摘要：秸秆厌氧干发酵研究在中国已有十多年的历史，但由于种种原因至今还没得到大规模推广应用，本文介绍了秸秆厌 氧干发酵技术特点和产气机理，系统地阐述国内外秸秆厌氧干发酵技术发展现状、存在问题及发展前景。并提出了解决这 些技术难题的办法和秸秆厌氧干发酵规模化发展的模式和建议。 关键词：秸秆；厌氧干发酵；技术；探讨
２
２．１
搅拌发酵罐来进行厌氧干发酵。韩杰等１１３研制出新型
沼气干法发酵反应器一覆膜槽生物反应器。改进和优 化集成现有沼气技术，开发出新型规模化干法沼气发 酵技术与成套装备。晏水平对大中型集约化养殖场畜 禽粪便高温厌氧干发酵处理工程中的罐体加热保温装 置进行了研究。研究罐体加热保温装置的选型和操作 参数设计，为大型沼气干发酵系统工程化提供了一定 基础理论。 ２．２．１沼气干发酵装置类型及特点 ２．２．１．１钢结构秸秆厌氧发酵装置 这种发酵装置多采用钢板焊接或搪瓷拼装而成． 分为立式发酵罐体和卧式发酵罐体丽种。例如，云南洱 源县新龙应用的太阳能加温立式搪瓷拼装厌氧发酵装 置和北京化工大学研制的卧式钢板焊接厌氧发酵装
表１
解率、缩短发酵时间和减小发酵体积。化学预处理是 指酸碱浸泡和热处理．研究人员发现．采用不同温度 处理对稻草结果是预处理的温度越高，甲烷生成量越 多。生物预处理主要指发酵原料的好氧堆沤，使易于 分解产酸的有机物在好氧条件下大部分分解掉，防止 干发酵过程中易出现的酸化问题，研究表明，堆沤５ｄ 的畜禽粪便经接种后其ｐＨ值达到７，发酵就不会出 现酸化现象。
置，适合于低浓度（秸秆俗在１０％以下）的湿发酵，原
料输送用泵送方式，产气效率较高，但其存在进出料较 难、投资成本较高，秸秆需要粉碎得较细（粒径在ｌ∞ 左右）、运行能耗高等问题。 ２．２．１．２弹性膜覆盖厌氧干发酵装置 发酵池顶部采用弹性膜覆盖。弹性膜与发酵池 上端面四周采用水密封或冲气圈密封，可分地上发 酵池体和地下式发酵池体。例如，由福州北环环保技 术开发有限公司开发、在江苏省金坛市汀湘村应用 的地下式弹性膜覆盖发酵池，其优点是使用弹性膜 覆盖能一次性将池内余气排尽，保温性较好，但其出 料较难，存在安全隐患、且不适用于地下水位较高的 地区。农业部规划设计院研究的敞口式覆膜槽生物 反应器，其特点是进出料方便，槽内多余气体能排 尽，但其存在弹性膜密封面积过大，密封性很难保 障．存在安全隐患等问题。另外这种覆膜槽因为深度 浅，容量也不大。 ２．２．１．３新型柔性顶膜车库式干发酵装置 农业部南京农机化所研究开发的沼气厌氧干式发 酵装置，可用装载机或铲车从设于发酵槽体侧壁的门
万方数据
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１
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厌氧干发酵特点
生物质发酵类型根据原料发酵过程中氧气状况，
但仍然存在装备结构复杂、投资偏高，操作复杂，刚 性的反应器产气结束时必须用二氧化碳置换反应器 中的沼气等问题【ｍ川。 ２．２国内沼气干法发酵技术 我国从２０世纪８０年代起开始了户用沼气干发酵 研究，取得了一定的成果。叶森等人研究自动排料沼气 干发酵装置和相应的半连续干发酵工艺，马云瑞等人 研制了分离储气恒压干发酵池。康恒德发明了小型高 效稳压式自动漫渗滤干发酵沼气池。我国开展大中型 沼气干发酵技术研究是于２１世纪初开始的。现在仍处 于中试研究阶段。甘如海旧等自行设计了卧式螺带式
中图分类号：Ｓ２１６．４
文献标识码：Ａ
ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９，ｊ．ｉ８８ｎ．１００６—７２０５．２０１１．０４．０１４
朱德文，曹成茂，陈永生，李瑞容，曲浩丽．秸秆厌氧干发酵产沼气关键技术及问题探讨阴．中国农机化，２０１１，（４）：５６～５９
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２０１１年第４期 总第２３６期
巾同农机化
Ｃｈｉｎｅｓｅ
Ａ酣ｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｚ撕ｏｎ
Ｎｏ．４．２０１１ Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２３６
秸秆厌氧干发酵产沼气关键技术及问题探讨
朱德文１，曹成茂２，陈永生１，李瑞容１，曲浩丽，
（１．农业部南京农业机械化研究所，南京，２１００１４；２．安徽农业大学工学院，合肥，２３００３６）
国内外沼气干法发酵技术状况
国外沼气干发酵技术 国外对沼气干发酵技术的研究比我国早，整体
技术水平也较高。厌氧干发酵技术在欧洲被广泛应 用，主要是处理城市有机垃圾以及家禽粪便。早在２０ 世纪４０年代，德国、法国和阿尔及利亚就开始研究 并运用批量式沼气干发酵技术，２０世纪８０年代，德 国、荷兰、瑞士、布基纳法索、尼日尔等国家对沼气干 发酵进行了深入的研究，２０世纪９０年代，德国大量 资助新型的间歇式干法沼气发酵技术的研发。并于 ９０年代末该项工艺和装备通过中试，目前，国外的 干发酵技术已经成熟。工程化沼气干法发酵技术有 车库型、气袋型、干湿联合型、渗滤液储存桶型、储罐 型等多种技术类型，已经投入生产使用，可以进行规模 化的沼气生产【７～。２００６年１０月美国加州大学ＤＡＶＩＳ 分校研制的储罐型干法沼气发酵装置点火成功。德 国间歇式干法沼气发酵技术的研发取得成功可解决 大规模快速进出料与反应器厌氧密封之间的矛盾。
万方数据
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内进出料（也可从顶部加料并压实），在工程意义上解 决了沼气干法发酵进出料难的问题。进出料门采用钢 骨玻璃钢结构，其四周采用充气密封圈密封，避免了大 面积采用充气密封圈密封造成密封不安全、不可靠的 问题：在发酵槽体上覆盖弹性膜，可直观判断反应器气 囊中的沼气存量以及能将发酵槽体内的沼气排除干 净。从而避免沼气安全事故的发生。弹性膜的密封采用 水密封的结构，该水密封结构密封安全、可靠。在进出 料门的密封技术方面。２００８年南京农机化所为配合同 济大学生物质能中心在江西奉新县利用稻草所进行的 二相法厌氧发酵试验．设计了一种车库式秸秆水解装 置，该库采用Ｍ型充气圈密封门结构，在库内贮水水 位达到２．２ｍ时，仍然密封良好，无渗漏。如果是用作干 发酵库，内部所产生沼气的最大气压不过在二、三百毫 米水柱。可用此项技术密封沼气干发酵库效果较好。现 将我国主要秸秆沼气发酵装置性能结构及生产应用情 况见表ｌ。 ２。３国内外沼气干发酵原料预处理研究 对发酵底物进行一定的预处理，不仅可以促进有 机物的分解．而且还可以为微生物生长繁殖创造适宜 的环境，增大微生物与发酵底物的接触面积。主要预 处理方法有物理法、化学法、物理化学法、生物法。物 理预处理是指去除畜禽粪便中的不易降解或不能降 解的杂质（如塑料、石块等），对秸秆是进行切碎、研磨 等处理。研究表明，有机废弃物颗粒大小对产气效果 的影响，减小粉碎粒度能提高沼气产量、有机物的降
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Ｏ
引言
自２０世纪中后期以来，由于世界性的石油、煤炭
潜力的途径，沼气作为可再生能源，具有可再生性、成 本低廉、对环境污染小、热值高等优点。据了解，农业 部从２００５年开始，就组织相关科研单位和企业开展 秸秆沼气技术研发与示范，并在江西、山东、江苏、浙 江、四川、河南、北京、河北、辽宁、黑龙江和大连等１１ 个省市的１００多个县进行试点示范。北方以玉米秸秆 和麦秸为主要原料，南方以稻草为主要原料，户用秸秆 沼气和规模化秸秆沼气集中供气试点成效十分明 显，与此同时在农作物秸秆产沼气的技术环节上也 取得可喜进展。但因户用沼气管理不规范，产气率和 处理效率低，并且存在低温条件下难运行，冬季不能 正常产气等缺点，目前规模化秸秆沼气存在技术设 备不足，尤其是沼气干发酵技术，由于干发酵原料的 物质浓度高而导致的进出料难、传热传质不均匀、产 气率低且产气不稳定等问题，这是干发酵的技术难 点【５＇６１。为此，本文介绍了以秸秆原料为主并兼顾其 他农村有机废弃物的新型干法厌氧发酵技术．采用 工程化装备实现原料预处理、进出料的机械化和秸 秆沼气干发酵产物的高值利用技术，这对提高我国 包括秸秆在内的农业废弃物综合利用水平具有重大 的现实意义。
反应器建造管理技术成熟等优点．适合处理浓度较低 的废水、废液，是当前处理有机污染物生产沼气的主流 技术，但是该技术也有明显的缺点，如发酵所需的反应 器容积较大，沼液和沼渣分离难，需要建较大的沼液池 存贮沼液，占地面积大，并且需要大量的水，冬季耗能 大．处理效率低，运行和后处理成本高等。而沼气干法 发酵能够在干物质浓度较高的情况下仍能正常发酵 （干物质浓度≥２０％），能生产清洁能源和优质有机肥， 基本上达到零排放。满足现代农业对友好环境、清洁能 源和优质肥料的需求。并且厌氧干发酵能够保证全年 正常生产，具有用水量少、冬季耗能低、占地省、产气率 高、管理方便、后处理成本低等优点，目前已经广泛应 用于大规模地处理畜禽粪便、农作物秸秆以及生活垃 圾等农业固体废弃物，生产沼气和绿色有机肥，净化环 境，创造经济效益，已经成为我国厌氧发酵技术的研究 热点。
生物质发酵可分为好氧发酵技术和厌氧发酵技术两 类．好氧发酵技术在发酵的过程中排放大量ＮＨ３，既污 染了环境，又损失了肥力，此项技术多用在生物质厌氧 干发酵技术的原料预处理方面。再根据发酵底物状态 的不同．生物质厌氧发酵技术又可分为厌氧湿发酵技 术和厌氧干发酵技术。厌氧湿发酵反应体系中的总固
体㈣含量一般在１０％以内，厌氧湿发酵具有启动快、
收稿日期：２０１１年４月１１日
｝基金项目：２０ＩＯ年江苏省科技支撑计划（ＢＥ２０１０３５３）——农作物秸秆开发沼气及工业化应用关键技术研究与开发；２０１０年安徽省 科技攻关项目ｆ１０１４０７０２０２４卜—一秸秆干发酵制沼气工业化应用关键技术研究与开发 朱德文，男，１９７０年生，安徽滁州人，农业部南京农业机械化研究所副研究员，博士；研究方向为农业机械和能源与环境工程技术。 曹成茂，男，１９６４年生，安徽六安人，安徽农业大学工学院教授，博士；研究方向为能源与环境工程技术。 陈永生，男，１９６４年生，江苏泰兴人，农业部南京农业机械化研究所研究员；研究方向为设施农业和农业资源开发。 李瑞容，女，１９８４年生，江苏淮安人，农业部南京农业机械化研究所实习研究员；研究方向为农业废弃物综合利用。 曲浩丽，女，１９８５年生，山东莱州人，农业部南京农业机械化研究所实习研究员；研究方向为农业废弃物综合利用。