第一篇：發(fā)酵技術(shù)的教學(xué)設(shè)計(jì)
各位評(píng)委、各位老師：
大家好！我叫王曉斌，來(lái)自安陽(yáng)市第三十四中學(xué)。今天，我參賽的題目是《發(fā)酵技術(shù)》。下面我從教材認(rèn)知、學(xué)情分析，教學(xué)方法、學(xué)法指導(dǎo)、教學(xué)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新及教學(xué)效果六個(gè)方面來(lái)談?wù)勎覍?duì)這節(jié)課的理解與設(shè)計(jì)。
一、教材認(rèn)知：
（一）教材分析
《發(fā)酵技術(shù)》是北師大版八年級(jí)下冊(cè)、第25章《生物技術(shù)》第一節(jié)的內(nèi)容，教材安排4個(gè)課時(shí)完成，我說(shuō)的是第一課時(shí)的內(nèi)容。本節(jié)教材安排了豐富多樣的學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)，通過(guò)活動(dòng)學(xué)生不僅習(xí)得有關(guān)微生物發(fā)酵的基礎(chǔ)知識(shí)，提高相應(yīng)的實(shí)踐能力，而且能體會(huì)到生物科學(xué)知識(shí)和技術(shù)在生活、生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展中的應(yīng)用價(jià)值。
根據(jù)教材分析，我確定教學(xué)目標(biāo)為：
（二）教學(xué)目標(biāo)：
知識(shí)目標(biāo)：
①舉例說(shuō)明發(fā)酵技術(shù)在生活中的應(yīng)用；
②運(yùn)用發(fā)酵技術(shù)制作一種傳統(tǒng)食品；
能力目標(biāo)：
①通過(guò)預(yù)習(xí)、討論、動(dòng)手操作，能用所學(xué)的發(fā)酵知識(shí)嘗試自己制作酸奶，體會(huì)自主探究的過(guò)程；
②通過(guò)活動(dòng)和探究，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，收集處理信息的能力，分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，合作交流的能力，提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。
情感目標(biāo)：
①認(rèn)同發(fā)酵技術(shù)對(duì)提高人們生活質(zhì)量和身體健康水平的意義；
②體驗(yàn)合作交流的快樂，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神和意識(shí)；
（三）教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：
重點(diǎn)：“品嘗一杯自制的酸奶”活動(dòng)
難點(diǎn)：調(diào)查發(fā)酵技術(shù)在生活中的應(yīng)用。
二、學(xué)情分析
學(xué)生對(duì)于本節(jié)內(nèi)容比較感興趣，又有前面微生物學(xué)部分的基礎(chǔ)，課下完成探究、調(diào)查的課程內(nèi)容難度不大，而且好奇心強(qiáng)、好動(dòng)、爭(zhēng)強(qiáng)好勝又是他們身上明顯的特點(diǎn)。
三、教學(xué)方法
根據(jù)教材和學(xué)生特點(diǎn)，采用以下教學(xué)方法
1、組織交流法：鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試，給學(xué)生成果交流的機(jī)會(huì)。
2、組織討論法：通過(guò)組織討論明確實(shí)驗(yàn)原理、步驟，高效地解決問(wèn)題。
3、啟發(fā)教學(xué)法；通過(guò)教師點(diǎn)撥，構(gòu)建高效課堂。
四、學(xué)法指導(dǎo)
根據(jù)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，指導(dǎo)學(xué)生掌握：
1、合作探究法；
2、調(diào)查訪談法；
3、分析歸納法。
五、教學(xué)過(guò)程
根據(jù)生物課程標(biāo)準(zhǔn)提出的面向全體學(xué)生的基本理念，以及初中生思維由簡(jiǎn)入難的特點(diǎn)，我將教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)為五個(gè)環(huán)節(jié)：精心組織課前準(zhǔn)備、創(chuàng)設(shè)情境引入新課、合作探究學(xué)習(xí)新知、歸納總結(jié)反饋強(qiáng)化、知識(shí)遷移課堂延伸。
環(huán)節(jié)
一、精心組織課前準(zhǔn)備：（活動(dòng)前2周完成）：
（一）教師準(zhǔn)備：課堂上由于無(wú)法完成發(fā)酵酸奶和釀制米酒，我設(shè)計(jì)讓同學(xué)們課下自制酸奶和采訪米酒攤主活動(dòng)。為使這兩個(gè)活動(dòng)能夠順利進(jìn)行，活動(dòng)前要對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)。通過(guò)培訓(xùn)，讓各班活動(dòng)小組明確兩個(gè)活動(dòng)的目的、原理、材料、步驟和注意事項(xiàng)等。
（二）學(xué)生準(zhǔn)備：接受教師培訓(xùn)，按照培訓(xùn)內(nèi)容，具體準(zhǔn)備如下：
活動(dòng)1：【課下自制酸奶】
1、明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>
嘗試制作一杯酸奶，了解酸奶的制作原理。
2、理解實(shí)驗(yàn)原理；牛奶中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在無(wú)氧、溫度適宜的條件下，由乳酸菌發(fā)酵成為乳酸；
3、準(zhǔn)備材料器具；帶密封蓋的杯子或瓶子、酸奶一瓶、鮮牛奶、湯勺、溫度計(jì)、手表、白砂糖等。
4、清楚制作酸奶的步驟；將容器洗凈消毒，牛奶加糖煮開，冷卻，加入酸奶，搖勻加蓋密封，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間發(fā)酵成為酸奶。
5、明確合格酸奶的標(biāo)準(zhǔn)；顏色、質(zhì)地、狀態(tài)和味道；
6、記住注意事項(xiàng)。
7、完成實(shí)驗(yàn)探究工作。
活動(dòng)2：【采訪米酒攤主】
1、理解制作米酒的原理：米飯中的淀粉，在30℃、由曲霉毛霉轉(zhuǎn)化成為葡萄糖，在30℃、無(wú)氧的條件下，由酵母菌發(fā)酵成為酒精。
2、明確采訪提綱；
3、記住采訪注意事項(xiàng)。
4、完成采訪工作。
環(huán)節(jié)
二、創(chuàng)設(shè)情景，引入新課
展示一些圖片，然后提問(wèn)：這些圖片與什么技術(shù)有關(guān)？進(jìn)而引出本節(jié)課的標(biāo)題。目的是激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)的興趣。使他們認(rèn)識(shí)到發(fā)酵技術(shù)與我們的生活息息相關(guān)。
環(huán)節(jié)
三、合作探究，學(xué)習(xí)新知。
發(fā)酵技術(shù)可以為我們帶來(lái)美味的飲料，比如酸奶。制作酸奶在課堂上無(wú)法完成，所以我設(shè)計(jì)讓同學(xué)們?cè)谡n下制作酸奶，課堂上展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程的視頻。包括四個(gè)板塊：
板塊
一、課下自制酸奶匯報(bào)
通過(guò)播放課下學(xué)生自制酸奶活動(dòng)視頻，來(lái)展示學(xué)生具體實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，他們積極主動(dòng)地投入實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，包括拍攝都是他們自己獨(dú)立完成的，充分鍛煉了同學(xué)們動(dòng)手實(shí)踐的能力，明確了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、步驟，培養(yǎng)了合作交流能力，形成了團(tuán)隊(duì)精神。
我們可以看得出同學(xué)們分工協(xié)作，認(rèn)真組織安排，明確了實(shí)驗(yàn)的步驟。
平時(shí)同學(xué)們?cè)诩也桓墒裁醇覄?wù)，通過(guò)課下實(shí)驗(yàn)鍛煉了他們動(dòng)手實(shí)踐能力，明確了制作酸奶的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、材料用具、?shí)驗(yàn)步驟和原理，學(xué)會(huì)了制作酸奶！
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，同學(xué)們的酸奶終于發(fā)酵成功了，他們開始品嘗自己的勞動(dòng)成果?？吹贸鏊麄?cè)趯?shí)驗(yàn)中真的是非常的快樂！同時(shí)圓滿地完成了本節(jié)課設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)。在活動(dòng)中掌握的知識(shí)是印象最深刻最牢固的。
板塊
二、高談闊論：目的是檢驗(yàn)同學(xué)們學(xué)習(xí)的效果，由于他們?cè)谡n下都進(jìn)行了這樣的實(shí)驗(yàn)探究，他們都能順利的回答出答案。對(duì)于回答出答案的同學(xué)，活動(dòng)小組代表可以用自己制作的酸奶給予獎(jiǎng)勵(lì)。
板塊
三、街頭采訪米酒攤主匯報(bào)。釀制米酒的實(shí)驗(yàn)由于材料多，難度大，時(shí)間長(zhǎng)，課堂上無(wú)法完成，所以我采用讓學(xué)生到街頭采訪米酒攤主，向他們?cè)儐?wèn)有關(guān)釀制米酒的各種問(wèn)題。通過(guò)活動(dòng)他們明確了釀制米酒的原理、步驟、注意事項(xiàng)，鍛煉與陌生人溝通的能力，提高了語(yǔ)言表達(dá)能力，轉(zhuǎn)變了學(xué)習(xí)的方式。
活動(dòng)結(jié)束時(shí)，同學(xué)們拍照，留下了學(xué)生時(shí)代值得記憶的美好瞬間。
板塊
四、我問(wèn)你答：目的是檢驗(yàn)同學(xué)們學(xué)習(xí)的效果，同學(xué)們都能輕松應(yīng)答。
環(huán)節(jié)
四、歸納總結(jié)，反饋強(qiáng)化。通過(guò)板書對(duì)本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行的歸納。馬上進(jìn)行練習(xí)檢測(cè)同學(xué)們學(xué)習(xí)的效果。
環(huán)節(jié)
五、知識(shí)遷移，課堂延伸。乳酸菌還可以發(fā)酵泡菜和青貯飼料，布置一項(xiàng)實(shí)踐作業(yè)：同學(xué)們可以在課下利用乳酸菌嘗試制作泡菜。
六、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和教學(xué)效果
把課堂上難以完成的實(shí)驗(yàn)遷移到課下，由學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)進(jìn)行課下實(shí)驗(yàn)探究，然后在課堂上集中展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)效果，并相互品嘗自制的酸奶。通過(guò)這樣的活動(dòng)不僅最大限度地調(diào)動(dòng)了同學(xué)們參與實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，充分發(fā)揮了學(xué)生主體地位和教師主導(dǎo)作用兩方面的優(yōu)勢(shì)，而且提高了他們的動(dòng)手實(shí)踐能力、語(yǔ)言表達(dá)能力、形成分工合作的意識(shí)，使他們體會(huì)到實(shí)驗(yàn)的快樂!他們?cè)诤椭C、愉悅地課堂氛圍里輕松地學(xué)習(xí)，真正成為學(xué)習(xí)的主人，從而達(dá)到了課堂的高效性！
反思：在新課程理念下，我們真地要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，轉(zhuǎn)變同學(xué)們的學(xué)習(xí)方式，充分相信學(xué)生，解放孩子們的手腳，放心大膽地去嘗試。這樣我們教改的天空會(huì)更遼闊,更蔚藍(lán)!我的說(shuō)課到此結(jié)束，謝謝！
第二篇：發(fā)酵秸稈技術(shù)
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我國(guó)是農(nóng)業(yè)和食品大國(guó)，粗飼料資源極其豐富，各種食品糟渣和農(nóng)業(yè)廢棄物得不到綜合利用是極大浪費(fèi)。各種食品廠糟渣含有豐富的營(yíng)養(yǎng)，被處理之后利用具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。利用秸稈和牧草作飼料在美國(guó)、日本、加拿大等都有成熟的技術(shù)，即便是發(fā)達(dá)國(guó)家，肉禽蛋價(jià)格低得與我國(guó)幾乎相差無(wú)幾。我國(guó)年產(chǎn)各類秸稈約9億噸，用于做飼料不足10%，另外一部份焚燒，還有部份機(jī)械還田。特別是焚燒，是對(duì)自然資源的極大破壞?，F(xiàn)在各級(jí)政府和農(nóng)民也開始重視秸稈的綜合利用。全國(guó)農(nóng)村到處有秸稈，到處養(yǎng)殖了畜禽，利用秸稈做飼料，市場(chǎng)潛力非常巨大。
一 秸稈發(fā)酵的生物原理
在高效生物因子(各種分解酶、多種微生物活菌)的作用下，將秸稈里的粗纖維(纖維素、半纖維素)、木質(zhì)素、木聚糖長(zhǎng)分子鏈、木質(zhì)化合物的酯鍵發(fā)生酶解，把動(dòng)物不能吸收的高分子碳水化合物轉(zhuǎn)化成可吸收利用的低分子碳水化合物，即能量飼料；多種微生物活菌能大量吸取動(dòng)物難以利用的有機(jī)氮、無(wú)機(jī)氮，使之轉(zhuǎn)化成營(yíng)養(yǎng)成份較高的多種菌體蛋白質(zhì)，即蛋白飼料；多種微生物活菌在發(fā)酵中能產(chǎn)生大量蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纖維素分解酶，B族維生素和A、D維生素；多種微生物活菌在動(dòng)物體內(nèi)建立微生態(tài)平衡，增強(qiáng)了免疫力。
二 發(fā)酵秸稈做生物飼料的好處．提高飼料轉(zhuǎn)化率，降低成本。
經(jīng)益加益發(fā)酵菌液發(fā)酵或處理過(guò)的飼料大分子有機(jī)物被分解為小分子有機(jī)物，更有利于動(dòng)物體的吸收利用，加之菌體本身及其合成分泌的活性酶等物質(zhì)均大大提高了飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。經(jīng)測(cè)定，益加益菌液發(fā)酵飼料中所含 18 種氨基酸總量明顯增加，且適口性好，畜禽喜食。飼喂益加益發(fā)酵菌液飼料一般可使料肉比、料蛋比下降 10-20 ％。．對(duì)各種常見病有奇特的防治效果。
益加益發(fā)酵菌液能提高畜禽的免疫力和抗病性，降低發(fā)病率。在臨床上可有效預(yù)防和治療一般常見病。
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．促進(jìn)生長(zhǎng)，提高日增重，縮短飼養(yǎng)時(shí)間。
乳豬較常規(guī)飼養(yǎng)日增重增加 40 ％以上，育肥豬一般可提前 10 天上市；僵豬能改善生長(zhǎng)性能，逐步恢復(fù)到正常豬的生長(zhǎng)速度。肉雞（鵝）可提前 3-7 天上市。
．明顯提高繁殖率。
交配前 20 天開始喂益加益菌液飼料，母豬產(chǎn)仔率可提高 30-50 ％，母羊受胎率 100 ％，雙胞胎、三胞胎逐漸增多；且小畜健壯，生長(zhǎng)快。不孕母豬飼喂 益加益飼料半個(gè)月后會(huì)發(fā)情受孕。蛋雞可提前 10 天左右產(chǎn)蛋，延長(zhǎng)產(chǎn)蛋高峰期兩個(gè)月以上，產(chǎn)蛋率提高 15 ％以上。
．除臭、驅(qū)蚊蠅，改善飼養(yǎng)環(huán)境。
．全面改善肉、蛋、奶品質(zhì)，生產(chǎn)鮮嫩無(wú)腥的純正天然綠色食品。
三 發(fā)酵秸稈方法 ：
(一)、發(fā)酵原料
各種農(nóng)作物秸稈粉、樹葉雜草粉、瓜藤粉、水果渣、干蔗渣、谷殼粉、統(tǒng)糠、食用菌渣、酒糟、啤酒糟、糖渣、醋渣、淀粉渣、木薯渣、檸檬酸渣、醬油渣、味精渣、粉渣、豆腐渣、藥渣、油渣、油餅粕、糠麩、棉菜粕、霉變飼料、屠宰下腳料、潲(泔)水、剩飯菜、雞糞等廢棄物
(二)、發(fā)酵配比
玉米粉15%，麥麩15%，上述發(fā)酵原料一種或多種總量為70%。
(三)、注意事項(xiàng)
1、如果添加農(nóng)作物秸稈粉、樹葉雜草粉、瓜藤粉、水果渣、干蔗渣、谷殼粉、統(tǒng)糠、食用菌渣、雞糞等，其合計(jì)不超過(guò)發(fā)酵原料總量的30%。
2、多種發(fā)酵原料混合發(fā)酵優(yōu)于單一發(fā)酵原料發(fā)酵，能量飼料(玉米粉、麥麩、米糠)可以將一種物料單獨(dú)發(fā)酵，也可將兩三種物料按任意比例混合發(fā)酵。
(四)、發(fā)酵方法
1、發(fā)酵配比：配置粉碎好(過(guò)篩1mm孔))的發(fā)酵飼料1000公斤，水350-400公斤(夏天350，冬天400)，益加益發(fā)酵菌制劑1-2公斤。
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2、制作稀釋活化發(fā)酵液：將1-2公斤菌種倒入350-400公斤水中攪拌均勻備用。
3、將制成的稀釋發(fā)酵液與1000公斤發(fā)酵飼料混合均勻，濕度以手捏成團(tuán)不滴水，一觸即散為宜。有攪拌機(jī)的大型養(yǎng)殖場(chǎng)將稀釋發(fā)酵液慢慢加入飼料中攪拌均勻即可；沒有攪拌機(jī)的養(yǎng)殖戶將活化發(fā)酵液慢慢少量噴到飼料上，用鐵鍬攪拌均勻，注意：不能有團(tuán)塊、水結(jié)塊，用手將團(tuán)塊、水結(jié)塊搓散攪拌均勻。
4、大型養(yǎng)殖場(chǎng)可以將配置好的飼料在地面壓實(shí)堆成垛或者裝入水泥池壓實(shí)，用塑料薄膜密封；小養(yǎng)殖戶可以將飼料裝入缸、大塑料桶、池子壓實(shí)密閉，用塑料薄膜密封，多封幾層，保證密封完全不透氣。
5、放在常溫、防鼠的地方厭氧發(fā)酵，根據(jù)季節(jié)經(jīng)3-7天(夏3天，春秋5天，冬7天)發(fā)酵，發(fā)出略帶酸甜的濃郁酒曲香味，表明發(fā)酵成功。若只酸不香，沒有酒曲香味；或有變白色是密封不完全透氣原因發(fā)酵不成功，發(fā)酵失敗的飼料可曬干后重新發(fā)酵(稍加大菌種用量)。發(fā)酵飼料要做到壓實(shí)密封不漏氣；水分適當(dāng)，多了易酸，少了發(fā)酵太慢；攪拌要均勻，粉碎團(tuán)塊。
6、發(fā)酵成功之后，取出添加未發(fā)酵的全價(jià)飼料中混合均勻直接飼喂。如果發(fā)酵五天飼喂用量，每天取用之后迅速密封，再取再用再密封。注意：此用法數(shù)量不超過(guò)五天用量。如果一次發(fā)酵飼料數(shù)量較多，超過(guò)五天用量部分必須曬干保存。如果要銷售發(fā)酵飼料，可以曬干再銷售，或者銷售給用戶發(fā)酵。
(五)、添加比例
發(fā)酵飼料在各種全價(jià)飼料中的添加比例：
1、豬：小豬15%，中豬20%，大豬30%；
2、肉雞、蛋雞、蛋鴨：10-15%，肉鴨：20%；
3、水產(chǎn)四大家魚：10-30%；
4、鵝、牛、羊：部分或全部代替粗飼料。
四、注意事項(xiàng)
1、發(fā)酵原料粉碎要盡量細(xì)，攪拌均勻，不能有水結(jié)塊；
2、包裝開啟后最好一次性用完，未用完水劑菌蓋緊即可，粉劑菌種盡量?jī)蓪用芊獗４妫?/p>
3、最好不要與抗生素同時(shí)使用，可以低劑量混用；
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4、水劑菌上層有白沫、底部稍有沉淀屬正?，F(xiàn)象，粉劑菌種顏色變化(載體改變)不影響產(chǎn)品使用性能。
五、貯存條件
應(yīng)在室溫下、通風(fēng)陰涼干燥處防潮避光保存，不得與有毒藥物同時(shí)存放。
六、保質(zhì)期
室溫下未開封時(shí)，保質(zhì)期水劑為18個(gè)月，粉劑為24個(gè)月。
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第三篇：專題一傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用_教學(xué)設(shè)計(jì)
專題一傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用 教學(xué)設(shè)計(jì)
生物組
一、教材內(nèi)容分析：
本節(jié)是選修一《傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用》專題的內(nèi)容，本節(jié)內(nèi)容是圍繞著“ 傳統(tǒng)發(fā)酵食品制作工藝”展開，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，讓學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置。掌握發(fā)酵食品加工的基本原理和方法，學(xué)會(huì)模擬發(fā)酵的最佳條件，初步了解食品的加工生產(chǎn)的某些有害物質(zhì)的檢測(cè)方法。二、三維目標(biāo)
（一）知識(shí)與技能
1．了解傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用。
2．掌握制作果酒、果醋、腐乳的制作的基本原理和方法。3．掌握泡菜的腌制與亞硝酸鹽含量變化的測(cè)定等操作技能。4．設(shè)計(jì)并安裝簡(jiǎn)單的生產(chǎn)的裝置。
（二）過(guò)程與方法
1．引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與探究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生用簡(jiǎn)約科學(xué)術(shù)語(yǔ)表達(dá)問(wèn)題的能力。2．注意實(shí)驗(yàn)流程的操作環(huán)節(jié)；培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力。3．培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀
1．對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度的教育。
2．體驗(yàn)和感受傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用；養(yǎng)成細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，對(duì)泡菜中亞硝酸鹽含量的測(cè)定，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注食品安全，維護(hù)身體健康。
3．培養(yǎng)學(xué)生合作精神。
三、教學(xué)重難點(diǎn)：說(shuō)明果酒、果醋、腐乳、泡菜的制作原理，并測(cè)定泡菜中亞硝酸鹽含量
制作過(guò)程中發(fā)酵條件的控制，探索影響發(fā)酵食品品質(zhì)的條件，及泡菜中亞硝酸鹽含量的測(cè)定。
四、教學(xué)方法：?jiǎn)l(fā)式教學(xué)
五、教學(xué)工具：多媒體課件
六、教學(xué)過(guò)程：
（一）引入：酒、醋、腐乳、泡菜是人們?nèi)粘Ｉ铍x不開的傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品。今天，復(fù)習(xí)一些傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)。
（二）授課
一）果酒和果醋的制作
一、習(xí)題練習(xí)
1、據(jù)制作果酒和果醋的發(fā)酵裝置填空
①裝置中a為充氣口,用于向裝置內(nèi);b為 , 用于排出co2;c為出料口,用于。②b長(zhǎng)而彎曲,目的是防止 的污染。
③葡萄汁裝入發(fā)酵瓶時(shí),要留出約1/3空間,目的是:先讓酵母菌進(jìn)行.快速繁殖,耗盡02后再進(jìn)行;防止發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的 造成發(fā)酵液溢出。
④使用該裝置制作果酒時(shí),應(yīng) 充氣口a,制果醋時(shí),應(yīng)將充氣口a連接氣泵,輸入。
答案：①通氣 排氣口 取樣檢測(cè) ②空氣中微生物 ③有氧呼吸 酒精發(fā)酵 co2 ④關(guān)閉 氧氣
2、(2016·高考全國(guó)卷甲)蘋果醋是以蘋果汁為原料經(jīng)發(fā)酵而成的，回答下列為題：
(1)酵母菌的呼吸代謝途徑如圖所示。圖中過(guò)程①和②是蘋果醋生產(chǎn)的第一階段，在酵母菌細(xì)胞的_________________中進(jìn)行，其產(chǎn)物乙醇與_________________試劑反應(yīng)呈現(xiàn)灰綠色，這一反應(yīng)可用于乙醇的檢驗(yàn)；過(guò)程③在酵母菌細(xì)胞的________________中進(jìn)行。與無(wú)氧條件相比，在有氧條件下，酵母菌的增殖速度______。
(2)第二階段是在醋酸桿菌的作用下將第一階段產(chǎn)生的乙醇轉(zhuǎn)變?yōu)榇姿岬倪^(guò)程，根據(jù)醋酸桿菌的呼吸作用類型，該過(guò)程需要在_________條件下才能完成。
(3)在生產(chǎn)過(guò)程中，第一階段和第二階段的發(fā)酵溫度不同，第一階段的溫度_______(填“低于”或“高于”)第
二階段的。
(4)醋酸桿菌屬于________核生物，其細(xì)胞結(jié)構(gòu)中______(填“含有”或“不含有”)線粒體。
答案：(1)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 重鉻酸鉀 線粒體 快(2)有氧(3)低于(4)原 不含有
二、基礎(chǔ)知識(shí)：選擇新鮮優(yōu)質(zhì)的葡萄，然后依次沖洗、除去枝梗和榨汁，發(fā)酵液裝瓶后保持 1/3 的剩余空間。酒精發(fā)酵的溫度要控制在 18～25℃ 范圍內(nèi)，發(fā)酵時(shí)間控制在 10～12 天左右。醋酸發(fā)酵的溫度要控制在 30～35℃范圍內(nèi)，發(fā)酵時(shí)間控制在 7～8 天左右，并保持不斷充氣。
三、拓展·歸納：果酒和果醋制作的注意事項(xiàng)
(1)材料的選擇與處理:選擇新鮮的葡萄,榨汁前先將葡萄沖洗,再除去枝梗,以防葡萄汁流失及污染。沖洗以洗去灰塵為目的,且不要太干凈,以防洗去野生型酵母菌。
(2)防止發(fā)酵液被污染
①榨汁機(jī)要清洗干凈并晾干。
②發(fā)酵瓶要洗凈并用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精消毒,或用洗潔精洗滌。
③裝入葡萄汁后要封閉充氣口。(3)制作果酒和果醋的發(fā)酵裝置分析
該裝置的使用方法:使用該裝置制作果酒時(shí),應(yīng)該關(guān)閉充氣口,制作果醋時(shí),應(yīng)將充氣口連接充氣泵,輸入空氣
二）腐乳的制作
一、習(xí)題練習(xí)
1下面為腐乳制作過(guò)程的流程圖,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()豆腐上長(zhǎng)出毛霉→加鹽腌制→加鹵湯裝瓶→密封腌制
A.毛霉為好氧型真菌,為避免缺氧,碼放豆腐時(shí)要留出一定縫隙
B.加鹽腌制的目的是析出豆腐中的水分使之變硬,同時(shí)能抑制微生物的生長(zhǎng) C.加鹵湯、密封腌制中,毛霉不斷增殖,并產(chǎn)生大量的酶,分解蛋白質(zhì) D.密封瓶口時(shí),最好將瓶口通過(guò)酒精燈的火焰,以防止瓶口
解析:從流程圖可以看出,毛霉在加鹽腌制前就已長(zhǎng)成,加鹵湯、密封腌制中,毛霉不再增殖。答案:C
2.(2012海南高考)回答下列關(guān)于腐乳制作的問(wèn)題：
(1)腐乳是豆腐經(jīng)微生物發(fā)酵后制成的食品。多種微生物參與了該發(fā)酵過(guò)程,其中起主要作用的微生物是
,其產(chǎn)生的蛋白酶可將豆腐中的蛋白質(zhì)水解為 和其產(chǎn)生的 ；能將豆腐中的脂肪水解為 和。
(2)發(fā)酵完成后需加鹽腌制,加鹽還可以抑制 生長(zhǎng)。
(3)腐乳制作的后期可加入由酒和多種香辛料配置而成的鹵湯。鹵湯除具有一定的防腐作用外,還能使腐乳具有獨(dú)特的。
答案:(1)毛霉(多)肽 氨基酸 脂肪酶 甘油 脂肪酸(2)微生物(3)風(fēng)味
二、基礎(chǔ)知識(shí)：
腐乳的制作原理:腐乳制作過(guò)程中發(fā)揮作用的微生物主要是 毛霉，其屬于真菌，其同化作用類型是 異養(yǎng)型。毛霉等微生物產(chǎn)生的 蛋白質(zhì) 酶等能將豆腐中蛋白質(zhì)分解成小分子的 多肽 和 氨基酸 ；產(chǎn)生的 脂肪 酶能將豆腐中脂肪水解為 甘油 和 脂肪酸。
三、拓展·歸納：影響腐乳品質(zhì)的因素
1.水的控制:含水量約70%,用含水量過(guò)高的豆腐制腐乳,不易成形
2.鹽的控制:鹽濃度過(guò)高會(huì)影響腐乳的口味;鹽濃度過(guò)低,腐乳易腐敗變質(zhì)
3.酒的控制:酒的含量一般控制在12%左右。酒精含量過(guò)高使腐乳成熟期延長(zhǎng)。
酒精含量過(guò)低,雜菌繁殖快,豆腐易腐敗
4.溫度控制:溫度為15－18℃,適合毛霉生長(zhǎng) 5.發(fā)酵時(shí)間:控制在6個(gè)月左右
6.香辛料 : 具有調(diào)味和殺菌的作用,也會(huì)影響腐乳的風(fēng)味或質(zhì)量
三）泡菜的制作及亞硝酸鹽含量的測(cè)定
一、習(xí)題練習(xí)
1.(2013全國(guó)卷Ⅲ‖)回答下列有關(guān)泡菜制作的問(wèn)題:(1)制作泡菜時(shí),所用鹽水需煮沸,其目的是。為了縮短制作時(shí)間,有人還會(huì)在冷卻后的鹽水中加入少量陳泡菜液,加入陳泡菜液的作用是。
(2)泡菜制作過(guò)程中,乳酸發(fā)酵的過(guò)程即為乳酸菌進(jìn)行 的過(guò)程。該過(guò)程發(fā)生在乳酸菌細(xì)胞的 中。
(3)泡菜制作過(guò)程中影響亞硝酸鹽含量的因素有、和 等
(4)從開始制作到泡菜品質(zhì)最佳這段時(shí)間內(nèi),泡菜液逐漸變酸。這段時(shí)間內(nèi)泡菜壇中乳酸菌和其他雜菌的消長(zhǎng)規(guī)律是，原因是。
答案:(1)殺滅雜菌 增加乳酸菌數(shù)量(2)無(wú)氧呼吸 細(xì)胞質(zhì)
(3)溫度 腌制時(shí)間 食鹽用量(4)乳酸菌數(shù)量增多,雜菌數(shù)量減少 乳酸菌比雜菌更為耐酸
海南高考)已知泡菜中亞硝酸鹽含量與泡制時(shí)間有關(guān)。為了測(cè)定不同泡制天數(shù)泡菜中亞硝酸鹽的含量,某同學(xué)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)材料、試劑及用具包括:刻度移液管、比色管、不同濃度的亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液、亞硝酸鹽的顯色劑、不同泡制天數(shù)的泡菜濾液等回答相關(guān)問(wèn)題
(1)請(qǐng)完善下列實(shí)驗(yàn)步驟。
①標(biāo)準(zhǔn)管的制備:用 和顯色劑制成顏色深淺不同的系列標(biāo)準(zhǔn)管。
②樣品管的制備:用刻度移液管分別吸取一定量的 ,加到不同的比色管中,然后在各個(gè)比色管中加入等量的顯色劑進(jìn)行顯色,得到樣品管。
③將每個(gè) 分別與系列標(biāo)準(zhǔn)管進(jìn)行比較,找出與樣品管顏色深淺 的標(biāo)準(zhǔn)管,該管中亞硝酸鈉含量即代表樣品管中的亞硝酸鹽含量,記錄各樣品管亞硝酸鹽的含量。
(2)右圖表示的是泡菜中 趨勢(shì)。
(3)泡菜制作過(guò)程中產(chǎn)酸的細(xì)菌主要是。(填”醋酸菌”或“乳酸菌”)。答案：（1）①不同濃度亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液；
②不同泡制天數(shù)的泡菜濾液；
③樣品管；
相同（相近）；（2）亞硝酸鹽；（3）乳酸菌；
二、基礎(chǔ)知識(shí)：泡菜的制作及亞硝酸鹽含量的測(cè)定 1.泡菜的制作
1）原理：在無(wú)氧條件下乳酸菌將糖分解為乳酸 2）設(shè)計(jì)：選擇原料、預(yù)處理→調(diào)味裝壇→發(fā)酵成品
3）操作：泡菜壇的選擇→腌制時(shí)間、溫度和食鹽量的控制 2.亞硝酸鹽含量測(cè)定
1）原理：在鹽酸酸化條件下,亞硝酸鹽與對(duì)氨基苯磺酸反→應(yīng),再與N-1-萘基乙二胺鹽酸鹽結(jié)合生成玫瑰 紅色染料,并與標(biāo)準(zhǔn)液比較確定亞硝酸鹽含量
步驟：配制溶液→制備標(biāo)隹液→ 制備標(biāo)樣品液→比色計(jì)算 3.結(jié)果分析與評(píng)價(jià)：亞硝酸鹽的形成、含量變化及其危害
三、拓展·歸納：泡菜制作的注意事項(xiàng):(1)材料的選擇及用量: ①蔬菜應(yīng)新鮮,若放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng),蔬菜中的硝酸鹽易被還原成亞硝酸鹽。
②清水和鹽的質(zhì)量比為4:1,鹽水要煮沸后冷卻。煮沸有兩大作用,一是除去水中的氧氣,二是殺滅鹽水中的細(xì)菌。
(3)防止雜菌污染:每次取樣用具要洗凈,要迅速封口。(3)氧氣需求: ①泡菜壇要選擇透氣性差的容器,以創(chuàng)造無(wú)氧環(huán)境,有利于乳酸菌發(fā)酵,防止蔬菜腐爛。
②泡菜壇壇蓋邊沿的水槽內(nèi)注滿水,以保證壇內(nèi)乳酸菌發(fā)酵所需的無(wú)氧環(huán)境,并注意在發(fā)酵過(guò)程中經(jīng)常補(bǔ)水。(4)控制適宜的溫度:以18－20℃為宜,溫度偏高有害菌活動(dòng)能力強(qiáng),溫度偏低不利于乳酸發(fā)酵。
四)綜合練習(xí)：
(2016·高考天津卷)天津獨(dú)流老醋歷史悠久、獨(dú)具風(fēng)味，其生產(chǎn)工藝流程如下圖。
糖化酒精發(fā)酵醋酸發(fā)酵處理淀粉類原料――→葡萄糖――→成熟酒醅――→成熟醋醅――→成品醋
(1)在糖化階段添加酶制劑需要控制反應(yīng)溫度，這是因?yàn)槊竉________________。
(2)在酒精發(fā)酵階段，需添加酵母菌。在操作過(guò)程中，發(fā)酵罐先通氣，后密閉。通氣能提高_(dá)_______的數(shù)量，有利于密閉時(shí)獲得更多的酒精產(chǎn)物。
(3)在醋酸發(fā)酵階段，獨(dú)流老醋采用獨(dú)特的分層固體發(fā)酵法，發(fā)酵30天。工藝如下。
①發(fā)酵過(guò)程中，定期取樣測(cè)定醋酸桿菌密度變化，趨勢(shì)如圖。據(jù)圖分析，與顛倒前相比，B層醋酸桿菌在顛倒后密度變化的特點(diǎn)是____________ ____，由此推測(cè)影響醋酸桿菌密度變化的主要環(huán)境因素是________________________（寫三點(diǎn)）。
②乳酸含量高是獨(dú)流老醋風(fēng)味獨(dú)特的重要成因。發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵缸中_____________層的醋醅有利于乳酸菌繁殖，積累乳酸。
③成熟醋醅中乳酸菌的種類明顯減少，主要原因是發(fā)酵后期營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗等環(huán)境因素的變化，加劇了不同種類乳酸菌的________，淘汰了部分乳酸菌種類。
答案：(1)在最適溫度條件下催化能力最強(qiáng)(2)酵母菌(3)①先快速增長(zhǎng)后趨于穩(wěn)定 氧氣、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、pH ②顛倒前的B層和顛倒后的A(或不翻動(dòng)，或下)③種間競(jìng)爭(zhēng)(或競(jìng)爭(zhēng))
七、教學(xué)預(yù)期：
本節(jié)內(nèi)容實(shí)踐操作性較強(qiáng)，對(duì)學(xué)生操作能力較高，需要較好的掌握傳統(tǒng)發(fā)酵的原理和操作技術(shù)，能夠應(yīng)用于生產(chǎn)生活實(shí)際。
第四篇：沼氣干發(fā)酵技術(shù)
沼氣干發(fā)酵技術(shù)
更新時(shí)間：2009-07-20 13:53 來(lái)源： 作者: 閱讀：275 網(wǎng)友評(píng)論0條
沼氣干發(fā)酵是指以秸稈、畜禽糞便等有機(jī)廢棄物為原料(干物質(zhì)濃度在 20 %以上),利用厭氧菌將其分解為 CH4 ,CO2 ,H2S 等氣體的發(fā)酵工藝。沼氣干發(fā)酵由于其發(fā)酵原料的干物質(zhì)濃度高而導(dǎo)致的進(jìn)出料難、傳熱傳質(zhì)不均勻、酸中毒等問(wèn)題 ,是沼氣干發(fā)酵的技術(shù)難點(diǎn) ,對(duì)此國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了深入的研究。
我國(guó)從20世紀(jì)80年代起開始了戶用沼氣干發(fā)酵研究 ,取得了一定的成果。葉森等從 1986 年開始研究自動(dòng)排料沼氣干發(fā)酵裝置和相應(yīng)的半連續(xù)干發(fā)酵工藝 ,于1988年8月通過(guò)了由農(nóng)業(yè)部能源環(huán)保局主持的技術(shù)鑒定。馬云瑞等研制了分離儲(chǔ)氣恒壓干發(fā)酵池 ,其產(chǎn)氣量基本能夠滿足四口之家一日兩餐(6月～10月)炊事用能及照明用能(5 月～l1月)?？岛愕掳l(fā)明了小型高效穩(wěn)壓式自動(dòng)漫滲濾干發(fā)酵沼氣池。北京合百意生態(tài)能源科技開發(fā)有限公司對(duì)沼氣干發(fā)酵菌種進(jìn)行了研究 ,研制了預(yù)處理秸稈復(fù)合菌劑和低溫高效甲烷菌 ,目前正在進(jìn)行推廣示范。我國(guó)在21世紀(jì)初開始了大型沼氣干發(fā)酵研究 ,目前還處于小試研究階段。甘如海對(duì)畜禽糞便厭氧干發(fā)酵處理攪拌反應(yīng)器進(jìn)行了研究 ,設(shè)計(jì)試制出臥式螺帶攪拌發(fā)酵罐 ,通過(guò)試驗(yàn)得出了操作參數(shù)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)氣過(guò)程的影響情況 ,確定了最優(yōu)操作參數(shù)。晏水平對(duì)大中型集約化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便高溫厭氧干發(fā)酵處理工程中的罐體加熱保溫裝置進(jìn)行了研究 ,其具體研究?jī)?nèi)容是罐體加熱保溫裝置的選型和操作參數(shù)設(shè)計(jì) ,為大型沼氣干發(fā)酵系統(tǒng)的工程化提供了一定的基礎(chǔ)理論。國(guó)外對(duì)沼氣干發(fā)酵技術(shù)的研究比我國(guó)早 ,整體技術(shù)水平較我國(guó)領(lǐng)先。從20世紀(jì) 40 年代起 ,德國(guó)、法國(guó)和阿爾及利亞就開始運(yùn)用批量式沼氣干發(fā)酵技術(shù)。20 世紀(jì) 80 年代 ,德國(guó)、荷蘭、瑞士、布基納法索、尼日爾等國(guó)家對(duì)沼氣干發(fā)酵進(jìn)行了深入的研究。20世紀(jì) 90 年代 ,德國(guó)大量資助新型的間歇式干法沼氣發(fā)酵技術(shù)的研發(fā) ,在 90 年代末 ,該項(xiàng)工藝和裝備通過(guò)了中試 ,并于 2002 年生產(chǎn)出產(chǎn)業(yè)化裝備 ,投入實(shí)際運(yùn)行。目前 ,國(guó)外的沼氣干發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)成熟 ,如車庫(kù)型干發(fā)酵系統(tǒng)、氣袋型干發(fā)酵系統(tǒng)、干濕聯(lián)合型發(fā)酵系統(tǒng)、滲濾液儲(chǔ)存桶型干發(fā)酵系統(tǒng)等大型沼氣干發(fā)酵系統(tǒng) ,已經(jīng)投入生產(chǎn)性應(yīng)用 ,可進(jìn)行規(guī)?；恼託馍a(chǎn)。
沼氣干發(fā)酵工藝《農(nóng)村實(shí)用工程技術(shù)(農(nóng)業(yè)工程)》 1986年02期
沼供
【摘要】：正 干發(fā)酵是指發(fā)酵原料中的總固體干物質(zhì)濃度在20％以上的一種發(fā)酵工藝,是批量厭氧發(fā)酵的主要類型,也有人把干發(fā)酵叫做固體發(fā)酵或高濃度發(fā)酵。它的主要優(yōu)點(diǎn)是:池容產(chǎn)氣率較高(一般都在0.25米~3/米~3·天以上),因而可以節(jié)省建池投資,一般五口人之家,有四至五立方米就足夠了。另外,發(fā)酵池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,進(jìn)出料和維修部比較方便、安全。節(jié)約用水,沼渣肥料質(zhì)高量少,運(yùn)輸方便,節(jié)省運(yùn)輸勞力,因而非常適合使用干糞作肥料的北方農(nóng)村和干旱地區(qū)推廣應(yīng)用。干發(fā)酵的顯著特點(diǎn)是發(fā)酵基質(zhì)的總固體含量較高,它是在較高的揮發(fā)酸含置水平上發(fā)酵運(yùn)轉(zhuǎn),工藝技術(shù)的核心是防止有機(jī)酸的過(guò)量積累。因此,根據(jù)各地的經(jīng)驗(yàn),應(yīng)掌握好以下幾個(gè)工藝步驟:
沼氣干發(fā)酵工藝
2010-05-20 13:37:19 作者：蒲公英 來(lái)源：中國(guó)生物能源網(wǎng) 瀏覽次數(shù)：523 網(wǎng)友評(píng)論 5 條
沼氣干發(fā)酵工藝
干發(fā)酵是指以有機(jī)廢棄物為原料(干物質(zhì)濃度在20%以上),利用水解產(chǎn)酸菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌將其分解為CH4、CO2、H2 S等氣體的發(fā)酵工藝。由于固體濃度太高難以采用連續(xù)投料或半投料的...干發(fā)酵是指以有機(jī)廢棄物為原料(干物質(zhì)濃度在20%以上),利用水解產(chǎn)酸菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌將其分解為CH4、CO2、H2 S等氣體的發(fā)酵工藝。由于固體濃度太高難以采用連續(xù)投料或半投料的投料方式，絕大多數(shù)均采用批量投料。
許多研究表明,干發(fā)酵由于其總固體含量較高,容易在發(fā)酵初期產(chǎn)生大量的有機(jī)酸,造成酸中毒現(xiàn)象,最終導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。許多研究都針對(duì)加大接種量或預(yù)處理等調(diào)控措施而展開,而對(duì)造成不同底物快速酸化的主要原因研究很少。
比如像以秸稈為原料的干發(fā)酵方法（同時(shí)也適合于糞草混合發(fā)酵）要點(diǎn)的關(guān)鍵：①添加足夠的優(yōu)質(zhì)接種物；②秸稈要切碎并且用石灰水預(yù)處理，并進(jìn)行池內(nèi)外堆漚；③添加適量氮源，發(fā)酵濃度為20%——30%。
一、配料和預(yù)處理 1.秸稈用量和預(yù)處理
風(fēng)干秸稈（TS=85%）切成150毫米左右的小段，加石灰水潑濕，再將接種物總用量的1/3混入，進(jìn)行池外堆漚，堆漚時(shí)間為2～3天。堆漚的目的是初步破環(huán)秸稈的纖維——木質(zhì)結(jié)構(gòu)，并增加秸稈容重，以提高單位池容的秸稈處理量。堆漚結(jié)束后加入其余接種物和氮肥，入池再堆漚24小時(shí)，用以增加啟動(dòng)的料溫。
這時(shí)平均體積產(chǎn)氣率可超過(guò)0.2米 /（米·天）。如果增加糞便，則由于平均體積有機(jī)負(fù)荷率增加，可以提高平均體積產(chǎn)氣率。2.接種物
對(duì)接種物的要求與其他發(fā)酵工藝相同，接種物的數(shù)量應(yīng)為秸稈質(zhì)量的1.5倍以上。它是保證干發(fā)酵正常進(jìn)行的關(guān)鍵。池外堆漚時(shí)先用1/3的量，其余的入池時(shí)再加入。3.添加氮源
由于采用的是批量投料方法，平時(shí)沒有含氮豐富的糞尿流入，而秸稈本身含氮量不足，因此必須再入池時(shí)補(bǔ)充氮源。但由于干發(fā)酵的水分含量較少，太多的氮易造成發(fā)酵抑制。所以加碳酸氫銨時(shí)用量為秸稈用量的2%，加尿素時(shí)為秸稈用量的1%。4.用石灰水預(yù)處理
石灰的用量應(yīng)為秸稈質(zhì)量的5%，此項(xiàng)措施的目的在于破環(huán)秸稈的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，并中和發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的酸，以防止pH值下降。
二、濃度控制
用加水量來(lái)控制料液的濃度，石灰5千克加水100千克配成石灰水用于預(yù)處理；接種物（TS%=10%）按1：1加水稀釋；氮肥每千克加水50千克溶解后使用。由于堆漚過(guò)程中水分會(huì)損失，按上述比例加水，一般可將濃度控制在20%——30%。
三、發(fā)酵周期
為了充分利用沼氣池和積造有機(jī)肥，南方地區(qū)在冬春季可以采用一個(gè)發(fā)酵周期，約150——200天；夏秋季（5—10月）可采取兩個(gè)發(fā)酵周期，每個(gè)周期約為90——100天。各地區(qū)應(yīng)該把發(fā)酵周期和農(nóng)事用肥密切結(jié)合起來(lái)考慮。
四、貯氣問(wèn)題
干發(fā)酵池必須附有貯氣設(shè)施，如塑料貯氣袋、分離浮罩或水壓式貯氣池。不過(guò)采用每戶一個(gè)干發(fā)酵池和一個(gè)水壓式池最簡(jiǎn)便。
沼氣成分檢測(cè)的主要方法有奧氏氣體分析方法、氣相色譜GC分析方法、熱催化元件檢測(cè)方法和紅外檢測(cè)方法。
奧氏成分檢測(cè)分析儀：采用氫氧化鈉溶液吸收CO2，以焦性沒食子酸堿性溶液吸收CO2，采用爆炸燃燒法后采用吸收法測(cè)量CH4，從而測(cè)出CH4、CO2、O2的含量。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是需要采集代表性的氣體，且不能現(xiàn)場(chǎng)分析，此外每年都需要購(gòu)置大量的藥劑，人員需要培訓(xùn)且分析測(cè)試勞動(dòng)強(qiáng)度較大。
氣相色譜GC分析方法：采用將采樣的氣體利用其物理吸附能力差別在色譜柱中分離然后采用TCD傳感器分析其CH4、CO2、O2，該方法測(cè)試簡(jiǎn)單，但是色譜價(jià)格相對(duì)較貴，需要采樣，不能現(xiàn)場(chǎng)分析。
熱催化檢測(cè)方法：將熱催化（黑白）元件—補(bǔ)償元件和橋臂電陰構(gòu)成惠斯頓電橋加一恒定電壓，由于熱催化元件的骨架是鉑絲材料，電流流過(guò)時(shí)加熱，使溫度為500度左右，當(dāng)遇到瓦斯氣體時(shí)，瓦斯氣體接觸催化元件表面時(shí)會(huì)發(fā)生氯化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱量，使催化元件溫度升高，阻值增大，電橋輸出不平衡電壓，反映被測(cè)甲烷的濃度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：價(jià)格低廉，適合煤礦測(cè)量甲烷是否超標(biāo)，已經(jīng)普遍使用在便攜瓦斯分析儀以及固定式瓦斯傳感器。缺點(diǎn)是:需要頻繁標(biāo)定，7天標(biāo)定一次，只有一年使用壽命，精度差（10%），壽命短，只能測(cè)量0—4%以下的瓦斯。高濃度使得傳感器中毒甚至報(bào)廢，此外不能測(cè)量CO2。紅外檢測(cè)方法：采用CH4、CO2氣體會(huì)吸收款3.4um，4.26um的中外紅外波長(zhǎng)的特點(diǎn),通過(guò)紅外吸收率的變化得到CH4、CO2含量，同時(shí)可以配合電化學(xué)傳感器得到O2、H2S含量。目前是國(guó)外從事沼氣測(cè)量的首選測(cè)量?jī)x器，目前我國(guó)在開展的情節(jié)發(fā)展機(jī)制CDM項(xiàng)目都要求采用紅外沼氣分析儀檢測(cè)沼氣的成份，其優(yōu)點(diǎn)是可以在線實(shí)時(shí)測(cè)量，不需要?dú)獯蓸?，沒有耗材消耗,測(cè)量精度高，不需要頻繁標(biāo)定，測(cè)量量程0—100%，既可測(cè)量沼氣池氣體成分，也可測(cè)量沼氣泄漏。
奧氏氣體分析儀由于不能現(xiàn)場(chǎng)分析，且每年都需要購(gòu)置大量的試劑（除非政府每年都有試劑費(fèi)用的財(cái)政安排），分析測(cè)試復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此不適合農(nóng)村沼氣分析工作；氣相色譜是目前我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域測(cè)量沼氣CH4、CO2的推薦實(shí)驗(yàn)室方法，需要采樣后實(shí)驗(yàn)室分析，但是其購(gòu)置價(jià)格昂貴，操作十分復(fù)雜，在沼氣現(xiàn)場(chǎng)使用困難
沼渣成分分析
摘要：
以反芻動(dòng)物糞便厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣剩余物沼渣為研究對(duì)象,采用振動(dòng)篩分分組、統(tǒng)計(jì)分析、圖像處理和Fibertec 2010&M6纖維分析系統(tǒng)分析等方法,對(duì)沼渣的物理成分及沼渣纖維化學(xué)成分進(jìn)行了測(cè)定分析.研究結(jié)果表明,沼渣主要由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為64%的纖維、35%的非礦物質(zhì)和1%的礦物質(zhì)組成;沼渣纖維巾纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、灰分及其它各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為44.8%、21.9%、15.6%和17.7%.從而得出結(jié)論:反芻動(dòng)物糞便厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣后的沼渣中纖維素含量較水稻、小麥和玉米等作物秸稈的高5%以上,半纖維素含量較水稻、小麥和玉米等農(nóng)作物秸稈低5%.研究結(jié)果為沼渣資源化、高值化利用技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ).世界最新干法（固體）沼氣發(fā)酵技術(shù)簡(jiǎn)介
中國(guó)新能源網(wǎng) | 2006-6-1 14:29:00 | 新能源論壇 | 我要供稿
特別推薦：《2011中國(guó)新能源與可再生能源年鑒》
傳統(tǒng)的沼氣發(fā)酵均采用濕法技術(shù)，由于濕法技術(shù)發(fā)酵耗能高、處理干物質(zhì)的成本高等一系列缺點(diǎn)，限制了其適應(yīng)的范圍和地域。
由于連續(xù)性干法沼氣發(fā)酵工藝太復(fù)雜、成本過(guò)高，因此未能得到推廣。
從90年代起，德國(guó)大量資助了新型的間歇式干法沼氣發(fā)酵技術(shù)的研發(fā)。90年代末，德國(guó)間歇式干法沼氣工藝和裝備通過(guò)了中試，2002年，生產(chǎn)出工業(yè)級(jí)裝備并投入實(shí)際運(yùn)行。
新型的間歇式干法沼氣發(fā)酵技術(shù)比起傳統(tǒng)的濕法技術(shù)有下述優(yōu)點(diǎn)：
1）自身耗能低，冬季僅耗用自身產(chǎn)生的能量10-15%。而濕法要耗用30%左右的能量，在北方寒冷地區(qū)冬季甚至?xí)_(dá)到45%，因而大大限制了沼氣技術(shù)在北方寒冷地區(qū)的推廣。
2）可以直接處理農(nóng)作物秸稈和城市垃圾等固體可發(fā)酵有機(jī)物，大大節(jié)省了預(yù)處理成本。
3）由于沒有攪拌器和管道，發(fā)酵不受干擾物質(zhì)如塑料、木塊、沙石等的影響，因而不需花費(fèi)人力和設(shè)備將其在發(fā)酵前檢出。
4）在發(fā)酵罐/室中沒有攪拌器等運(yùn)動(dòng)部件，因此系統(tǒng)的可靠性很高。
5）沼氣質(zhì)量高（含硫量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于濕法沼氣，只有50-300ppm，可以不經(jīng)洗氣直接供沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)使用），發(fā)酵物出氣率高。
6）發(fā)酵室為地面車庫(kù)型不透氣混凝土結(jié)構(gòu)，底部管道暖氣供熱，因而土建費(fèi)用很低。
7）發(fā)酵室為模塊化結(jié)構(gòu)，易擴(kuò)展。
8）建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本隨規(guī)模增長(zhǎng)很慢，占地省，適于建設(shè)年處理可發(fā)酵垃圾一萬(wàn)噸以上、年產(chǎn)沼氣100萬(wàn)立方米以上的大型沼氣工程。
9）進(jìn)料出料可使用通用的裝載機(jī)等工程機(jī)械，設(shè)備效率高，通用性強(qiáng)。
10）因?yàn)榘l(fā)酵剩余物無(wú)濕法發(fā)酵的沼液，所以不用脫水處理，發(fā)酵剩余物經(jīng)簡(jiǎn)單的過(guò)篩和短時(shí)間的堆肥即可用作園林肥料或農(nóng)作物肥料，因而存儲(chǔ)和后處理費(fèi)用低，價(jià)值高。
11）耗水量比起濕法大大降低，幾乎沒有污水排放，大大節(jié)省了水費(fèi)和污水處理費(fèi)。
12）由于上述的原因，因而新型的間歇式干法沼氣發(fā)酵工藝的初期投資、運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)境成本都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于濕法技術(shù)。
間歇式干法沼氣發(fā)酵技術(shù)與濕法沼氣技術(shù)相比，有兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題需要解決：
1）發(fā)酵初期與發(fā)酵結(jié)束時(shí)發(fā)酵室沼氣濃度與空氣濃度達(dá)到臨界點(diǎn)15:85時(shí)的防爆安全，需要高度安全可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
2）發(fā)酵菌在發(fā)酵物中的繁殖速度保障。
因而，間歇式干法沼氣發(fā)酵技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)含量很高的技術(shù)。
德國(guó)巴伐利亞州是目前德國(guó)沼氣技術(shù)應(yīng)用最發(fā)達(dá)的地區(qū)。巴伐利亞州的別費(fèi)慕公司在德國(guó)中試研發(fā)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出了商業(yè)實(shí)用的技術(shù)，很好地解決了上述兩個(gè)問(wèn)題，并在全世界登記了專利，成為德國(guó)第一個(gè)通過(guò)德國(guó)技術(shù)監(jiān)督協(xié)會(huì)TüV的干法沼氣發(fā)酵成套設(shè)備技術(shù)安全認(rèn)證和建立并運(yùn)營(yíng)德國(guó)第一套商用級(jí)間歇式干法沼氣站的公司。
采用別費(fèi)慕公司的技術(shù)，可在國(guó)內(nèi)配套很多材料和部件，進(jìn)口技術(shù)只占沼氣站設(shè)備和建設(shè)投資的很少一部分，同時(shí)別費(fèi)慕公司是一家高技術(shù)公司，因此非常支持間歇式干法沼氣發(fā)酵技術(shù)盡可能多的部分國(guó)產(chǎn)化。
中國(guó)的可發(fā)酵廢棄物主要由以下但部分組成：
1.中國(guó)每年的農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量有6-7億噸，以前主要作為家庭的生活燃料使用，還有少部分用作牲畜飼料和造紙。隨著農(nóng)村生活水平的提高，農(nóng)村家庭的生活燃料也逐步向天然氣、液化石油氣和煤炭轉(zhuǎn)移，造紙業(yè)因采用秸稈環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重而轉(zhuǎn)向采用木材紙漿，因而剩余農(nóng)作物秸稈的數(shù)量越來(lái)越大，據(jù)估計(jì)每年已達(dá)到4億噸左右，除了堆肥發(fā)酵還田或直接還田一部分外，大部分被焚燒。一些地方的農(nóng)作物秸稈焚燒問(wèn)題已經(jīng)非常嚴(yán)重，不僅污染環(huán)境，甚至影響到飛機(jī)的降落，高速公路的車輛行駛。
2.中國(guó)的養(yǎng)殖業(yè)每年還產(chǎn)生十多億噸的畜禽糞便。由于中國(guó)已經(jīng)由過(guò)去的農(nóng)戶分散養(yǎng)殖過(guò)渡成為集中養(yǎng)殖并集中在大城市附近，因此畜禽糞便的處理已成為養(yǎng)殖場(chǎng)沉重的環(huán)境負(fù)擔(dān)問(wèn)題，搞不好還會(huì)造成污染地下水源的嚴(yán)重后果。
3.中國(guó)城鎮(zhèn)（廚余、食品加工下腳料和蔬菜運(yùn)售剩余等）可發(fā)酵垃圾的數(shù)量逐年增長(zhǎng)，在北京、上海、天津、深圳這樣的大城市，每年的可發(fā)酵垃圾量已達(dá)幾十萬(wàn)噸，不僅沒有用作肥料，反而占用了寶貴的垃圾填埋場(chǎng)，有些地方還造成了嚴(yán)重的垃圾填埋場(chǎng)爆炸隱患，并產(chǎn)生了嚴(yán)重的污水問(wèn)題。
根據(jù)2008年北京奧運(yùn)會(huì)中國(guó)政府的承諾，中國(guó)鼓勵(lì)大力發(fā)展作為可再生能源的先進(jìn)大型沼氣生產(chǎn)技術(shù)?？梢灶A(yù)見，大力推廣應(yīng)用間歇式干法沼氣發(fā)酵技術(shù)，將可普遍在中小城鎮(zhèn)和農(nóng)村推廣使用沼氣作為煤的替代能源，提高農(nóng)村的生活質(zhì)量，增加農(nóng)民和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的收入，并大大減少秸稈燃燒帶來(lái)的大氣煙塵污染，同時(shí)作為可再生能源可大量減少大氣的二氧化碳排放量
沼氣干發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展
作者：李強(qiáng)、曲浩麗等 來(lái)源：中國(guó)沼氣 瀏覽：18 發(fā)布時(shí)間：2013-08-09 17:26:11
摘要：開發(fā)和利用沼氣干發(fā)酵技術(shù)處理農(nóng)業(yè)廢棄物、禽畜糞便和城市垃圾，對(duì)于解決能源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化和減少CO2排放具有深遠(yuǎn)的意義。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外沼氣干發(fā)酵的研究現(xiàn)狀、工藝條件及技術(shù)裝備等方面進(jìn)行了綜述。引言
在能源短缺、全球變暖、生態(tài)環(huán)境惡化的大背景下，節(jié)能減排、高效利用資源和發(fā)展新能源成為全世界的當(dāng)務(wù)之急。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已成為世界上固體有機(jī)廢棄物產(chǎn)出量最大的國(guó)家，其中農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量達(dá)7億多噸，可供青貯和莖葉等鮮料約10億噸，鋸末、刨花等林業(yè)廢棄物1.6萬(wàn)噸，畜禽糞便排放量134億噸，城市垃圾7萬(wàn)噸以上。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和人口的增加，有機(jī)固體廢棄物的處置不當(dāng)，不僅造成了資源的浪費(fèi)，同時(shí)也污染了自然環(huán)境。
農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便和城市生活垃圾蘊(yùn)藏著可以被利用的巨大能量。在眾多固體有機(jī)廢棄物資源化利用的技術(shù)中，沼氣干發(fā)酵技術(shù)是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)發(fā)展方向之一，本文將對(duì)國(guó)內(nèi)外沼氣干發(fā)酵的研究和應(yīng)用技術(shù)做一綜綜述。沼氣干發(fā)酵研究概況
我國(guó)干法發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，自古以來(lái)我國(guó)就采用干法發(fā)酵工藝釀酒、生產(chǎn)堆肥。國(guó)內(nèi)對(duì)沼氣干發(fā)酵技術(shù)的研究起步于上世紀(jì)80年代，在1988年繆則學(xué)等人就將沼氣干發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用于畜禽糞便的發(fā)酵，研究了適宜于吉林省農(nóng)村溫暖季節(jié)應(yīng)用的干發(fā)酵工藝。邊文驊等設(shè)計(jì)了橫蓖板水壓式干發(fā)酵沼氣池并將其應(yīng)用。葉森等人從1986年開始研究自動(dòng)排料沼氣干發(fā)酵裝置和相應(yīng)的半連續(xù)發(fā)酵工藝，并于1988年通過(guò)了相關(guān)部門的技術(shù)鑒定。李秀金等人提出了采用NaOH處理改善玉米秸稈的可生物消化性能。隨著沼氣干法發(fā)酵技術(shù)研究的成熟,規(guī)?；恼託飧煞òl(fā)酵工程應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)已成為發(fā)展的主流,韓捷等人近年來(lái)研發(fā)了一種MCT沼氣干發(fā)酵技術(shù)及裝備。
國(guó)外對(duì)沼氣干法發(fā)酵的研究主要集中于城市垃圾的處理，德國(guó)、法國(guó)、丹麥等國(guó)家技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)80年代就對(duì)沼氣干發(fā)酵進(jìn)行研究。德國(guó)于2002年通過(guò)厭氧干發(fā)酵工程的中試。而巴伐利亞州的別費(fèi)慕公司在德國(guó)中試研發(fā)的基礎(chǔ)上,研發(fā)出了商業(yè)實(shí)用的技術(shù),通過(guò)了德國(guó)技術(shù)監(jiān)督協(xié)會(huì)TUV的干式沼氣發(fā)酵成套設(shè)備技術(shù)安全認(rèn)證,成為了德國(guó)第一個(gè)商用級(jí)間歇式干式沼氣站的公司。2006年10月美國(guó)加州大學(xué)DAVIS分校研制的儲(chǔ)罐型干法沼氣發(fā)酵裝置點(diǎn)火成功。沼氣干發(fā)酵技術(shù)的研究
沼氣干發(fā)酵又稱固體厭氧發(fā)酵,它是以秸稈、生活垃圾、和畜禽糞便等固體有機(jī)廢棄物為原料,利用厭氧微生物發(fā)酵產(chǎn)生沼氣,反應(yīng)體系中的TS含量達(dá)到20%~40%。沼氣干發(fā)酵中采用的菌種和工藝條件的控制會(huì)直接影響干發(fā)酵的。
3.1 沼氣干發(fā)酵的微生物菌群
與常規(guī)沼氣發(fā)酵的機(jī)制相同,厭氧干發(fā)酵的過(guò)程同樣包括水解階段、酸化階段、產(chǎn)甲烷反應(yīng)階段。這幾個(gè)階段由發(fā)酵性細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷古菌三個(gè)功能菌群的微生物共同完成。水解階段中多糖、蛋白質(zhì)及脂類、纖維素等在某些細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為乙酸、丙酸、丁酸等長(zhǎng)鏈脂肪酸和醇類及一定量的氫、二氧化碳。這個(gè)過(guò)程中,細(xì)菌大多數(shù)為嚴(yán)格厭氧菌,如梭狀芽胞桿菌,雙歧桿菌。此外,也包括鏈球菌和腸桿菌科一些兼性厭氧菌。
酸化階段主要是產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將較高的揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化為乙酸、氫及二氧化碳。典型的菌是Acetobacteriumwoodii和Clostridiumaceticum。在發(fā)酵過(guò)程中,氫分壓的高低對(duì)有機(jī)物的降解有一定的調(diào)節(jié)作用,產(chǎn)氫微生物只有在耗氫微生物共存的條件下才能生長(zhǎng)。
在沼氣發(fā)酵的最后階段產(chǎn)甲烷階段是由生理上高度?；墓啪?產(chǎn)甲烷菌來(lái)完成,它們主要是利用氫產(chǎn)甲烷菌和利用乙酸產(chǎn)甲烷菌兩大類群。如Methanosarcinabarkeri,Metanonococcusmazei,Methanotrixsoehngenii。
厭氧干發(fā)酵常用的菌種有沼渣、下水道污泥等。接種物一般不低于發(fā)酵料重量的30%,且要有良好的活性。接種合適的菌種是干發(fā)酵的一關(guān)鍵步驟。我國(guó)80年代就開始了對(duì)沼氣干發(fā)酵菌種的研究,羅德明等人研究了菌種對(duì)不同干物質(zhì)產(chǎn)氣的影響。閆志英以秸稈為沼氣發(fā)酵原料,發(fā)現(xiàn)秸稈經(jīng)復(fù)合菌劑預(yù)處理后,產(chǎn)氣量比未加復(fù)合菌劑預(yù)處理的對(duì)照組提高。
近幾年來(lái)隨著分子生物學(xué)的發(fā)展,DGGE技術(shù)應(yīng)用于干發(fā)酵菌群的分析,RowenaT采用PCR-DGGE技術(shù),使用不同的引物對(duì)干發(fā)酵過(guò)程中的金黃色葡萄球菌及乳酸菌進(jìn)行檢測(cè)。T-RFLP,LH-PCR,SSCP技術(shù)也廣泛應(yīng)用于微生物干發(fā)酵的研究,利用這些技術(shù)對(duì)沼氣干發(fā)酵的菌群的多樣性進(jìn)行研究、檢測(cè)產(chǎn)甲烷菌群的變化,篩選出新的高效干發(fā)酵菌種,從而更好的優(yōu)化了工藝條件、增加產(chǎn)氣量。通過(guò)克隆文庫(kù)方法可以確定微生物的種群和多樣性,同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)更多的未培養(yǎng)的適合干發(fā)酵的產(chǎn)甲烷微生物。
在沼氣干發(fā)酵過(guò)程中纖維素、半纖維素難于被一般微生物分解,這是干發(fā)酵的難點(diǎn)。Romano等指出在沼氣發(fā)酵過(guò)程中,纖維素和半纖維素的降解是厭氧消化的限速步驟,提高水解速率是厭氧消化過(guò)程中提高生物量轉(zhuǎn)率的關(guān)鍵。尋找纖維素降解的高效菌株是增加沼氣干發(fā)酵產(chǎn)氣量的有效途徑。他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較了添加不同酶預(yù)處理后秸桿的產(chǎn)氣情況,并通過(guò)16SrDNA測(cè)序分析了占優(yōu)勢(shì)地位的厭氧菌群。
3.2 沼氣干發(fā)酵的影響因素
現(xiàn)有的研究結(jié)果表明:在沼氣干發(fā)酵過(guò)程中溫度是調(diào)控發(fā)酵菌群、強(qiáng)化產(chǎn)氣的重要手段。在常溫發(fā)酵條件下,發(fā)酵料液溫度隨季節(jié)的變化受氣溫、地溫的直接影響,波動(dòng)較大,導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)和沼氣產(chǎn)量均不穩(wěn)定;中溫發(fā)酵的溫度控制在30~38之間,在該溫度條件下微生物的形成穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)種群,其生長(zhǎng)代謝穩(wěn)定,沼氣產(chǎn)量較高；高溫發(fā)酵的溫度在50~55之間,此時(shí)微生物對(duì)原料分解快、利用率高，并可殺滅致病微生物。
艾平等人通過(guò)正交試驗(yàn),研究了厭氧干發(fā)酵處理畜禽糞便過(guò)程中發(fā)酵溫度,得到了厭氧干發(fā)酵處理的優(yōu)化工藝條件:發(fā)酵溫度為55℃,C/N為12.5。FatmaA在37℃,55℃及65℃條件下對(duì)雞糞進(jìn)行批量式干發(fā)酵試驗(yàn),55℃及65℃進(jìn)行的發(fā)酵樣品未檢測(cè)到甲烷,而在中溫37℃的情況下對(duì)雞糞進(jìn)行干發(fā)酵,培養(yǎng)254天,取得了較好的產(chǎn)氣效果(31mL gVS-1)。BujoczekG則認(rèn)為:以雞糞為原料,固含量超過(guò)21.7%的情況下35行發(fā)酵,產(chǎn)生效果不太好。
適宜的pH值環(huán)境對(duì)沼氣的沼氣干發(fā)酵效果有著至關(guān)重要的作用。沼氣干發(fā)酵的最適pH值為68~7.4,6.4以下或7.6以上都對(duì)產(chǎn)氣有抑制作用,pH值在5.5以下,產(chǎn)甲烷菌的活動(dòng)則完全受到抑制。控制發(fā)酵體系的pH值(7.0~7.2),使產(chǎn)甲烷菌處于最佳的生存狀態(tài),是提高水稻秸稈發(fā)酵產(chǎn)沼氣的關(guān)鍵。
與常規(guī)的沼氣發(fā)酵相似,適當(dāng)?shù)奶砑游⒘吭啬軌虼龠M(jìn)微生物的生長(zhǎng)和代謝。微量元素鎳、鈷能夠顯著影響稻草干發(fā)酵的日產(chǎn)氣量,適當(dāng)?shù)奶砑渔?、鈷有利于甲烷菌的生長(zhǎng),但過(guò)高的添加量反而會(huì)抑制甲烷菌的生長(zhǎng)。馬詩(shī)淳從微生物代謝調(diào)控的角度出發(fā),研究纖維素厭氧分解菌和篩選促進(jìn)纖維素降解產(chǎn)甲烷的刺激因子,發(fā)現(xiàn)不同刺激因子對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的組成和豐度影響顯著,同一刺激因子不同培養(yǎng)時(shí)間的微生物群落結(jié)構(gòu)變化明顯。另外適量的添加水解酶能夠增加沼氣的產(chǎn)量。3.3 沼氣干發(fā)酵的原料 3.3.1 農(nóng)作物秸桿
隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的步伐,農(nóng)作物秸稈作為一種可利用的再生能源,越來(lái)越受到人們的重視。在厭氧干發(fā)酵中,一般可采用水稻、玉米、小麥、花生等農(nóng)作物秸稈為發(fā)酵原料。農(nóng)作物秸桿在干發(fā)酵的過(guò)程中降解比較復(fù)雜,原料的產(chǎn)氣率較低。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者通過(guò)秸桿的預(yù)處理及發(fā)酵工藝的控制來(lái)提高產(chǎn)氣率。張望等人以稻秸為原料,在中溫生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行厭氧干發(fā)酵,研究了稻秸發(fā)酵過(guò)程中的生物氣產(chǎn)量、pH值、滲濾液COD及甲烷含量的變化。焦靜等人以不同比例配制原料,進(jìn)行厭氧發(fā)酵試驗(yàn),研究了草糞比對(duì)甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效果的影響。
3.3.2 城市有機(jī)垃圾和市政污泥
城市生活垃圾有多種處理技術(shù),厭氧干發(fā)酵技術(shù)是其中一種經(jīng)濟(jì)、合理的處理方法。國(guó)外在上世紀(jì)90年代就將厭氧干發(fā)酵技術(shù)用于城市垃圾的處理,運(yùn)用瑞士的Kompogas工藝,日本、瑞士等國(guó)已經(jīng)建立約18個(gè)高溫干式厭氧垃圾處理工廠。國(guó)內(nèi)早在1995年劉曉風(fēng)就采用厭氧消化污泥作接種物對(duì)城市有機(jī)垃圾進(jìn)行了處理。后來(lái)冷成保等人提出了生活垃圾的暗河式干發(fā)酵處理研究及其工藝設(shè)想,這種處理方法具有垃圾處理量大、垃圾可以得到及時(shí)即地處理、占用土地少等優(yōu)點(diǎn)。城市污水處理廠每天要產(chǎn)生大量的市政污泥,其處理技術(shù)一直未能很好地解決。謝震震以脫水污泥作為底物,模擬污水廠脫水污泥在填埋場(chǎng)中的生物降解過(guò)程,進(jìn)行了脫水污泥干發(fā)酵的實(shí)驗(yàn)研究,為污泥的填埋穩(wěn)定化提供了理論指導(dǎo)。沼氣干發(fā)酵裝置的相關(guān)研究
德國(guó)于90年代起,開始進(jìn)行間歇式干法沼氣發(fā)酵技術(shù)及工業(yè)級(jí)裝備的研發(fā)。目前歐洲的干法沼氣發(fā)酵技術(shù)主要有:車庫(kù)型、氣袋型、滲出液存儲(chǔ)桶型、干濕聯(lián)合型和立式罐型等。
我國(guó)在21世紀(jì)初開始了大型干法厭氧發(fā)酵反應(yīng)器研究,目前還處于小試研究階段。甘如海等自行設(shè)計(jì)了臥式螺帶式攪拌發(fā)酵罐來(lái)進(jìn)行厭氧干發(fā)酵。韓杰等研制出新型沼氣干法發(fā)酵反應(yīng)器-覆膜槽生物(MCT)反應(yīng)器,并以MCT反應(yīng)器為核心,改進(jìn)和優(yōu)化集成現(xiàn)有沼氣技術(shù),開發(fā)出新型規(guī)模化干法沼氣發(fā)酵技術(shù)與成套裝備。
干發(fā)酵底物固體含量較高,發(fā)酵原料存在的濃度梯度,傳熱、傳質(zhì)困難。
接種物與底物混合有一定難度。在沼氣工程中設(shè)置混合攪拌裝置,可以提高反應(yīng)的傳質(zhì)效率,加快產(chǎn)沼氣過(guò)程的進(jìn)行,法國(guó)JGuendouz在中
溫條件下對(duì)完全混合反應(yīng)器進(jìn)行了研究。5 沼氣干發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用
厭氧干發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)穩(wěn)定、處理量大、占地小、節(jié)水等。國(guó)外目前干發(fā)酵厭氧工藝一般采用干式單級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)。其中Dranco工藝-比利時(shí)Brecht處理廠、Biocel工藝-荷蘭Ielystad處理廠、瑞士Kompogas工藝、法國(guó)Valorga工藝在國(guó)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于有機(jī)物的處理。四種工藝特點(diǎn)如表1所示。歐洲現(xiàn)在至少有4座Dranco工藝大型垃圾處理廠,其中以比利時(shí)Brecht二期Dranco沼氣干發(fā)酵系統(tǒng)為代表,瑞士等國(guó)家Kompogas工藝建立至少12個(gè)大型工程。而Valorga工藝在瑞士、德國(guó)、西班牙、比利時(shí)等國(guó)家均有利用。
表1 四種工藝特點(diǎn)
工藝類型 處理量 固含量 溫度 停留時(shí)間 t a-1 %
℃ d Biocel工藝 50000 30～40 35～40 10 Dranco工藝 11000～35000 15～40 50～58 20/（15～30）Kompoga工藝 10,000 30～45 54 15～18 Valorga工藝 10000～210000 25～35 無(wú) 14～28
我國(guó)目前大型的干發(fā)酵處理工程尚處于技術(shù)研發(fā)階段,其技術(shù)模式還有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。國(guó)內(nèi)在干發(fā)酵利用方面進(jìn)行了一些研究。張無(wú)敵等人針對(duì)干發(fā)酵設(shè)備復(fù)雜、操作煩瑣、產(chǎn)氣不均衡等不宜推廣使用的局限,發(fā)明了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,低成本的干發(fā)酵循環(huán)連續(xù)式沼氣發(fā)酵的工藝方法,有效解決干發(fā)酵產(chǎn)氣不均衡的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)廢棄物的連續(xù)發(fā)酵和均衡產(chǎn)氣。趙國(guó)明等設(shè)計(jì)了一套對(duì)厭氧干法發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),通過(guò)應(yīng)用新型生物反應(yīng)器和與之相配套的厭氧發(fā)酵工藝,可以再增加產(chǎn)氣量、提高運(yùn)行負(fù)荷、簡(jiǎn)化后處理工序。
由于沼氣干發(fā)酵中發(fā)酵原料存在嚴(yán)重的濃度梯度,傳熱、傳質(zhì)困難,對(duì)于沼氣發(fā)酵至關(guān)重要的pH值、反應(yīng)溫度等很難控制,對(duì)發(fā)酵設(shè)備的技術(shù)條件要求高,造成在厭氧干發(fā)酵工藝控制方面存在一些困難。目前厭氧干發(fā)酵過(guò)程中只有少量的幾個(gè)參數(shù)能夠得到實(shí)時(shí)的測(cè)量,而厭氧干發(fā)酵過(guò)程的復(fù)雜性,發(fā)酵過(guò)程中很難找到一個(gè)簡(jiǎn)單而合適的控制參數(shù)。因此需要對(duì)厭氧干發(fā)酵的工藝控制理論和技術(shù)條件進(jìn)行深入的研究。展望
我國(guó)的能源生產(chǎn)及消費(fèi)呈現(xiàn)出?富煤、缺油、少氣#以及新型能源短缺發(fā)展滯后的結(jié)構(gòu)特征。在當(dāng)前應(yīng)對(duì)氣候變化的情況之下,發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為世界性的潮流。厭氧干發(fā)酵技術(shù)在各種固體有機(jī)廢棄物資源化利用上具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì),但由于各國(guó)該項(xiàng)技術(shù)研發(fā)起步較晚,在工業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域處于實(shí)驗(yàn)階段,以下方面的研究工作有待進(jìn)一步的完善。
干發(fā)酵環(huán)境中微生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定直接影響厭氧干發(fā)酵產(chǎn)量,需進(jìn)一步的研究干發(fā)酵過(guò)程中微生物的群落信息,并采用分子手段獲得的目標(biāo)菌群的豐度和變化的相關(guān)信息來(lái)準(zhǔn)確反映反應(yīng)器系統(tǒng)的真實(shí)情況,進(jìn)一步加強(qiáng)發(fā)酵過(guò)程的調(diào)控。
我國(guó)干法沼氣發(fā)酵技術(shù)裝備起步較晚,專用設(shè)備較為缺乏,開發(fā)多功能秸稈粉碎技術(shù)及機(jī)具、規(guī)?；煞▍捬醢l(fā)酵裝置、原料提升設(shè)備,高效生物顆粒肥料成型技術(shù)與機(jī)具,提高干法厭氧發(fā)酵工程質(zhì)量的專用工裝、模具、規(guī)模化干法厭氧發(fā)酵的工程設(shè)施與關(guān)鍵設(shè)備,能給干發(fā)酵系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供裝備保障,提高發(fā)酵效果。
參考文獻(xiàn):
[1] 李鵬,王文杰.我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源的利用現(xiàn)狀及開發(fā)前景[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,15(3):46-49.[2] 余昆朋.城市生活垃圾厭氧消化技術(shù)進(jìn)展[J].環(huán)境衛(wèi)生工程程,2003,11(1):16-20.[3] 繆則學(xué),宋明芝.北方農(nóng)村沼氣池干發(fā)酵的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)[J].中國(guó)沼氣,1988,6(4):23-25.[4] 邊文驊,董敬華,彭立風(fēng).腐植酸發(fā)酵形成腐植酸的周期及其規(guī)律的研究[J].河北師范大學(xué)學(xué)報(bào),1996,20(3):78-79.[5] 葉森,魏吉山,趙哈樂,等.自動(dòng)排料沼氣干發(fā)酵裝置[J].中國(guó)沼氣,1989(4):17-19.[6] 羅慶明,李秀金,朱保寧,等.NaOH處理玉米秸稈厭氧生物氣化試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2005(2):17-19
[7] 韓捷,向欣,李想.覆膜槽沼氣規(guī)?；砂l(fā)酵技術(shù)與裝備的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2008(10):100-104.[8] Mata-Alvarez J, MaceS, Llabres P.Anaerob ic digestion of organic solidwastes.An overview of research a chievements and perspectives[J].BioresourceTechnology,2000,74:3-6.[9] Peter W.Biogas production: current state and perspectives[J].ApplMicrobiolBiotechnol,2010,85:849–860.[10] 羅德明,李炎章,楊萬(wàn)華.沼氣干發(fā)酵研究!菌種水質(zhì)對(duì)干發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響[J].中國(guó)沼氣,1983,(1):3-6.[11] 閆志英,袁月祥,劉曉風(fēng),廖銀章,賀蓉娜.復(fù)合菌劑預(yù)處理秸稈產(chǎn)沼氣[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,27(2):176-179.[12] Fontana C,VignoloG, CocconcelliP S.PCR-DGGE analys is for the identificationof microbial populations from Argentinean dry fermented sausages[J].Journal of MicrobialcrobioicalMethods 200563(3):254-263
[13] Sawamura H,YamadaM,EndoK,et al Characterization of microorg an isms at differentlandfill depthsus ingcarbon-utilization patterns and 16S rRNA gene based T-RFLP[J].Journal of B ioscience and B ioengineering,2010,109(2):130-137.[14] Mills D K, Entry JA, Voss JD, et a.l An Assessment of The Hypervariable Domainsof 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 2006,57(3):496-503.[15] Ye Chen, Jay JC.Anaerobic Processes in Waste Treatment [J].Water EnvironmentResearch,2005,77:(6),1347-1388.[16] Rowena T, Ruihong Z, Sarah T, Jeffery A.The effect of Enzyme addition on anaerobic digestion of Jose T all Wheat Grass [J].BioresourceTechnology,2009,100,4564-4571.[17]艾平,張衍林,袁巧霞,等.厭氧干發(fā)酵處理畜禽糞便的影響因子[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(3):377-380.[18]FatmaA, YutakaN, Naomich iN.Dry mesophilic fermentation of chickenmanure forproduction of methane by repeated batch culture[J].Journal of Bioscience and Bioengineering, 2009,107,(3):293-295.[19]BujoczekG, O leszkiew icz J, Sparling R and Cenkow ski S.High so lid anae robicdigestion of chicken manure[J].Agric Eng Res,2000,76:51–60.[20]王永澤,邵明勝,王志,陳雄,李冬生.pH值對(duì)水稻秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響[J].湖北工業(yè)大學(xué),2009,37(31):15093-1509.[21]全桂香,常志州,葉小梅.不同底物沼氣干發(fā)酵啟動(dòng)階段的產(chǎn)酸特征研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,1:225-227.[22]馬詩(shī)淳.沼氣發(fā)酵微生物代謝調(diào)控技術(shù)研究[D].成都:農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所,2009.[23] GerhardtM.The use of hydrolytic enzymes in agricultural Biogas production.In:Progress in Biogas[J].Stuttgart-Hohenheim, 2007, 1:247-254.[24] Schimp fU, Valbuena R.Increase in efficiency of biom ethanation by enzyme e application[J].Bornimer Agrar technische Berichte,2009,68:44-56.[25]何榮玉,閆志英.秸稈干發(fā)酵沼氣增產(chǎn)研究[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào),2007,13(4):583-585.[26]邊義,劉慶玉,李金洋.玉米秸稈干發(fā)酵制取沼氣的試驗(yàn)[J].沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,38(3):440-442
[27] 閆志英，袁月祥，劉曉風(fēng)，廖銀章：復(fù)合菌劑預(yù)處理秸稈產(chǎn)沼氣[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,27(2):176-179.[28]焦靜,王金麗,鄧怡國(guó),等.草糞比對(duì)甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效果的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,1:51-54.[29]劉曉風(fēng),廖銀章.城市有機(jī)垃圾厭氧干發(fā)酵研究[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),1995,16(2):170-173.[30]冷成保,肖波,楊家寬.暗河式生活垃圾干發(fā)酵處理研究[J].環(huán)境工程,2001,19(4):45-47.[31]謝震震,張華.脫水污泥在干發(fā)酵過(guò)程初期的生物降解規(guī)律研究[J].中國(guó)資源綜合利用,2007,25(4):30-32.[32]甘如海.畜禽糞便厭氧干發(fā)酵處理攪拌反應(yīng)器的研究設(shè)計(jì)[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.[33]韓捷,向欣,李想.農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用新途徑---覆膜槽干法發(fā)酵沼氣工程技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)(新能源產(chǎn)業(yè)),2008,4:12-16.[34]劉刈,王智勇,孔垂雪,等.沼氣發(fā)酵過(guò)程混合攪拌研究進(jìn)展[J].中國(guó)沼氣,2009,27(3):26-30.[35]Guendouza J,Buffiere P.Dry anaerob ic d igestion in batch mode:Design and operationof a laboratory-scale,completely mixed reactor[J].Waste Managemen,t2010:1-3.[36]張無(wú)敵.沼氣干發(fā)酵多罐循環(huán)連續(xù)工藝方法[D].云南:云南師范大學(xué),2008.[37]趙國(guó)明,規(guī)?；煞ㄕ託獍l(fā)酵技術(shù)及裝備的研究與示范[D].吉林:吉林大學(xué),2009.[38]BrauerA,W eiland P.Kontinuierliche Wasserstoffmessung Zur Beurteilung der Prozessstabili t von F ermentationsver suchen[J].VDI Berichte,2009,2057:2237-2247.沼氣干發(fā)酵工藝
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干發(fā)酵是指以有機(jī)廢棄物為原料(干物質(zhì)濃度在20%以上),利用水解產(chǎn)酸菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌將其分解為CH4、CO2、H2 S等氣體的發(fā)酵工藝。由于固體濃度太高難以采用連續(xù)投料或半投料的投料方式，絕大多數(shù)均采用批量投料。
許多研究表明,干發(fā)酵由于其總固體含量較高,容易在發(fā)酵初期產(chǎn)生大量的有機(jī)酸,造成酸中毒現(xiàn)象,最終導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。許多研究都針對(duì)加大接種量或預(yù)處理等調(diào)控措施而展開,而對(duì)造成不同底物快速酸化的主要原因研究很少。
比如像以秸稈為原料的干發(fā)酵方法（同時(shí)也適合于糞草混合發(fā)酵）要點(diǎn)的關(guān)鍵：①添加足夠的優(yōu)質(zhì)接種物；②秸稈要切碎并且用石灰水預(yù)處理，并進(jìn)行池內(nèi)外堆漚；③添加適量氮源，發(fā)酵濃度為20%——30%。
一、配料和預(yù)處理 1.秸稈用量和預(yù)處理
風(fēng)干秸稈（TS=85%）切成150毫米左右的小段，加石灰水潑濕，再將接種物總用量的1/3混入，進(jìn)行池外堆漚，堆漚時(shí)間為2～3天。堆漚的目的是初步破環(huán)秸稈的纖維——木質(zhì)結(jié)構(gòu)，并增加秸稈容重，以提高單位池容的秸稈處理量。堆漚結(jié)束后加入其余接種物和氮肥，入池再堆漚24小時(shí)，用以增加啟動(dòng)的料溫。
這時(shí)平均體積產(chǎn)氣率可超過(guò)0.2米 /（米·天）。如果增加糞便，則由于平均體積有機(jī)負(fù)荷率增加，可以提高平均體積產(chǎn)氣率。2.接種物
對(duì)接種物的要求與其他發(fā)酵工藝相同，接種物的數(shù)量應(yīng)為秸稈質(zhì)量的1.5倍以上。它是保證干發(fā)酵正常進(jìn)行的關(guān)鍵。池外堆漚時(shí)先用1/3的量，其余的入池時(shí)再加入。3.添加氮源
由于采用的是批量投料方法，平時(shí)沒有含氮豐富的糞尿流入，而秸稈本身含氮量不足，因此必須再入池時(shí)補(bǔ)充氮源。但由于干發(fā)酵的水分含量較少，太多的氮易造成發(fā)酵抑制。所以加碳酸氫銨時(shí)用量為秸稈用量的2%，加尿素時(shí)為秸稈用量的1%。4.用石灰水預(yù)處理
石灰的用量應(yīng)為秸稈質(zhì)量的5%，此項(xiàng)措施的目的在于破環(huán)秸稈的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，并中和發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的酸，以防止pH值下降。
二、濃度控制
用加水量來(lái)控制料液的濃度，石灰5千克加水100千克配成石灰水用于預(yù)處理；接種物（TS%=10%）按1：1加水稀釋；氮肥每千克加水50千克溶解后使用。由于堆漚過(guò)程中水分會(huì)損失，按上述比例加水，一般可將濃度控制在20%——30%。
三、發(fā)酵周期 為了充分利用沼氣池和積造有機(jī)肥，南方地區(qū)在冬春季可以采用一個(gè)發(fā)酵周期，約150——200天；夏秋季（5—10月）可采取兩個(gè)發(fā)酵周期，每個(gè)周期約為90——100天。各地區(qū)應(yīng)該把發(fā)酵周期和農(nóng)事用肥密切結(jié)合起來(lái)考慮。
四、貯氣問(wèn)題
干發(fā)酵池必須附有貯氣設(shè)施，如塑料貯氣袋、分離浮罩或水壓式貯氣池。不過(guò)采用每戶一個(gè)干發(fā)酵池和一個(gè)水壓式池最簡(jiǎn)便。
干發(fā)酵是指以有機(jī)廢棄物為原料(干物質(zhì)濃度在20%以上),利用水解產(chǎn)酸菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌將其分解為CH4、CO2、H2 S等氣體的發(fā)酵工藝。由于固體濃度太高難以采用連續(xù)投料或半投料的投料方式，絕大多數(shù)均采用批量投料。
許多研究表明,干發(fā)酵由于其總固體含量較高,容易在發(fā)酵初期產(chǎn)生大量的有機(jī)酸,造成酸中毒現(xiàn)象,最終導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。許多研究都針對(duì)加大接種量或預(yù)處理等調(diào)控措施而展開,而對(duì)造成不同底物快速酸化的主要原因研究很少。
比如像以秸稈為原料的干發(fā)酵方法（同時(shí)也適合于糞草混合發(fā)酵）要點(diǎn)的關(guān)鍵：①添加足夠的優(yōu)質(zhì)接種物；②秸稈要切碎并且用石灰水預(yù)處理，并進(jìn)行池內(nèi)外堆漚；③添加適量氮源，發(fā)酵濃度為20%——30%。
標(biāo)簽：沼氣 發(fā)酵工藝
稻稈干發(fā)酵制沼氣工藝參數(shù)的研究
郭萃萍
目前,能源緊張的問(wèn)題日益突出,大力開發(fā)新能源已是解決能源問(wèn)題的主要方向,我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生了大量秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物,合理的利用這一部分生物質(zhì)能源,則能有效的緩解我國(guó)一部分能源問(wèn)題。目前,我國(guó)農(nóng)作秸稈的資源化利用主要有秸稈肥料化利用、秸稈飼料化利用、秸稈基料化利用、秸稈原料化利用和秸稈燃料化利用。在諸多秸稈資源化的技術(shù)中,秸稈沼氣技術(shù)是最能充分利用秸稈資源的一種清潔工藝。通過(guò)沼氣發(fā)酵把蘊(yùn)藏在秸稈中的生物能,以沼氣形式釋放出來(lái),作為能源使用,沼渣和沼液中含有氮、磷、鉀等元素成為優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料,再進(jìn)入新的物質(zhì)能量循環(huán)系統(tǒng)中,對(duì)環(huán)境污染小,并且使秸稈資源得到了最大程度的利用。在我國(guó),秸稈沼氣發(fā)酵當(dāng)前主要采用濕發(fā)酵技術(shù),但由于濕發(fā)酵技術(shù)耗能高、處理干物質(zhì)的成本高且產(chǎn)氣效率不高等一系列缺點(diǎn),再加上農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,禽畜養(yǎng)殖業(yè)主要向大規(guī)模的集約化形式發(fā)展,家庭養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)的能夠作為發(fā)酵原料的禽畜糞便已經(jīng)不多,使秸稈和禽畜糞便分離,限制了濕發(fā)酵技術(shù)適應(yīng)的范圍和地域,所以,越來(lái)越多的研究者把目光投向了干發(fā)酵技術(shù)研究領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)干發(fā)酵技術(shù)起步較晚,受國(guó)外的影響在城市固廢垃圾方面的研究比較多,而對(duì)秸稈干發(fā)酵的研究并不多,大多數(shù)也是在近幾年才開始。干法發(fā)酵與濕法發(fā)酵有很大的不同,發(fā)酵工藝參數(shù)也不一樣,這些不同主要表現(xiàn)在發(fā)酵總固體濃度、發(fā)酵溫度、pH調(diào)節(jié)、堆漚時(shí)間、接種量等方面,因此很有必要對(duì)干發(fā)酵工藝參數(shù)進(jìn)行研究。對(duì)于秸稈干發(fā)酵技術(shù),采用不同的發(fā)酵原料,其發(fā)酵工藝參數(shù)是不同的。根據(jù)目前稻稈厭氧干發(fā)酵取得的進(jìn)展和存在的問(wèn)題,本文的研究?jī)?nèi)容主要集中在對(duì)干發(fā)酵的影響較為顯著的因素上,如堿劑量、含水率、接種時(shí)間、總固體濃度、接種物的接種量、發(fā)酵溫度等,對(duì)預(yù)處理和干發(fā)酵兩個(gè)階段的工藝參數(shù)優(yōu)化,并對(duì)得出的最優(yōu)工藝條件作了具體的研究,取得一定的成果,主要有以下幾個(gè)方面：（1）選取影響預(yù)處理的因素堿劑量、含水率和接種時(shí)間,進(jìn)行三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn),得到稻稈預(yù)處理的最優(yōu)參數(shù)組合為：堿劑量為6%,含水率為80%,接種時(shí)間為6d。（2）選取影響干發(fā)酵的因素總固體濃度、接種物的接種量、發(fā)酵溫度,進(jìn)行三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn),得到稻稈干發(fā)酵過(guò)程中的最優(yōu)參數(shù)組合為：總固體濃度為25%,接種物的接種量應(yīng)為發(fā)酵原料的25%,發(fā)酵溫度為35℃。（3）選取四組稻稈,分別進(jìn)行不優(yōu)化、預(yù)處理優(yōu)化、發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化、全過(guò)程優(yōu)化四組實(shí)驗(yàn),對(duì)比分析各組實(shí)驗(yàn)的發(fā)酵原料各組分的降解程度,結(jié)果表明全過(guò)程優(yōu)化的發(fā)酵原料的降解程度最高。（4）實(shí)驗(yàn)還研究了不優(yōu)化、預(yù)處理優(yōu)化、發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化、全過(guò)程優(yōu)化四組實(shí)驗(yàn)中日產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)氣量、甲烷含量、發(fā)酵料液中COD濃度及pH值的變化情況。??
[關(guān)鍵詞]：干發(fā)酵;沼氣廠;稻稈;發(fā)酵原料;發(fā)酵溫度;堿劑量;接種量;接種時(shí)間;總固體濃度;沼氣發(fā)酵;產(chǎn)氣量;接種物;發(fā)酵工藝參數(shù);厭氧發(fā)酵;含水率;發(fā)酵技術(shù);沼氣池;沼氣技術(shù);池容產(chǎn)氣率;禽畜糞便 [文獻(xiàn)類型]：碩士論文 [文獻(xiàn)出處]：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用新方向一沼氣干發(fā)酵技術(shù) 李想1，趙立欣2，韓捷2，向欣2(1．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京100081；2．農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院農(nóng)村能源與環(huán)保研究 所，北京100026)摘要：本文簡(jiǎn)述了我國(guó)現(xiàn)存的農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)及存在的問(wèn)題，介紹了沼氣干發(fā)酵的技術(shù)概況、工藝 條件、產(chǎn)氣和造肥效果，最后得出了沼氣干發(fā)酵技術(shù)是我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的新方向的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)廢棄物；秸稈；畜禽糞便；沼氣；干發(fā)酵 中圖分類號(hào)：$216．4；TK6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000—1166(2006)04—0023—05 The New Direction ofAgriaIltIl瑚lResidues Utilization inChina：Biogas DryFermentationTechnology／LI】池mg，ZHAO Li-x矗，HAN Jie2，XIANG xld／(I．Institute ofAgricIIlUn'aJEnvironmenl and sustainableVevdopmeat。CllhleseA·
cademyofAgricIlltural Sciences，Beijlng100081，China；2．Institute ofEnergyand EnvironmentalPI懂鰣恤，a岫
AcademyofAgricllIturalFmgineering，Beijing 100026，China)Abstract：Thispapersummarizesagricultural residue utilizationtechnologiesin Chinaand theirprobleras，mainlyintroducedbiogas dry fermentation on itsgeneralsituation，technologicrequirements，biogas production，and compost qu且lity．Finallyit is concluded that biogas dryfermentationtechnologyis the flew directionofagriculturalresidue utilization in China．
Key words：agricultural residues；crop straw；anhnul manure；biogas technology；dryfermentation 1引言
已成為當(dāng)務(wù)之急。
農(nóng)業(yè)廢棄物形式多種多樣，但按其來(lái)源分為秸
稈和畜禽糞便兩大類uJ。我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，秸 稈資源相當(dāng)豐富。根據(jù)我國(guó)主要農(nóng)作物產(chǎn)量【2J，通 過(guò)谷草比【3J計(jì)算，2004年我國(guó)秸稈產(chǎn)量約為6億 噸，其中以稻草、玉米秸、麥秸為主，占秸稈總量的 77．2％。然而，近年來(lái)我國(guó)農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)正在逐漸 發(fā)生變化，使用商品能源的農(nóng)村人口逐漸增加，秸稈 利用率呈明顯的降低趨勢(shì)，在麥?zhǔn)蘸颓锸占竟?jié)，出現(xiàn) 了田問(wèn)直接焚燒秸稈的現(xiàn)象。大量秸稈的露天燃
燒，不僅不能有效利用這部分資源，還導(dǎo)致C02，S02 等氣體的排放，污染了空氣，加重了全球氣候變暖。同時(shí)，隨著我國(guó)畜牧業(yè)的飛速發(fā)展，畜禽糞便量也隨 之增加，2004年我國(guó)畜禽糞便量已經(jīng)達(dá)到了27億 噸HJ。目前，我國(guó)大多數(shù)養(yǎng)殖場(chǎng)糞便、污水的儲(chǔ)存和 處理能力不足，90％以上的規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)沒有污染 防治措施引5，畜禽糞便已經(jīng)對(duì)土壤、水體、空氣和人 畜安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。農(nóng)業(yè)廢棄物引發(fā)的環(huán)境 污染問(wèn)題日益突出，有效地處理和利用農(nóng)業(yè)廢棄物 2我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)及存在的問(wèn)題 農(nóng)業(yè)廢棄物也是物質(zhì)和能量的載體，是一種特 殊形態(tài)的農(nóng)業(yè)資源，具有巨大的開發(fā)潛力。作物秸 稈含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，并且其表面密度小、韌性 大、抗拉、抗彎、抗沖擊能力強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于飼料、燃料、肥料、造紙、輕工食品、養(yǎng)殖、建材、編織等各個(gè) 領(lǐng)域【6J6。畜禽糞便蘊(yùn)藏的生物質(zhì)能，可開發(fā)產(chǎn)生沼 氣，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益【7J，另外畜禽糞便含有的 氮、磷、鉀等多種營(yíng)養(yǎng)成分，施于農(nóng)田有助于改良土 壤結(jié)構(gòu)，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)?8。近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用取得了一定的 成就，涌現(xiàn)了秸稈還田技術(shù)、秸稈氣化技術(shù)、秸稈成 型及炭化技術(shù)、秸稈制沼氣技術(shù)、秸稈飼料化技術(shù)、畜禽糞便肥料化技術(shù)、畜禽糞便能源化技術(shù)等農(nóng)業(yè) 廢棄物資源化利用技術(shù)。
盡管我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)呈多元化
發(fā)展態(tài)勢(shì)，但仍然存在一些問(wèn)題，限制了這些技術(shù)在 我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用中發(fā)揮作用。秸稈還田 收稿日期：2006-01—14 項(xiàng)目來(lái)源：農(nóng)業(yè)部可再生能源專項(xiàng)“秸稈生物氣化技術(shù)篩選”項(xiàng)目
作者簡(jiǎn)介：李想(1982一)，男，重慶人，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)廢棄物處理及資源化利用，E—mail：Lx6311@eyou．咖。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
中國(guó)沼氣ChinaBiogas 2006，24(4)方面，隨著秸稈還田數(shù)量的增加，普通脫切機(jī)和旋耕 機(jī)已不能滿足實(shí)際需要，另外田間管理不到位，秸稈 不能充分腐解，以致難以被作物吸收利用。秸稈氣 化方面，我國(guó)現(xiàn)行的熱解氣化技術(shù)大都采用空氣煤 氣制氣法，所得氣的熱值較低，并且存在焦油問(wèn)題。秸稈成型及炭化方面，目前對(duì)秸稈壓縮成型基礎(chǔ)理 論研究薄弱，無(wú)法滿足生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備開發(fā)與 研制的需要，關(guān)鍵技術(shù)難以解決，另外，對(duì)秸稈成型 燃燒理論及燃燒特性研究不夠深入，先進(jìn)的秸稈成 型燃燒專用設(shè)備少，限制了秸稈成型燃料的大量生 產(chǎn)。秸稈飼料化方面，我國(guó)在秸稈發(fā)酵飼料的微生 物菌種及相應(yīng)的發(fā)酵工藝方面、發(fā)酵秸稈飼料對(duì)各 類家畜的營(yíng)養(yǎng)效果方面等，都缺乏深入的研究，且研 究的領(lǐng)域大都集中在反芻動(dòng)物。畜禽糞便肥料化利 用方面，好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥的過(guò)程中排放大量 NI-13，既污染了環(huán)境，又損失了肥力。
究，其具體研究?jī)?nèi)容是罐體加熱保溫裝置的選型和 操作參數(shù)設(shè)計(jì)，為大型沼氣干發(fā)酵系統(tǒng)的工程化提 供了一定的基礎(chǔ)理論。
國(guó)外對(duì)沼氣干發(fā)酵技術(shù)的研究比我國(guó)早，整體
技術(shù)水平較我國(guó)領(lǐng)先。從20世紀(jì)40年代起，德國(guó)、法國(guó)和阿爾及利亞就開始運(yùn)用批量式沼氣干發(fā)酵技 術(shù)。20世紀(jì)80年代，德國(guó)、荷蘭、瑞士、布基納法 索、尼日爾等國(guó)家對(duì)沼氣干發(fā)酵進(jìn)行了深入的研究。20世紀(jì)90年代，德國(guó)大量資助新型的間歇式干法 沼氣發(fā)酵技術(shù)的研發(fā)，在90年代末，該項(xiàng)工藝和裝 備通過(guò)了中試，并于2002年生產(chǎn)出產(chǎn)業(yè)化裝備，投 入實(shí)際運(yùn)行。目前，國(guó)外的沼氣干發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)成 熟，如車庫(kù)型干發(fā)酵系統(tǒng)、氣袋型干發(fā)酵系統(tǒng)、干濕 聯(lián)合型發(fā)酵系統(tǒng)、滲濾液儲(chǔ)存桶型干發(fā)酵系
統(tǒng)[1507J等大型沼氣干發(fā)酵系統(tǒng)，已經(jīng)投入生產(chǎn)性 應(yīng)用，可進(jìn)行規(guī)?；恼託馍a(chǎn)。3沼氣干發(fā)酵的技術(shù)概況 4沼氣干發(fā)酵的工藝條件
沼氣干發(fā)酵是指以秸稈、畜禽糞便等有機(jī)廢棄
物為原料(干物質(zhì)濃度在20％以上)，利用厭氧菌將 其分解為cH4，C02，H2S等氣體的發(fā)酵工藝。沼氣 干發(fā)酵由于其發(fā)酵原料的干物質(zhì)濃度高而導(dǎo)致的進(jìn) 出料難、傳熱傳質(zhì)不均勻、酸中毒等問(wèn)題，是沼氣干 發(fā)酵的技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)此國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了深入的研究。我國(guó)從20世紀(jì)80年代起開始了戶用沼氣干發(fā)
酵研究，取得了一定的成果。葉森等【9J9從1986年開 始研究自動(dòng)排料沼氣干發(fā)酵裝置和相應(yīng)的半連續(xù)干 發(fā)酵工藝，于1988年8月通過(guò)了由農(nóng)業(yè)部能源環(huán)保 局主持的技術(shù)鑒定。馬云瑞等[10]研制了分離儲(chǔ)氣 恒壓干發(fā)酵池，其產(chǎn)氣量基本能夠滿足四口之家一 日兩餐(6月～10月)炊事用能及照明用能(5月。11 月)?？岛愕聈lJ發(fā)明了小型高效穩(wěn)壓式自動(dòng)漫滲濾 干發(fā)酵沼氣池。北京合百意生態(tài)能源科技開發(fā)有限 公司對(duì)沼氣干發(fā)酵菌種進(jìn)行了研究，研制了預(yù)處理 秸稈復(fù)合菌劑和低溫高效甲烷菌，目前正在進(jìn)行推 廣示范[1 2I。
我國(guó)在21世紀(jì)初開始了大型沼氣干發(fā)酵研究，目前還處于小試研究階段。甘如?！?3J對(duì)畜禽糞便 厭氧干發(fā)酵處理攪拌反應(yīng)器進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)試制 出臥式螺帶攪拌發(fā)酵罐，通過(guò)試驗(yàn)得出了操作參數(shù) 對(duì)發(fā)酵產(chǎn)氣過(guò)程的影響情況，確定了最優(yōu)操作參數(shù)。晏水平【14J對(duì)大中型集約化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便高溫厭 氧干發(fā)酵處理工程中的罐體加熱保溫裝置進(jìn)行了研 4．1原料的C／N比
發(fā)酵原料的C／N比，是指原料中有機(jī)碳素和氮 素含量的比例關(guān)系。在沼氣發(fā)酵過(guò)程中，由于有 c心不斷生成，原料的C／N比是不斷下降的，因此 進(jìn)料的C／N比可適當(dāng)高些。當(dāng)原料中N的含量過(guò) 高時(shí)，高濃度的氨態(tài)氮(NH3一N)將抑制厭氧發(fā)酵，在 消化過(guò)程中當(dāng)氨濃度增加到2000 rng·L-1以上時(shí)，甲 烷產(chǎn)量降低【l8I。目前，一般認(rèn)為沼氣干發(fā)酵適宜的 C／N比為25—30[19J。為了保證合適的C／N比，需 要對(duì)發(fā)酵過(guò)程的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行調(diào)控。孫國(guó)朝等[19】 在干發(fā)酵的工藝條件研究中，以不同的草糞比1：1，2：l進(jìn)行試驗(yàn)，研究結(jié)果表明兩者的發(fā)酵效果均良 好，產(chǎn)氣效果沒有明顯區(qū)別。鄒元良等[20J選用豬 糞、麥秸為原料進(jìn)行原料的配比試驗(yàn)，結(jié)果表明配比 為7：3或者6：4是比較合適的。Zhang Ruihong[21J在 試驗(yàn)研究中把NH3添加到稻草消化液中，作為N源 的補(bǔ)充，以調(diào)節(jié)發(fā)酵原料的碳氮比為25左右。4．2原料的預(yù)處理
原料預(yù)處理包括物理預(yù)處理、化學(xué)預(yù)處理和生 物預(yù)處理。物理預(yù)處理包括切碎、研磨等方法。
Zhang Ruihong[2lJ在用稻草為底物的沼氣干發(fā)酵試驗(yàn) 中，采用研磨和切碎兩種物理預(yù)處理方法處理稻草，研磨比切碎在沼氣產(chǎn)量上高出12．5％。L M Pal． mowski等[22】研究了有機(jī)廢棄物厭氧消化時(shí)，廢棄物 顆粒大小對(duì)產(chǎn)氣效果的影響，對(duì)于纖維素含量高的 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
中國(guó)沼氣China Biogas 2006，24(4)25 固體廢物，粉碎能顯著提高沼氣產(chǎn)量和有機(jī)物的降 解率以及縮短消化時(shí)間，減小了消化體積。冷成保 等【23J在暗河式生活垃圾干發(fā)酵處理研究中，把垃圾 用破碎機(jī)破碎以減少垃圾的粒徑?；瘜W(xué)預(yù)處理包括 酸堿浸泡、熱處理等。Ghosh等【24J研究了用堿預(yù)處 理城市固體垃圾后進(jìn)行高溫(55℃)兩相消化處理，甲烷產(chǎn)量提高35％。Zhang Ruihong【21J在進(jìn)行稻草 固體厭氧消化的研究中，對(duì)稻草分別進(jìn)行60℃，90 ℃，110℃的熱處理，結(jié)果是預(yù)處理的溫度越高，甲 烷生成量越多。生物預(yù)處理主要是指發(fā)酵原料的好 氧堆漚，鄒元良等120j在農(nóng)村沼氣干發(fā)酵的研究中指 出，對(duì)發(fā)酵原料進(jìn)行3—5天的堆漚，有利于控制發(fā) 酵原料的酸堿度，使原料獲得抗酸化的能力，可有效 解決干發(fā)酵中易出現(xiàn)酸化的問(wèn)題。4．3干物質(zhì)濃度
水分是微生物活動(dòng)不可缺少的重要因素，在干 發(fā)酵過(guò)程中如果干物質(zhì)濃度過(guò)高而水分含量過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致?lián)]發(fā)性酸的積累，引發(fā)酸中毒，從而導(dǎo)致干發(fā) 酵過(guò)程的終止。劉曉風(fēng)等【25J對(duì)城市有機(jī)垃圾進(jìn)行 干發(fā)酵研究發(fā)現(xiàn)，Is濃度在30％～40％是比較理想 的干物質(zhì)濃度。冷成?！?3j在暗河式生活垃圾干發(fā) 酵處理研究中指出，在控制總C／N(為30：1左右)滿 足厭氧消化順利進(jìn)行的情況下，對(duì)垃圾固體含量從 8％～40％進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為25％一30％是較理想的干 物質(zhì)濃度。孫國(guó)朝【19 J等以草和糞為發(fā)酵原料，在 rIS含量為8％～30％時(shí)，隨著髑含量的增加，產(chǎn)生 的沼氣中甲烷含量有所下降，c02含量有所上升，但 產(chǎn)生的總沼氣量相應(yīng)增加，當(dāng)，IS含量為35％時(shí)，pH 為5．5。5．6，發(fā)生酸積累，沼氣發(fā)酵受抑制。4．4接種物
優(yōu)質(zhì)足量的接種物是沼氣干發(fā)酵順利啟動(dòng)的重
要保證。鄒元良等【20J指出，取產(chǎn)氣正常的沼氣池中 的活性污泥為接種物，以比重1．03，波美度4作為 一個(gè)粗略的指標(biāo)，可保證接種物質(zhì)量。劉曉風(fēng)等[25] 對(duì)城市有機(jī)垃圾厭氧進(jìn)行干發(fā)酵研究中，選擇厭氧 消化污泥作為接種物，按試驗(yàn)原料的總聰量與接種 物量10：l進(jìn)行接種，結(jié)果表明發(fā)酵和產(chǎn)氣均正常。孫國(guó)朝等【19J指出，加大接種量，是防止干發(fā)酵前期 偏酸、縮短干發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)間的關(guān)鍵措施，但是干發(fā)酵 接種量達(dá)到一定時(shí)，分解率就達(dá)到了一定極限，接種 劑量在20％～30％范圍內(nèi)為宜。4．5發(fā)酵溫度
根據(jù)發(fā)酵溫度不同，厭氧干發(fā)酵分為常溫發(fā)酵、中溫發(fā)酵(30℃一38℃)和高溫發(fā)酵(50℃。55 ℃)E27]。常溫發(fā)酵，產(chǎn)氣率低，產(chǎn)氣周期長(zhǎng)，受環(huán)境 溫度影響大。中溫發(fā)酵與常溫發(fā)酵相比，分解快、產(chǎn) 氣率高、氣質(zhì)好，有利于規(guī)?；a(chǎn)。高溫發(fā)酵，分 解快、產(chǎn)氣率高、環(huán)保效果好，但氣質(zhì)稍差、耗能較 多。4．6 pH值
厭氧發(fā)酵的適合pH值為6．8～7．4，6．4以下或 7．6以上都對(duì)產(chǎn)氣有抑止作用，pH值在5．5以下，產(chǎn) 甲烷菌的活動(dòng)則完全受到抑止[28]。在沼氣干發(fā)酵 過(guò)程中，如果水解發(fā)酵階段與產(chǎn)酸階段的反應(yīng)速度 超過(guò)產(chǎn)甲烷階段，則pH值會(huì)降低，影響甲烷菌的生 活環(huán)境。在沼氣干發(fā)酵啟動(dòng)過(guò)程中，時(shí)常有這種現(xiàn) 象發(fā)生，即酸中毒。對(duì)發(fā)酵原料進(jìn)行1～3天的好氧 堆漚，可減少揮發(fā)性脂肪酸，從而有利于沼氣干發(fā)酵 啟動(dòng)時(shí)的pH值處于正常范圍內(nèi)[15]。在發(fā)酵過(guò)程
中，對(duì)發(fā)酵原料的pH值進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)pH值低于6．4 時(shí)，可加入石灰水或者氨水調(diào)節(jié)，可保證沼氣干發(fā)酵 過(guò)程的順利進(jìn)行【29J。4．7攪拌
對(duì)發(fā)酵物進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄嚢?，可使微生物與發(fā)酵
原料充分接觸，增加原料的分解速度，擴(kuò)大活性層，使得所產(chǎn)生的沼氣容易分離而逸出，提高產(chǎn)氣
率【30J。常用的攪拌方法有液流攪拌和機(jī)械攪拌。液流攪拌即從外部將發(fā)酵液從反應(yīng)器底部抽出，再 從反應(yīng)器頂部以一定角度噴回。車庫(kù)型干發(fā)酵系
統(tǒng)、滲濾液儲(chǔ)存桶型干發(fā)酵系統(tǒng)都采用了液流攪拌。機(jī)械攪拌是指在反應(yīng)器內(nèi)安裝葉輪等進(jìn)行的攪拌。目前，已有對(duì)沼氣干發(fā)酵機(jī)械攪拌進(jìn)行的試驗(yàn)研究，如甘如?！?3J對(duì)畜禽糞便厭氧干發(fā)酵處理攪拌反應(yīng) 器的試驗(yàn)研究。
5沼氣干發(fā)酵的產(chǎn)氣和造肥效果 5．1產(chǎn)氣效果
國(guó)內(nèi)外大量的研究結(jié)果表明，沼氣干發(fā)酵產(chǎn)氣
效果良好。M．kottner[15J采用車庫(kù)型沼氣干發(fā)酵系 統(tǒng)，以牛糞和50％的接種物進(jìn)行中溫(35 oC)發(fā)酵，在沼氣干發(fā)酵開始后的2～5天后產(chǎn)氣趨于穩(wěn)定，甲 烷含量保持在60％～65％之間，產(chǎn)氣高峰在10～28 天內(nèi)。F．Kaiser等【31J采用德國(guó)Bioferm公司的車庫(kù) 型干發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行中溫發(fā)酵，飼草的產(chǎn)氣率為 191．38 L·kg-1干物質(zhì)，綠化廢棄物的產(chǎn)氣率為
188．64L·kg。1干物質(zhì)，牛糞產(chǎn)氣率為218．48 L·kg-1
萬(wàn)方數(shù)據(jù) 中國(guó)沼氣ChinaB婦∞2006，24(4)干物質(zhì)，產(chǎn)氣高峰都在前30天內(nèi)。T KBhattacharya 等[31]對(duì)未稀釋的牛糞和稀釋后的牛糞(糞水比為l： 1)在35℃進(jìn)行60天的厭氧干發(fā)酵，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 未稀釋的牛糞的生物可降解性為30．7％，稀釋后的 牛糞的生物可降解性為32．5％，認(rèn)為35℃時(shí)厭氧干 發(fā)酵的產(chǎn)氣效果與傳統(tǒng)濕發(fā)酵的產(chǎn)氣效果基本一 樣。曲靜霞等【32]的研究結(jié)果表明：當(dāng)發(fā)酵溫度為(35±1)℃，偈含量為20％，原料滯留期為60天，平均池容產(chǎn)氣率為2 L·L-1d_。，甲烷含量達(dá)65％以 上。
5．2造肥效果
營(yíng)養(yǎng)成分是評(píng)價(jià)沼氣干發(fā)酵造肥效果的一個(gè)重 要方面。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)沼氣干發(fā)酵過(guò)程的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損 失隋況進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明沼氣干發(fā)酵過(guò)程 營(yíng)養(yǎng)成分損失少。孫國(guó)朝等【33J的研究指出，沼氣干 發(fā)酵的全氮損失率為1．2％～2．5％。王天光[34J的 研究指出，沼氣干發(fā)酵、水壓式沼氣發(fā)酵、敞口漚肥、堆肥的全氮保存率分別為91．7％，88．8％，74．9％和 69．5％。何麗紅【26]指出，在發(fā)酵溫度為55℃，C／N 比為12．5，沒有攪拌操作的工藝條件下，全氮損失 率為1．1804％。
衛(wèi)生指標(biāo)是評(píng)價(jià)沼氣干發(fā)酵造肥效果的另一個(gè) 重要依據(jù)。國(guó)外學(xué)者對(duì)沼氣干發(fā)酵沼渣的衛(wèi)生情況 進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明沼氣干發(fā)酵的殺卵滅菌 效果好。Ten Brummeler[33J的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在經(jīng)過(guò) 2l天的發(fā)酵后，沼氣干發(fā)酵對(duì)腸細(xì)菌、沙門氏菌、假 單細(xì)胞菌、鐮刀菌的去除率都大于99．99％。6結(jié)語(yǔ)
沼氣干發(fā)酵技術(shù)，能夠保證畜禽糞便和作物秸 稈在干物質(zhì)濃度較高的情況下正常發(fā)酵，產(chǎn)生清潔 能源(沼氣)和優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，基本上達(dá)到零排放，符合 我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)對(duì)優(yōu)良環(huán)境、清潔能源和優(yōu)質(zhì)有 機(jī)肥的需求。目前我國(guó)已經(jīng)開展了戶用沼氣干發(fā)酵 技術(shù)示范，但是隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化以及養(yǎng)殖的集約化 發(fā)展，對(duì)秸稈氣化集中供氣及畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)能環(huán)工程 的需求將不斷加大，大型沼氣干發(fā)酵將成為農(nóng)業(yè)廢 棄物利用的重要選擇。參考文獻(xiàn)：
[1]張承龍．物資源化利用技術(shù)現(xiàn)狀及前景[J]．環(huán)境保 護(hù)，2002(1)：22—23．
[2] 中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒編輯委員會(huì)．中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒2004卷[M]． 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2004．
[3]李秀金．固體廢物工程[M]．北京：高等教育出版社，2003．
[4]陳通．畜牧家禽糞便處理利用現(xiàn)狀、問(wèn)題與展望[A]． 全國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染與綜治學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C]．北 京：中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)，2004：120—122．
[5]孔源．農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用提上議事日程[N]．中國(guó)環(huán) 境報(bào)，2005—07—28．
[6]胡敏秀．農(nóng)業(yè)廢棄物資源化綜合利用途徑探討[J]．安 徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，32(4)57—759．
[7]方芳．農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用產(chǎn)業(yè)化漸成勢(shì)[EB／OL]．
http：／／004km.cn ※通信作者：陳海濤(1962一)，男，黑龍江人，教授，博士生導(dǎo)師，主要 從事生物質(zhì)材料和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備方面的研究。哈爾濱東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué) 院，150030。Emaih haita01963@yalloo．corn．∞ 本文以反芻動(dòng)物發(fā)酵生產(chǎn)沼氣后的剩余物中提取的 殘?jiān)鼮檠芯繉?duì)象，對(duì)其物理特性和沼渣纖維化學(xué)成分進(jìn) 行分析，得知沼渣纖維含有人量木質(zhì)纖維素，這些木質(zhì) 纖維素經(jīng)高效轉(zhuǎn)化可用來(lái)制漿造紙、發(fā)酵生產(chǎn)乙醇、氣 化發(fā)酵制乙醇、生產(chǎn)板材等，為沼渣資源高值化利用技 術(shù)研究提供參考依據(jù)。1 沼渣物理成分測(cè)定試驗(yàn) 1．1材料與儀器
試驗(yàn)材料：以玉米秸稈為飼料的牛糞便厭氧發(fā)酵生 產(chǎn)沼氣后的沼渣。
試驗(yàn)儀器：FB—l型分析篩，SS7振擺式篩分機(jī)，深圳
市衡興通電子儀器有限公司生產(chǎn)的Motic SMZ．168一TL型 光學(xué)照相顯微鏡，MoticImagesPlus軟件等。1．2方法
1．2．1試驗(yàn)樣本制備
將牛糞便厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣后的剩余物清洗、干燥
得沼渣原料，隨機(jī)選取7500g，平均分成10個(gè)樣本。采
用目數(shù)分別為0．
25、0．5、1、2、5 mlTl的篩子，將沼渣原 料篩分為 25、0．25～<0． 5、0．5～ 篩分后，用火焰法得到各組分中礦物質(zhì)的含量，取 lO個(gè)樣本平均值為測(cè)試結(jié)果。1．2．3沼渣纖維形態(tài)測(cè)定 取不同組分的沼渣纖維樣本，采用MoticSMZ．168． TL型光學(xué)照相顯微鏡，選定合適的物鏡、目鏡，調(diào)節(jié)目 鏡至觀測(cè)最清晰狀態(tài)，對(duì)所選樣本拍照，每個(gè)組分隨機(jī) 拍照10張，將所得照片輸入計(jì)算機(jī)中，通過(guò)MoticImages 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 278 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2010龜 Plus軟件直接測(cè)量出纖維的長(zhǎng)度與寬度。本次試驗(yàn)Motic ImagesPlus軟件設(shè)定測(cè)量單位為mm，精確到O．001mm。在每組分照片中隨機(jī)量取lO根纖維的長(zhǎng)度和寬度，得到 50組纖維長(zhǎng)、寬測(cè)量結(jié)果。1．2．4纖維評(píng)價(jià)指標(biāo) 由于纖維成分及結(jié)構(gòu)的多樣性，用途不同評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 及方法也多種多樣。本研究參考制漿造紙理論選取長(zhǎng)寬 比作為沼渣纖維質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，依據(jù)“造紙纖維長(zhǎng)度測(cè) 定法”(GBl0336--1989)，數(shù)量平均纖維的長(zhǎng)(寬)度由 式(1)計(jì)算。k=每 ㈩ 式中：工Ⅳf——第i組數(shù)量平均纖維長(zhǎng)(寬)度，mill，f 為組數(shù)，盧l，2??一；L，——第i組纖維的總長(zhǎng)(寬)度，inm；M——第f組纖維的總根數(shù)。 求出數(shù)量平均纖維長(zhǎng)和數(shù)量平均纖維寬，即可得出 各組分纖維的長(zhǎng)寬比【141。2沼渣纖維化學(xué)成分測(cè)定 2．1材料及儀器 材料及助劑：經(jīng)1．0 m／n的篩網(wǎng)篩下的沼渣纖維約 1．5g，硅藻土，亞硫酸鈉，中性洗滌溶液(NDS)，正辛 醇，酸性洗滌溶液(ADS)和15℃時(shí)72％硫酸。 試驗(yàn)儀器：分析天平(精度0．1 mg)，P2坩堝，真空 烘箱70℃，干燥器，F(xiàn)ibertec熱浸提單元，F(xiàn)ibertec冷浸 提單元，加熱板，洗瓶和馬弗爐(525士10)℃等。2．2方法 本試驗(yàn)采用福斯中國(guó)有限公司生產(chǎn)的Fibertee 2010&M6系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)定分析，按順序依次測(cè)定NDF(中 性洗滌纖維)、ADF(酸性洗滌纖維)和ADL(酸性洗滌 木質(zhì)素)，各種成分分別按公式(2)～(4)計(jì)算[15-1s]。NDF=(％一職+c)／％ (2)式中：ⅣDF——中性洗滌纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；職——樣 品質(zhì)量，g；％——干燥后坩堝和殘留物質(zhì)量，g；％—— 灰化后坩堝和灰分質(zhì)量，g；C——空白校正，g。下同。彳DF=(％一％+c)／％ (3)式中彳DF——酸性洗滌纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％。ADL=(W2一％+C)／％ (4)式中ADL--酸性洗滌木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％。 因?yàn)镹DF(中性洗滌纖維)中包含纖維素、半纖維 素和木質(zhì)素3種物質(zhì)，ADF(酸性洗滌纖維)中只包含 纖維素和木質(zhì)素，ADL(酸性洗滌木質(zhì)素)中只有木質(zhì) 素，所以根據(jù)公式(5)～(7)即可計(jì)算出沼渣纖維中 纖維素、半纖維和木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。a=ADF一彳D正 (5)式中口——纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％。b=NDF—ADF(們 式中6——半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％。C=似 (7)式中c——木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％。3結(jié)果與分析 3．1沼渣物理特性 3．1．1沼渣物理成分 沼渣物理成分測(cè)定與計(jì)算結(jié)果如表1所示。表l 沼渣物理成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù) Table l Physical compositionsandtheir masspercentagesof biogasresidue 由表1可知，沼渣主要由3部分構(gòu)成，纖維比例最 大，礦物質(zhì)比例最小。在非礦物質(zhì)雜質(zhì)中主要有塑料、毛發(fā)和草籽等。 3．1．2各組分沼渣纖維及礦物質(zhì)含量 各組分纖維和礦物質(zhì)含量測(cè)定及計(jì)算結(jié)果如表2所 示。 表2各組分纖維和礦物質(zhì)含量及其質(zhì)量分?jǐn)?shù) Table2 Fiber and minerals content，and their masspercentagesof eachgroup 由表2可知，纖維中0．25 <0．5 ITlnl組分質(zhì)量分?jǐn)?shù) 最大，>5 ITIIn組分的最??；0．5～<1 real組分礦物質(zhì)質(zhì) 量分?jǐn)?shù)最高，>5 lllm組分的最小。3．1．3纖維形態(tài) 每個(gè)組分纖維形態(tài)照片如圖1所示。&0．25～<0．5哪(目鏡IOX，物鏡2X)b．0．5～ 劉麗雪等：沼渣物理特性及沼渣纖維化學(xué)成分測(cè)定與分析 279 圖l 在顯微鏡不同放大倍數(shù)下各組分纖維形態(tài) Fig．1 Eachcomponentfibermorphologyofthe differentamplificationundermicroscope 3．1．4纖維長(zhǎng)寬比 通過(guò)Motic Images Plus軟件測(cè)量分析，各組分纖維 長(zhǎng)寬比結(jié)果如表3所示。 由表3可知，平均纖維長(zhǎng)的分布范圍為0．52～4．80 mm，0．25～<0．5 mm組分的最小，>5 mill組分的最大：平均 纖維寬的分布范圍為0．03～O．26舢，0．25～<0．5 mln組 分的最小，0．5～<1 I衄組分的最大；平均長(zhǎng)寬比的分布 范圍為3．92～32．14，0．5～ 根據(jù)公式(2)～(4)計(jì)算得出：NDF(中性洗滌 纖維)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82．3％，ADF(酸性洗滌纖維)質(zhì)量分 數(shù)為60．4％，ADL(酸性洗滌木質(zhì)素)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15．6％。根據(jù)公式(5)～(7)計(jì)算出沼渣纖維中纖維素、半纖維和木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如圖2所示。圖2沼渣纖維化學(xué)成分 Fig．2 Chemicalcompositionsofbiogasresidue fiber 根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果【19‘20l，將稻草、麥草和玉米稈中 纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與沼渣纖維對(duì)比，如表4所示。 對(duì)比分析可知，經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵后的沼渣纖維中纖維 素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較水稻、小麥和玉米等農(nóng)作物秸稈高5％以 上，同時(shí)半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較水稻、小麥和玉米等農(nóng)作 物秸稈低5％，木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本未變。這一結(jié)果表明，厭氧發(fā)酵對(duì)纖維成分中的木質(zhì)素沒有影響，而使得半纖 維素相對(duì)含量減少，纖維素相對(duì)含量增加，這對(duì)于沼渣 纖維的資源化利用是有積極意義的。表4生物質(zhì)的化學(xué)組成 Table 4 Chemicalcompositionofbiomass 4結(jié)論 通過(guò)對(duì)沼渣物理特性及沼渣纖維化學(xué)成分的測(cè)定研 究，可以得出以下結(jié)論： 1)沼渣物理成分中含纖維64％、非礦物質(zhì)雜質(zhì)35％、礦物質(zhì)1％：其纖維長(zhǎng)寬比分布范圍為3．92～32．14，離散 度較大。 2)沼渣纖維化學(xué)成分中含纖維素44．8％、半纖維素 21．9％、木質(zhì)素15．6％、灰分及其他雜質(zhì)17．7％。反芻動(dòng) 物糞便厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣后的沼渣中纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較 水稻、小麥和玉米等作物秸稈的高5％以上，半纖維素質(zhì) 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 280 農(nóng)業(yè)T程學(xué)報(bào) 2010芷 量分?jǐn)?shù)較水稻、小麥和玉米等農(nóng)作物秸稈低5％。[參考文獻(xiàn)] 【1】 吳淑杭，姜震方，俞清英．禽畜糞便污染現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 叨．上海農(nóng)業(yè)科技，2002，(1)：9—10． [2】2008年中國(guó)沼氣市場(chǎng)研究報(bào)告【EB／OL】．http：／／004km.cn 維普資訊 http://004km.cn 1 厭氧干發(fā)酵機(jī)制 與厭氧濕發(fā)酵機(jī)制一樣，干發(fā)酵主要是厭氧和兼 性厭氧微生物在厭氧環(huán)境條件下分解有機(jī)物產(chǎn)生沼氣 的過(guò)程，包括水解、酸化、乙?；⒓淄榛确磻?yīng)階 段[9]，如圖1所示。 首先，水解菌將復(fù)雜的有機(jī)聚合物如碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)分別轉(zhuǎn)化成糖、氨基酸和脂肪酸。這些 可溶的單體化合物又被發(fā)酵菌轉(zhuǎn)化成揮發(fā)性脂肪酸混 合物和其他一些副產(chǎn)物如丙酸鹽、丁酸鹽、酒精等。乙 ?；⑸镞M(jìn)一步將上一階段的有機(jī)酸轉(zhuǎn)化成醋酸 碳水化合物，蛋白質(zhì)，脂肪 糖，氨基酸，脂肪酸 乙酸鹽 H2，CO2 CH4，CO2 酸化 乙?；?/p> 同型產(chǎn)乙酸菌 甲烷化 乙酸鹽氧化菌 水解 圖1 厭氧干發(fā)酵產(chǎn)甲烷機(jī)制 鹽、CO2和氫，這些物質(zhì)可以直接用于產(chǎn)甲烷[10]。干發(fā) 酵最后一個(gè)階段是在兩組產(chǎn)甲烷菌的作用下生產(chǎn)甲 烷，一組是乙酸利用產(chǎn)甲烷菌將醋酸鹽轉(zhuǎn)化為甲烷和 CO2，其中甲烷是由醋酸鹽的甲基轉(zhuǎn)化形成的，而CO2 是由羧基轉(zhuǎn)化形成的[11]； 另一組是通過(guò)氫利用產(chǎn)甲烷 菌的作用將氫和CO2轉(zhuǎn)化為甲烷[10,12]，其中氫作為電子 供體，CO2作為電子受體[11]。2 典型的干發(fā)酵工藝 干發(fā)酵工藝大體上可以分為批式發(fā)酵工藝和連續(xù) 發(fā)酵工藝兩類，研究中主要介紹2種典型的批式發(fā)酵 工藝和3種連續(xù)發(fā)酵工藝。2.1 批式發(fā)酵工藝 2.1.1 農(nóng)村戶用沼氣批式干發(fā)酵工藝 該工藝目前主要 應(yīng)用于農(nóng)作物秸稈的處理，在原料預(yù)處理階段，首先需 要用鍘草機(jī)將秸稈鍘成3~6 cm，然后加生石灰水用于 調(diào)節(jié)pH，并起到初步破壞秸稈木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)的作 用，同時(shí)需要添加碳銨或尿素用以增加氮源。預(yù)處理 后的原料在發(fā)酵前需要堆漚3~5天，堆漚期間接種產(chǎn) 甲烷菌是不可缺少的關(guān)鍵步驟。堆漚后的秸稈與加入 池內(nèi)的接種物分層裝料[13]。該工藝的優(yōu)點(diǎn)在于能提高 池內(nèi)溫度，但同時(shí)也存在出料難的問(wèn)題。 2.1.2 車庫(kù)型沼氣干發(fā)酵工藝 車庫(kù)型干發(fā)酵工藝是一 種專用于處理有機(jī)固體廢棄物的干厭氧消化技術(shù)，其 發(fā)酵裝置由多個(gè)發(fā)酵單元并排組成，形似車庫(kù)，故命名 為車庫(kù)型干發(fā)酵工藝。該工藝一般應(yīng)用于中溫發(fā)酵處 理固體含量高達(dá)30%~40%的有機(jī)廢棄物，是一種穩(wěn)定 的、可靠的、有效的能源回收和廢物處理的有效方 法[14]。世界上第一個(gè)規(guī)?；能噹?kù)型發(fā)酵裝置于1997 年9月修建于荷蘭的萊利斯塔德，年處理固體廢物量 可達(dá)5萬(wàn)t[15]。與其他干發(fā)酵技術(shù)相比，車庫(kù)型干發(fā)酵 技術(shù)具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[16]： 首先，車庫(kù)式干發(fā)酵操作 過(guò)程不受無(wú)機(jī)物質(zhì)如塑料、木塊、沙石等的影響，可以 使用相對(duì)比較粗放的物料，因而簡(jiǎn)化了物料預(yù)處理過(guò) 程，無(wú)需過(guò)多花費(fèi)人力和設(shè)備做篩分，極大程度地降低 了工程成本； 其次，車庫(kù)型干發(fā)酵裝置中沒有攪拌器等 運(yùn)動(dòng)部件，系統(tǒng)的可靠性也很高，能耗小； 再次，可使用 通用的裝載機(jī)等工程機(jī)械進(jìn)料、出料，設(shè)備利用效率 高，通用性強(qiáng)。2.2 連續(xù)發(fā)酵工藝 20世紀(jì)90年代，干發(fā)酵技術(shù)開始盛行，幾種商業(yè) 化的干發(fā)酵工藝逐步發(fā)展起來(lái)，用于有機(jī)固體廢棄物 的處理，如 Dranco 工藝[17]、Kompogas 工藝[18]、Valorga · · 22 祝其麗等： 有機(jī)固體廢棄物干發(fā)酵產(chǎn)沼氣研究進(jìn)展 工藝[19]等。 2.2.1 Dranco豎式推流發(fā)酵工藝 Dranco豎式推流發(fā) 酵工藝在1983年興起于比利時(shí)，采用豎式推流設(shè)計(jì) 原理和圓錐底部螺旋出料方式[20]。該工藝主要用于 處理固體含量高達(dá)30%~40%的有機(jī)廢棄物[21]，部分 沼液被循環(huán)利用作為該工藝發(fā)酵接種物，在加入發(fā)酵 罐之前跟原料以大約6:1的比例混合[22-23]。Dranco工 藝無(wú)攪拌機(jī)制，在發(fā)酵過(guò)程中，蒸汽被注入發(fā)酵罐以 滿足該工藝高溫發(fā)酵的特點(diǎn)(55℃)，其滯留時(shí)間約為 2~3 周，每方發(fā)酵罐每天能產(chǎn)約 5~8 m3的沼氣。 Karagiannidis和Perkoulidis就能量產(chǎn)出、原料回收、運(yùn) 行成本和CO2釋放量方面對(duì)5種不同的厭氧發(fā)酵工藝 進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果顯示Dranco工藝具有低成本、高能 源回收率等優(yōu)勢(shì)[24]。 2.2.2 Kompogas臥式推流發(fā)酵工藝 Kompogas臥式推 流發(fā)酵工藝在20世紀(jì)80年代末興起于瑞士，該工藝一 般用于處理固體含量為 23%~28%的原料 [20]。與 Dranco工藝相似，該工藝產(chǎn)生的沼液可以循環(huán)利用作 為接種物參與發(fā)酵，而沼渣經(jīng)堆肥處理后可以作為很 好的土壤肥料。該工藝同樣適合高溫發(fā)酵，其固體滯 留時(shí)間約為15~18天。Kompogas發(fā)酵罐呈水平狀，原 料的運(yùn)輸依賴于發(fā)酵罐內(nèi)部軸向的旋轉(zhuǎn)攪拌器，它能 將發(fā)酵原料從入口傳輸?shù)匠隹?，避免了可能出現(xiàn)的原 料堵塞問(wèn)題[20]。Kompogas工藝的運(yùn)行成本相對(duì)降低，年處理固體廢棄物高達(dá)5000~100000 t[25]。 2.2.3 Valorga豎式氣攪拌工藝 Valorga豎式氣攪拌工 藝于1981年興起于法國(guó)，首先應(yīng)用于處理城市固體廢 糞肥的發(fā)酵技術(shù) 沒有處理的畜禽糞便直接施到地里后，當(dāng)發(fā)酵條件具備時(shí)，生糞便開始發(fā)酵，若發(fā)酵部位距根較近，且作物植株較小，發(fā)酵產(chǎn)生的熱量會(huì)影響作物生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致植株死亡，發(fā)酵降解過(guò)程中產(chǎn)生甲烷、氨等有害氣體，沒有充分腐熟的糞便直接施用會(huì)使土壤和作物產(chǎn)生酸害和根系損傷。 糞肥發(fā)酵目前全國(guó)的方法主要是堆積發(fā)酵，目的是殺死病蟲害，分解部分有機(jī)物，增加植物可利用養(yǎng)料。一 發(fā)酵劑的選擇 1、日本系列的有em菌，酵素菌。ＥＭ原液中微生物的群體連攜作用，可以改善土壤環(huán)境，抑制有害微生物，豐富有益微生物，形成再生機(jī)制，溶解磷、鉀、固氮，使能量立體化匯集，并改善土壤的酸、堿、粘、沙和易澇、易旱等不良性質(zhì)，促進(jìn)團(tuán)?；?，提高土壤的保水和透氣性能。ＥＭ原液菌群分泌與合成的物質(zhì)如各種有機(jī)酸、氨基酸、酶、活性激素、抗氧化酵素等，可直接促進(jìn)植物生長(zhǎng)，還能分解殘留的農(nóng)藥，使土壤還原于抗氧化狀態(tài)，減輕并逐步消除土傳病蟲害和連作障礙。光合作用與新陳代謝加強(qiáng)。充分發(fā)揮農(nóng)作物在良性狀態(tài)中驚人的生長(zhǎng)能力 2、國(guó)產(chǎn)的有活力99，天津科大的高活性秸稈發(fā)酵劑，主要用于動(dòng)物飼料方面的發(fā)酵。 3、神微（號(hào)稱中國(guó)em），種植和環(huán)保用的是晟微。神微和晟微是由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授李維炯夫婦研制的。二 發(fā)酵劑的使用條件 1、1噸物料加1~2公斤發(fā)酵劑，混合攪拌均勻即可。 2、用適量的水將菌劑稀釋后，噴灑到物料中，充分?jǐn)嚢杈鶆?。為提高菌種活性和加快發(fā)酵速度，稀釋菌劑的同時(shí)可按上述用量加入紅糖。 3、發(fā)酵水分應(yīng)控制在40%~50%為宜。以手握成團(tuán)，用力擠壓沒有水滲出指縫，松開手輕扣即松即可。 4、一般夏季發(fā)酵7~10天，春秋季發(fā)酵15~30天。發(fā)酵完成后，物料疏松，無(wú)原有臭味，略有氨味，肥堆表面均勻分布白色菌絲，表示完全腐熟。 5、發(fā)酵物料時(shí)，須用無(wú)消毒劑的飲用水（井水、河水等）；如用自來(lái)水，盡量放置24小時(shí)后使用。 6、不能與殺菌劑或具有殺菌作用的物料混合使用。三 發(fā)酵方法 首先將牛糞搗碎，再向糞肥中加入足量的水，讓糞肥濕透，然后按照底寬1.5-2米，上部寬1.2-1.5米，高度1-1.2米建堆，堆的長(zhǎng)度不限，然后在堆的頂部使用直徑為6-8厘米的木棒打孔，并且要深到堆底，間隔20-25厘米打一個(gè)通氣孔，在糞堆頂部打6-7行通氣孔，這主要是為了保證糞肥在發(fā)酵時(shí)有充足的氧氣供應(yīng)，然后覆蓋舊薄膜，進(jìn)行提溫發(fā)酵。 在糞肥發(fā)酵時(shí)，要注意使用溫度計(jì)插到糞表層20厘米以下的測(cè)溫，將糞堆的溫度維持60℃左右，維持1-2天時(shí)間即進(jìn)行翻堆。翻堆時(shí)將糞堆外層的糞肥翻到糞堆里邊，將里層的糞肥翻到外邊，同時(shí)還要注意上層的糞肥與下層的糞肥交換位置，然后再次建堆發(fā)酵，并注意為糞肥補(bǔ)充水份，這樣經(jīng)過(guò)3-4次的翻堆之后，當(dāng)糞肥無(wú)臭味時(shí)表明糞肥發(fā)酵腐熟完全，可以放心使用。 四 注意事項(xiàng) 1、是糞堆的溫度不能超過(guò)80℃，以防高溫將糞肥中的微生物殺死，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生悶堆現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)酵失??； 2、水分要控制好，不宜過(guò)少或過(guò)多，利于各種細(xì)菌真菌的生命活動(dòng)； 一松研究院 咸曉艷 2013-1-18第五篇：糞肥的發(fā)酵技術(shù)
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