沼气发酵技术发展及应用现状
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沼气发展现状沼气是一种可再生能源,是通过有机废弃物在无氧(厌氧)条件下经过发酵产生的混合气体。
它由甲烷、二氧化碳、水蒸气和少量氢气等组成。
沼气可广泛应用于农业、工业、生活等领域,具有环保、经济、高效的特点。
目前,沼气的发展形势正在快速发展,下面将介绍一下沼气发展的现状。
首先,沼气发展在我国得到了政府的大力支持与鼓励。
我国启动了一系列沼气发展政策和措施,包括财政补贴、税收减免、产权保护等,以促进沼气的普及和应用。
2010年国家能源政策将沼气列为重点开发的可再生能源之一,并提出了相应的规划和发展目标。
各级政府部门相继出台了相关政策,鼓励和引导农民家庭、农村集体经济组织和农业企业开展沼气工程建设,促进农业废弃物资源化利用。
这些政策和措施为沼气发展提供了有利条件和良好环境。
其次,沼气发展在农村地区取得了积极进展。
农村地区是沼气最主要的应用领域之一,利用沼气可以实现农业废弃物的处理和能源的利用。
目前,我国农村有条件建设沼气池的家庭已达到数百万户,沼气产量逐年递增。
在一些农业发达地区,农民将农村集体经济组织起来,共同建设沼气工程,实现农村资源的高效利用和农民经济收益的提高。
沼气的应用范围也在不断扩大,不仅用于烹饪和取暖,还可以发电、照明、加热等。
此外,沼气发展也在工业和城市地区迅速增长。
在一些农业工业化示范区和农业综合开发区,对沼气项目进行集中建设,实现对废弃农畜禽粪便等能源的集约化利用。
一些大型农业企业也开始投资建设大规模的沼气发电厂,将农业废弃物转化为电力,为农村地区提供清洁能源和附加值的产业链。
同时,城市地区的生活垃圾和污水也被引入沼气生产过程中,增加了沼气资源的供给,并减少了环境污染。
然而,沼气发展还存在一些问题和挑战。
首先,沼气发展的技术和设备相对复杂,需要高水平的专业知识和管理经验。
此外,沼气产业链的运作模式和市场化程度还有待完善,需要加强相关的研究和开发。
最后,沼气发展还面临着资金和投资的压力,沼气项目的建设和运营需要大量的资金支持。
沼气技术发展现状
沼气技术是一种将有机废弃物进行发酵产生沼气的可再生能源技术。
随着环境保护意识的增强和可再生能源的重要性逐渐被认识和重视,沼气技术在全球范围内得到了快速发展。
目前,沼气技术的发展呈现以下几个主要趋势。
首先,技术不断创新和改进。
新的发酵工艺得到应用,提高了沼气的产量和质量。
例如,前期处理技术可以有效去除有机废弃物中的杂质和抑制产气过程中的抑制因素,从而提高沼气的产量和纯度。
其次,沼气技术的应用范围逐渐扩大。
除了农村和农业废弃物的利用外,城市生活垃圾、工业废水和废弃物等也可以通过沼气技术来转化为能源。
这种多样化的应用使得沼气技术更加灵活和可持续。
第三,沼气技术与其他能源技术的融合也变得越来越普遍。
例如,将太阳能和风能等可再生能源与沼气技术结合使用,可以实现能源的互补利用和储存,使能源的可持续性得到进一步提升。
此外,沼气技术在全球范围内也得到了广泛的应用。
尤其是在一些发展中国家,沼气技术被广泛用于农村能源供应和生活垃圾处理,为当地居民带来了经济和环境双重效益。
综上所述,沼气技术目前正处于快速发展的阶段。
随着技术的不断创新和应用范围的扩大,沼气技术将成为可再生能源领域的重要组成部分,为实现可持续发展做出更大贡献。
沼气发酵技术在农村生态建设中的应用生态农业作为一种新型的农业模式已经逐渐被越来越多的人所倡导。
生态农业不仅注重卫生环境,而且强调实现可持续性和经济效益。
沼气发酵技术在生态农业中具有不可或缺的重要性。
本文将从沼气发酵技术的定义、优点、在农村生态建设中的应用等方面来探讨。
一、沼气发酵技术的定义沼气发酵技术是利用微生物分解有机污物时产生的生物能量,即沼气。
沼气是一种混合气体,主要成分是甲烷和二氧化碳,基本上没有硫化气体和氮氧化物等有害气体。
沼气因其高含量的甲烷(60-70%)而被广泛应用作为能源,如热水、煮饭和供热等,还可以在燃气发电中使用。
沼气发酵技术是一种清洁、环保的能源利用方式,同时还可以减少农村废弃物和污染物排放。
二、沼气发酵技术的优点1. 实现能源再生利用。
沼气发酵技术可以将各种有机废弃物转化为清洁的能源,从而实现废弃物的利用。
2. 减少环境污染。
沼气发酵技术可以有效降解废弃物中的有机成分,减少污染物的排放,提高水质。
3. 增加农村居民的收入。
使用沼气可以替代传统的木柴和煤炭,更加经济,同时也可以成为农村居民的额外收入来源。
4. 促进农业产业化发展。
通过沼气发酵技术可以将废弃物转化为肥料,从而促进农业生产和产品质量的提升。
三、1. 废水沼气工程。
在农村生活中,难以避免地会产生一定量的废水,传统处理方式往往以化学方式处理,但这种方法会对环境造成更多伤害。
废水沼气工程运用沼气发酵技术,将废水中的有机物进行分解,得到沼气和有机肥料,从而达到净化水环境的目的。
2. 家庭沼气池工程。
在农村,每个家庭都可以利用沼气池将人畜粪便转化为沼气,供家庭使用。
这对于农村居民来说,既可以减少生活成本,又可以带来额外收入。
通过家庭沼气池,可以更好地实现农业生产、农村环境保护与农民生活质量的协调发展。
3. 沼液肥料工程。
通过沼气发酵工程,可以将废弃物转化为沼液肥料。
沼液肥料不仅营养成分丰富,而且绿色、环保、无害。
“以沼气发酵为核心,将液体有机废弃物、新鲜经济作物秸余、城镇有机垃圾及人畜粪尿等有机物质集中处理,得到沼气、沼液肥料和沼渣肥料等产品”。
新形势下农村沼气能源利用与发展措施一、当前农村沼气能源的利用现状目前,我国农村地区尚未完全发挥沼气能源的潜力。
虽然一些地区已经建设了一定规模的沼气生产设施,但在利用方面仍有很大的提升空间。
农村沼气能源的利用主要集中在生活和农业方面。
在生活方面,一些地区建设了家庭沼气池,用于家庭烹饪和取暖。
在农业方面,沼气能源主要用于烘干农作物、养殖发酵等方面。
由于现有的沼气生产设施规模较小、技术水平相对滞后,导致沼气能源的利用效率并不高。
二、新形势下农村沼气能源发展的机遇与挑战在新的形势下,农村沼气能源的发展面临着一些机遇和挑战。
政府对清洁能源的扶持政策不断加大,为农村沼气能源的发展提供了政策支持。
农村地区的生活水平提高,能源消费需求不断增加,为农村沼气能源的市场需求提供了良好的基础。
与此农村地区的沼气生产技术相对滞后,设施规模小、运营管理薄弱等问题成为了制约农村沼气能源发展的主要挑战。
1.加大政策支持力度。
政府应该加大对农村沼气能源的扶持力度,通过出台更多的扶持政策,鼓励农村地区开展沼气能源的生产和利用。
2.完善沼气生产设施。
加大对农村沼气生产设施的技术改造和升级,提高沼气生产设施的规模和技术水平,以提高沼气产量和利用效率。
3.加强运营管理。
加强对农村沼气生产设施的运营管理,建立健全的管理制度和技术服务体系,提升农村沼气能源的运营效率和管理水平。
4.开展宣传教育。
加大对农村沼气能源的宣传教育力度,提高农民对沼气能源的认识和利用意识,推动农村沼气能源的推广和应用。
5.加强技术研发。
加大对农村沼气生产技术的研发力度,开展更多的科研项目,提高沼气生产技术的创新能力和发展水平。
以上措施可以为农村沼气能源的发展提供政策、技术和市场等多方面的支持,推动农村沼气能源早日走向规模化、产业化、现代化的发展道路。
12干法沼气工程发酵技术现状及发展趋势_卜明0引言随着能源和环境问题的日益突出,沼气发酵技术作为一种不仅能处理有机废弃物同时可以得到沼气燃料的清洁可再生能源发展技术,在世界上受到了越来越重要的关注。
沼气技术按发酵原料干物质含量(TS)的不同,可分为湿法发酵和干法发酵两类。
现有沼气工程采用湿法发酵技术,发酵原料呈液态,干物质含量一般在10%以下。
湿法沼气发酵由于需添加新鲜水调浆,发酵结束后剩余物沼液若没有足够的土地消纳,极易造成二次污染等问题;沼气干法发酵技术正逐渐成为世界各国处理有机固体废弃物以及生产新能源的重要选择。
沼气干法发酵[1,2]是指干物质含量(TS)在20%~40%,呈固态,无沼液消纳问题。
干法发酵具有需水量低、或不需水,产生沼液少,基本上实现污染物零排放,容积产气率高,物料适应范围广,运行过程稳定,无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题。
本文着重介绍国内外主要干法沼气发酵技术现状、干法沼气发酵技术关键点及攻关方向,为我国固体有机废气物沼气发酵技术研究提供参考。
1国外干法沼气技术主要工艺及应用情况国外对干法沼气发酵技术的研究始于20世纪80年代有关的污泥卫生填埋,20世纪90年代起,以德国为代表的发达国家开始进行沼气间歇干法发酵技术及工业级装备研发。
干法沼气发酵技术已在世界多个国家垃圾处理中广泛应用,现已扩展到能源作物、畜禽粪便和农业固体废弃物等的连续干发酵技术。
国外沼气干法发酵技术已趋于成熟,主要有Dranco工艺、Kompogas工艺、Valorga工艺、Biopercolat工艺、Linder BRV工艺、APS工艺和Benkon公司的车库型工艺等,其中Benkon公司的车库型沼气干法发酵工艺和装备已进入生产性验证,在控制、安全等方面较完备[3-10]。
1.1Dranco工艺Dranco干法沼气发酵技术是一种独特的立式设计、高固含量、无内部搅拌的连续干法沼气发酵技术。
经过筛选、预处理的有机固体废弃物与发酵后的物料(接种物)按一定比例(1∶6~1∶8)混合后,经蒸汽加热后,由进料泵泵入发酵罐内,发酵罐内没有混合搅拌系统或气动系统,物料在发酵过程中仅靠重力沉降,产生的沼气从发酵罐的顶部逸出至沼气储存系统,发酵后的沼渣通过底部设置的螺杆出料(图2)。
沼气技术发展现状沼气技术是一种将有机废弃物通过一系列发酵产生沼气的技术。
沼气主要是由甲烷和二氧化碳组成,可作为一种清洁能源,在农村地区发挥重要作用。
当前,沼气技术发展已取得一定进展,但仍存在一些挑战。
首先,沼气技术在农村地区的推广应用已取得显著成效。
据统计,截至2020年底,全国已有超过6000万座沼气池,年发电量接近200亿千瓦时,相当于节约了3600多万吨标准煤。
这表明沼气技术已成为我国乡村能源利用的重要手段,为农村地区提供了可靠的能源供应。
其次,沼气技术在城市垃圾处理方面也有所应用。
城市垃圾中含有大量的有机废弃物,通过沼气技术可以将其转化为能源,既减少了垃圾填埋对环境的污染,又提供了可再生能源。
一些城市已开始将沼气技术与垃圾处理相结合,形成了垃圾发电、垃圾沼气利用等新兴模式。
另外,沼气技术在农村经济发展中的应用前景广阔。
通过沼气技术,农户可以将牲畜粪便、农作物秸秆等农业废弃物转化为沼气,用于烹饪、采暖和照明等生活用途,节约能源费用。
同时,沼气池的温室效应也可用于温室蔬菜种植和养殖业的发展,提高农产品产量和质量,增加农户收入。
然而,沼气技术的发展仍面临一些挑战。
首先,技术推广应更加普及。
虽然沼气技术已取得一定成就,但在一些偏远贫困地区仍存在普及不足的问题。
需要政府、企事业单位和社会组织共同努力,开展宣传教育,提高农民沼气技术的认识和使用能力。
其次,技术创新应不断提升。
沼气技术目前主要采用了传统的有机废弃物发酵产气的方式,但在效率和产气量上仍有待提高。
需要加强科研力量,提升沼气技术的先进性和适用性,提高沼气的产气量和质量。
最后,政策支持应更加完善。
沼气技术发展需要政府加大对农户和企事业单位的扶持力度,包括财政补贴和技术支持等方面。
同时,建立健全法律法规和政策体系,完善沼气技术的产业链和市场化运作。
总之,沼气技术在我国的发展已取得一定进展,但仍面临挑战。
需要政府、企事业单位和社会组织共同努力,加强技术推广和创新,完善政策支持,进一步推动沼气技术发展,促进农村能源利用和经济社会可持续发展。
沼气发酵技术在农业生产中的应用1. 引言1.1 沼气发酵技术在农业生产中的应用沼气发酵技术在农业生产中的应用是一种环保、高效的生产方式,被广泛应用于农业生产中。
通过将有机废弃物进行发酵处理,可以产生大量的沼气,不但可以减少污染物排放,还能够提供可再生能源。
沼气发酵技术不仅可以处理农业废弃物,还可以处理畜禽粪便,将其转化为有机肥料,为农田施肥提供了新的选择。
沼气发酵技术在农田施肥中的应用也可以提高土壤肥力,促进作物生长,增加作物产量。
在经济效益方面,沼气发酵技术可以节约能源成本,同时还可以通过售卖沼气、有机肥料等副产品来获取额外收入。
沼气发酵技术不仅可以提高农业生产效率,还可以带来经济效益,是农业生产中的重要技术之一。
随着社会对环境保护和可持续发展的要求越来越高,沼气发酵技术的推广与应用前景十分广阔。
通过不断研究和完善该技术,可以进一步提高其在农业生产中的应用效果,为农业生产的可持续发展做出更大的贡献。
沼气发酵技术在农业生产中的重要性不可忽视,必将在未来得到更广泛的应用。
2. 正文2.1 沼气发酵技术原理及优势沼气发酵技术是指利用微生物将有机废弃物进行发酵产生沼气的一种环保技术。
其原理主要是通过微生物在无氧条件下分解有机物,产生甲烷和二氧化碳。
沼气发酵技术的优势主要体现在以下几个方面:沼气发酵技术能够有效减少有机废弃物的排放,减少对环境的污染。
通过沼气发酵,将有机废弃物转化为清洁能源,有效减少废弃物填埋或焚烧带来的环境问题。
沼气发酵技术还可以提高农业生产的可持续性。
通过将粪便等有机废弃物进行发酵,可以产生有机肥料,提高土壤肥力,促进作物生长,减少对化肥的依赖。
沼气发酵技术在农业生产中具有重要意义,不仅可以减少废弃物排放,还可以提高资源利用效率,促进农业可持续发展。
在未来的发展中,沼气发酵技术有望得到更广泛的推广和应用,为农业生产带来更多的经济和环保效益。
2.2 沼气发酵技术在农业废弃物处理中的应用沼气发酵技术在农业废弃物处理中的应用是一种非常有效和环保的处理方式。
2024年沼气综合利用市场发展现状1. 前言沼气是一种可再生能源,由有机废物经过厌氧发酵产生的混合气体。
近年来,随着对环境保护和可持续发展的重视,沼气综合利用作为清洁能源的代表之一,受到了广泛关注。
本文将从沼气综合利用的市场现状出发,分析其发展趋势和面临的挑战,并讨论政府应采取的措施以促进沼气综合利用市场的发展。
2. 沼气综合利用市场概况沼气综合利用市场是一个庞大的市场,涉及多个领域和产业。
主要包括生物质能源、农业废弃物处理、城市垃圾处理、污水处理等领域。
沼气综合利用可用于发电、供热、供气和制氢等多种用途,具有广泛的应用前景。
据统计,全球沼气综合利用市场在过去几年中呈现快速增长的趋势。
尤其是发展中国家,由于其庞大的农业资源和废弃物产生量,沼气综合利用市场潜力巨大。
然而,在发展过程中,还存在一些问题和挑战。
3. 沼气综合利用市场发展趋势3.1 可再生能源政策的推动各国政府不断加强对可再生能源的支持和推动,通过制定相关政策和法规,鼓励企业和个人投资沼气综合利用项目。
政策的重要性在于为沼气综合利用市场创造良好的发展环境,并提供经济和政策支持。
3.2 技术创新和设备改进随着技术的进步和设备的改进,沼气综合利用的效率和经济性得到了显著提高。
新型的沼气发电设备和气体净化技术的出现,使得沼气综合利用更加可行和具有竞争力。
3.3 市场竞争和区域合作随着沼气综合利用市场的发展,竞争日益激烈。
各个企业和机构通过不断创新和改进,提高产品质量和服务水平,争夺市场份额。
同时,区域之间的合作也越来越重要,通过合作可以实现资源共享和互惠互利。
4. 挑战与问题虽然沼气综合利用市场发展迅猛,但仍面临一些挑战和问题。
4.1 资金投入和回报问题沼气综合利用项目需要大量的资金投入,包括设备采购、建设和运营等方面。
但由于技术和市场的不成熟,投资回报周期较长,仍存在投资风险。
4.2 副产品的处理和利用沼气综合利用过程中产生的副产品(如沼渣、沼液等),如何进行处理和利用成为一个难题。
2023年沼气综合利用行业市场分析现状沼气综合利用是指将农村污水、农业废弃物等有机废料经过厌氧发酵产生的沼气进行利用的一种技术。
沼气综合利用行业是一个新兴的市场,具有很大的发展潜力和市场空间。
本文将从市场规模、利用技术、政策环境和发展前景等方面对该行业的现状进行分析。
首先,沼气综合利用行业的市场规模逐年扩大。
随着农业现代化的推进和农村污水处理的需求增加,沼气综合利用行业的市场规模不断扩大。
根据相关数据,目前我国每年废弃物产生的沼气量已达数亿立方米之多,但利用率却很低。
因此,沼气综合利用行业市场空间巨大,有着广阔的发展前景。
其次,沼气综合利用行业的利用技术不断提升。
随着科技的进步和创新,沼气综合利用行业的利用技术也在不断改进和提高。
目前,采用的主要利用技术包括沼气发电、沼气供暖和沼气制气等。
这些技术能够将沼气转化为电力、热能和燃气,满足不同领域的能源需求。
同时,随着技术的成熟和应用范围的扩大,沼气综合利用的效益也得到了极大的提升。
再次,政策环境也是沼气综合利用行业快速发展的重要推动力。
政府在能源结构调整和环境保护方面的政策支持为沼气综合利用行业的发展提供了有力保障。
政府加大了对沼气综合利用的投入力度,出台了一系列的支持政策和财政补贴,鼓励企业进行技术创新和产业升级。
这些政策的有效实施为沼气综合利用行业的快速发展提供了有力的保障和支撑。
最后,沼气综合利用行业的发展前景非常广阔。
随着能源环保意识的增强和新能源政策的推动,沼气综合利用行业的发展前景非常广阔。
沼气作为一种可再生能源,具有广泛的适用性和潜力,可以用于农业生产、城乡能源供应和环境治理等多个领域。
而且,沼气综合利用行业的发展有利于提高农村生活水平、改善生态环境、促进农业可持续发展和推动能源转型等。
因此,可以预见,沼气综合利用行业的发展前景将会更加广阔。
综上所述,沼气综合利用行业是一个新兴的市场,具有很大的发展潜力和市场空间。
近年来,随着农村污水处理需求的增加和政府支持政策的推动,沼气综合利用行业取得了一定的进展。
沼气发酵技术及其应用沼气发酵技术是一种将有机物质转化为可再生能源的技术,近年来在中国得到了广泛的应用。
它可以将生活垃圾、畜禽粪便等有机废弃物转化为沼气,在满足能源需求的同时,还能减少对环境造成的污染。
1、沼气发酵原理沼气发酵是一种微生物发酵过程,通过加入厌氧微生物,将含有有机物质的废弃物分解为一氧化碳、氢气、甲醇、乙醇、醋酸、氨等化合物,再由厌氧微生物将这些化合物转化为甲烷、二氧化碳、水等物质。
沼气主要由甲烷和二氧化碳组成,甲烷含量可达到50%~80%。
2、沼气发酵技术的优点沼气发酵技术具有以下优点:一是废弃物处理能力强,可以处理生活垃圾、畜禽粪便等各类有机废弃物;二是能够产生可再生能源,沼气可以用于烹饪、取暖和发电等方面;三是减少有机物质分解产生的甲烷等温室气体的排放,对环境保护有一定的作用。
3、沼气发酵技术的应用沼气发酵技术已经在中国得到了广泛的应用。
农村生活难以解决的废弃物处理问题成为了农村沼气工程兴起的重要原因。
目前,沼气厕所、突破性沼气工程等多种模式得到尝试,新农村建设得到了众多地区的推广。
另外,工业废水处理中采用沼气发酵技术,可以降低处理成本,同时还能够产生可再生能源。
此外,一些城市的垃圾处理中心也采用了沼气发酵技术,将生活垃圾转化为沼气,用于城市供能。
4、沼气发酵技术的发展前景随着我国能源需求的不断增长和环保意识的普及,沼气发酵技术前景广阔。
截至2018年,我国沼气发电装机容量已达到1320万千瓦,占总装机容量的6%。
我国政府也对沼气发酵技术进行鼓励,出台了一系列的支持政策,比如将沼气工程列为重点推进项目,加强对技术产业化的支持等。
总的来说,沼气发酵技术作为一种既能够解决生活垃圾处理问题,又能够产生可再生能源的技术,未来的发展空间非常广阔。
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 forMicrobiology.WashingtonD.C.1986,66~83PH: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—沼气干发酵技术[J].中国沼气,2006,24(4): 23-27.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。
[5]Alberto V,Gisela V,Nelson A,et al.Evaluation of marine algae as a sourceof biogas in a two-stage anaerobic reactor system[J].Biomass and Bioenergy,2008,(32):338-344.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: 657~6614 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便的影响因子[ J] . 华中农业大学学报, 2009, 28( 3) : 377- 380.[ 18] Fatm a A, Yu taka N, Naom ich i N. Dry m esoph ilic ferm en tation o f ch icken m anure for production o fm ethane byrepeated batch cu lture[ J]. Journal o f B ioscience and B ioeng ineer ing, 2009, 107, ( 3): 293- 295.[ 19] Bu jo czek G, O leszkiew icz J, Spar ling R and Cenkow skiS. H igh so lid anae robic digestion of chicken m anure[ J].Ag ric Eng Res, 2000, 76: 51–60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[ 9] PeterW. B iogas production: current state and perspectives[ J]. ApplM icrob io l Biotechno l, 2010, 85: 849–860.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阶段的产酸特征研究[ J]. 江苏农业科学, 2008, 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, 2009.[ 23] Gerha rdtM. The use of hydro lytic enzym es in agr icultura lb iogas production. In: Progress in B iogas[ J]. Stuttg art- H ohenhe im, 2007, 1: 247- 254.[ 24] Sch imp f U, Valbuena R. Increase in effic iency of b iom ethanation by enzym e app lication[ J]. Bo rn im erAgrartechnische Ber ichte , 2009, 68: 44- 56.5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。