秸秆厌氧发酵预处理技
术简介
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秸秆厌氧发酵预处理技术简介
摘要秸秆是含有大量木质纤维素的生物质，难被细菌直接分解，这限制了秸秆厌氧发酵产沼气技术的发展。预处理可提高秸秆发酵速率和效率。本文介绍了目前国内外秸秆厌氧发酵预处理的主流技术，并指出了秸秆厌氧发酵预处理技术未来的发展方向。
关键词秸秆厌氧发酵预处理
中图分类号：文献标识码：A
农作物秸秆资源是地球上最丰富的可再生资源，世界每年可产生近20亿吨秸秆。随着世界化石能源日趋枯竭，人类将濒临能源危机，农作物秸秆资源作为高效清洁的可再生能源一直备受人们的关注。目前秸秆资源化主要有秸秆饲料化、秸秆还田、秸秆工业原料化和秸秆生物能源化技术。其中最具有代表性、发展最早的是秸秆木质纤维素原料厌氧发酵产沼气技术，现在已发展成为制取清洁高效安全的生物天然气。此技术已成为21世纪的研究热点，具有十分深远的经济价值和战略意义。
但是在实际生产过程中，秸秆发酵产气率并不高，这是因为秸秆中木质纤维素含量高且难以分解，因此造成秸秆厌氧消化发酵启动慢、分解慢、发酵时间长、产气率低
等问题。由此需要对秸秆进行有效的预处理，从而提高秸秆发酵的速率及效率。
1厌氧发酵预处理技术
农作物秸秆中木质纤维素含量相对较高，而木质纤维素的结构极其复杂，厌氧微生物对其水解较弱，水解缓慢且程度很低，进而影响后续的酸化和产甲烷。由此需要对秸秆进行有效预处理，并优化厌氧发酵条件，提高秸秆发酵产气速率和产气质量。目前国内外秸秆发酵预处理主要技术有物理技术、化学技术、生物技术、物理化学技术和化学生物联合处理技术等。
物理预处理技术
物理技术是最常见的生物质预处理技术，主要是通过缩小生物质粒度来降低结晶度，破坏木质素、纤维素、半纤维素之间的网状结构，增加生物质秸秆的比表面积，使得生物质软化而进一步分离、降解，从而增加酶对纤维素的可及性，提高纤维素的酶解转化率。主要技术方法有机械粉碎、冷冻粉碎、高温分解、超声波、蒸汽爆破、微波处理、高能辐射处理等。
机械粉碎
机械粉碎是通过各种机械剪切力将秸秆原料变成小切片或细小的颗粒。粉碎后的原料聚合度降低，纤维素的水解率增加。不仅可以破坏秸秆表面的蜡质层，而且可以增
加厌氧微生物与基质的接触面积，进而破坏细胞壁结构。但由于机械粉碎工艺一般效率较低，通常会联合其它方法对秸秆原料进行预处理。
高温热解
高温热解预处理包括液相高温热水分解和高温分解两种，二者都需在高温下进行。高温作用下秸秆原料中的纤维素、半纤维素等发生快速水解，且水解产率高，预处理后的纤维素具有较高的酶消化性。但高温热解预处理需要消耗大量的水和热量，因此成本高、能耗高。若要进行工业化利用，必须降低水耗和能耗。
蒸汽爆破
蒸汽爆破预处理是在蒸汽爆破的过程中，大量的高压蒸汽渗入纤维内部，并以气流的方式从封闭的孔隙中释放出来，促使纤维发生一定程度的机械断裂，同时破坏纤维素内部的氢键，改变纤维素内部的结构。蒸汽爆破预处理，可使秸秆中总固形物和挥发性固形物含量降低，半纤维素和纤维素降解率显着提高，总产气量增加明显，是一种有效的预处理方式之一。但蒸汽爆破设备要求高压条件，且投资成本较高，因此蒸汽爆破的理论和技术还有待进一步研究和突破。
化学预处理技术
化学预处理是利用化学方法来破坏半纤维素与木质素间的共价键，从而提高原料降解率的方法。该方法能够破坏纤维素、半纤维素、木质素之间的结晶性，可加速天然纤维素溶解。化学方法主要有酸化、氨化、碱化等，目前较常采用的是碱化法。
酸处理
常用的酸预处理剂包括硫酸、硝酸、磷酸等。酸预处理可提高反应速率，增加纤维素的水解性，从而提高产气率。覃国栋等研究发现，酸处理可显着改变水稻秸秆的生物降解性质，显着提高产气效率。但酸处理剂具有强腐蚀性，对发酵设备损害严重。
碱处理
碱预处理可使木质素大分子碎片化，并溶解于反应溶液中，同时使纤维素膨胀，半纤维素溶解，进而提高剩余多聚糖的反应性，但这种作用的效果取决于木质素的含量。当原料中木质素的含量高于20%时，碱预处理对后续酶的水解反应几乎不起作用。常用的碱预处理剂有NaOH、KOH、Ca（OH）2和氨等。碱溶液作为预处理剂效果显着，成本较低，操作安全，但与酸预处理类似，存在后续残余物回收及腐蚀的问题，这些预处理方法对环境均会造成污染。
氨化处理
氨化处理就是用氨水、无水氨或尿素处理秸秆。氨化具有三种作用：（1）碱化作用，氨为碱性，故可起到与碱化处理方法同样的作用；（2）氨化作用，氨与秸秆中的有机物发生变化，生成铵盐，成为厌氧微生物的氮素来源，被微生物利用，并同碳、氧、硫等元素一起合成氨基酸，进一步合成菌体蛋白；（3）中和作用，氨呈碱性，可与秸秆中的有机酸结合，消除秸秆中潜在的酸性，提高微生物的活性，从而提高秸秆的消化率。
生物预处理技术
生物预处理技术是利用某些微生物（包括真菌、基因工程菌和酶类）来降解原料中的木质素。其技术关键就是寻求强木质素降解能力的菌种，并确定其适宜的发酵条件。常用的真菌有白腐菌、褐腐菌和软腐菌，其产生的木质素分解酶系作用于物料，可提高纤维素和半纤维素的转化率。堆沤预处理是目前较为常用的秸秆生物预处理方式。
联合预处理技术
各种预处理方法都具有其独特的优势和其自身的局限，通过单一预处理方法很难达到较好的效果。在秸秆预处理实际操作中，往往通过物理、化学、生物等不同预处理原理或方法组合来达到更好的处理效果。这也是将来秸秆发酵技术研究的重点。
2结语与展望
厌氧发酵过程三阶段理论： 欧阳家百（2021.03.07） 一、有机物水解和发酵细菌作用下，使碳水化合物、蛋白质与脂 肪转化为单糖氨基酸、脂肪酸、甘油、CO2、H等 二、把第一阶段产物转化为H、CO2和CH3COOH 三、通过两组生理物质上不同产CH4菌作用，将H和CO2转化为 CH4，对CH3脱羧产生CH4。 厌氧消化原理：有机物厌氧消化过程主要包括产酸和产甲烷两个阶段。而对于不溶性有机物（有机垃圾），一般可认为在上述两个阶段之前多一个“水解 阶段”，水解阶段起作用的细菌包括纤维素分解菌、脂肪分解菌和蛋白质水解菌； 在水解酶作用下，转化产生单糖、酞和氨基酸、脂肪酸和甘油。 产酸阶段起作用 细菌是发酵性细菌，产氢产乙酸和耗氢产乙酸菌在胞内酶作用下，转化产生挥发 性脂肪酸、醇类、氢和二氧化碳；产甲烷阶段是产甲烷菌利用H2、CO2、乙酸、 甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中H2、CO2和乙酸是主要基质。 名词： VFA: Volatileacid 挥发酸
COD: Chemical oxygen demand 化学需氧量 BOD: Biochemical oxygen demand 生物需氧量 TOD: Total oxygen demand 总需氧量 TOC: Table of content 总有机碳 TS: Total solid 总固体 SS: Suspend solid 悬浮固体 VS: Volatile solid 挥发固体 HRT: 水利滞留时间=消化器有效容积/每天进料量 SRT: 污泥停留时间：单位生物量在处理系统中的平均停留时间 SVT: 污泥体积系数：单位体积水样在静置30min后，污泥体积数 MRT: 微生物滞留时间 PFR:塞流式反应器（Plug flow reactor）高浓度悬浮固体发酵原料一段进 入，从另一段排除。 USR:生流式固体反应器（Upflow solid reactor）原料从底部进入消化器， 上清从消化器上部溢出 UASB:生流式厌氧污泥床（Upflow anaerobic sludge bed）自下而上流动污 水通过膨胀的颗粒状污泥床消化分解，消化器分为污泥床、污泥层和三相分离器。 UBF：污泥床过滤器。将UASB和厌氧过滤器结合为一体的厌氧
有机固体废弃物厌氧发酵产生沼气的脱硫技术分析 0引言 随着工农业废弃物厌氧生物处理技术的广泛应用，沼气作为一种可再生能源，越来越受到人们的关注和重视。沼气是一种特殊的生物质能源，因为它的低位发热值较高，所以其经常被用作汽车燃料，还有一些被用作动力能源(如水泵和发电机)，也有被用作化工原料(如合成有机玻璃脂和制造甲醛和甲醇等);还有一些国家的沼气净化技术较高，如瑞典将净化后的沼气直接并入国家气网使用。因此，沼气完全可以作为一种绿色能源被开发利用，这种新兴的产业也被人们越来越重视。由于沼气来源于厌氧发酵工艺，因此这种工艺也得到越来越多的产业化应用，不仅能缓解当前存在的能源危机问题，而且能很好地达到保护环境的目的。 各种厌氧发酵微生物在厌氧的条件下，将有机物分解消化的过程中会产生沼气，此时也伴随有H2S的产生。因此，沼气是一种混合气体，其中CHQ和CO2的含量较高，H2, H2S, NH 的含量比较少。发酵原料的种类、各种原料的相对含量、厌氧发酵的条件(温度、时间、pH等)以及厌氧发酵的各个阶段都是影响沼气成分的因素。 硫化氢(H2S)是一种能危害人体健康的有毒性气体，其物理性质上最大的特点是无毒和有强烈的臭鸡蛋气味。另外，大气中H2S的存在是造成酸雨的主要原因之一。由于H2S在化学性质上能与许多金属离子反应，产物是硫化物沉淀，而这些产物又不溶于水或者酸，所以其对铁等金属类物质有很强的腐蚀性。除此之外，当沼气燃烧时，H2S会被氧化成亚硫酸，从而对环境造成严重的污染，也会严重腐蚀设备、管道和仪器仪表等。因此，在利用沼气之前必须将其中的H2S去除，而国家对沼气中H2S含量的标准有严格的规定，不能超过0. 02g/亩。目前，最常用的脱除H2S的方法有干式脱硫、湿式脱硫和生物脱硫。 1.干法脱硫 干法脱硫的具体反应过程是首先通过物理吸附将H2S吸附在吸附剂的表面，然后是吸附剂与H2S发生化学反应生成单质硫的过程。因为干法脱硫所使用的脱硫剂大多数是粉末状或者颗粒状，其整个过程是在完全干燥的环境下进行的，所以脱硫过程不会对设备和管道等产生腐蚀和结垢的影响。干法脱硫的适用范围是含有较低浓度H2S的气体，其优点在于脱硫工艺设备比较简单及工艺技术方面比较成熟。因此，干法脱硫工艺在工业上应用较广。目前，最常用的干法脱硫方法有氧化铁法、氧化锌法、活性炭吸附法和膜分离法等。 1.1氧化铁法脱硫 氧化铁沼气脱硫法是使用较早的一种方法，早在19世纪40年代就开始逐步发展起来了，而此时煤气工业也孕育而生。氧化铁法脱硫的反应原理:常温下沼气到达脱硫机床的表面，此时沼气中的H2S与Fe203发生氧化还原反应，生成的产物为Fe2S3和Fe2;之后，含硫的脱硫剂再被空气中的氧氧化为Fe2 03和SO这也说明了这种脱硫剂是可再生的，可以循环使用很多次;但是如果脱硫剂表面的空隙被大部分覆盖以后，氧化铁脱硫剂就失去了活性。由此可见，影响脱硫效果的因素有沼气的流速和沼气与脱硫剂接触的时间。 氧化铁法脱硫过程中发生的化学反应是不可逆的。反应方程式的反应速率很大，要将沼
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.doczj.com/doc/6a1302785.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.doczj.com/doc/6a1302785.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.doczj.com/doc/6a1302785.html,/kcms/detail/11.1964.S.20150324.0931.007.html
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
秸秆发酵简介 玉米秸秆利用 一、玉米秸秆简介 主要由植物细胞壁组成,基本成分为纤维素、半纤维素和木质素等。木质素将纤维素和半纤维素层层包围。纤维素是一种直链多糖,多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维；半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成；木质素是以苯丙烷及衍生物为基本单位组成的高分子芳香族化合物。其中,木质素是一种燃料,半纤维素可水解为五碳糖,而纤维素水解为六碳糖比较困难。 二、玉米秸秆常见预处理方法有 因玉米秸秆结构复杂,不仅纤维素、半纤维素被木质素包裹,而且半纤维素部分共价和木质素结合,同时纤维素具有高度有序晶体结构。要经过预处理,使得纤维素、半纤维素、木质素分离开,切断它们的氢键,破坏晶体结构,降低聚合度。预处理方法有物理法、化学法、物理化学法和微生物法等。 1、挤压膨化法（物理处理法） 是将原料粉碎后调节至一定水分,加入挤压机内,物料在螺杆的旋转推动下向前运动,同时被剪切、挤压，并且在摩擦热的作用下温度可接近140℃，在从挤压机中喷出,物料的压力突然降低、体积迅速膨胀,纤维素晶体结构被破坏,从而为纤维素的酶解处理创造条件。该方法生产过程连续,不需要消耗蒸汽,而且具有灭菌效果。 2、湿氧化法（化学处理法） 是指在加温加压条件下,水和氧气共同参加的反应。湿氧化
法对玉米秸秆处理效果很好,纤维素遇碱，只引起纤维素膨胀,形成了碱化纤维素,但能保持原来骨架,加入Na2CO3后起缓和作用,能防止纤维素被破坏,使木质素和半纤维素溶解于碱液中而与纤维素分离。这样得到的纤维素纯度较高,且副产物很少。 匈牙利 Eniko等人采用湿氧化法在195℃,15min,1200千帕O2, Na2CO32g/L条件下,对60g/L玉米秸秆进行预处理。其中60%半纤维素、30%木质素被溶解,90%纤维素呈固态分离出来,纤维素酶解转化率(ECC)达85%左右。 3、酸处理法（化学处理法） 该方法可追溯到 1980年。该法是采用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等对纤维素原料进行预处理,其中以硫酸研究和应用的最多。处理后,半纤维素首先水解得到无碳糖,纤维素的结晶结构被破坏,原料疏松,可发酵性强。但水解前必须将 pH值调整到中性,还应该注意反应器的耐酸性。 4、蒸汽爆破法（物理化学处理法） 是用蒸汽将原料加热至180～200℃,维持5～30min,也可加热到245℃,维持 0.5～2.0min。高温高压造成木质素的软化,在迅速使原料减压,造成纤维素晶体和纤维束的爆裂,使木质素和纤维素分离。该法成本较高,间歇蒸汽汽爆器对玉米秸秆进行爆破处理,经这种爆破器爆破的玉米秸秆,纤维素水解转化率(ECC)可达 70%以上。 5、生物方法 具有节约化工原料、能源和减轻环境污染等方面的优点。有许多微生物能产生木质素分解酶,如白腐菌,其分解木质素的能力较强,但活性较低,而且微生物处理周期长、菌体会破坏部分纤
环化系环测1001 李园方 厌氧发酵 1前言 餐厨垃圾是城市生活垃圾中有机相的主要来源。餐厨垃圾以蛋白质、淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等有机物质为主要成分, 是能源和肥料潜在的资源。餐厨垃圾含水率高达75% ~ 90%, 渗沥液易通过渗透作用污染地下水, 产生出大肠杆菌等病原微生物, 直接危害人体健康[ 1] 。另外, 餐厨垃圾处理过程中也会产生大量的高浓度有机废水, 如果处理不当, 将造成巨大的环境污染和资源浪费。宁波市于2009 年6月建成了一座餐厨垃圾废水厌氧 发酵工程, 经过2个月的调试运转, 于2009年8月开始正式运行。现将该工程情况介绍如下。 2废水概况 餐厨垃圾经提油处理和加工成饲料的处理后会产生大量有机废水, 该工程废水处理量约为110m3 d- 1, 其水质pH 为3. 5 ~ 4. 0, CODC r 80 ~ 1602废水概况餐厨垃圾经提油处理和加工成饲料的处理后会产生大量有机废水, 该工程废水处理量约为110m3 d- 1, 其水质pH 为3. 5 ~ 4. 0, CODC r 80 ~ 1603工艺流程根据工艺流程, 餐厨垃圾废水制沼气及发电主 要为以下三个步骤。 3-1厌氧发酵调试阶段 活性污泥的培养及驯化对反应器的正常运行至关重要。本项目的
接种污泥取自宁波骆驼沼气站(该沼气站以猪粪为原料)。 ( 1)污泥驯化初期(时间10天)。投入一定量的接种污泥, 再加入稀释后的废水( CODCr < 10 g L- 1 )一起投入改进型升流式厌氧污泥床反应器( UASB )中, 调节pH 至中性, 使污泥恢复活性。 ( 2)污泥驯化中期(时间30天)。投入一定量的接种污泥, 餐厨垃圾废水稀释为50% ( CODC r 40~ 80 g L- 1 ) , 出水水质良好。污泥性质基本稳定,上清液澄清透明。这表明, 活性污泥开始驯化, 适应餐厨垃圾废水。 ( 3)污泥驯化后期(时间20天)。餐厨垃圾废水提高到进料COD 浓度80~ 120 g L- 1, 保持一个 水力停留期。随着餐厨垃圾废水投加量的增加, 出水COD有所提高, 但仍能保持较高的COD 去除率。较长时间稳定的去除率表明, 污泥已基本适应餐厨垃圾废水的特性, 活性污泥驯化完成。 3-2厌氧发酵阶段 该工程采用2000m3 的改进型升流式厌氧污泥床反应器进行厌 氧发酵制沼气, 发酵装置外观见图1。该反应器处理效率高, 耐负荷能力强, 出水水质相对较好, 沼泥生成量小, 具有防堵防爆的特点, 其 结构、运行操作维护管理相对简单, 造价也相对较低。具有良好的沉淀性能和聚凝性能的污泥在下部形成污泥层, 运行一段时间后, 出水悬浮物增加, 需要按时排泥。 该工程设计为连续投料的工业化生产工艺路线。厌氧发酵启动后,
温度对厌氧发酵工艺的影响参数 温度不仅影响着厌氧发酵的产气速度，也影响着产气量，在一定温度范围内，产气速度和产气量与温度呈现正相关，随着温度的升高，发酵周期、产气时间和发酵启动时间在缩短。 一般来说，甲烷菌有3个适宜生长的温度范围，分为：低温(10℃~30℃)、中温(30℃~40℃)和高温(50℃~60℃)，所以对应着3种优势微生物种群：嗜冷微生物、嗜温微生物和嗜热微生物。相应的厌氧处理工艺分别为：低温厌氧发酵、中温厌氧发酵和高温厌氧发酵。 1、温度对厌氧消化期的影响 厌氧消化的发酵周期（发酵周期意味着在相同时间内消化处理废弃物的量，直接反映了厌氧消化效率。一般在实际生产中，以产气量达到总气量的90%以上即可认为发酵基本完成，为一个发酵周期。）、产气时间和发酵启动时间和温度有很大关系。随着温度的升高，发酵周期、产气时间和发酵启动时间都在缩短。因此，在实际生产中可以提高发酵的环境温度，加快厌氧消化的启动，同时也可以缩短水力滞留期，处理更多的料液，提高产气量。 2、温度对厌氧发酵产气量和产气速度的影响 由表4和表5可见，温度不仅影响着产气速度，也影响着产气量，在一定温度范围，产气速度和产气量与温度呈正相关。但是，发酵原料总的产气量却不受温度的影响，所以，在厌氧发酵中要尽可能的提高发酵环境的温度，提高产气速度和产气量，从而利用更多的废物料，变废为宝。
3、温度对厌氧发酵产甲烷含量的影响 由表6可知，在不同温度条件下，厌氧发酵沼气特性是不同的，在它们都进入发酵启动时间时，以高温条件下，甲烷气体含量最高。因为存在底物的驯化适应阶段，该试验只能在一定程度上说明温度条件与产气性的关系，无法定量地说明它们之间的关系。 4、温度突变对厌氧发酵的影响 发酵温度的突变会对厌氧发酵产生影响。当温度在±3℃的变化时，消化速度受到抑制；当温度在±5℃的急剧变化时，产气量就会迅速降低，甚至会停止产气。一旦温度条件得到恢复，厌氧发酵也会恢复工作。有研究表明：温度突降后，产气量几乎降为0，总挥发性脂肪酸(VFA)和乙酸、丙酸含量快速积累，pH也随之下降。但系统较高的缓冲能力使得pH在正常范围内波动，并不影响反应器的运行。所有这些参数在温度恢复后经过一段时间均能恢复至温度变化前的状态。 基于温度对厌氧发酵的重要作用，所以，在实际的生产中，尽可能地在优势微生物种群活动范围内提高厌氧发酵的环境温度，同时应注意温度的变化。 （1）尽可能以高温厌氧发酵系统来处理环境污水，虽然存在温度较难控制和系统的不稳定等不利因素，但较之中温和低温发酵，仍然具有很多优势，如能加速菌群的繁殖，促进复杂有机原料的水解反应，较高的甲烷生产率。 （2）加强保温技术的研究、保温材料的研制和推广工作。
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。
秸秆发酵简介 秸秆发酵简介 玉米秸秆利用 一、玉米秸秆简介 主要由植物细胞壁组成，基本成分为纤维素、半纤维素和木质素等。木质素将纤维素和半纤维素层层包围。纤维素是一种直链多糖，多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维；半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成；木质素是以 苯丙烷及衍生物为基本单位组成的高分子芳香族化合物。其中, 木质素是一种燃料，半纤维素可水解为五碳糖，而纤维素水解为六碳糖比较困难。 二、玉米秸秆常见预处理方法有 因玉米秸秆结构复杂，不仅纤维素、半纤维素被木质素包裹，而且半纤维素部分共价和木质素结合，同时纤维素具有高度有序晶体结构。要经过预处理，使得纤维素、半纤维素、木质素分离开,切断它们的氢键,破坏晶体结构，降低聚合度。预处理方法有物理法、化学法、物理化
学法和微生物法等。 1、挤压膨化法（物理处理法） 是将原料粉碎后调节至一定水分 ,加入挤压机内,物料在螺杆的旋转推动下向前运动，同时被剪切、挤压，并且在摩擦热的作用下温度可接近 140 C，在从挤压机中喷出，物料的压力突然降低、体积迅速膨胀，纤维素晶体结构被破坏，从而为纤维素的酶解处理创造条件。该方法生产过程连续，不需要消耗蒸汽，而且具有灭菌效果。 2、湿氧化法（化学处理法）
是指在加温加压条件下,水和氧气共同参加的反应。湿氧化法对玉米秸秆处理效果很好，纤维素遇碱，只引起纤维素膨胀，形成了碱化纤维素，但能保持原来骨架，加入Na2C03后起缓和作用，能防止纤维素被破坏，使木质素和半纤维素溶解于碱液中而 与纤维素分离。这样得到的纤维素纯度较高，且副产物很少。 匈牙利Eniko等人釆用湿氧化法在195°C, 15min, 1200千帕02, Na2C032g/L条件下,対60g/L玉米秸秆进行预处理。其中60%半纤维素、30%木质素被溶解,90%纤维素呈固态分离出来，纤 维素酶解转化率(ECC)达85%左右。 3、酸处理法(化学处理法) 该方法可追溯到1980年。该法是釆用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等对纤维素原料进行预处理，其中以硫酸研究和应用的最多。处理后，半纤维素首先水解得到无碳糖,纤维素的结晶结构被破坏，原料疏松,可发酵性强。但水解前必须将pH值调整到中性, 还应该注意反应器的耐酸性。 4、蒸汽爆破法(物理化学处理法) 是用蒸汽将原料加热至180?200°C,维持5~30min,也可加 热到245°C,维持0. 5~2. Omino高温高压造成木质素的软化，在迅速使原料减压，造成纤维素晶体和纤维束的爆裂，使木质素和 纤维素分离。该法成本较高，间歇蒸汽汽爆器对玉米秸秆进行爆 破处理，经这种爆破器爆破的玉米秸秆，纤维素水解转化率(ECC) 可达70%以上。 5、生物方法 具有节约化工原料、能源和减轻环境污染等方面的优点。有许多微生物能产生木质素分解酶，如白腐菌，其分解木质素的能
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。
COD的测定（快速密闭催化消解法） 试验步骤： 1、取1ml滤液(5000r/min条件下离心10min,过滤)于50ml容量瓶中定容(稀释倍数由滤液 SCOD的浓度而定，通常是稀释至1000－2500mg/L，选择消化液Ⅰ)，从中量取3ml于消化管（注意干燥）中，每个样品做3个重复；同时以同量的蒸馏水代替样品，做空白试验。 2、依次加入1ml掩蔽剂、3ml消化液（注意准确）、5ml催化剂（每加入一种试剂后都要 摇匀），旋紧密封塞，混匀。 3、放入已预热到165℃的消解炉中，消解22min，冷却。 4、将样液移至150ml锥形瓶中，用蒸馏水冲洗消化管（至少洗3次，共约30ml），冲洗液 移入锥形瓶中。 5、加3滴邻菲罗啉指示剂，用硫酸亚铁标准溶液滴定，溶液颜色由黄到蓝突变成红褐色为 终点，记录硫酸亚铁标准溶液用量（样品的记为V1，空白对照的记为V0）。 6、滴定使用0.05 mol/LFeSO4：先配0.2mol/L FeSO4，然后稀释得到（量取250mL0.2mol/L FeSO4于1000mL容量瓶即得0.05 mol/LFeSO4，标定后使用） 标定方法：准确吸取10.00mL重铬酸钾标准溶液（C(1/6K2Cr2O7)=0.2500mol/L）于250mL 锥形瓶中，加水稀释至55mL左右，缓慢加入5mL浓硫酸，混匀，冷却后，加入2－3滴邻菲啰啉指示剂，用0.05 mol/LFeSO4滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即未终点。 C[FeSO4]=0. 25*10/V 计算： COD（mg·L-1）＝（V0-V1）×C×8×1000×50/V2 V1——滴定样品消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，mL V0——滴定空白消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，mL V2――水样体积，mL，本试验中V2＝3mL C——硫酸亚铁标液的浓度，mol·L-1 50――水样的稀释倍数
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。
秸秆发酵操作方法 秸秆养畜迅速发展，形成一个大产业。其中EM菌处理技术与农机有机结合，使秸秆大规模养畜成为可能。为促进该机械化技术大范围推广，现将其介绍如下: 1.秸秆EM菌处理与农业机械化 EM菌是有效微生物Effective Microorganinms的英文缩写。是日本琉球大学比嘉照夫教授研制的新型复合微生物菌，由多种微生物复合培养而成，是一种活性菌。该技术应用于秸秆养畜已在90多个国家成功推广。我国也已在10多个省、市、区推广，产生了较高的社会、经济效益，被列为秸秆养畜业重点推广的实用技术。 秸秆收获、运输、堆垛、加工、制作成养畜饲料，需要消耗大量劳力。而收获粮食与收获秸秆处在同一个用劳高峰，使秸秆利用大受影响，出现大量焚烧现象，既浪费资源，又污染环境，近几年农业机械化迅速发展，为秸秆大规模养畜创造了条件。现有农机系统只要添配秸秆检拾、打捆、切碎揉碎)机械及集垛装置，就具备了大规模秸秆EM菌处理的条件。因此，农机与秸秆处理技术相结合，将使秸秆养畜产业实现机械化并大大提高效
率。 2.秸秆EM菌处理养畜的前景 秸秆EM菌处理，就是在农作物秸秆中加入EM微生物高效活性菌和80多种有益微生物组合而成，使之在厌氧状态下如水泥窑贮存，使秸秆中难以被牲畜消化的纤维素、木质素软化、糖化，变成牲畜喜食的酸甜可口的饲料。 近几年，在秸秆养畜过腹还田示范项目中，县、乡两级建立机械化秸秆处理服务队，为农户提供秸秆检拾打捆、集垛、铡切、窑贮发酵等服务，已取得成功，大大促进了秸秆养畜业的发展。陕西关中、河南南阳等10多省区建成国家级示范县30多个，省级示范县180多个，使农区畜肉产量成倍增加。我国在生产5亿吨粮食的同时，也生产出近10亿吨秸秆，这个数量大大超过牧区牧草产量。专家预言，如果将其一半用来养畜，则农区牛羊肉产量将提高5一8倍，这对于调整畜牧结构，发展草食畜牧业，面对W TO发展我国畜产品比较优势都具有重大的经济意义。 3.秸秆EM菌处理的优点： 这是一项实用先进的应用技术。首先是秸秆处理的成本可以大大降低，其成本比氨化秸秆低，而效果优于氨化。EM菌处理后，由于秸秆柔软、膨
~ 氨氮对厌氧发酵的影响 厌氧发酵是处理有机废弃物并实现其资源化利用的有效手段，然而厌氧发酵作为生物处理技术一种，必然存在着生化抑制反应。存在的生化抑制反应主要有：pH抑制、氢抑制、挥发性有机酸（VFA）和氨氮的抑制等。高浓度的氨氮就是有机废弃物厌氧生物处理中常遇到的一个难题。 本文阅读大量文献，集中研究氨氮在厌氧发酵过程中的产生机理、抑制浓度等规律，以期待解决或者避免氨氮在产甲烷发酵过程中的抑制反应情况，为今后的厌氧发酵提供理论和技术支持。 1氨氮的产生机理 在有机垃圾厌氧消化的过程中，氮的平衡是非常重要的因素，尽管进入消化系统中的硝酸盐能被还原成氮气，但其仍将存在于系统中。由于厌氧微生物细胞的增殖很少，只有很少的氮转化为细胞，大部分可生物降解的有机氮在厌氧发酵 降解过程中形成水解产物-氨氮，主要以铵离子NH 4+-N和游离氨NH 3 形式存在。 因此消化液中氨氮的浓度都高于进料的氨氮浓度，系统中的总氮是守恒的。 氨态氮主要是通过氨基酸的降解产生，其分解主要通过偶联进行氧化还原脱氮反应，这需要两种氨基酸同时参与，其中一个氨基酸分子进行氧化脱氮，同时产生的质子使另外一个氨基酸的两个分子还原，两个过程同时伴随着氨基酸的去除。如丙氨酸和甘氨酸的降解： CH 3CHNH 2 COOH（丙氨酸）＋2H 2 O→CH 3 COOH＋CO 2 ＋NH 3 ＋4H+ CH 2NH 2 COOH（甘氨酸）＋4H+→2CH 3 COOH＋2NH 3 ] 两个反应合并即为： CH 3CHNH 2 COOH＋2CH 2 NH 2 COOH＋2H 2 O→3CH 3 COOH＋CO 2 ＋3NH 3 由于氨基酸的降解的能够产生NH 3 ，因此在这一过程会影响到溶液的pH值。 NH 3的存在对厌氧过程非常重要，一方面，NH 3 是微生物的营养物质，细菌利用氨
发酵秸秆制作堆肥的方 法 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
秸秆制作有机肥的方法 一、堆肥制作方法： 1.场地选择?制肥场地应选择地势平坦、靠近水源的背风向阳处，一年四季均可露天制作。 2.材料的准备(以1吨干秸秆为例)①作物秸秆1000公斤。②玉米粉或者麦麸、稻糠20公斤，有条件可加入5-10公斤尿素。③菌益康堆肥发酵菌种400克（本品两包）。 3.制作方法①把作物秸秆(如秆)用粉碎机粉碎或用铡草机切断，一般长度以1～3厘米为宜(麦秸、稻草、树叶、杂草、花生秧、豆秸等可直接使用发酵，但粉碎后发酵效果更佳)。②把粉碎或切断后的秸秆用水浇湿、渗透，秸秆含水量一般掌握在60%左右。③用20公斤玉米粉（或者麦麸、稻糠）同400克菌种拌匀，用手均匀地把拌有菌种的玉米粉（或者麦麸、稻糠）撒在用水浇过的秸秆表面。用铁锹等工具翻拌一遍，堆成宽2米、高1.5米、长度不限的长条，用塑料布盖严即可。 4.腐化过程?①升温阶段：从常温升到45℃，一般只需1天，此时可以翻一次堆。②以后每当堆温达到60℃以上时需进行翻堆，15—20天即可达到基本腐熟状态，肥料可直接施用。 5.腐熟标志秸秆变成褐色或黑褐色，湿时用手握之柔软有弹性，干时很脆容易破碎。
6.施用方法?①秸秆肥一般用作基肥，可潮湿施用。做追肥应覆土。半腐熟的肥料施用于生长期较长的作物，腐熟度高的秸秆肥施用于生长期较短的瓜果蔬菜等作物，沙性地用半腐熟的肥料，黏土地最好施用腐熟度高的肥料。②秸秆肥中有机质十分丰富，氮、磷、钾养分较为均衡，还含有各种微量元素，是各种作物、各种土壤都适宜的常用肥料，具有提高作物品质、增加产量的显着效果。 注：建议在制作堆肥时适当加入20-30%畜禽粪便或者其他有机物质，这样肥效更好更全面。 二、秸秆快速发酵还田： 1、快速堆沤还田技术：挖槽——堆置秸秆——加菌益康——密封 1）、挖槽：在田间地头、场院等空闲地挖宽1.5-2米、深0.3米的低槽，长度可以根据秸秆量而定。 2）、堆置秸秆：按秸秆含水量为60%的标准（即手抓成团手留水印，不滴水，放下能散开为宜），使秸秆吸足水分，向槽中堆积秸秆 3）添加菌益康有机肥发酵剂：先将菌益康1包（200克）加入20公斤玉米粉或稻糠、麦麸里面稀释（可拌入1000斤秸秆物料），然后一边进行堆积秸秆，一边加入畜禽粪便或尿素调节碳氮比（C/N）并均匀地撒入伴有菌益康的玉米粉或稻糠、麦麸。 4）密封：当堆到1：5米高左右的时候拍实，用泥土或塑料薄膜密封。夏季15天左右，冬季40天左右即可成肥还田。 2、秸秆就地快速堆沤还田技术秸秆粉碎——加入菌益康和粪便——密封——翻耕1）、秸秆粉碎：用粉碎机把秸秆粉碎成长约3-4厘米的小段。
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