沼气发酵技术发展及应用现状

沼气发酵技术发展及应用现状

摘要：沼气发酵从产生至今已有多年历史，开发和利用沼气干发酵技术处理农业废弃物、禽畜粪便和垃圾, 对于解决能源短缺、生态环境恶化和减少CO2排放具有深远的意义。本文就仅对沼气发酵技术的研究发展和应用现状作简单综述。

关键词：

沼气是沼气发酵微生物在厌氧环境下将农作物秸秆或者禽畜粪便等可降解的生物质经过厌氧消化生成的可燃气体。沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，这两种成分约合占沼气体积的95 %。其中甲烷约占45 %～70 %、二氧化碳约占25 %～55 %；此外，沼气还含有大约5 %的其他气体（如H2S、N2、H2、CO、NH3 等）。沼气是具有很高热值的清洁燃料；沼气的低热值为20～25 MJ/m3；在1 atm 的状态下，甲烷燃烧的热值达到了9100 kcal/m3[1]。经过净化的沼气完全燃烧后只生成H2O 和CO2，不会对环境造成污染。沼气发酵在农业和生态方面的综合利用具有很大的经济价值和社会效益。

1历史研究概况

我国干法发酵技术应用源远流长, 自古以来我国就采用干法发酵工艺酿酒、生产堆肥。国内对沼气干发酵技术的研究起步于上世纪80 年代, 在1988年缪则学[ 2] 等人就将沼气干发酵技术应用于畜禽粪便的发酵, 研究了适宜于吉林省农村温暖季节应用的干发酵工艺。边文骅[ 3] 等设计了横蓖板水压式干发酵沼气池并将其应用。叶森[4] 等人从1986年开始研究自动排料沼气干发酵装置和相应的半连续发酵工艺, 并于1988年通过了相关部门的技术鉴定。李秀金[ 5] 等人提出了采用NaOH 处理改善玉米秸秆的可生物消化性能。随着沼气干法发酵技术研究的成熟, 规模化的沼气干法发酵工程应用技术的研发已成为发展的主流, 韩捷[ 6] 等人近年来研发了一种MCT沼气干发酵技术及装备。国外对沼气干法发酵的研究主要集中于城市垃圾的处理[ 7] , 德国、法国、丹麦等国家技术发达国家早在20世纪80年代就对沼气干发酵进行研究。

2.发酵原理

沼气是生物质经过多种微生物联合厌氧消化作用而生成的可燃气体。厌氧消化就是在无氧的条件下,由兼性厌氧菌和专性厌氧菌[8]联合降解有机物，最终生成二氧化碳和甲烷等气体的过程。人们对于沼气发酵过程的划分仍存在争议；目前较多人支持M.P.Bryant[9]提出的沼气发酵三个阶段理论。沼气发酵三个阶段理论将沼气发酵过程分为水解液化、酸化和甲烷化三个阶段：第一阶段为水解液化阶段；这一阶段兼性厌氧菌和发酵性细菌将原料中较大分子的成分(如纤维素等)水解成可溶于水的有机酸和醇类等。第二阶段为酸化阶段；产氢产乙酸菌将第一阶段生成的有机酸和醇继续分解成简单的有机酸，同时生成氢气和二氧化碳。第三阶段为甲烷化阶段；产甲烷菌将第二阶段生成的小分子物质转化为甲烷和二氧化碳气体，即发酵的最终产物沼气。

3沼气发酵的影响因素

影响沼气发酵的因素很多，其中最主要的因素包括原料成分、原料预处理情况、接种物种类、进料浓度、发酵温度、pH等。

温度是影响微生物生长的重要因素，直接关系到发酵过程的正常进行和最终产品的生成。固态发酵中，微生物生长初期要达到一定的温度条件，以保证其正常生长。在生长过程中，微生物会释放大量的生物热，尤其是在对数期，产热速度很快，菌丝体生长旺盛，造成物料

大面积板结。加之固态发酵中没有自由流动相，导热性能差，单位距离上存在很大的温度梯度，有时高达3℃/cm，不利于微生物的生长和产酶。必须通过通风降温、喷淋无菌水、翻曲等手段使热量及时散失。由于微生物的生长、蛋白质合成、酶和细胞活性及代谢产物合成对温度的敏感性[ 12] , 对温度的控制很重要. 大多数真菌的生长温度范围在20~

55 , 致死温度在50~ 60 . [4] Mudgett.R.E.Solidstatefermentation[C].In Manual of Industrial Microbiology.Ed.A.L.Demain and H.A.Solomon.American Society for

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PH：目前来看，世界范围内对于这方面的研究很少，但pH是影响发酵过程的重要因素是毋庸置疑的。由于固态物料的含水量偏低，液态发酵中的pH检测手段难以应用。一般认为，只要调节好初始pH，发酵过程中不必对其进行监测和控制。但在实际过程中，菌体代谢会导致物料pH发生较大变化。

进料浓度的影响：进料浓度即发酵原料干物质占发酵总量的比例。一般来说，进料浓度在5 %～10 %比较适宜。发酵浓度过低则产气量小、发酵设备利用率低；发酵浓度过大会造成发酵系统酸化影响发酵正常进行。但人们也发现干物质浓度大于20 %的干发酵也可以很好产气[7]。[7]李想，赵立欣，韩捷，等．农业废弃物资源化利用新方向—沼气干发酵

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原料成分的影响：能够用来发酵产沼气的生物质很多。传统的沼气发酵原料主要包括以秸秆类物质为代表的农业废弃物、禽畜粪便和污水处理厂的厌氧活性污泥、以及生活垃圾等[4-5]。选择容易降解的原料(如人畜粪便等)可以加快发酵的启动过程和提高发酵效率。若原料选择不当则容易造成发酵系统酸积累严重而发酵无法启动或启动后产气量不高等后果。

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原料预处理的影响：原料预处理是利用物理、化学或者生化等方法使生物质中的不易被降解物质提前得到腐化分解，在进料后更快启动发酵。同时，预处理后的原料密度大，原料进料后很快下沉到发酵池底，有利于发酵和解决农村沼气池结壳问题。农村户用沼气工艺最常见的原料预处理方法是对发酵原料进行堆沤。

接种物的影响：接种物含有大量沼气发酵微生物的活性污泥。接种污泥以下水道污泥、正常发酵的沼气池池底污泥和生活污水处理厂的厌氧活性污泥等含厌氧微生物丰富的污泥为佳。若接种物选择不当则会造成发酵启动慢或者发酵料液酸化而无法正常产气的后果。同时，适当的接种量是发酵成功的关键。

水活度；生物能否正常生长，基质的水活度a 是重要制约因素。一般而言，细菌正常生长要求a 在0.90~0.99之间；多数酵母要求a 在0.80~0.90；真菌及少数酵母菌要求a 在0.60~0.70。水活度与物料的含水量有关，对于丝状真菌而言，过高的含水量会抑制菌丝的生长，过低的含水量则不能满足菌丝生长的需求。含水量过高，空隙率降低，不利于通风降温的进行，同时高温和高含水量对于细菌的生长极为有利，对发酵过程造成威胁。而含水量过低时，由于生物热及通风造成的水分损失，微生物生长受到限制，直接影响终产物的产量。在发酵过程中，由于蒸发及温度上升，导致a 下降。应根据实际的物料水分情况，进行补水，以保证菌体正常生长。[5] Liu BL， Tzeng YM. J. Biotechnol Lett， 1999， 21： 657~661

4 沼气干发酵技术的研究

沼气干发酵又称固体厌氧发酵, 它是以秸秆、生活垃圾、和畜禽粪便等固体有机废弃物为原料,利用厌氧微生物发酵产生沼气, 反应体系中的TS含量达到20% ~ 40%。沼气干发酵中采用的菌种和工艺条件的控制会直接影响干发酵的。

艾平[ 17] 等人通过正交试验, 研究了厌氧干发酵处理畜禽粪便过程中发酵温度, 得到了厌氧干发酵处理的优化工艺条件: 发酵温度为55, C / N 为12. 5。Fatma A [ 18] 在37, 55及65条件下对鸡粪进行批量式干发酵试验, 55及65进行的发

酵样品未检测到甲烷, 而在中温37的情况下对鸡粪进行干发酵, 培养254天, 取得了较好的产气效果( 31mL gVS- 1 )。Bu joczek G [ 19 ] 则认为: 以鸡粪为原料, 固含量超过21. 7% 的情况下35进行发酵, 产生效果不太好。[ 17] 艾平, 张衍林, 袁巧霞, 等. 厌氧干发酵处理畜禽粪

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与常规沼气发酵的机制相同, 厌氧干发酵的过程同样包括水解阶段、酸化阶段、产甲烷反应阶段(见图1) [ 9 ] 。这几个阶段由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷古菌三个功能菌群的微生物共同完成。

图1厌氧干发酵机制

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与常规的沼气发酵相似, 适当的添加微量元素能够促进微生物的生长和代谢。微量元素镍、钴能够显著影响稻草干发酵的日产气量, 适当的添加镍、钴有利于甲烷菌的生长, 但过高的添加量反而会抑制甲烷菌的生长[ 21] 。马诗淳[ 22] 从微生物代谢调控的角度出发, 研究纤维素厌氧分解菌和筛选促进纤维素降解产甲烷的刺激因子, 发现不同刺激因子对微生物群落结构的组成和丰度影响显著, 同一刺激因子不同培养时间的微生物群落结构变化明显。另外适量的添加水解酶能够增加沼气的产量[ 23~ 24 ] 。[ 21] 全桂香, 常志州, 叶小梅. 不同底物沼气干发酵启动

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5沼气干发酵技术的应用

5.1在环境资源中的应用

上世纪90年代以来，随着能源危机与环境问题的日益严重，固态发酵技术以其特有的优点(如无“三废”排放)引起人们的兴趣。固态发酵领域的研究及其在资源环境中的应用取得了很大的进展，主要表现在生物燃料、生物农药和生长剂、生物肥料、生物转化、工业废弃物生物解毒及对危险复合物进行生物修复和降解等方面的应用。[12] Kalogeris E， Iniotaki F，Topakas E， et al.Bioresource

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4.2 在提高产品附加值中的应用

固态发酵可对营养丰富的农作物或农作物残余物进行生物转化，用于发酵食品、酶、色素、颜料、生物农药、有机酸和风味化合物的生产。至今工业用酶大多数采用深层液体发酵的方法，成本很高，使酶的应用受到限制，固态发酵生产酶是降低成本的好方法。例如蛋

白酶的固态发酵应用较广，可替代液态深层发酵。[13] K.S.M.S.Raghavarao， T.V.Ranganathan，

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3 沼气发酵应用现状

目前，厌氧消化技术生产沼气在各个国家都得到很好的发展。在不同的国家和地区，由于在资金和发酵原料产出情况等因素的影响，沼气利用模式不同。东南亚国家(如中国和印度等)的农村户用沼气池发展很好。在发达国家，大中型沼气工程发展比较完善，厌氧消化设备是连续搅动水箱式反应器，产生的沼气有一部分被用来加热反应器[13]。与发达国家自动化程度高的大中型沼气工程不同，发展中国家的许多户用沼气池都没有搅拌设备，不需要连续监控，而且发酵原料来源广泛，对环境有很强的适应能力。我国是世界上最早利用沼气国家之一。我国沼气事业发展得到了政府的大力支持，特别是在农村，沼气事业得到了充分发展。1996年到2003年之间，中国农村家庭沼气产总量为2,554,796.95千立方米，相当于1824.1千t标准煤[14]。我国沼气事业经过了近80年的科学研究和和生产应用，中国特色的沼气技术逐步成熟。在池型方面,研究出了适应不同气候、原料和使用条件的标准化系列池[15-16]。中国科学院广州能源研究所与顺德县科委合作，于20世纪80年代初建设的“新埠能源实验村”使该村的农业生态得到良性循环发展。同时，我国的大中型沼气发酵工程也得到很好的发展，基本上具备了生产能源、减少污染和综合利用等多种功能，实现了能源、环境与经济三方面的综合效益[17]。目前，天津市纪庄子污水厂和北京高碑店污水厂利用污泥厌氧消化处理系统生产沼气用于沼气搅拌和发电，实现了热联供电和资源的综合利用。北京市高碑店污水处理厂年发电量有望突破107 kW·h，满足5000户家庭1年的用电量[18]。在国外沼气发电在发达国家同样受到广泛重视和积极推广，如美国的“能源农场”工程，日本的“阳光工程”，荷兰的“绿色能源”工程等 [18]。瑞典沼气产量约占总能量消耗的0.3 %[19]。在印度农村，沼气被用来作为内燃机、抽水机、发电机和碾磨机的燃料[20]。泰国制定政策来为改进炉灶(ICS)和小型沼气技术(SBD)提供支持[21]。在伊朗，已经可以以较低成本利用污水处理厂的污水生产沼气来发电[22]。

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7 展望

沼气是一种高热值的清洁燃料，并且可以提纯甲烷作为高纯度燃料使用。厌氧发酵可以消解一些对环境污染严重的有机物质，同时在厌氧发酵过程中可以杀灭一些有害的细菌和害虫虫卵，减少生物质直接丢弃引发农作物病虫害的危险。发展沼气工业是解决未来能源短缺的必不可少的一条途径。相信随着科技的进步，在沼气发酵技术的科研将取得更大的突破。

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秸秆发酵制沼气

秸秆发酵成沼气，综合利用辟新路 金湖县农村能源办公室 随着农业现代化的发展，秸秆已逐步成为农村污染环境重要污染源，如何变废为宝，高效利用秸秆一直是政府和各界人士所关注的课题。从去年开始，金湖县农村能源办公室通过不同的方法用秸秆制沼气取得成功后，得到广大农户的普遍欢迎，不但解决了因一家一户养殖日趋减少导致户用沼气原料短缺问题，而且为秸秆综合利用找到一条有效途径，实现沼气原料无障碍建设。今年来，全县共推广秸秆制沼气1200多户，年消耗秸秆约1000吨，打造了全县第一个秸秆沼气集中居住小区—闵桥镇闵桥村集中居住小区，该小区被列为全市秸秆沼气示范点，村沼气物业站被评为全市示范站。秸秆沼气已逐渐成为金湖沼气建设新亮点。 一、主要成效： 1、经济效益。通过对农作物秸秆沼气发酵与直接利用效益比较，秸秆沼气发酵与直接燃烧比较，提高了能量的转换和利用效率，秸秆沼气发酵比直接燃烧能量利用效率提高0．2—0．9倍。秸秆沼气为农民提供了优质廉价的生活用能，帮助农民节省了燃料和用电方面的生活支出；根据调查，建设一个8立方米的秸秆沼气池，年产沼气约300立方米、可

以基本满足3-5口之家全年生活用能，每年可节省燃料和电费300-400元；利用沼液喂猪养鱼可节约饲料15%，可增产粮食20%左右，种养业当年可增效1000元左右。增加沼肥400多担，减少化肥和农药使用量25%左右，节支200-300元。 2、生态效益。秸秆沼气不仅解决了农民烧火做饭问题，还解决了农村的肮乱差问题，一只8立方秸秆沼气池，一年可消耗秸秆1吨左右，可减少秸秆焚烧温室气体排放量，有效改善了农村生活生产环境，有效改变收割季节农户将秸秆堆积在田埂路旁、家前屋后或就地付之一炬，或抛入河道、水塘一抛了之的现象。同时，秸秆发酵产生了大量的生态有机肥，改善了土壤理化性状，发展了庭园经济和无公害农产品、绿色食品、有机食品，减少了化肥、农药使用量，降低了农业生产成本，提高了农产品质量，增强了农产品市场竞争力， 3、社会效益。秸秆制沼气的推广，引导农户变废为宝，促进农民生活生产方式的转变，提高农民生活质量，促进农业循环经济的发展和社会主义新农村建设。 二、秸秆制沼气工艺及注意事项。 （一）不同堆沤发酵方法及效果对比： 在30度左右气温下，经测试：一是纯秸堆沤发酵时间长，且产气量低；二是秸秆加菌种、碳铵堆沤发酵可提高产气量

沼气生产工艺流程

沼气生产工艺流程 图7-1工艺流程简图二、工艺流程简述

厌氧消化的主要粪源为项目所在地周边的养殖场的猪粪、秸秆、餐厨垃圾和园区及周边的蔬菜残余，猪粪有干清猪粪和水冲猪粪。干清猪粪、秸秆和蔬菜残余这三种原料采用固体进料系统进料，水冲猪粪和餐厨垃圾采用液体进料系统进料。 秸秆经过X-Ripper破碎机破碎后，通过铲车输送至预混池中，预混池中装有潜水搅拌机，可将破碎的秸秆和水充分混匀（TS为7.5%），混匀后的物料采用螺杆进料泵泵送至生物预处理发酵罐，生物预处理后的秸秆溢流至出料池后用螺杆泵泵送至快速混合系统。 蔬菜残余经X-Ripper破碎机破碎后，用铲车输送至固体进料系统，干清猪粪也被加到固体进料系统中，然后通过无轴螺旋输送机输送至快速混合系统，从厌氧反应器泵出的出料也被输送到快速混合系统。经预处理的秸秆、破碎的蔬菜残余、猪粪、工艺水和反应罐的出料在快速混合系统中混合并最终被输送到厌氧反应罐中。 水冲猪粪、破碎后的餐厨垃圾在混料池中混合均匀后经螺杆泵泵入厌氧反应罐中。 厌氧反应罐内设中轴搅拌装置，罐内物料呈全混状态，在适宜的碱度、温度条件下确保厌氧反应充分进行。厌氧反应产生的沼气经净化系统净化后部分供居民用气，其余部分经由净化提纯、高压储气柜储存后运送至加气站；消化罐内出来的残渣由螺杆泵输送至换热器经热交换后流入缓冲池，再由污泥泵输送入卧螺式离心分离机进行固液分离，分离后的沼渣沼液作为有机肥厂的原料，根据市场需求生产有机肥。出于安全因素的考虑，需要在变压吸附系统前设置一个沼气火炬。 设置换热器回收出料热量，进行余热利用，减少外加热量，进而减少能源消耗。设置燃煤锅炉以补充余热回收热量的不足，在厌氧消化罐内设置加热盘管，维持厌氧反应稳定运行的温度。 1、预处理工艺 秸秆单独收集，收集后先进行粉碎，然后采用生物预处理。 蔬菜残余单独收集，收集后进行破碎。 猪粪经过格栅，去除石块、塑料等大的无机物质。

沼气发酵

沼气发酵 食品院轻化071 肖小根 目录 ?课程感言 ?沼气发酵简介 ?沼气发酵机理 ?沼气发酵工艺 ?沼气发酵工艺条件 ?沼气池的类型 ?沼气的利用与前景 ?中国发展沼气产业的现实意义 课程感言 “发酵工程原理与技术”这门课程内容分为五篇，前三篇从原料到产物阐述了发酵的整个过程后两篇是对发酵工程的延伸。第五篇讲述的“发酵工厂废物处理和清洁生产技术”是目前我们国家及至全世界都在致力于发展的技术，以应对日趋严重的能源、资源和环境危机。 整本书的主要内容侧重于对发酵工程原理的介绍，大部分内容与“工业微生物学”和“生物化工”相类似，可以说是以往学习的相关知识的综合，在学习过程中也是一种巩固。我认为学习这门课程的目的最重要还是要知道如何去运用它。在本教中关于发酵工程的应用内容不多主要集中在第五篇：关于发酵工厂废物处理和清洁生产技术的介绍。这部分内容我也大略地看过，由于全球环境污染日趋严重，节能减排、防污治污技术必然成为全球的聚集点。对于这方面的内容我也比较感兴趣，我希望能找到一种技术，通过查找一些资料来系统地它认识和了解，同时也希望以此作为一根主线用具体的例子来串连起教材的所有内容，最终我选择了沼气发酵。选择它的理由有三点：1、更贴近于实际生活；2、它能够在节能减排、资源循环利用的条件下有效地改善农村居民的生活；3、该技术已经成熟，相关资料比较多，但亟待大力推广，学习它在将来更有可能用得上。 在介绍沼气发酵这一技术中，我主要引用了：《微生物学教程》（第二版高教出版社周德庆主编）和《发酵工程》（科学出版社韦革宏杨祥主编）和百度关于沼气发酵的内容。 我希望能够通过对“沼气发酵”的全面了解，以后自己可以来建造沼气池。

秸秆厌氧干发酵产沼气的研究

科学研究 秸秆厌萤干发酵产沼与的研皇℃九 陈智远姚建刚 杭州能源环境工程有限公司 摘要：本试验以玉米秸、稻草、烟叶杆、木薯杆为代表的秸秆作为原料，在温度３８＂Ｃ，采用批量发酵工艺进行高浓度厌氧发酵产气研究。试验结果表明，玉米秸、稻草、烟叶杆及木薯杆的Ｔｓ产气 率分别为４１３ｍｌ／ｇ、３３０ｎ１／ｇ、３３３ｍ］／ｇ、２２２ｍ１／ｇ，而ｖｓ产气率分别为４７０ｍ１／ｇ、３８７ｍｌ／ｇ、４２６Ｔｌｌ／ｇ、２４１ｍ１／ｕ。 关键词：秸秆干发酵产气率 农业固体废弃物是指在整个农业生产过程中被丢弃 的有机类物质，主要包括农业生产和加工过程中产生的 植物残余类废弃物、动物残余类废弃物和农村城镇生 活垃圾等…。据孙永明【１１等报道，我国每年产生固体废 弃物高达几十亿吨，而每年产生农作物秸秆总量约７亿 吨，除去用于造纸、饲料及造肥还田外，还有一大部分 未充分利用，大量剩余秸秆的随地堆弃和任意焚烧，造成了大气污染、土壤污染、火灾事故、堵塞交通等大量社会、经济和生态问题【２习ｊ。但实际上秸杆可以通过干发酵工艺得到有效利用，既以固体有机废弃物为原料（总固体含量在２０％以上），利用厌氧菌将其分解为ＣＨ。、ＣＯ。、Ｈ。Ｓ等气体的发酵工艺【４Ｊ。与湿发酵相比，主要优点是可以适应各种来源的固体有机废弃物、运行费用低并提高容积产气率、需水量少或不需水、产生沼液少后续处理费用低等［５】。本文对玉米秸、稻草、烟叶杆及木薯杆的高浓度厌氧发酵产气潜力进行研究。 １．材料与方法 １．１材料与试验装置 玉米秸和稻草取自杭州郊区某农场，烟叶杆与木薯杆分别取自云南昆明郊区某卷烟厂和某农场，经切碎后（２～３ｃｍ）左右待用。污泥则取自杭州市种猪试验场的沼气站。原料的ＴＳ与ＶＳ见表１。厌氧装置采用自制的１．５Ｌ发酵装置。采用排水法计量气体，试验装置见图１。 表１原料的ＴＳ与ＶＳ 项目玉米秸稻草烟叶杆木薯杆污泥ＴＳ（％）８４．４２８６．３３８７．９６２３．９０１１．６４ＶＳ（％）７３．９６７５．０２６８．６８２２．００７．３２ １、止水夹２、胶管３、盖子４、发酵瓶５、胶管 ６、集气瓶７、集水瓶 图１反应装置示意图 １．２试验设计 试验设４个试验组和１个为空白组．每组３个平行，在３８℃的恒温间内发酵。将１００９ｔ－米秸、稻草、烟叶杆分别和８００９污泥混合均匀后加入发酵瓶中，将１００９木薯杆与６００９污泥混合均匀后也加入发酵瓶中，空白则将１０００９污泥加入发酵瓶中。 １．３分析项目及方法 ＴＳ测定是将待测混合物置于已烘干、称重的硬质玻璃杯中，（１０５±２）℃烘干至恒重，称重计算，而ＶＳ测定是将待测混合物置于已烘干、称重的坩埚中．（５５０－Ｉ－１０）℃灼烧至恒重，称重计算【６】。ＰＨ值采用精密试纸法。 每天定时测定发酵产气量，即测定集水瓶中水的体积量为日产气量。利用沼气分析仪（武汉四方沼气分析仪）及根据沼气燃烧的火焰颜色参照ＣＨ。含量标准卡联合检测ＣＨ。浓度｜７Ｊ。 ２．结果与讨论 ２．１发酵前后的相关测定及分析 从图２可以看出，各试验组发酵前后的ＴＳ及ＶＳ均有所下降，这说明原料被消耗并生产沼气。图中数据表明玉米秸、稻草、烟叶杆及木薯杆的ＴＳ降解率分别为 ２４ ｗⅥ唧．ｅｈｏｍｅ．ｇｏｖ．ｅｎ　万方数据

农村沼气推广分析

农村沼气推广存在的主要问题与对策 李恋恋 （湖南农业大学，长沙，410008 ） 摘要：农村沼气工程，用沼气工程技术处理人畜粪便，既能有效解决农村生活能源问题，又能获得农业生产所需的有机肥料，改善农村人居环境，具有良好的经济、生态和社会效益。但在实际推广过程中，全国大部分省份或多或少面临推广难题，解决这一问题，在农村推广沼气将具有重要的、积极的现实意义. 关键词：农村沼气推广效益 农村沼气工程是一件造福万民的工程，将沼气、沼液、沼渣（简称“三沼”）运用到生产过程中，降低生产成本，提高经济效益的一项接口技术措施。经过多年实践，许多综合利用技术日趋成熟，取得了良好的经济效益和社会效益。全国开展沼气综合利用项目已达几十个，范围涉及到种植业、养殖业、加工业、服务业、仓贮业等诸多方面。沼气综合利用把沼气与农业生产活动直接联系起来，成为发展庭院经济、生态农业，增加农户收入的重要手段，也开拓了沼气应用的新领域。通过沼气综合利用，可促进农村产业结构调整，改善生态环境，提高农产品的产品质量，增加农民收入，实现可持续发展。 2010年，全国有4000万农户使用户用沼气，达到适宜农户的30%左右；全国规模化养殖场大中型沼气工程总数达到4700处左右，达到适宜畜禽养殖场总数的39%左右。全国4000万户农村户用沼气，每年产生约154亿立方米的沼气，相当于替代2420万吨标准煤的能源消耗和1.4亿亩林地的年蓄积量，农民每年可增收节支200亿元。 一、沼气的含义与功能 沼气，是有机物在厌氧条件下经微生物的发酵作用而生成的一种可燃烧的混合气体，是一种可再生的清洁能源，由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。沼气是一种混合气体，主要成分是甲烷、其余为二氧化碳、氧气、氮气和硫化氢，其中甲烷含量约为55%--70%，二氧化碳含量约为30%--45%。甲烷的热值为35.9MJ/m3，沼气低热值20--25MJ/m3,与空气混合燃烧时，呈蓝色火焰，温度高达1400℃，能够产生大量的热量，每立方米沼气的热值相当于5500大卡原煤3.3公斤。 沼气的功能有很多。一是可以能解决人们的炊事照明；二是减少薪柴的砍

秸秆沼气关键技术研究与应用_薛民琪

我国的主要农作物秸秆资源丰富，分布广泛。以秸秆为基质，研究开发新的沼气技术和秸秆能源化技术，对于促进沼气技术创新和沼气的可持续推广应用，提高秸秆的资源化利用率均具有十分重要的意义。 1秸秆沼气技术研究取得的进展 为研究开发新的沼气技术和秸秆能源化技术，开辟沼气可持续推广应用和秸秆资源化利用的新途径，自20世纪90年代以来，我们组织技术人员成立了新型秸秆沼气技术研究课题组。课题组以直接利用秸秆为原料制取沼气，作为新的沼气技术和秸秆资源利用技术研究的主攻目标，经过多年的努力，研制出新型秸秆沼气技术。经盐城、淮安、扬州、南通等地区示范应用，均取得成功。该技术主要有以下3个部分的内容。 1.1菌种的筛选和提纯复壮技术 研究结果表明，秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素、木质素等，通过β－（1，4）糖苷键连接成复杂的晶体结构，在自然状态下难以被微生物分解成为可利用的沼气。秸秆在自然状态下进行的沼气发酵，存在启动慢、产气率低、浮渣结壳严重等问题，因此，秸秆不宜直接作为沼气发酵原料。要使秸秆成为理想的沼气发酵原料，首先必须通过特殊微生物的分解作用，将秸秆中的纤维素、半纤维素、木质素等大分子逐步分解成可被利用的小分子。因此，从自然界筛选出对纤维素、半纤维素、木质素有分解功能和使用价值的微生物是前提条件。通过对若干材料中含有的微生物进行采样培养、筛选、微生物活力测定、纯度保持等，终于筛选出了稳定性好、生长势高、酶活力强的菌种—— —“沼气1号”。 1.2菌种的工厂化生产技术 菌种的工厂化生产的目的主要是通过“沼气1号”菌种的快速繁殖，按照严格的质量标准生产出足够数量的“沼气1号”菌种，以满足规模化发展沼气的需要。按照“沼气1号”菌种生物学特征特性，建立了菌种原种供应、菌种培养和扩繁、原料营养与灭菌、接种、发酵及其生长环境控制、干燥、制成品等工厂化生产菌种的工艺流程及其技术体系。 1.3秸秆发酵制取沼气技术 在按照《户用沼气池标准图集》（GB/T4750—2002），建造8m3的户用沼气池的基础上，制取沼气需要经过物理处理、一次发酵、二次发酵等3个阶段的技术环节。 （1）物理处理。将秸秆铡至细碎颗粒，每一个8m3户用沼气池需铡碎秸秆约400kg。 （2）一次发酵（秸秆好气发酵）。将400kg秸秆用水湿润后与1kg的“沼气1号”菌种搅拌均匀，堆制发酵。发酵时间：夏季约3d，冬季约7d。 （3）二次发酵（沼气厌气接力发酵）。秸秆经堆制发酵后成为优良的沼气发酵原料，进入沼气池中，加水并封闭，在“沼气1号”菌种和接种物的复合作用下，在沼气池中经厌氧发酵后即可源源不断地产出 秸秆沼气关键技术研究与应用 薛民琪1，任彬1，陆胜龙2 （1.盐城市沿海野生生物研究所，江苏盐城224002；2.盐城市农业环境监测站，江苏盐城224002） 摘要：研制出新型秸秆沼气技术，即以秸秆为基质，经微生物发酵后制取沼气。选育出高效活性菌种“沼气1号”，研制出菌种的工厂化生产工艺流程和秸秆好气-沼气接力发酵技术（二次发酵法），建立了秸秆沼气的产业化技术体 系。 关键词：秸秆沼气； “沼气1号”；菌种；产业化 文章编号：1005-4944（2009）06-0034-02 34 农业环境与发展2009年第6期

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/7111344069.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/7111344069.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/7111344069.html,/kcms/detail/11.1964.S.20150324.0931.007.html

如何利用秸秆发酵制取沼气

如何利用秸秆发酵制取沼气 聊城市农业委员会梁明磊高爽徐倩 随着畜牧业的集约化发展，家庭养殖越来越少，很多建设户用沼气的农户面临着原料不足的 问题。如何处理好原料短缺的问题成为发挥沼气池效益的一个关键。对于这个问题，聊城市 农委依托本地秸秆资源优势，利用秸秆等作原料，经过大量的实践，最终取得了良好的效果，现在将利用秸秆发酵产生沼气的方法给大家介绍一下： 一、适用范围秸秆沼气发酵制取沼气适合以小麦、玉米秸秆为主要发酵原料制取沼气的原料 配比、预处理、投料启动、日常管理及安全使用的技术要求。用于农村户用水压式沼气池。 所用沼气池必须符合GB/T4750-2002《农村家用水压式沼气池标准图集》的质量要求。投料 前必须按GB/4751-2002《户用沼气池质量检查验收规范》进行严格试压。 二、参照标准 GB/4751-2002《农村家用沼气池发酵工艺规程》 三、沼气发酵原料秸秆沼气的发酵原料目前主要是以农业生产过程中产生的小麦、玉米秸秆 为主。 四、秸秆沼气发酵原料配比 1、秸秆发酵原料浓度一般为6%-8%，冬季宜浓度高，夏季反之。 2、碳氮比秸秆沼气发酵原料的碳氮比要求在25：1左右，由于秸秆的含碳量比较高，所 以必须添加含氮化肥进行调节。 3、一立方米沼气池发酵原料的配比与用量

五、发酵原料的预处理及投料步骤 1、原料粉碎将秸秆原料用粉碎机粉碎成草粉状。把原料用水浸透。加水时要边加水边拌原料，反复搅拌3遍，使水浸透秸秆，用手握成团，指缝滴水而不流为宜。掺入化肥或粪便按照发酵原料配比要求，把50%的化肥掺入浸透的秸秆粉中，如秸秆与粪便混合，应把规定用量的粪便同时加入秸秆中，反复掺匀。堆沤把搅拌的原料装入沼气发酵原料池中（也可在池中搅拌），加盖塑料薄膜进行堆沤。堆沤时间环境温度在15℃左右时，纯秸秆原料堆沤9～10天，秸秆粪便混合原料堆沤7～8天；环境温度在20～25℃时，纯秸秆原料堆沤7～8天，秸秆粪便混合原料堆沤5～6天；环境温度在25℃以上时，纯秸秆原料堆沤6～7天，秸秆粪便混合原料堆沤4～5天。当堆沤原料达到棕红色时，即可投料。投料时间最好在中午气温高投入沼气池，有利于提高池温。 2、沼气池投料及步骤准备沼气池接种物，菌种采用老沼气池的沼液，数量2000Kg。先将堆沤好的沼气发酵原料投入沼气池内。把剩余的50%的尿素溶解于水后在原料上部均匀倒入沼气池内。再把准备好的发酵菌种均匀的从上部倒入沼气池内。从沼气池活动盖口加入清水。加水量与投入的原料的总量达到沼气池总容积的90%为宜，加入沼气池的水取至农户手压井内的水，温度为14℃。原料和接种物入池后，要及时加盖封池。沼气池发酵启动初期产的气体，由于封入池内的空气较多，加上开始产的甲烷气含量较低，不能点燃。因此，当沼气压力表压力达到4Kpa以上时，开始放气试火，放气3-4天全部点燃，投入正常使用。 敬礼

“三沼”的综合利用

“三沼”的综合利用 摘要：农作物秸秆、人畜禽粪便等有机物在沼气池的厌氧环境中，通过沼气微生物分解转化后所产生的沼气、沼液和沼渣，统称“沼气发酵产物”，通常也称“三沼”。广泛推广并综合利用好“三沼”，既有降本增效的功能，又能改善环境，保护生态。本文介绍了贵州遵义凤冈县“三沼”综合利用模式，并提出了“三沼”综合利用的几点建议和意见。 关键词：三沼；生态农业；综合利用 沼气建设是富民工程、德政工程、民心工程，“三沼”就是沼气池在生产中产生的沼气、沼渣、沼液。“三沼”的综合利用是沼气建设的核心内容和关键，要把沼气池建设与种植业、养殖业有效结合起来，寻找最佳切入点，以菜促畜，以畜建沼，以沼促菜、促果、促畜，提高农产品质量和市场竞争力，增加农村综合生产效益。如何真正实现“三沼”综合利用，提高沼气项目建设的经济效益、社会效益和生态效益，是沼气建设重大课题。 我国沼气利用历史悠久，综合利用农业废弃物资源，实现废弃物资源、闲置资源的开发利用，是生态农业的一大特点。生态户的建设需建沼气池，沼气池的正常运转又消耗处理掉大量畜禽粪便、秸秆杂草等农业废弃物。这样不仅使农

业废弃物资源得到了充分利用，利于生态农业建设，还避免了对环境的污染；同时，也是农民增收的一个新途径。 1 “三沼”综合利用简介 1.1沼气的用途 1.1.1沼气养蚕。沼气养蚕是指利用沼气灯给蚕种感光和燃烧沼气给蚕宝加温，可以达到孵化快，出蚕齐、缩短饲养期、提高蚕茧质量和产量的目的。 1.1.2沼气保鲜和储存农产品。沼气气调储藏，就是在密闭条件下利用沼气中甲烷和二氧化碳含量高，含氧量极少，甲烷无毒的性质和特点来调节储藏环境中的气体成分，以控制果蔬、粮食的呼吸强度.减少储藏过程中的基质消耗，防治虫、霉、病、菌，达到延长储藏时间并保持良好品质的目的。 1.2沼液在种植业中的综合利用 1.2.1沼液浸种。小麦、水稻、棉花、花生等多种作物均可用沼液浸种，浸过的种子播后萌芽早，出芽齐，抗病力强，幼苗生长旺盛。注意事项：选用上年生产的新种良种，浸种前对种子进行翻晒和筛选，以确保种子质量和纯度。 1.2.2沼液叶面喷洒。根据不同作物种类和生长期，可采用纯沼液、稀释沼液或与药物混合的沼液进行喷洒。叶面喷洒沼液可调节作物生长代谢，为作物提供营养，还可杀灭蚜虫等病虫害。注意事项：不要在中午高温时进行，以免灼伤叶片：下雨前不要喷洒，以保证效果；最好喷洒于叶片背面，

沼气发酵工艺介绍

1.2.2 厌氧处理工艺选择 1、各类厌氧工艺性能概述 （1）完全混合厌氧工艺（CSTR） CSTR是在常规消化器内安装了搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态，该消化器常采用恒温连续投料或半连续投料运行，适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理。在该消化器内，新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵期内的发酵液混合，使发酵池底浓度始终保持相对较低的状态。而其排除的料液又与发酵液的底物浓度相等，并且在出料时微生物也一起被排出，所以，出料浓度一般较高。该消化器具有完全混合的状态，其水力停留时间、污泥停留时间、微生物停留时间完全相等，即HRT=SRT=MRT。为了使生长缓慢的产甲烷菌的增殖和冲出速度保持平衡，要求HRT较长，一般要10-15d或更长的时间，进料浓度8%-12%。中温发酵时负荷为3-4kgCOD（m3.d），高温发酵为5-6 kgCOD（m3.d）。 CSTR的优点：1.可以进入高悬浮固体含量的原料；2.消化器内物料的均匀分布，避免了分层状态，增加了底物和微生物接触的机会；3. 消化器内温度分布均匀；4.进入消化器的抑制物质，能够迅速分散，保持较低的浓度水平；5.避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象。 缺点：1.由于消化器无法做到使SRT和MRT在大于HRT的情况下运行，所以需要消化器体积较大；2.要有足够的搅拌，所以能量消耗较高；3.生产用大型消化器难以做到完全混合；4.底物流出该系统时未完全消化，微生物随出料而流失。 （2）厌氧接触工艺反应器 厌氧接触工艺反应器是完全混合式的，是在连续搅拌完全混合式厌氧消化反应器（CSTR）的基础上进行了改进的一种较高效率的厌氧反应器。反应器排出的混合液首先在沉淀池中进行固液分离，污水由沉淀池上部排出，沉淀池下部的污泥被回流至厌氧消化池内。这样的工艺既保证污泥不会流失，又可提高厌氧消化池内的污泥浓度，从而提高了反应器的有机负荷率和处理效率，与普通厌氧消化池相比，可大大缩短水力停留时间。目前，全混合式的厌氧接触反应器已被广泛应用于SS浓度较高的废水处理中。其不足之处在于，厌氧污泥经沉淀池再回流，温度变化较大，影响了厌氧处理效率的提高，同时，厌氧罐内的热能损失也较大。但因受水泵性能的限制，该装置进料的干物质浓度（TS%）为4-6%，故需配兑2.5-3倍于发酵原料重量的配料污水；还需多级“预处理”以去除堵察水泵和管道的秸草等较大固形物。 （3）厌氧滤器（AF） 厌氧滤器是采用填充材料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器，厌氧菌在填充材料上附着生长，形成生物膜。生物膜与填充材料一起形成固定的滤床。厌氧滤床可分为上流式厌氧滤床和下流式厌氧滤床二种。污水在流动过程中生长并保持与充满厌氧细菌的填料接触，因为细菌生长在填料上将不随出水流失，在短的水力停留时间下可取得较长的污泥泥龄。厌氧滤器的缺点是填料载体价格较贵，反应器建造费用较高，此外，当污水中SS含量较高时，容易发生短路和堵塞。 （4）上流式厌氧污泥床反应器（UASB） 待处理的废水被引入UASB反应器的底部，向上流过由絮状或颗粒状厌氧污泥的污泥床。随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应，产生沼气引起污泥床的扰动。在污泥床产生的沼气有一部分附着在污泥颗粒上，自由气泡和附着在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的上部。污泥颗粒上升撞击到三相分离器挡板的下部，这引起附着的气泡释放；脱气的污泥颗粒沉淀回到污泥层的表面。自由状态下的沼气和由污泥颗粒释放的气体被收集在三相分离器锥顶部的集气室内。液体中包含一些剩余的固体物和生物颗粒进入到三相分离器的沉淀区内，剩余固体物和生物颗粒从液体中分离并通过三相分离器的锥板间隙回到污泥层。UASB反应器的特点在于可维持较高的污泥浓度，很长的污泥泥龄（30天以上），较高的进水容积负荷率，

牧场沼气发酵工程设计方案

***市***牧场沼气发酵工程 设 计 方 案

编制单位：武汉***环保科技有限公司 编制日期：二零一一年四月 目录 第一章概述 (3) 第一节项目概况 (3) 第二节设计原则 (3) 第三节设计范围 (4) 第二章沼气发酵工程总体设计 (5) 第一节主要设计依据 (5) 第二节沼气发酵工程建设规模 (6) 第三节沼气发酵工程位置 (6) 第四节污水水质 (6) 第五节工艺方案的确定 (7) 第六节治理工艺流程 (8) 第七节工艺流程特点 (9) 第三章沼气工程主要处理设施的设计及设备选型 (9) 第四章建筑结构设计 (12) 第一节概述 (12) 第二节结构设计 (12) 第五章电气 (13) 第一节范围 (13)

第二节供电电源 (13) 第三节负荷计算 (13) 第四节照明及接地保护 (13) 第六章消防篇 (15) 第一节防火等级 (15) 第二节防火措施 (15) 第七章机械设备设计 (16) 第一节设计原则 (16) 第二节设备选型 (16) 第八章节能设计 (17) 第九章劳动安全卫生 (18) 第一节主要安全隐患 (18) 第二节设计中采取的主要防范措施 (18) 第十章组织机构 (20) 第十一章工程指标 (21) 第十二章工程技术经济指标 (24) 第十三章施工期限 (25) 第一节施工时间 (25) 第二节保证施工进度的措施 (25) 第十四章中标后在设计及施工期采取的措施 (28) 第十五章调试操作运行管理和人员培训 (29) 第十六章存在的问题与建议 (30)

第一章概述 第一节项目概况 项目名称：奶牛养殖场沼气发酵工程 工程地址：***市大通区九龙岗陈巷村张小集东队 建设单位：***市***牧场 设计单位：武汉***环保科技有限公司 项目概况： ***市***牧场位于***市大通区九龙岗陈巷村张小集东队.常年存栏量为1000头，为社会提供大量优质绿色奶源。由于在养殖过程中会产生大量的负责有机高浓度废水，该废水是发酵产沼气的重要原料；为了响应国家的节能减排、变废为宝计划，***市***牧场的相关领导决定在该牧场建造一套产沼气工程，我司应该***牧场领导的委托，设计本《沼气发酵工程设计方案》，供有关领导参考。 第二节设计原则 1、贯彻执行国家和安徽省关于环保的政策，符合国家有关法规、规范及标准。 2、选择稳定可靠、技术先进、投资省、运行费用低、管理简单、维修费用少、运行灵活的产沼气工程的新工艺，确保产沼气量大且稳定。 3、通过设计中的总体优化，采用先进的节能技术，节约能源，最大限度低降低运行费用。 4、妥善处理和处置发酵过程中产生的各类沼液和沼渣，选用噪声小的设备，避免对环境造成污染。 5、结合建设场地的实际情况，在方便施工安装的前提下，力求各构筑物尽量集中，布置紧凑，节省占地。同时考虑发酵工程的整体建筑风格与养殖场建筑风格

厌氧发酵原理及其工艺

1.4 实验研究目的，技术路线 我国目前的农作物发酵制沼气技术与发达国家相比,起步较晚,大型项目的运行经验相对较少。由于我国幅员辽阔,不同地域的农作物资源种类不同,其物理和化学性质也有较大的差别,加之我国不同地区年平均气温差别较大,使我国农作物厌氧发酵制备沼气的大型项目难有统一的设计参数标准。对于不同的大型沼气项目,必须结合项目实际的农作物种类和物性、气候条件、供热条件、沼液和沼渔的消纳和后续处理工艺、农作物的价格和最大运输半径、原料的储存和供料方式、发电机组的选型等因素进行综合考虑,才能使项目实施后获得最佳的经济和社会效益。 根据我国农作物制备沼气技术的应用现状,结合本文研究的农作物制备沼气项目实际案例,本文的研究目的为:;研究发酵原料的物理化学性质和产气率,提出合理估算农作物（主要是黄瓜藤）和粒径的方法,为项目实例提供工艺选择、系统设计和经济性计算提供可靠依据。 为了实现上述目的,本文研究内容主要集中如下几个方面: （1）研究农作物破碎预处理的特点,为合理计算破碎预处理能耗提供计算方法。 （2）研究了黄瓜藤的鲜活度对发酵产气量和产气速率等因素的影响。 （3）不同投配率对发酵产气量和产气速率等因素的影响；为了厌氧发酵反应的持续反应，同时还研究不同投配率对于pH值的影响。 1.5 论文章节安排 本论文共包括六章内容。 第一章介绍课题的研究背景，国内能源消费和可再生能源利用现状，以及课题的主要研究内容和意义。 第二章厌氧发酵反应制备沼气的基本原理和影响参数。

第三章阐述农作物的破碎原理，从中说明粒度与能耗间的关系，并且从能耗的角度分析不同粒度的颗粒的耗能情况。 第四章针对需要采用实验方法对各个因素进行研究，确定实验的数据测量的方法以及实验进行过程中需要的注意事项，防止实验失败。 第五章实验采用定制CSTR厌氧反应器对黄瓜藤在中温条件下进行厌氧消化反应实验，研究系统的稳定性能和产气性能。 第六章作出对课题的总结和展望，总结本课题的研究成果，并提出不足之处和以后还需进一步研究的方向。

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。

大型秸秆沼气实施方案

郯城县庙山镇立朝村新型农村社区大型秸秆沼气集中供气工程 郯城县红花镇大新村新型农村社区大型秸秆沼气集中供气工程 郯城县花园乡田哨村新型农村社区大型秸秆沼气集中供气工程 实 施 方 案 郯城县农业局 2012年3月12日

第一章概述 根据山东省农业厅、财政厅《关于下达2012年生态农业与农村新能源示范县建设项目申报指南的通知》要求，我县计划申报3处新型农村社区大型秸秆沼气集中供气工程，每处供气300户，合计900户。 1.项目单位名称：1.郯城县庙山镇立朝村村民委员会 2.郯城县红花镇大新村村民委员会 3.郯城县花园乡田哨村村民委员会 2.项目建设性质：新建 3.项目建设地点：1.郯城县庙山镇立朝村 2.郯城县红花镇大新村 3.郯城县花园乡田哨村 三个项目建设内容完全一致，均按此实施方案执行。 第二章项目建设方案 1.建设规模 本项目采用中温发酵，建设1000m3 CSTR反应器，储气罐300 m3。日产500m3沼气，供300户居民供气使用，日处理秸秆1.7吨，日产沼渣1.2吨，沼液无排放全部回流。2.项目技术工艺方案 1、工艺流程说明。

具体工艺流程图见上图，秸秆原料经过粉碎后，在堆寝室内充分吸收水分后投入调节池，在调节池中将物料TS含量调至为8%，调节好的料液通过上料系统投入内反应器，在反应池内，发酵获得沼气、沼渣和沼液。沼气经脱水、脱硫进入储气柜。沼渣直接排出反应器被收集，可直接做有机肥用，也可进一步加工为复合肥。沼液量较少，收集后可用来预处理原料（做堆寖原料喷剂）。 2、工艺方案特点 1）中温发酵消化速度稍慢些，产气率较低，但这种工艺耗能较少，沼气发酵能总体维持在一个较高的水平，产气速度比较快，料液基本不结壳，且氨态氮损失较少，发酵残余物的肥效不会降低。这种工艺因为料液温度稳定，产气量也比较均衡。 2）CSTR反应器，发酵温度稳定在中温（35℃）。发酵原料从罐体底部进入，使新料和厌氧微生物充分接触，在消

沼气发酵过程用控制条件的常用参数

沼气发酵过程用控制条件的常用参数 发酵工程的总体原则是在发酵正常情况下，尽可能地采用高有机负荷率，以期获得高的池容产气率。描述沼气发酵过程用控制条件的常用参数主要有以下几种。 一、进料浓度 浓度的表示单位主要有VS质量分数（%）、TS质量分数（%）、COD浓度（kg/m3）。进料浓度关系到发酵浓度，对不同的装置来说，所需的最佳浓度是不同的。例如，目前先进的以工业有机废水为原料的沼气池，如UASB（上流式厌氧污泥床）、AF（厌氧滤器）对原料的固体浓度要求很低，一般不超过1%，但对可溶性COD浓度则无限制。以工业废水为发酵原料的大中型沼气工程进料浓度通常是废水本身的浓度，因为浓度的调节在经济上是不合算的。畜禽场因粪便的收集方式不同，有时采用稀释或浓缩措施。 二、沼气池有机负荷率 沼气池有机负荷率工程用单位是CODkg/(m3d)、VSkg/(m3d)和TSkg/(m3d)，即单位沼气池容积每天接纳的原料量。这一指标是评价沼气效率的重要指标。只有高的有机负荷才能有高的池容产气率。 三、池容产气率 池容产气率是每立方米发酵体积每天的沼气产量，单位是m3/(m3d)，这一指标也是评价沼气池效率的重要指标 。这一指标通过沼气池每天的产气量除以沼气池容积来计算。 四、原料产气率 即单位质量发酵原料的产气量。此指标用每天沼气产量除以进料量得到的，例如某沼气池每天产气3m3，每天进料为10kg总固体。TS原料产气率为3/10=0.3（m3/kg）。根据不同的情况可分为理论产气率和生产产气率。理论产气率可根据原料的化学成分来计算。生产产气率通常根据大量的实际情况来估计或实测。 甲烷的产量(E)：E=0.37A + 0.49B + 1.04C CO2的产量(D)：D=0.37A + 0.49B + 0.36C 式中：A——每克发酵原料碳水化合物含量； B——蛋白质含量； C——脂肪含量。 五、水力滞留期（HRT） 指水力学所计算出的原料在沼气池的停留时间，单位是天（d），仅从提高效率来说，此值越小越好，但小到一定程度会因沼气池内微生物的流失而使发酵失败。目前一些采用低浓度废水的高效沼气池，水力滞留期已降低至12小时以下。它的计算方法是用沼气池容积除以每天的进料体积。由于建沼气池时每天的进料体积可以确定，因此，沼气池的容积决定于水力滞留期。例如，某沼气池计划采用35℃发酵，进料浓度为8%（总固体），每天的进料容积为50m3，水力滞留期20天，则沼气池的容积为50×20=100（m3）。 六、有机物去除率 这一指标用于表征沼气池在去除污染方面所达到的水平。用进料浓度与出料浓度之差除以进料浓度（%）表示。当然，这一指标越高越好，但追求过高的有机物去除率，会带来有机负荷率、池容产气率降低。 在进行工程方案设计时，可以利用以下数学关系：

常见沼气发酵工艺类型汇总

常见沼气发酵工艺类型汇总 对于沼气发酵工艺，从不同角度有不同的分类方法。一般从投料方式、发酵温度、发酵阶段、发酵级差、料液流动方式等角度，可作如下分类： （一）以投料方式划分 根据沼气发酵过程中的投料方式不同，可将发酵工艺分为连续发酵、半连续发酵和批量发酵三种工艺。 1、连续发酵工艺 沼气池发酵启动后，根据设计时预定的处理量，连续不断地或每天定量地加人新的发酵原料，同时排走相同数量的发酵料液，使发酵过程连续进行下去。发酵装置不发生意外情况或不检修时，均不进行大出料。采用这种发酵工艺，沼气池内料液的数量和质量基本保持稳定状态，因此产气量也很均衡。 这种工艺流程是先进的，但发酵装置结构和发酵系统比较复杂，造价也较昂贵，因而适用于大型的沼气发酵系统，如大型畜牧场粪污、城市污水和工厂废水净化处理，多采用连续发酵工艺。 该工艺要求有充分的物料保证，否则就不能充分有效地发挥发酵装置的负荷能力，也不可能使发酵微生物逐渐完善和长期保存下来。因为连续发酵不会因大换料等原因而造成沼气池利用率上的浪费，从而使原料消化能力和产气能力大大提高。 2、半连续发酵工艺 沼气发酵装置发酵启动初始，一次性投入较多的原料（一般占整个发酵周期投料总固体量的1/4?1/2)，经过一段时间，开始正常发酵产气，随后产气逐渐下降，此时就需要每天或定期加入新物料，以维持正常发酵产气，这种工艺就称为半连续沼气发酵。 我国农村的沼气池大多属于半连续发酵。其中的“三结合”沼气池，就是将猪圈、厕所里的粪便随时流入沼气池，在粪便不足的情况下，可定期加人铡碎并堆怄后的秸秆等纤维素原料，起到补充碳源的作用。这种工艺的优点是比较容易做到均衡产气和计划用气，能与农业生产用肥紧密结合，适宜处理粪便和秸秆等混合原料。 3、批量发酵工艺 发酵原料成批量地一次投入沼气池，待其发酵完后，将残留物全部取出，又成批地换上新料，开始第二个发酵周期，如此循环往复。农村小型沼气干发酵装置和处理城市垃圾“卫生填埋法”均采用这种发酵工艺，这种工艺的优点是投料启动成功后，不再需要进行管理，简单省事，其缺点是产气分布不均衡，高峰期产气量高，其后产气量低，因此所产沼气适用性较差。 （二）以发酵温度划分 沼气发酵的温度范围一般在10?60℃，温度对沼气发酵的影响很大，温度升高，产气率也随之提高，通常以沼气发酵温度区分为：高温发酵、中温发酵和常温发酵工艺。 1、高温发酵工艺 高温发酵工艺指发酵料液温度维持在46?60℃。实际控制温度多在53℃±2℃，该工艺的特点是