沼气干发酵技术样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。沼气干发酵技术更新时间: -07-20 13:53来源: 作者:阅读: 275网友评论0条沼气干发酵是指以秸秆、 畜禽粪便等有机废弃物为原料(干物质浓度在 20 %以上) ,利用厌氧菌将其分解为 CH4 ,CO2 ,H2S 等气体的发酵工艺。沼气干发酵由于其发酵原料的干物质浓度高而导致的进出料难、 传热传质不均匀、 酸中毒等问题 ,是沼气干发酵的技术难点 ,对此国内外都进行了深入的研究。中国从20世纪80年代起开始了户用沼气干发酵研究 ,取得了一定的成果。叶森等从 1986 年开始研究自动排料沼气干发酵装置和相应的半连续干发酵工艺 ,于1988年8月经过了由农业部能源环保局主持的技术鉴定。马云瑞等研制了分离储气恒压干发酵池 ,其产气量基本能够满足四口之家一日两餐(6月10月)炊事用能及照明用能(5 月l1月) 。康恒德创造了小型高效稳压式自动漫渗滤干发酵沼气池。北京合百意生态能源科技开发有限公司对沼气干发酵菌种进行了研究 ,研制了预处理秸秆复合菌剂和低温高效甲烷菌 ,当前正在进行推广示范。中国在21世纪初开始了大型沼气干发酵研究 ,当前还处于小试研究阶段。甘如海对畜禽粪便厌氧干发酵处理搅拌反应器进行了研究 ,设计试制出卧式螺带搅拌发酵罐 ,经过试验得出了操作参数对发酵产气过程的影响情况 ,确定了最优操作参数。晏水平对大中型集约化养殖场畜禽粪便高温厌氧干发酵处理工程中的罐体加热保温装置进行了研究 ,其具体研究内容是罐体加热保温装置的选型和操作参数设计 ,为大型沼气干发酵系统的工程化提供了一定的基础理论。国外对沼气干发酵技术的研究比中国早 ,整体技术水平较中国领先。从20世纪 40 年代起 ,德国、 法国和阿尔及利亚就开始运用批量式沼气干发酵技术。20 世纪 80 年代 ,德国、 荷兰、 瑞士、 布基纳法索、 尼日尔等国家对沼气干发酵进行了深入的研究。20世纪 90 年代 ,德国大量资助新型的间歇式干法沼气发酵技术的研发 ,在 90 年代末 ,该项工艺和装备经过了中试 ,并于 年生产出产业化装备 ,投入实际运行。当前 ,国外的沼气干发酵技术已经成熟 ,如车库型干发酵系统、 气袋型干发酵系统、 干湿联合型发酵系统、 渗滤液储存桶型干发酵系统等大型沼气干发酵系统 ,已经投入生产性应用 ,可进行规模化的沼气生产。沼气干发酵工艺农村实用工程技术(农业工程) 1986年02期沼供 【摘要】: 正 干发酵是指发酵原料中的总固体干物质浓度在20以上的一种发酵工艺,是批量厌氧发酵的主要类型,也有人把干发酵叫做固体发酵或高浓度发酵。它的主要优点是:池容产气率较高(一般都在0.25米3/米3天以上),因而能够节省建池投资,一般五口人之家,有四至五立方米就足够了。另外,发酵池结构简单,进出料和维修部比较方便、 安全。节约用水,沼渣肥料质高量少,运输方便,节省运输劳力,因而非常适合使用干粪作肥料的北方农村和干旱地区推广应用。干发酵的显著特点是发酵基质的总固体含量较高,它是在较高的挥发酸含置水平上发酵运转,工艺技术的核心是防止有机酸的过量积累。因此,根据各地的经验,应掌握好以下几个工艺步骤:沼气干发酵工艺 -05-20 13:37:19作者: 蒲公英 来源: 中国生物能源网 浏览次数: 523网友评论5条沼气干发酵工艺干发酵是指以有机废弃物为原料(干物质浓度在20%以上),利用水解产酸菌、 产氢产乙酸细菌和产甲烷菌将其分解为CH4、 CO2、 H2S等气体的发酵工艺。由于固体浓度太高难以采用连续投料或半投料的. 干发酵是指以有机废弃物为原料(干物质浓度在20%以上) ,利用水解产酸菌、 产氢产乙酸细菌和产甲烷菌将其分解为CH4、 CO2、 H2 S等气体的发酵工艺。由于固体浓度太高难以采用连续投料或半投料的投料方式, 绝大多数均采用批量投料。 许多研究表明,干发酵由于其总固体含量较高,容易在发酵初期产生大量的有机酸,造成酸中毒现象,最终导致启动失败。许多研究都针对加大接种量或预处理等调控措施而展开,而对造成不同底物快速酸化的主要原因研究很少。 比如像以秸秆为原料的干发酵方法( 同时也适合于粪草混合发酵) 要点的关键: 添加足够的优质接种物; 秸秆要切碎而且用石灰水预处理, 并进行池内外堆沤; 添加适量氮源, 发酵浓度为20%30%。 一、 配料和预处理 1.秸秆用量和预处理 风干秸秆( TS=85%) 切成150毫米左右的小段, 加石灰水泼湿, 再将接种物总用量的1/3混入, 进行池外堆沤, 堆沤时间为23天。堆沤的目的是初步破环秸秆的纤维木质结构, 并增加秸秆容重, 以提高单位池容的秸秆处理量。堆沤结束后加入其余接种物和氮肥, 入池再堆沤24小时, 用以增加启动的料温。 这时平均体积产气率可超过0.2米 /( 米天) 。如果增加粪便, 则由于平均体积有机负荷率增加, 能够提高平均体积产气率。 2.接种物 对接种物的要求与其它发酵工艺相同, 接种物的数量应为秸秆质量的1.5倍以上。它是保证干发酵正常进行的关键。池外堆沤时先用1/3的量, 其余的入池时再加入。 3.添加氮源 由于采用的是批量投料方法, 平时没有含氮丰富的粪尿流入, 而秸秆本身含氮量不足, 因此必须再入池时补充氮源。但由于干发酵的水分含量较少, 太多的氮易造成发酵抑制。因此加碳酸氢铵时用量为秸秆用量的2%, 加尿素时为秸秆用量的1%。 4.用石灰水预处理 石灰的用量应为秸秆质量的5%, 此项措施的目的在于破环秸秆的木质纤维结构, 并中和发酵过程中产生的酸, 以防止pH值下降。 二、 浓度控制 用加水量来控制料液的浓度, 石灰5千克加水100千克配成石灰水用于预处理; 接种物( TS%=10%) 按1: 1加水稀释; 氮肥每千克加水50千克溶解后使用。由于堆沤过程中水分会损失, 按上述比例加水, 一般可将浓度控制在20%30%。 三、 发酵周期 为了充分利用沼气池和积造有机肥, 南方地区在冬春季能够采用一个发酵周期, 约150200天; 夏秋季( 510月) 可采取两个发酵周期, 每个周期约为90100天。各地区应该把发酵周期和农事用肥密切结合起来考虑。 四、 贮气问题 干发酵池必须附有贮气设施, 如塑料贮气袋、 分离浮罩或水压式贮气池。不过采用每户一个干发酵池和一个水压式池最简便。沼气成分检测的主要方法有奥氏气体分析方法、 气相色谱GC分析方法、 热催化元件检测方法和红外检测方法。奥氏成分检测分析仪: 采用氢氧化钠溶液吸收CO2, 以焦性没食子酸碱性溶液吸收CO2, 采用爆炸燃烧法后采用吸收法测量CH4, 从而测出CH4、 CO2、 O2的含量。该方法结构简单, 可是需要采集代表性的气体, 且不能现场分析, 另外每年都需要购置大量的药剂, 人员需要培训且分析测试劳动强度较大。 气相色谱GC分析方法: 采用将采样的气体利用其物理吸附能力差别在色谱柱中分离然后采用TCD传感器分析其CH4、 CO2、 O2, 该方法测试简单, 可是色谱价格相对较贵, 需要采样, 不能现场分析。 热催化检测方法: 将热催化( 黑白) 元件补偿元件和桥臂电阴构成惠斯顿电桥加一恒定电压, 由于热催化元件的骨架是铂丝材料, 电流流过时加热, 使温度为500度左右, 当遇到瓦斯气体时, 瓦斯气体接触催化元件表面时会发生氯化反应, 产生大量的热量, 使催化元件温度升高, 阻值增大, 电桥输出不平衡电压, 反映被测甲烷的浓度。该方法的优点是: 价格低廉, 适合煤矿测量甲烷是否超标, 已经普遍使用在便携瓦斯分析仪以及固定式瓦斯传感器。缺点是:需要频繁标定, 7天标定一次, 只有一年使用寿命, 精度差( 10%) , 寿命短, 只能测量04%以下的瓦斯。高浓度使得传感器中毒甚至报废, 另外不能测量CO2。 红外检测方法: 采用CH4、 CO2气体会吸收款3.4um, 4.26um的中外红外波长的特点,经过红外吸收率的变化得到CH4、 CO2含量, 同时能够配合电化学传感器得到O2、 H2S含量。当前是国外从事沼气测量的首选测量仪器, 当前中国在开展的情节发展机制CDM项目都要求采用红外沼气分析仪检测沼气的成份, 其优点是能够在线实时测量, 不需要气袋采样, 没有耗材消耗,测量精度高, 不需要频繁标定, 测量量程0100%, 既可测量沼气池气体成分, 也可测量沼气泄漏。 奥氏气体分析仪由于不能现场分析, 且每年都需要购置大量的试剂( 除非政府每年都有试剂费用的财政安排) , 分析测试复杂, 劳动强度大, 因此不适合农村沼气分析工作; 气相色谱是当前中国农业领域测量沼气CH4、 CO2的推荐实验室方法, 需要采样后实验室分析, 可是其购置价格昂贵, 操作十分复杂, 在沼气现场使用困难沼渣成分分析摘要: 以反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气剩余物沼渣为研究对象,采用振动筛分分组、 统计分析、 图像处理和Fibertec &M6纤维分析系统分析等方法,对沼渣的物理成分及沼渣纤维化学成分进行了测定分析.研究结果表明,沼渣主要由质量分数为64%的纤维、 35%的非矿物质和1%的矿物质组成;沼渣纤维巾纤维素、 半纤维素、 木质素、 灰分及其它各成分的质量分数分别为44.8%、 21.9%、 15.6%和17.7%.从而得出结论:反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气后的沼渣中纤维素含量较水稻、 小麦和玉米等作物秸秆的高5%以上,半纤维素含量较水稻、 小麦和玉米等农作物秸秆低5%.研究结果为沼渣资源化、 高值化利用技术研究奠定了基础.世界最新干法( 固体) 沼气发酵技术简介中国新能源网| -6-1 14:29:00 |新能源论坛|我要供稿特别推荐: 中国新能源与可再生能源年鉴 传统的沼气发酵均采用湿法技术, 由于湿法技术发酵耗能高、 处理干物质的成本高等一系列缺点, 限制了其适应的范围和地域。由于连续性干法沼气发酵工艺太复杂、 成本过高, 因此未能得到推广。从90年代起, 德国大量资助了新型的间歇式干法沼气发酵技术的研发。90年代末, 德国间歇式干法沼气工艺和装备经过了中试, , 生产出工业级装备并投入实际运行。新型的间歇式干法沼气发酵技术比起传统的湿法技术有下述优点: 1) 自身耗能低, 冬季仅耗用自身产生的能量10-15%。而湿法要耗用30%左右的能量, 在北方寒冷地区冬季甚至会达到45%, 因而大大限制了沼气技术在北方寒冷地区的推广。2) 能够直接处理农作物秸秆和城市垃圾等固体可发酵有机物, 大大节省了预处理成本。 3) 由于没有搅拌器和管道, 发酵不受干扰物质如塑料、 木块、 沙石等的影响, 因而不需花费人力和设备将其在发酵前检出。4) 在发酵罐/室中没有搅拌器等运动部件, 因此系统的可靠性很高。5) 沼气质量高( 含硫量远远低于湿法沼气, 只有50-300ppm, 能够不经洗气直接供沼气发动机使用) , 发酵物出气率高。6) 发酵室为地面车库型不透气混凝土结构, 底部管道暖气供热, 因而土建费用很低。7) 发酵室为模块化结构, 易扩展。8) 建设和运营成本随规模增长很慢, 占地省, 适于建设年处理可发酵垃圾一万吨以上、 年产沼气100万立方米以上的大型沼气工程。9) 进料出料可使用通用的装载机等工程机械, 设备效率高, 通用性强。10) 因为发酵剩余物无湿法发酵的沼液, 因此不用脱水处理, 发酵剩余物经简单的过筛和短时间的堆肥即可用作园林肥料或农作物肥料, 因而存储和后处理费用低, 价值高。11) 耗水量比起湿法大大降低, 几乎没有污水排放, 大大节省了水费和污水处理费。 12) 由于上述的原因, 因而新型的间歇式干法沼气发酵工艺的初期投资、 运营成本和环境成本都远远低于湿法技术。间歇式干法沼气发酵技术与湿法沼气技术相比, 有两个关键的技术问题需要解决: 1) 发酵初期与发酵结束时发酵室沼气浓度与空气浓度达到临界点15:85时的防爆安全, 需要高度安全可靠的自动控制系统。2) 发酵菌在发酵物中的繁殖速度保障。因而, 间歇式干法沼气发酵技术是一项新技术含量很高的技术。德国巴伐利亚州是当前德国沼气技术应用最发达的地区。巴伐利亚州的别费慕公司在德国中试研发的基础上, 研发出了商业实用的技术, 很好地解决了上述两个问题, 并在全世界登记了专利, 成为德国第一个经过德国技术监督协会TV的干法沼气发酵成套设备技术安全认证和建立并运营德国第一套商用级间歇式干法沼气站的公司。采用别费慕公司的技术, 可在国内配套很多材料和部件, 进口技术只占沼气站设备和建设投资的很少一部分, 同时别费慕公司是一家高技术公司, 因此非常支持间歇式干法沼气发酵技术尽可能多的部分国产化。中国的可发酵废弃物主要由以下但部分组成: 1.中国每年的农作物秸秆产量有6-7亿吨, 以前主要作为家庭的生活燃料使用, 还有少部分用作牲畜饲料和造纸。随着农村生活水平的提高, 农村家庭的生活燃料也逐步向天然气、 液化石油气和煤炭转移, 造纸业因采用秸秆环境污染问题严重而转向采用木材纸浆, 因而剩余农作物秸秆的数量越来越大, 据估计每年已达到4亿吨左右, 除了堆肥发酵还田或直接还田一部分外, 大部分被焚烧。一些地方的农作物秸秆焚烧问题已经非常严重, 不但污染环境, 甚至影响到飞机的降落, 高速公路的车辆行驶。2.中国的养殖业每年还产生十多亿吨的畜禽粪便。由于中国已经由过去的农户分散养殖过渡成为集中养殖并集中在大城市附近, 因此畜禽粪便的处理已成为养殖场沉重的环境负担问题, 搞不好还会造成污染地下水源的严重后果。3.中国城镇( 厨余、 食品加工下脚料和蔬菜运售剩余等) 可发酵垃圾的数量逐年增长, 在北京、 上海、 天津、 深圳这样的大城市, 每年的可发酵垃圾量已达几十万吨, 不但没有用作肥料, 反而占用了宝贵的垃圾填埋场, 有些地方还造成了严重的垃圾填埋场爆炸隐患, 并产生了严重的污水问题。根据 北京奥运会中国政府的承诺, 中国鼓励大力发展作为可再生能源的先进大型沼气生产技术。能够预见, 大力推广应用间歇式干法沼气发酵技术, 将可普遍在中小城镇和农村推广使用沼气作为煤的替代能源, 提高农村的生活质量, 增加农民和乡镇企业的收入, 并大大减少秸秆燃烧带来的大气烟尘污染, 同时作为可再生能源可大量减少大气的二氧化碳排放量沼气干发酵技术研究进展作者: 李强、 曲浩丽等来源: 中国沼气浏览: 18发布时间: -08-09 17:26:11摘要: 开发和利用沼气干发酵技术处理农业废弃物、 禽畜粪便和城市垃圾, 对于解决能源短缺、 生态环境恶化和减少CO2排放具有深远的意义。本文对国内外沼气干发酵的研究现状、 工艺条件及技术装备等方面进行了综述。1 引言在能源短缺、 全球变暖、 生态环境恶化的大背景下, 节能减排、 高效利用资源和发展新能源成为全世界的当务之急。据统计, 中国已成为世界上固体有机废弃物产出量最大的国家, 其中农作物秸秆年产量达7亿多吨, 可供青贮和茎叶等鲜料约10亿吨, 锯末、 刨花等林业废弃物1.6万吨, 畜禽粪便排放量134亿吨, 城市垃圾7万吨以上。随着工农业生产的迅速发展和人口的增加, 有机固体废弃物的处理不当, 不但造成了资源的浪费, 同时也污染了自然环境。农作物秸秆、 畜禽粪便和城市生活垃圾蕴藏着能够被利用的巨大能量。在众多固体有机废弃物资源化利用的技术中, 沼气干发酵技术是国内外研究的热点和重点发展方向之一, 本文将对国内外沼气干发酵的研究和应用技术做一综综述。2 沼气干发酵研究概况中国干法发酵技术应用源远流长, 自古以来中国就采用干法发酵工艺酿酒、 生产堆肥。国内对沼气干发酵技术的研究起步于上世纪80年代, 在1988年缪则学等人就将沼气干发酵技术应用于畜禽粪便的发酵, 研究了适宜于吉林省农村温暖季节应用的干发酵工艺。边文骅等设计了横蓖板水压式干发酵沼气池并将其应用。叶森等人从1986年开始研究自动排料沼气干发酵装置和相应的半连续发酵工艺, 并于1988年经过了相关部门的技术鉴定。李秀金等人提出了采用NaOH处理改进玉米秸秆的可生物消化性能。随着沼气干法发酵技术研究的成熟,规模化的沼气干法发酵工程应用技术的研发已成为发展的主流,韩捷等人近年来研发了一种MCT沼气干发酵技术及装备。国外对沼气干法发酵的研究主要集中于城市垃圾的处理, 德国、 法国、 丹麦等国家技术发达国家早在20世纪80年代就对沼气干发酵进行研究。德国于 经过厌氧干发酵工程的中试。而巴伐利亚州的别费慕公司在德国中试研发的基础上,研发出了商业实用的技术,经过了德国技术监督协会TUV的干式沼气发酵成套设备技术安全认证,成为了德国第一个商用级间歇式干式沼气站的公司。 10月美国加州大学DAVIS分校研制的储罐型干法沼气发酵装置点火成功。3 沼气干发酵技术的研究沼气干发酵又称固体厌氧发酵,它是以秸秆、 生活垃圾、 和畜禽粪便等固体有机废弃物为原料,利用厌氧微生物发酵产生沼气,反应体系中的TS含量达到20%40%。沼气干发酵中采用的菌种和工艺条件的控制会直接影响干发酵的。3.1 沼气干发酵的微生物菌群与常规沼气发酵的机制相同,厌氧干发酵的过程同样包括水解阶段、 酸化阶段、 产甲烷反应阶段。这几个阶段由发酵性细菌、 产氢产乙酸菌、 产甲烷古菌三个功能菌群的微生物共同完成。水解阶段中多糖、 蛋白质及脂类、 纤维素等在某些细菌的作用下转化为乙酸、 丙酸、 丁酸等长链脂肪酸和醇类及一定量的氢、 二氧化碳。这个过程中,细菌大多数为严格厌氧菌,如梭状芽胞杆菌,双歧杆菌。另外,也包括链球菌和肠杆菌科一些兼性厌氧菌。酸化阶段主要是产氢产乙酸菌将较高的挥发性脂肪酸转化为乙酸、 氢及二氧化碳。典型的菌是Acetobacteriumwoodii和Clostridiumaceticum。在发酵过程中,氢分压的高低对有机物的降解有一定的调节作用,产氢微生物只有在耗氢微生物共存的条件下才能生长。在沼气发酵的最后阶段产甲烷阶段是由生理上高度专化的古菌-产甲烷菌来完成,它们主要是利用氢产甲烷菌和利用乙酸产甲烷菌两大类群。如Methanosarcinabarkeri,Metanonococcusmazei,Methanotrixsoehngenii。厌氧干发酵常见的菌种有沼渣、 下水道污泥等。接种物一般不低于发酵料重量的30%,且要有良好的活性。接种合适的菌种是干发酵的一关键步骤。中国80年代就开始了对沼气干发酵菌种的研究,罗德明等人研究了菌种对不同干物质产气的影响。闫志英以秸秆为沼气发酵原料,发现秸秆经复合菌剂预处理后,产气量比未加复合菌剂预处理的对照组提高。近几年来随着分子生物学的发展,DGGE技术应用于干发酵菌群的分析,RowenaT采用PCR-DGGE技术,使用不同的引物对干发酵过程中的金黄色葡萄球菌及乳酸菌进行检测。T-RFLP,LH-PCR,SSCP技术也广泛应用于微生物干发酵的研究,利用这些技术对沼气干发酵的菌群的多样性进行研究、 检测产甲烷菌群的变化,筛选出新的高效干发酵菌种,从而更好的优化了工艺条件、 增加产气量。经过克隆文库方法能够确定微生物的种群和多样性,同时能够发现更多的未培养的适合干发酵的产甲烷微生物。在沼气干发酵过程中纤维素、 半纤维素难于被一般微生物分解,这是干发酵的难点。Romano等指出在沼气发酵过程中,纤维素和半纤维素的降解是厌氧消化的限速步骤,提高水解速率是厌氧消化过程中提高生物量转率的关键。寻找纤维素降解的高效菌株是增加沼气干发酵产气量的有效途径。她们经过实验比较了添加不同酶预处理后秸杆的产气情况,并经过16SrDNA测序分析了占优势地位的厌氧菌群。3.2 沼气干发酵的影响因素现有的研究结果表明:在沼气干发酵过程中温度是调控发酵菌群、 强化产气的重要手段。在常温发酵条件下,发酵料液温度随季节的变化受气温、 地温的直接影响,波动较大,导致微生物生长和沼气产量均不稳定;中温发酵的温度控制在3038之间,在该温度条件下微生物的形成稳定的优势种群,其生长代谢稳定,沼气产量较高; 高温发酵的温度在5055之间,此时微生物对原料分解快、 利用率高, 并可杀灭致病微生物。艾平等人经过正交试验,研究了厌氧干发酵处理畜禽粪便过程中发酵温度,得到了厌氧干发酵处理的优化工艺条件:发酵温度为55,C/N为12.5。FatmaA在37,55及65条件下对鸡粪进行批量式干发酵试验,55及65进行的发酵样品未检测到甲烷,而在中温37的情况下对鸡粪进行干发酵,培养254天,取得了较好的产气效果(31mL gVS-1)。BujoczekG则认为:以鸡粪为原料,固含量超过21.7%的情况下35󰀂进行发酵,产生效果不太好。适宜的pH值环境对沼气的沼气干发酵效果有着至关重要的作用。沼气干发酵的最适pH值为6󰀂87.4,6.4以下或7.6以上都对产气有抑制作用,pH值在5.5以下,产甲烷菌的活动则完全受到抑制。控制发酵体系的pH值(7.07.2),使产甲烷菌处于最佳的生存状态,是提高水稻秸秆发酵产沼气的关键。与常规的沼气发酵相似,适当的添加微量元素能够促进微生物的生长和代谢。微量元素镍、 钴能够显著影响稻草干发酵的日产气量,适当的添加镍、 钴有利于甲烷菌的生长,但过高的添加量反而会抑制甲烷菌的生长。马诗淳从微生物代谢调控的角度出发,研究纤维素厌氧分解菌和筛选促进纤维素降解产甲烷的刺激因子,发现不同刺激因子对微生物群落结构的组成和丰度影响显著,同一刺激因子不同培养时间的微生物群落结构变化明显。另外适量的添加水解酶能够增加沼气的产量。3.3 沼气干发酵的原料3.3.1 农作物秸杆随着中国农业经济发展及建设社会主义新农村的步伐,农作物秸秆作为一种可利用的再生能源,越来越受到人们的重视。在厌氧干发酵中,一般可采用水稻、 玉米、 小麦、 花生等农作物秸秆为发酵原料。农作物秸杆在干发酵的过程中降解比较复杂,原料的产气率较低。国内一些学者经过秸杆的预处理及发酵工艺的控制来提高产气率。张望等人以稻秸为原料,在中温生物反应器内进行厌氧干发酵,研究了稻秸发酵过程中的生物气产量、 pH值、 渗滤液COD及甲烷含量的变化。焦静等人以不同比例配制原料,进行厌氧发酵试验,研究了草粪比对甘蔗叶干法厌氧发酵产气效果的影响。3.3.2 城市有机垃圾和市政污泥城市生活垃圾有多种处理技术,厌氧干发酵技术是其中一种经济、 合理的处理方法。国外在上世纪90年代就将厌氧干发酵技术用于城市垃圾的处理,运用瑞士的Kompogas工艺,日本、 瑞士等国已经建立约18个高温干式厌氧垃圾处理工厂。国内早在1995年刘晓风就采用厌氧消化污泥作接种物对城市有机垃圾进行了处理。后来冷成保等人提出了生活垃圾的暗河式干发酵处理研究及其工艺设想,这种处理方法具有垃圾处理量大、 垃圾能够得到及时即地处理、 占用土地少等优点。城市污水处理厂每天要产生大量的市政污泥,其处理技术一直未能很好地解决。谢震震以脱水污泥作为底物,模拟污水厂脱水污泥在填埋场中的生物降解过程,进行了脱水污泥干发酵的实验研究,为污泥的填埋稳定化提供了理论指导。4 沼气干发酵装置的相关研究德国于90年代起,开始进行间歇式干法沼气发酵技术及工业级装备的研发。当前欧洲的干法沼气发酵技术主要有:车库型、 气袋型、 渗出液存储桶型、 干湿联合型和立式罐型等。中国在21世纪初开始了大型干法厌氧发酵反应器研究,当前还处于小试研究阶段。甘如海等自行设计了卧式螺带式搅拌发酵罐来进行厌氧干发酵。韩杰等研制出新型沼气干法发酵反应器-覆膜槽生物(MCT)反应器,并以MCT反应器为核心,改进和优化集成现有沼气技术,开发出新型规模化干法沼气发酵技术与成套装备。干发酵底物固体含量较高,发酵原料存在的浓度梯度,传热、 传质困难。接种物与底物混合有一定难度。在沼气工程中设置混合搅拌装置,能够提高反应的传质效率,加快产沼气过程的进行,法国JGuendouz在中温条件下对完全混合反应器进行了研究。5 沼气干发酵技术的应用厌氧干发酵的优点在于系统稳定、 处理量大、 占地小、 节水等。国外当前干发酵厌氧工艺一般采用干式单级发酵系统。其中Dranco工艺-比利时Brecht处理厂、 Biocel工艺-荷兰Ielystad处理厂、 瑞士Kompogas工艺、 法国Valorga工艺在国外已经广泛应用于有机物的处理。四种工艺特点如表1所示。欧洲现在至少有4座Dranco工艺大型垃圾处理厂,其中以比利时Brecht二期Dranco沼气干发酵系统为代表,瑞士等国家Kompogas工艺建立至少12个大型工程。而Valorga工艺在瑞士、 德国、 西班牙、 比利时等国家均有利用。表1 四种工艺特点工艺类型 处理量 固含量 温度 停留时间 ta-1% dBiocel工艺 50000 3040 3540 10Dranco工艺 1100035000 1540 5058 20/( 1530) Kompoga工艺 10,000 3045 54 1518Valorga工艺 10000210000 2535 无 1428中国当前大型的干发酵处理工程尚处于技术研发阶段,其技术模式还有待进一步检验。国内在干发酵利用方面进行了一些研究。张无敌等人针对干发酵设备复杂、 操作烦琐、 产气不均衡等不宜推广使用的局限,创造了一种结构简单,低成本的干发酵循环连续式沼气发酵的工艺方法,有效解决干发酵产气不均衡的缺点,实现对有机废弃物的连续发酵和均衡产气。赵国明等设计了一套对厌氧干法发酵技术进行改进,经过应用新型生物反应器和与之相配套的厌氧发酵工艺,能够再增加产气量、 提高运行负荷、 简化后处理工序。由于沼气干发酵中发酵原料存在严重的浓度梯度,传热、 传质困难,对于沼气发酵至关重要的pH值、 反应温度等很难控制,对发酵设备的技术条件要求高,造成在厌氧干发酵工艺控制方面存在一些困难。当前厌氧干发酵过程中只有少量的几个参数能够得到实时的测量,而厌氧干发酵过程的复杂性,发酵过程中很难找到一个简单而合适的控制参数。因此需要对厌氧干发酵的工艺控制理论和技术条件进行深入的研究。6 展望中国的能源生产及消费呈现出富煤、 缺油、 少气#以及新型能源短缺发展滞后的结构特征。在当前应对气候变化的情况之下,发展低碳经济已经成为世界性的潮流。厌氧干发酵技术在各种固体有机废弃物资源化利用上具有一定的技术优势,但由于各国该项技术研发起步较晚,在工业化应用领域处于实验阶段,以下方面的研究工作有待进一步的完善。干发酵环境中微生物群落结构的稳定直接影响厌氧干发酵产量,需进一步的研究干发酵过程中微生物的群落信息,并采用分子手段获得的目标菌群的丰度和变化的相关信息来准确反映反应器系统的真实情况,进一步加强发酵过程的调控。中国干法沼气发酵技术装备起步较晚,专用设备较为缺乏,开发多功能秸秆粉碎技术及机具、 规模化干法厌氧发酵装置、 原料提升设备,高效生物颗粒肥料成型技术与机具,提高干法厌氧发酵工程质量的专用工装、 模具、 规模化干法厌氧发酵的工程设施与关键设备,能给干发酵系统的可靠运行提供装备保障,提高发酵效果。参考文献:1 李鹏,王文杰.中国农业废弃物资源的利用现状及开发前景J.天津农业科学, ,15(3):46-49.2 余昆朋.城市生活垃圾厌氧消化技术进展J.环境卫生工程程, ,11(1):16-20.3 缪则学,宋明芝.北方农村沼气池干发酵的应用实验J.中国沼气,1988,6(4):23-25.4 边文骅,董敬华,彭立风.腐植酸发酵形成腐植酸的周期及其规律的研究J.河北师范大学学报,1996,20(3):78-79.5 叶森,魏吉山,赵哈乐,等.自动排料沼气干发酵装置J.中国沼气,1989(4):17-19.6 罗庆明,李秀金,朱保宁,等.NaOH处理玉米秸秆厌氧生物气化试验研究J.农业工程学报, (2):17-197 韩捷,向欣,李想.覆膜槽沼气规模化干发酵技术与装备的研究J.农业工程学报, (10):100-104.8 Mata-Alvarez J, MaceS, Llabres P. Anaerob ic digestion of organic solid wastes. An overview of research a chievements and perspectivesJ.BioresourceTechnolo󰀁gy, ,74:3-6.9 Peter W. Biogas production: current state and perspectivesJ.ApplMicrobiolBiotechnol, ,85:849860.10 罗德明,李炎章,杨万华.沼气干发酵研究!菌种水质对干发酵产气量的影响J.中国沼气,1983,(1):3-6.11 闫志英,袁月祥,刘晓风,廖银章,贺蓉娜.复合菌剂预处理秸秆产沼气J.四川农业大学学报, ,27(2):176-179.12 Fontana C,VignoloG, CocconcelliP S. PCR-DGGE analys is for the identification of microbial populations from Argentinean dry fermented sausagesJ.Journal of Microbial crobioicalMethods 63(3):254-26313 Sawamura H,YamadaM,EndoK,et al Characterization of microorg an isms at different landfill depthsus ingcarbon-utilization patterns and 16S rRNA gene based T-RFLPJ.Journal of B ioscience and B ioengineering, ,109(2):130-137.14 Mills D K, Entry JA, Voss JD, et a.l An Assessment ofThe Hypervariable Domains of 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 ,57(3):496-503.15 Ye Chen, Jay JC. Anaerobic Processes in Waste Treatment J.Water Environment Research, ,77:(6),1347-1388.16 Rowena T, Ruihong Z, Sarah T, Jeffery A. The effect ofEnzyme addition on anaerobic digestion of Jose T all Wheat Grass J.BioresourceTechnology, ,100,4564-4571.17艾平,张衍林,袁巧霞,等.厌氧干发酵处理畜禽粪便的影响因子J.华中农业大学学报, ,28(3):377-380.18FatmaA, YutakaN, Naomich iN. Dry mesophilic fermentation of chickenmanure for production of methane by repeated batch cultureJ. Journal of Bioscience and Bioengineering, ,107,(3):293-295.19BujoczekG, O leszkiew icz J, Sparling R and Cenkow skiS. High so lid anae robic digestion of chicken manureJ. Agric Eng Res, ,76:5160.20王永泽,邵明胜,王志,陈雄,李冬生.pH值对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的影响J.湖北工业大学, ,37(31):15093-1509.21全桂香,常志州,叶小梅.不同底物沼气干发酵启动阶段的产酸特征研究J.江苏农业科学, ,1:225-227.22马诗淳.沼气发酵微生物代谢调控技术研究D.成都:农业部沼气科学研究所, .23 GerhardtM. The use of hydrolytic enzymes in agriculturalBiogas production. In: Progress in BiogasJ. Stuttgart-Hohenheim, , 1:247-254.24 Schimp fU, Valbuena R.Increase in efficiency of biom ethanation by enzyme e applicationJ. Bornimer Agrar technische Berichte, ,68:44-56.25何荣玉,闫志英.秸秆干发酵沼气增产研究J.应用与环境生物学报, ,13(4):583-585.26边义,刘庆玉,李金洋.玉米秸秆干发酵制取沼气的试验J.沈阳农业大学学报, ,38(3):440-44227 闫志英, 袁月祥, 刘晓风, 廖银章: 复合菌剂预处理秸秆产沼气J.四川农业大学学报, ,27(2):176-179.28焦静,王金丽,邓怡国,等.草粪比对甘蔗叶干法厌氧发酵产气效果的影响J.广东农业科学, ,1:51-54.29刘晓风,廖银章.城市有机垃圾厌氧干发酵研究J.太阳能学报,1995,16(2):170-173.30冷成保,肖波,杨家宽.暗河式生活垃圾干发酵处理研究J.环境工程, ,19(4):45-47.31谢震震,张华.脱水污泥在干发酵过程初期的生物降解规律研究J.中国资源综合利用, ,25(4):30-32.32甘如海.畜禽粪便厌氧干发酵处理搅拌反应器的研究设计D.武汉:华中农业大学, .33韩捷,向欣,