秸秆沼气连续发酵
沼气生产
各种原料与产气量关系：1、采用全秸秆进行沼气发酵。
在投料时可一次性将原料备齐，并采用浓度较高的发酵方法。
一口8 立方米沼气池，需秸秆400千克、1 千克秸秆发酵菌剂、15 千克左右碳铵、4000 千克左右水，10%～30% 的接种物，产气可持续8～10 个月。
具体工艺流程为:秸秆预处理——堆沤——投料——加水封池——点火试气。
2、采用农作物秸秆与人畜粪便混合发酵。
一口8 立方米沼气池，需粪便（牛、马、羊、鸭等）1 立方米，秸秆300 千克、秸秆发酵菌剂0.5～1 千克、5 千克左右碳铵、4000 千克左右水，10%～30% 的接种物，产气可持续8～10 个月。
鲜粪和作物秸秆的重量比为2∶1 左右，其余技术流程与全秸秆基本相同。
3、目前沼气生产技术包括湿发酵和干发酵2 种，但湿发酵产沼气工艺占多数。
但无论哪一种发酵工艺，都需要进行优化。
一是尽量选择与高热能值的有机废弃物配伍［16］。
如人粪污产气量为0． 426 m3 /kg，猪粪污为0． 405 m3 /kg，牛粪污为0． 261 m3 /kg，这些都是很好的沼气发酵填充原料，利用玉米秸秆与人畜粪污混合生产沼气的技术值得进一步研究与推广; 二是忌产沼微生物抑制剂进入反应器以及研制低成本的纤维素降解产甲烷刺激因子。
家用消毒液及农药残留等都是微生物的抑制剂，为减少其对产气量的抑制作用，需尽量避免其入池; 三是秸秆产沼气前需要堆沤。
堆沤过程中要加入足够的发酵接种物，且在上面用塑料膜封闭，使得在堆沤预处理阶段尽可能地聚集较高的热量和获得更多的产沼微生物; 四是采取措施对沼气池进行控温、有机负荷和pH 值等，尽可能地优化产沼条件，提高产气率［17 － 18］。
武少菁［13］研究表明，玉米秸秆干发酵的最佳工艺条件为: 接种量为25%，料液浓度为25%，促进剂添加量为75 g /m3 和pH 为7． 0; 且玉米秸秆加复合菌剂进行预处理后，成分发生了有利于厌氧发酵进行的变化，反应器启动易成功，不易酸化，而且，再加促进剂有利于干发酵进行，产气量提高。
秸秆处理菌剂特性及其在沼气发酵中的应用
秸秆处理菌剂特性 及其在 沼气发酵 巾的应用
罗 昌其 谢 昌兵 李 典 荣 王 春 羚
江 西 省广 昌县 农 业局 环保 能 源 站
近 年来 ，随 着农 村 青 壮 年 劳 力外 出 打 工 ，农 村 畜 禽 养 殖 业 的规 模 化 、集 中化 ，农村 农 户 畜 禽散 养户 、散 养数 的
大 量减 少 ，沼 气发 酵 原 料 面 临断 料 危机 ，致 使 农 村 户 用 沼 气 池推 广 不 开 、使 用 率 不 高 ，同 时农 村 大量 农 业 废 弃物 大
量 废弃 、焚 烧 ，造 成 农 村 环境 污 染 ，形 成 农 业 面 源 污染 。 为此 ，本 文 积 极探 索实 践 秸秆 处 理 菌 剂 的特 性 以及 处理 农
水 解反 应 使 复 杂有 机 物 ，主要 是 多糖 类 物 质 ，转 变成 可 溶
于水 的物 质 ，如糖 、肽 、氨 基 酸 、脂 肪 酸 等 ，供产 酸 菌 和 产 甲烷菌 吸 收利 用 ；２ 、产酸 阶段 。产 酸 阶段 吸 收溶 于水 的
物质 ，在胞 内酶 的 作 用 下 ，将 水 解产 物 进 一 步分 解 成 小分 子化合 物 ，如 低级 脂肪 酸 、核 酸 、醇 、酮 、醛 等 ：３ 、产 甲
农 村 庭 院经 济效 益 ，提 供 了一个 新 的 有效 途径 。我县 在 长
桥 乡上凡 村 、盱江 镇 北 门村 等地 经 两 种池 型 的试 验 示范 ， 试 验 结果 表 明其 产 气 时 间 、产气 量 和产 气 质量 均 接近 或优 于 传 统粪 便 沼气 。在 养猪 量 不够 甚 至不 养 猪 时 ，可 用秸秆 为主料 生 产 沼气 ，满足 了农 户 “ 多产 气 、用好 气 ” 的基本 要 求。其 主要 用途 ： （１】纯秸 秆 、粪 便加 秸秆 的湿发 酵或 干发 酵 工艺 的沼气 生产 。 （ ２）大 田作 物及 多种 经济作 物 的 秸秆 生物 处理 。 （ ３）生物饲 料 、有机 肥料 和有机 废水 净化 等领域 的应 用 。
沼气发酵的原理与条件
沼气发酵的原理与条件目前，沼气池已经进入千家万户，成为农村家庭不可缺少的基础设施之一，为农民生活提供了优质生活燃料，为农村生产提供了高效有机肥料。
但是在实践中经常出现沼气池建好了，原料也装上了，就是产气不好，甚至有不产气的情况。
这是为什么呢？本人多年从事农村能源工作，在此想根据我工作、学习的体会与家有沼气池的农民朋友进行一下交流探讨。
首先让我们了解一下沼气发酵的原理和保证沼气发酵正进行的条件。
一、沼气发酵的原理沼气发酵是指各种有机物（如人畜粪便、秸秆、青草等）在厌氧（没有氧气）条件下，被各类沼气发酵微生物（也叫沼气细菌）分解转化，最终生成沼气的过程。
这是一个有多种沼气发酵微生物参加、非常复杂的生物学过程，在这一过程中，这些微生物按照各自的营养需要，起着不同的物质转化作用。
从复杂有机物的降解，到甲烷（沼气中主要的可燃成分，约占55—70%）的形成，就是由它们分工合作和相互作用来完成的。
这些微生物按其在沼气发酵中的作用可分为两类：一是不产甲烷菌。
它们能将复杂的大分子有机物变成简单的小分子量的物质。
它们的种类繁多，根据作用基质来分，有纤维分解菌、半纤维分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和一些特殊的细菌，如产氢菌、产乙酸菌等。
二是产甲烷菌。
它们是甲烷的生产者，是沼气发酵微生物的核心，它们严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感。
它们依靠二氧化碳和氢生长，并以废物的形式排出甲烷，是要求生长物质最简单的微生物。
在沼气池中，发酵原料生成沼气，是通过一系列复杂的生物化学反应来实现的，一般认为这个过程大体上分为三个阶段：1、水解发酵阶段。
固体的有机物通常不能进入微生物体内为微生物利用，只有将固体有机质水解成分子量较小的可溶性物质才可以进入微生物细胞内被进一步分解利用。
这个将不容于水的大分子物质变成能溶于水的小分子物质的过程，就叫做水解，它是由一些好氧和厌氧微生物完成的。
2、产酸阶段。
各种可溶性的物质在微生物的细胞内继续分解转化成低分子物质，同时也有一部分氢、二氧化碳等无机物释放出来，但这一阶段中的主要产物是乙酸，约占70%以上，所以称为产酸阶段。
秸秆沼气技术流程
秸秆沼气技术流程秸秆沼气技术是利用秸秆作为原料进行沼气发酵，将秸秆转化为沼气，从而实现能源的利用和环境保护的双重目的。
具体的技术流程如下：1. 秸秆收集清洗与切碎秸秆收集后需要进行清洗和切碎。
清洗是为了去除秸秆表面的杂质和污染物质。
切碎是为了增加秸秆的表面积，加速菌群的附着和沼气发酵速度。
2. 秸秆预处理秸秆预处理是为了提高秸秆的易发性和降低沼气发酵过程中的酸度。
常用的预处理方法包括碱处理和水热处理。
碱处理时将秸秆浸泡在碱液中，使秸秆表面水分和碱液反应形成碱化层，从而使秸秆易于分解和发酵。
水热处理是将秸秆加水或蒸汽处理，快速升温到高温，然后迅速冷却，使秸秆中的纤维素、半纤维素等糖类部分降解，从而提高秸秆产气量和减轻沼气发酵过程中的酸蚀。
3. 沼气发酵发酵系统一般采用连续式厌氧消化系统。
秸秆经预处理后，进入发酵罐内，加入菌剂进行发酵。
菌剂一般是从其他成熟的沼气池中分离出来的，也可以使用活性污泥和其他量合适的微生物。
发酵反应主要包括两个阶段，即酸化阶段和甲烷发酵阶段。
酸化阶段主要是由厌氧消化菌将秸秆中的有机物分解为短链化合物，包括氨基酸、酸、丙酮酸等一系列有机物。
甲烷发酵阶段则是由甲基化菌和硫醇化菌等菌群将短链化合物进一步转化为甲烷和CO2等气体，并释放出能量。
4. 沼气处理发酵产生的沼气需要进行处理才能达到要求。
沼气处理主要包括除硫、除水、除杂和压缩四个过程。
除硫是将沼气中的H2S通过氧化还原反应转化为硫酸盐和硫酸等水溶性物质，从而降低了沼气中H2S含量和气味。
除水是消除沼气中的水分，避免水与其他成分反应，使沼气体系出现气液两相。
除杂是消除沼气中的杂质，如颗粒、灰尘等，提高沼气的纯度。
压缩则是将处理后的沼气进行压缩，方便运输和储存。
5. 沼渣利用沼渣是发酵过程中秸秆未能转化的残留物，含有较多的有机质和营养物质。
沼渣可以用作肥料或动物饲料等，在环境保护和农业生产方面发挥作用。
同时沼渣还可以作为土壤改良剂、燃料和造纸原料等。
玉米秸秆连续厌氧发酵产甲烷研究
182海峡科技与产业2019年第1期中国作为农作物种植大国，拥有丰富的农作物资源，每年所产生的农作物秸秆有8亿~9亿t ，居世界之首[1]。
目前农作物秸秆的主要处置方式有直接还田、用于养畜、能源化利用、用于食用菌种植、作为工业原料等。
由于存在系列关键难题制约秸秆的可持续处理和利用，每年尚有大量秸秆被焚烧。
秸秆燃烧热值低，不仅造成资源浪费，而且污染环境，毁坏树木和耕地[2]。
将这些农作物秸秆作为能源物质加以利用，不仅可以改善农村秸秆堆积的环境状态，而且能够实现秸秆的合理利用。
近几年来，随着畜禽养殖业的快速发展，规模化养殖场年产畜禽粪污量高达38亿t 。
大量的畜禽粪污未经处理而排放，使得其中含氮化合物在无氧条件下分解成氨气、甲胺、硫化氢等物质。
这些气体会导致人和家畜感染呼吸道疾病，危害人体健康和畜禽产品的质量，同时严重污染了养殖场周边环境。
为解决大量闲置农作物秸秆和区域内养殖场粪污污染问题，采用厌氧发酵处理农作物秸秆和畜禽粪污水产沼气是一条清洁高效的途径。
以农作物秸秆和畜禽养殖粪污水为主要原料进行湿式厌氧发酵产沼气，不仅能解决农户生活用能，而且可以改善农村卫生环境。
据调查，中国以秸秆类物质为主要原料进行厌氧发酵的沼气工艺有多种，按照反应器类型及进出料方式，可分为覆膜槽式、完全混合式、推流式、一体化两相等，其中利用完全混合式反应器进行厌氧发酵是秸秆沼气工程推荐工艺之一。
本研究拟采用连续搅拌釜式反应器完全混合式厌氧反应器（CSTR ）进行玉米秸秆的湿式连续厌氧发酵产沼气研究，分析不同物料的单位干物质（TS ）浓度和固物滞留时间对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷的影响，对秸秆沼气工程或以秸秆为主要原料的沼气工程运行具有很好的指导意义。
1 材料与方法1.1材料玉米秸秆取自中国农业大学烟台研究院内种植实验基地。
玉米秸秆在地里自然风干，整体呈暗黄色。
实验前，将玉米秸秆剪成小段后放入粉碎机，打成3~5 mm 的颗粒，装于透明密封袋中待用。
连续干式发酵处理工艺
连续干式发酵处理工艺
连续干式发酵处理工艺解析：
连续干式发酵处理工艺是一种沼气发酵工艺，其发酵原料的干物质浓度大于12%以上，主要用于秸秆、干清粪、生活垃圾等高浓度物质的沼气化处理。
该工艺的优点是可以使秸秆等高浓度物质实现沼气化处理，缺点是耗费工时多，不能连续工作使用，进出料时应注意人员安全，启动时应注意试点火安全。
连续干式发酵处理工艺的主要设备由发酵间、集气间、喷灌装置、进出料机械等组成，使用时的工艺步骤是：进料、覆盖集气罩、喷灌接种液及排空气、调节发酵原料的温度、厌氧产沼气、试点火和使用沼气、打开集气罩排空气、出料，如此往复循环。
纯秸秆连续发酵沼气集中供气技术
纯秸秆连续发酵沼气集中供气技术魏文生山西省高平市农业委员会以秸秆为原料生产沼气，原料来源充足、分布广泛，不受时间和空间限制，不产生沼液、焦油、废水和废气等污染物，可实现秸秆的完全生态循环和高效利用。
它不仅可以解决我国大量秸秆的环境污染问题，还可为我国的沼气生产开辟新的大宗原料来源，为在更大规模和更大范围推广沼气提供原料保障，为正在深入发展的社会主义新农村建设服务，具有十分广阔的推广应用前景。
一、推广和发展秸秆沼气的必要性和适用性大量废弃秸秆导致日益严重的环境污染问题，迫切需要寻求新的出路。
我国是世界上最大的农业生产国，种植业在农业生产中占据着十分重要的位置。
种植业每年产生各类作物秸秆约7亿吨，其中有约50%未得到有效的处理和利用。
这不但浪费了资源，而且由于大量秸秆的露天焚烧，导致严重的大气污染，并引发火灾和影响高速公路与民航的运行安全。
秸秆的处理与利用是我国农村面临的主要的资源环境问题之一，因此迫切需要寻找新的利用途径。
为此早在2007年，农业部把秸秆沼气生产技术列为我国农业和农村“十大节能减排技术”之首。
农村沼气生产遇到原料供给瓶颈，需要开辟利用秸秆资源。
在农村沼气方面，目前全国已建成户用沼气池2200多万口，建成畜禽养殖场大中型沼气工程2000多处，年产沼气70多亿立方米。
目前我国沼气生产主要利用的是畜禽粪便，但畜禽粪便无法、也不足以保证原料的供给和上述目标的实现。
首先，养殖场呈“点”分布，而用户呈“面”分布，同时受养殖市场波动的影响也很大。
在没有养殖场的地方，就没有了原料来源，也就无法生产沼气。
其次，可收集的畜禽粪便的产量不足以生产如此巨大数量的沼气。
而秸秆分布在我国广大的种植区域，呈“面”分布，来源广泛，数量巨大，不存在原料来源问题，适用性强。
可就地获得、就地建厂和就地服务于民。
因此，在我国广大的农村大规模推广秸秆沼气，实现沼气生产目标，就必须开辟和利用秸秆资源。
二、秸秆利用现状现有技术存在不足，需要研发新的秸秆能源转化技术。
秸秆沼气工艺技术
秸秆沼气工艺技术秸秆沼气工艺技术是一种利用农作物秸秆进行沼气生产的技术。
秸秆是指庄稼收获后，剩余下来的植物茎秆和叶子。
它们通常被视为农业废弃物，却有很高的潜在价值。
利用这些秸秆来生产沼气不仅可以减少农村环境污染，还可以提供清洁能源。
秸秆沼气工艺技术主要包括以下几个步骤：秸秆的收集、预处理、发酵和气体利用。
首先，收集是秸秆沼气工艺技术的第一步。
农民可以在农田或农场收集剩余的秸秆，同时也可以利用农田间隙种植一些高秆作物，如玉米、高粱等，以增加秸秆的产量。
接下来，预处理是将秸秆进行物理处理以便更好地发酵。
常见的预处理方法有粉碎和压片。
粉碎是通过粉碎机将秸秆打碎，增加其表面积，方便发酵。
压片则是将秸秆压缩成压制块，以提高发酵效率和储存容量。
然后，发酵是秸秆沼气工艺技术的核心步骤。
经过预处理的秸秆放入发酵池中，与沼气菌共同发酵产生沼气。
沼气菌通过厌氧发酵将秸秆中的有机物质分解为甲烷和二氧化碳等气体。
发酵池需要保持一定温度和湿度，以便沼气菌正常发酵。
此外，还需要定期搅拌发酵物质，促进气体产生。
最后，气体利用是秸秆沼气工艺技术的最终目标。
沼气可以用于烹饪、发电和取暖等用途。
在农村地区，沼气经常被用于烹饪，代替煤炭，减少了农村的能源开支，改善了烹饪环境。
此外，在一些相对开发较好的地区，沼气还可以通过燃气发电机发电，为农村提供电力。
总的来说，秸秆沼气工艺技术是一种可持续利用农作物秸秆的方法，能够减少农村环境污染，提供清洁能源。
随着对清洁能源需求的增加和科技的进步，相信秸秆沼气工艺技术将会得到更广泛的推广和应用。
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谢谢！ 谢谢！15源自45关键技术： 关键技术：
• 秸秆在反应器内的HRT较长，消化比较彻底， TS转化率也比较高（50%以上）， 原料产气率高达0.4m3/kg（玉米秸秆）以上； • 节能型的增温、保温措施，确保发酵温度控制 在37℃以上，达到常年高效、稳定产气； • 监控系统先进，对厌氧反应器的发酵 温度、压力和储气罐压力实现了自动 监控及过压保护控制。
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工程案例： 工程案例： 山西省高平市东吴庄村秸秆沼气集中供气工程 山西省高平市川起村秸秆沼气集中供气工程 农业部沼气科学研究所设计 北京大德圣火能源科技有限责任公司承建
图1 东吴村500m3厌氧反应器 低、中压储气罐
图2 自动监控系统
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图3 高平市川起村沼气站全景
图4 用户使用沼气
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东吴庄村秸秆沼气工程基本情况： 东吴庄村秸秆沼气工程基本情况： • 发酵原料：玉米秸秆、或麦秆 • 厌氧反应器（钢结构）容积：500 m3 • 日产沼气量：320～360m3 • 供气户数：430户 • 日消耗秸秆量730-750kg • 日产固体有机肥料约460kg
2
秸秆沼气连续分层发酵工艺流程
沼气净化、储存、 沼气净化、储存、输送 用户
秸 秆
秸秆揉搓、 秸秆揉搓、 粉碎、调配、 粉碎、调配、 进料
厌氧 消化
渣、液 分离设施
沼渣 肥料
沼液回流
3
关键技术： 关键技术：
• 实施连续分层进料 实施连续分层进料，使得秸秆沼气发酵达 到连续稳定，克服了批量沼气发酵产气不 均衡的问题； • 沼液循环喷淋实现了新料快速接种和维持 反应器上部秸秆料较高的湿度，大大提高 了秸秆消化速率和产气速率，中温条件下， 装置容积产气率>0.8m3/m3.d；
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运行调控参数： 运行调控参数：
• 发酵温度：37～40℃ • 秸秆的粉碎度：2～10mm • 原料产气率：>0.4m3/kg（秸秆） • 沼气中CH4的含量50%-60% • 沼渣含水率70%左右
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运行管理模式及成本： 运行管理模式及成本：
• 工程运行管理由当地农民合作组负责。 • 沼气价格政策：用户需用3kg秸秆换1m3沼 气，并将秸秆送至沼气站，沼气售价0.80 元/m3 (沼气) ；否则1.50元/m3 (沼气) 。 • 运营成本：未计秸秆收运费的单位产气成 本 0.62元/m3(沼气) ；若玉米秸原料成本为 100元／t，则单位产气成本0.83元／m3 (沼 气) 。 • 产气单位电耗：0.3kWh/m3 (沼气) 。
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四大优势： 四大优势：
1、原料适用性广。适宜秸秆、或秸秆与畜禽 粪便、或 秸秆与有机垃圾等混合原料； 2、不受地域和季节限制。实行中温沼气发 酵，即使在高寒地区的冬季仍可以常年稳 定运行产气。 3、环境友好的清洁生产。其产物是沼气 和固体有机肥料，可实现废弃物零排放； 4、秸秆沼气热值高、无焦油。
秸秆沼气连续分层 发酵技术简介
农业部沼气科学研究所
1
发酵工艺： 发酵工艺： 工艺
• 经预处理的秸秆（粉碎、均质、调 温），每天定时、定量从反应器的顶 部均匀布料，并且是按照进料的顺序 成层状推压下行，出料依靠自压从底 部排出，经过渣、液分离设施的分选 后，沼渣（含水率70%左右）作为有机 固体肥料还田，沼液回流至调节池。
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该项工艺技术和装备使得秸秆沼气 工业化生产变得可控、高效、稳定。 工业化生产变得可控、高效、稳定。 该反应器结构简单，类似于常 规立式厌氧消化罐，可建造成钢结 构或钢筋混凝土结构。
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适用范围： 适用范围： 村级及乡镇小区沼气集中供气或发电。 村级及乡镇小区沼气集中供气或发电。 采用多个单元组合，或在设计负荷范围内， 采用多个单元组合，或在设计负荷范围内， 调节秸秆的进料量， 调节秸秆的进料量，满足不同规模的秸秆处 理量及用气量的需求。 理量及用气量的需求。