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摘要 概述了固態(tài)厭氧發(fā)酵技術(shù)基礎(chǔ)尤其是影響因素方面的研究進(jìn)展,，論述了固態(tài)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的底物預(yù)處理技術(shù),，介紹了工藝研發(fā)現(xiàn)狀，探討了一些典型工程實(shí)例,。結(jié)果顯示,，固態(tài)厭氧發(fā)酵效果嚴(yán)重依賴過程調(diào)控和底物預(yù)處理；盡管高溫,、兩段工藝是研發(fā)的熱點(diǎn),，但當(dāng)前工程實(shí)踐的首選是相對成熟的常溫、單段工藝,。開發(fā)基于生化反應(yīng)的動力學(xué)模型和培育特種,、高效菌種是固態(tài)厭氧發(fā)酵技術(shù)基礎(chǔ)研究的重點(diǎn)，而應(yīng)用研發(fā)更注重針對性的預(yù)處理技術(shù)和發(fā)酵過程優(yōu)化并實(shí)現(xiàn)自動化,。研發(fā)適合我國市政固廢和廣大農(nóng)村地區(qū)廢棄生物質(zhì)原料的固態(tài)厭氧發(fā)酵技術(shù)及特種小型設(shè)備是我國追趕國外先進(jìn)技術(shù),、推廣技術(shù)應(yīng)用的便捷之路。 本文引用的文章 1,、張光義《固態(tài)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣技術(shù)基礎(chǔ)研發(fā)與工程應(yīng)用進(jìn)展》 前言 厭氧發(fā)酵技術(shù)在溫和條件下利用厭氧微生物對生物質(zhì)有機(jī)組分進(jìn)行分解,，產(chǎn)物有較高肥效，尤其是同步產(chǎn)生大量以高熱值甲烷為主要成分的沼氣可燃?xì)獠⒕哂忻黠@降低溫室氣體排放的潛力,，被認(rèn)為且由生命周期分析證實(shí)是最適宜,、最有前景的生物質(zhì)能源利用技術(shù)之一。 1.與液態(tài)發(fā)酵相比的優(yōu)勢 相對液態(tài)厭氧發(fā)酵,，固態(tài)厭氧發(fā)酵技術(shù)對原料適應(yīng)性強(qiáng),，處理負(fù)荷大；設(shè)備投資較少,、管理方便,；過程能耗較低；產(chǎn)物后處理簡單且基本無廢水排放,。隨著高效前處理技術(shù),、特效菌種的研發(fā)以及過程控制技術(shù)的提高，傳統(tǒng)過程存在的原料利用率不高,、固廢排放量大和工業(yè)放大可行性程度不高等問題逐步被克服,，其優(yōu)勢和潛能越來越明顯。迄今在歐洲,，固態(tài)厭氧發(fā)酵處理總固廢量的10% ,，達(dá)430 萬噸，超過液態(tài)發(fā)酵規(guī)模,，產(chǎn)沼氣超過167 億m3 ,。可見,，固態(tài)厭氧發(fā)酵技術(shù)在發(fā)展中國家推廣應(yīng)用潛力巨大,。 2.技術(shù)原理 基于對厭氧發(fā)酵中微生物的研究，厭氧發(fā)酵過程理論認(rèn)知分兩階段理論( 即概括地分為產(chǎn)酸階段和甲烷化階段) ,、三階段理論和四類群理論三個層次 工程上出于成本控制和過程調(diào)控困難等方面考慮,，通常仍簡單劃分為生化條件差異顯著的水解酸化和甲烷化兩個階段，至多使用兩個反應(yīng)器( 水解反應(yīng)器和甲烷化反應(yīng)器) ,。發(fā)酵基質(zhì)( 復(fù)雜大分子,、不溶性有機(jī)物) 在細(xì)菌胞外酶作用下轉(zhuǎn)化為小分子,、溶解性有機(jī)物( 主要是高級脂肪酸，還包括低糖,、氨基酸等),，這一水解過程通常顯著影響發(fā)酵全過程，在基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用中都備受關(guān)注,。 3.影響因素 3.1基質(zhì)可生化降解性及微生物營養(yǎng) 基質(zhì)可生化降解性對沼氣產(chǎn)量影響很大,。數(shù)據(jù)顯示，因廢棄物組分差導(dǎo)致發(fā)酵過程產(chǎn)氣量相差可達(dá)65% ,，工業(yè)規(guī)模也達(dá)40%[5] ,。總固體含量(TS) ,、濕度及營養(yǎng)對發(fā)酵效果的具體影響見表1 3.2溫度,、pH 及氧化還原電位 溫度、pH 和氧化還原電位對氧發(fā)酵過程的影響見表2 3.3接種 理想的接種物應(yīng)包含大塊的固體物質(zhì)和完成分解的,、營養(yǎng)貧瘠的厭氧發(fā)酵底物,，并且在厭氧發(fā)酵底物中須含有豐富的產(chǎn)甲烷細(xì)菌，且一般菌種添加比例不低于20% ,，若能達(dá)到30% 及以上,，則有利于發(fā)酵啟動、提高產(chǎn)氣速率和發(fā)酵早期沼氣中甲烷含量,。 3.4中間物抑制 固態(tài)發(fā)酵過程涉及多種微生物群落,，需嚴(yán)格控制其生長環(huán)境特別是具有抑制和毒害作用的成分。氨的各種形態(tài)對固態(tài)發(fā)酵過程的影響一直是研究的重點(diǎn)之一,；水解酸化產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸(VFA) 是評價水解酸化和產(chǎn)甲烷是否平衡的重要指標(biāo),；適量的無機(jī)鹽是微生物生長所必須的且一定程度緩解銨離子的抑制作用。 3.5傳質(zhì)傳熱與過程強(qiáng)化 固態(tài)發(fā)酵過程中,，待傳遞的營養(yǎng)物質(zhì),、酶、微生物和產(chǎn)物等之間相對不動,，存在溫度梯度和物質(zhì)濃度梯度,，不僅會影響到菌體的生長和代謝，也影響反應(yīng)器的性能以及設(shè)計要求,。 4.預(yù)處理技術(shù) 預(yù)處理基質(zhì)能顯著提高發(fā)酵速率及產(chǎn)氣量,，對大規(guī)模化學(xué)工業(yè)過程尤其重要,。常見預(yù)處理方法的分類及效果總結(jié)在表3 中,，其作用主要是改變基質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)、形狀，改善其可生化性和營養(yǎng),，進(jìn)而全面改善發(fā)酵反應(yīng)系統(tǒng),。 5.工藝研發(fā)與工程應(yīng)用現(xiàn)狀 工藝分類及典型工藝比較 相對較成熟、在國外工程上應(yīng)用相對廣泛的固態(tài)厭氧發(fā)酵工藝特征及工程應(yīng)用狀況見表4 ,。 Kompogas 工藝 仍處于發(fā)展階段的Kompogas 工藝由瑞士Kompogas AG 公司開發(fā),，在瑞士、日本很常受重視,，多應(yīng)用到較大規(guī)模的工程 Valorga 工藝 Valorga 工藝由法國公司開發(fā)，是動態(tài)過程中已經(jīng)規(guī)?；畲蟮囊环N工藝,，目前已相對成熟 Dranco(Dry Anaerobic Composting)工藝 由比利時公司開發(fā)的Dranco 工藝也被認(rèn)為是一項(xiàng)較成熟的工藝 Linde-KCA / BRV 工藝 BRV 工藝最早由瑞士一家環(huán)保公司研發(fā)并成功應(yīng)用，由于該工藝技術(shù)先進(jìn),、生態(tài)環(huán)保,，具有較大的市場潛力，符合歐洲對有機(jī)垃圾處理日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),，后由德國 Linde 公司收購,、整合，并經(jīng)小試和中試研究加以完善從而確保其技術(shù)適用性,。 序批式厭氧堆肥(SEBAC) SEBAC 工藝 (見圖 2(b))發(fā)展于上世紀(jì) 90 年代,，是一種針對市政固廢有機(jī)組分 (OFMSW)和其它高含固生物質(zhì)廢棄物甲烷化和堆肥處理的新穎工藝，其目的是在維持高轉(zhuǎn)化率和系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時無需高含固基質(zhì)混合和簡化前處理,。該工藝目前處于發(fā)展和商業(yè)化推進(jìn)階段,。 6.結(jié)論與展望 固態(tài)厭氧發(fā)酵在生物質(zhì)及其廢棄物處理和能源化方面優(yōu)勢顯著，是一項(xiàng)有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù),。發(fā)酵過程受包括基質(zhì)營養(yǎng),、溫度、pH ,、氧化還原電位,、接種、抑制物等諸多因素的影響,。過程強(qiáng)化和原料預(yù)處理嚴(yán)重影響發(fā)酵效率,。盡管一些固態(tài)厭氧發(fā)酵技術(shù)工藝被認(rèn)為已逐漸成熟并得到成功應(yīng)用，但都缺少基于生化反應(yīng)的高效模型支撐,，這一定程度制約了新高效工藝的開發(fā),。當(dāng)前成熟的工藝以常溫、單段過程為主,，且常作為大型工程的優(yōu)選項(xiàng),，但高溫、兩段發(fā)酵過程的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來，業(yè)已成為研究的熱點(diǎn),。我國固態(tài)厭氧發(fā)酵技術(shù)研發(fā)成果有限,，工程建設(shè)和運(yùn)行以對國外公司招標(biāo)和委托管理方式為主，加之缺乏管理經(jīng)驗(yàn),，導(dǎo)致該技術(shù)難以在我國廣泛實(shí)施,。未來研發(fā)工作重點(diǎn)不限于但包括：1) 大力推進(jìn)固態(tài)發(fā)酵過程動力學(xué)及模擬研發(fā)工作，尤其是研發(fā)適用于復(fù)雜組分和混合發(fā)酵基質(zhì)的高效模型,；2) 形成固態(tài)厭氧發(fā)酵過程主要參數(shù)檢測,、優(yōu)化并自動化控制技術(shù)，從而全面提高發(fā)酵效率,；3) 積極開展特種,、高效工程菌的培育。 走過路過,，不要錯過這個公眾號哦,！
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