机物截留并逐步转变为溶解态有机物；对于工业废水处理，主要是将其中难生物降解物质转变为易生物降解物质，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧生物处理。水解工艺的开发过程是从低浓度城市污水开始的，与高浓度废水的厌氧消化中的水解、酸化过程是不同的。在连续厌氧过程中水解、酸化的目的是为混合厌氧消化过程中的甲烷化阶段提供基质。而两相厌氧消化中的产酸段（产酸相）是将混合厌氧消化中的产酸段和产甲烷段分开，以便形成各自的最佳环境。因此，尽管水解（酸化）-好氧处理工艺中的水解（酸化）段、两相法厌氧发酵工艺中的产酸相和混合厌氧消化工艺中的产酸过程均产生有机酸，但是由于三者的处理目的的不同，各自的运行环境和条件有着明显的差异，主要表现在以下几个方面。 （1）氧化还原电位（Eh）不同 在混合厌氧消化系统中，由于完成水解、酸化的微生物和产甲烷微生物共处于同一个反应器中，整个反应器的氧化还原电位（Eh）的控制必须首先满足对Eh要求严格的甲烷菌，一般为300mV以下，因此，系统中的水解（酸化）微生物也是在这一电位值下工作的。而两相厌氧消化系统中，产酸相的氧化还原电位一般控制在-300—-100mV之间。水解（酸化）-好氧处理工艺中的水解（酸化）段为一典型的兼性过程，只要Eh控制在0mV左右，该过程即可孙里进行。 （2）pH值不同 在厌氧消化系统中，消化液的pH值控制在甲烷菌生长的最佳pH值范围，一般为6.8-7.2。在两相厌氧消化系统中，产酸相的pH值一般控制在6.0-6.5之间，在酸化反应器pH值降低时，丙酸的相对含量增大，而丙酸对后续的甲烷相中的产甲烷菌将产生强烈的抑制作用。对于水解（酸化）-好氧处理系统来说，由于浓度低不存在酸的抑制问题，因此，可以不控制pH值的范围，一般pH在6.5-7.5之间。 （3）温度不同 三种工艺对温度的控制也不同，通常厌氧消化系统以及两相厌氧消化系统的温度均严格控制，要么中温消化（30-35℃），要么高温消化（50-55℃）。而水解处理工艺对温度无特殊要求，通常在常温下运行，也可获得较为满意的水解（酸化效果）。 由于反应条件不同，三种工艺系统种优势菌群也不相同。在厌氧消化系统种，由
秸秆燃料储运技术规范
秸秆燃料储运技术规范(草稿)(2006-09-15 16:22:33) 1 总则 本规范规定了秸秆燃料储存和运输的技术和管理要求，适用于露天存放的稻草、麦秸、玉米秸、棉杆等燃料堆场。 有意帮助秸秆发电企业买进或卖出秸秆燃料的专业的工厂、组织和对秸秆的综合利用感兴趣的个体，也可参照本规范执行。 2 秸秆燃料堆场的选址与布局 2.1 秸秆燃料堆场应设置在企业、居民居住地全年风向最小频率的上风侧。 2.2 秸秆燃料堆场应远离生产区、生活区。一般要求：储量在两万吨以上的大型秸秆燃料堆场，与生产区、生活区的距离应在一百米以上；两万吨以下的中小型秸秆燃料堆场，与生产区、生活区的距离应在五十米以上。 2.3 秸秆燃料堆场应具备充足的消防水源和畅通的消防车道。 2.4 秸秆燃料堆场距场外道路边不应小于十五米，距场内主要道路路边不应小于十米。 2.5 秸秆燃料堆场地应当平坦、不积水，垛基需比自然地面高出三十厘米。 2.6 秸秆燃料堆场应当设置警卫岗楼，其位置要便于观察警卫区域。岗楼内要安装消防专用电话或报警设备。 2.7 秸秆燃料堆场四周应当设置围墙或铁刺网。墙（网）高度不低于两米，与堆垛之间的距离不小于五米。 3 秸秆储存 3.1 对准备码垛存放的秸秆燃料要严格控制水份。码垛时，稻草、麦秸、玉米秆含水量不应超过百分之二十，并作好记录。 3.2 秸秆堆垛的长边应当与当地常年主导风向平行。 3.3 秸秆燃料堆场每个总储量不得超过二万吨。垛顶披檐到结顶应当有滚水坡度。堆垛储量、规格及间距应当符合表1规定。 表1 堆垛储量、规格及间距 品种垛储量(t)垛距(m)垛头距(m)每组垛数组距(m)每区组数区距(m)长×宽×高(m) 稻草 麦秸 500 4 8 6 15 6 40 30×10×13 棉秆 玉米秆1000 15 20 4 2 0 4 40 50×15×13 3.4 稻草、麦秸等易发生自燃的原料，堆垛时需留有通风口或散热洞、散热沟，并要设有防止通风口、散热洞塌陷的措施。发现堆垛出现凹陷变形或有异味时，应当立即拆垛检查，并清除霉烂变质的原料。 3.5 秸秆燃料码垛后，要定时测温。当温度上升到摄氏四十至五十度时，要采取预防措施，并做好测温记录；当温度达到摄氏六十至七十度时，必须拆垛散热，并做好灭火准备。
好氧堆肥和厌氧发酵
好氧堆肥工艺：污泥与垃圾堆肥处理技术得应用 甘肃省××市污水处理厂日处理污水3、0×1０４米3,污泥产量约18吨/日,含水率７5%,运往垃圾处理厂进行混合堆肥生产.垃圾处理厂规模为2０0吨／日，混合堆肥生产规模50吨/日,每天收集得垃圾一部分用于堆肥。 1.工艺流程图 2、工艺说明 污泥与垃圾得混合物料，可通过前处理、好氧高温发酵、厌氧中温发酵、后处理等过程，获得熟化混合堆肥,用做化肥。 2、1垃圾与污泥得前处理 （1)混合物料中污泥与垃圾数量得确定 按照污泥与垃圾得重量比3：７,处理18吨污泥需要得垃圾量为41吨，则混合物料总重为59吨。在堆肥得过程中,由于温度升高,水分蒸发等因素得影响，重量减少率在20~30％之间,故要达到混合堆肥5０吨/日,物料总重约为6５吨（污泥量18吨、含水率75％；垃圾量47吨、含水率35%），混合物料含水率46％。 (2)污泥与垃圾前处理主要设备
收集到垃圾处理厂得城市垃圾先堆放在干化场风干１~2天(如果垃圾含水率在30~35%左右时,也可取消这一过程）,由机械铲车将干化后得垃圾堆放到垃圾斗,通过板式给料机（一台、规格１0T/h、功率5、０千瓦）,连续均匀地输送到磁选机(一台、功率4、0千瓦）,分选出得废金属回收,经磁选后得垃圾由皮带输送机(一台、规格10Ｔ/h、功率5、0千瓦)送到垃圾滚筒筛(一台、规格10T/ｈ、功率7、5千瓦），将大颗粒物料（≥￠50mm)选出,经消毒后卫生填埋。小于￠50mm得颗粒垃圾用皮带输送机(一台、规格10Ｔ／h、功率5、0 千瓦）送到破碎机(一台、规格１0T/h、功率15千瓦）,破碎后得垃圾颗粒直径为10～15mm，再由皮带输送机（一台、规格１0Ｔ／h、功率5、0千瓦)送到滚筒混合机（一台、规格1５Ｔ/h、功率1０、0千瓦)。城市污水处理厂运来得污泥堆放到污泥斗，由板式给料机(一台、规格5Ｔ/h、功率5、0千瓦）输送到滚筒混合机，与垃圾混合均匀。 2、2好氧高温发酵 混合均匀得物料用皮带输送机(一台、规格10Ｔ／h、功率5、0千瓦)送到达诺（Dano)式滚筒（三台、规格:￠1800mｍ、长度36米、功率4５、０千瓦)，连续运行72~9６小时后,送往堆场。达诺式滚筒内物料得充满度为８0％，配离心式鼓风机（二台、一用一备、风量20m3/min，风压350Ｋpａ)供氧与通风,供氧量以5、0m3空气／m3堆肥h计算。 2、3厌氧中温发酵 经达诺式滚筒发酵后得物料用皮带输送机（一台、规格1０T/h、功率5、0千瓦)送到堆场,进行厌氧中温发酵,周期25天。每天一堆,其尺寸为：长×宽×高=7、０×7、０×1、５m3，堆场总面积约16０0m2,长宽各取40ｍ。2?、4混合堆肥得后处理 后处理得目得就是对堆肥进一步加工，使之成为粒状产品,以供市场得需要. 主要设备：皮带输送机(一台、规格10T/ｈ、功率5、0千瓦)、滚筒筛(一台、规格10T ／ｈ、功率7、5千瓦)、造粒机(一台、规格10Ｔ/h、功率２2、0千瓦)、烘干机（一台、规格１0T／h、功率1８、0千瓦）、冷却机(一台、规格10T/h、功率15、０千瓦）、自动包装机(ZCS５0？1型） 3、发酵设备 达诺（Dａno）式滚筒,主体设备为一个倾斜式得回转窑(滚筒)。加入料斗得物料经过料斗底部得板式给料机与一号皮带输送机送到磁选机去除金属物质,由给料机供给低速旋转得发酵仓，在发酵仓内，物料随转筒得连续旋转而不断被提升,而后又借助自重下落，如此反