生物燃?xì)饧夹g(shù)及工程的發(fā)展現(xiàn)狀①

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于能源的利用逐漸增加，使得不可再生能源利用出現(xiàn)危機(jī)，面臨資源短缺的問(wèn)題。生物燃?xì)庾鳛橐环N利用微生物發(fā)酵來(lái)獲取人類需要的能源，這種能源屬于可再生能源，并且原料是生活垃圾和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢料，設(shè)備制造業(yè)較為簡(jiǎn)單，其體現(xiàn)的價(jià)值正被越來(lái)越多的人認(rèn)可。經(jīng)過(guò)許多人不斷的理論和實(shí)踐研究，生物燃?xì)饧夹g(shù)已經(jīng)得到了多方面改善，開(kāi)發(fā)出了多種發(fā)酵工藝，目前在所有的發(fā)酵工藝中相對(duì)高效的技術(shù)是全混式中溫發(fā)酵。目前，歐洲幾個(gè)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家（特別是德國(guó)），這方面的技術(shù)較為先進(jìn)，生物發(fā)酵被大范圍的用于發(fā)電和取暖。論文主要介紹了生物燃?xì)饧夹g(shù)發(fā)展的最新成果，提出了技術(shù)今后的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：生物燃?xì)?發(fā)酵技術(shù) 反應(yīng)器 沼氣

中圖分類號(hào)：S216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（b）-0062-01

生物燃?xì)饨?jīng)常說(shuō)的沼氣，沼氣發(fā)酵是指有機(jī)物在厭氧的條件下，被沼氣微生物分解代謝，最后形成以甲烷和二氧化碳為主體的混合氣體，是一個(gè)生物化學(xué)過(guò)程。沼氣發(fā)酵的原料是供給微發(fā)酵生物，進(jìn)行正常生命活動(dòng)所需的營(yíng)養(yǎng)和能量，是不斷生產(chǎn)沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。沼氣的來(lái)源十分豐富，主要是農(nóng)業(yè)的剩余物包括秸稈、雜草、樹(shù)葉等，還有豬、牛、羊、馬等家禽的糞便，工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的廢水廢物（如豆制品的廢水、酒精和糖渣），還包括大部分的水生植物，這些都是能夠用來(lái)生物發(fā)酵的理想原料。

沼氣發(fā)酵工藝是指從發(fā)酵原料到生產(chǎn)沼氣的整個(gè)過(guò)程所采用的技術(shù)和方法。這個(gè)過(guò)程主要包括原料的收集和預(yù)處理，接種物的選擇和富集，消化器的啟動(dòng)和日常操作管理及其他相應(yīng)的技術(shù)措施。

1 沼氣發(fā)酵中的微生物

沼氣是有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下通過(guò)大量的不同種類的微生物分解代謝產(chǎn)生的。凡參與把有機(jī)物質(zhì)分解、發(fā)酵、代謝、轉(zhuǎn)化為沼氣的微生物統(tǒng)稱為沼氣微生物，也叫沼氣細(xì)菌。由于有機(jī)物分解為沼氣是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，因此沼氣細(xì)菌不僅僅是一種單一的細(xì)菌，而是由許多細(xì)菌組成的總稱，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，沼氣細(xì)菌擁有幾十個(gè)屬上千種之多。在沼氣厭氧發(fā)酵過(guò)程中沼氣細(xì)菌是最活躍的因素，他們能把各種有機(jī)物固體和處于溶解狀態(tài)的復(fù)雜有機(jī)物，按照各自的營(yíng)養(yǎng)需求進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化，最終形成沼氣。但是，沼氣細(xì)菌把有機(jī)物分解為甲烷需要在沒(méi)有氧氣和沒(méi)有氧化劑的環(huán)境下才能進(jìn)行，同時(shí)PH值也要符合一定的條件，因此，沼氣發(fā)酵又可以叫做厭氧發(fā)酵。將這些發(fā)酵細(xì)菌按其在發(fā)酵過(guò)程中扮演的不同作用，可分為分解菌和產(chǎn)甲烷菌兩大類。

在沼氣發(fā)酵過(guò)程中，各種微生物之間的關(guān)系非常復(fù)雜，甲烷的產(chǎn)生式各種發(fā)酵微生物相互協(xié)同、相互制約產(chǎn)生的。這種復(fù)雜的關(guān)系既體現(xiàn)在分解菌和產(chǎn)甲烷菌之間，同時(shí)也體現(xiàn)在分解菌之間和產(chǎn)甲烷菌之間的相互作用。其實(shí)分解菌與產(chǎn)甲烷菌之間的關(guān)系主要是，不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供長(zhǎng)生和產(chǎn)甲烷所需要的物質(zhì)，產(chǎn)甲烷菌又為分解菌提供生化反應(yīng)解除反饋抑制；分解菌為產(chǎn)甲烷菌提供適宜的氧化還原條件；分解菌為產(chǎn)甲烷菌清除有毒物質(zhì)；分解菌與產(chǎn)甲烷菌共同維護(hù)生化環(huán)境中適宜的pH值。

產(chǎn)甲烷菌是在沼氣發(fā)酵過(guò)程中將各種簡(jiǎn)單的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷的微生物。從1916年俄國(guó)微生物學(xué)家分離得到了世界上第一株甲烷菌開(kāi)始，目前已知的甲烷菌有5個(gè)目200多個(gè)種，主要是嗜熱自氧甲烷桿菌、嗜樹(shù)木甲烷短桿菌、史氏甲烷短桿菌、馬氏甲烷球菌、沃氏甲烷球菌、萬(wàn)尼氏甲烷球菌、黑海產(chǎn)甲烷菌、卡利亞庫(kù)產(chǎn)甲烷菌、運(yùn)動(dòng)甲烷微菌等。

2 沼氣發(fā)酵工藝

沼氣發(fā)酵工藝包括用戶和大中型的發(fā)酵工藝工程兩大類。用戶類的沼氣發(fā)酵工藝主要是家庭型的、較小的工藝過(guò)程，主要分布在亞洲國(guó)家，比如中國(guó)的水壓式沼氣池和印度的哥巴士沼氣池發(fā)酵系統(tǒng)，這些發(fā)酵系統(tǒng)利用的是人和動(dòng)物的糞便、污水等作為原料。我國(guó)的沼氣發(fā)酵工藝從20世紀(jì)90年代開(kāi)始就推廣，并且不同地方的特點(diǎn)發(fā)展成了“三結(jié)合”、“四位一體”、“五配套”等各種各樣的沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，帶動(dòng)了一大批以沼氣技術(shù)作為基礎(chǔ)的生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，給當(dāng)?shù)厝藥?lái)了客觀的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值。中國(guó)的沼氣發(fā)展工藝主要是將種植、養(yǎng)殖和沼氣發(fā)酵等工藝有機(jī)的結(jié)合到一起，這幾個(gè)過(guò)程相互促、相互協(xié)助，共同發(fā)揮3個(gè)過(guò)程的最大價(jià)值，實(shí)現(xiàn)有物質(zhì)和能量的循環(huán)利用。如主要位于我國(guó)西北部的“五配套”生態(tài)能源模式就是主要由沼氣池、廁所、太陽(yáng)能、暖圈、水窖、果園灌溉等5個(gè)部分組合而成的一個(gè)相互聯(lián)系相互發(fā)展的一個(gè)系統(tǒng)。

3 沼氣的利用

沼氣的用途十分廣泛，目前用的最多的就是將沼氣轉(zhuǎn)化為熱能供工廠或者農(nóng)場(chǎng)內(nèi)部使用，還可以將沼氣轉(zhuǎn)化為電，體居民的生活提供持續(xù)的電力支持，此外還能將剩余的電用于厭氧環(huán)境的加溫，有利用生成更多的沼氣。此外，沼氣還能作為汽車燃料，作為汽油的代替品，目前已有多個(gè)國(guó)家建立沼氣燃料的加氣站，為這種汽車提供加氣服務(wù)。而燃料電池作為一種新型的清潔、環(huán)保、低噪音的電池正受到許多國(guó)家的青睞，已經(jīng)在整個(gè)歐洲進(jìn)行了試驗(yàn)和示范，具有很大的發(fā)展前景。

4 發(fā)展的重點(diǎn)和方向

關(guān)于發(fā)酵工藝工程的發(fā)展重點(diǎn)和方向，從國(guó)內(nèi)外看主要有以下幾點(diǎn)。

（1）發(fā)酵微生物的培育速度加快，更多的適應(yīng)不同原料和工藝的環(huán)境的發(fā)酵微生物正在廣泛的研究，并且這些微生物的沼氣轉(zhuǎn)化率非常高，能夠很好的利用發(fā)酵原料，為不斷的擴(kuò)大沼氣原料和原料利用率提供了可能。

（2）干發(fā)酵技術(shù)成為了研究的重點(diǎn)，干發(fā)酵的配套工藝和設(shè)備也是目前發(fā)展的配套工藝，將會(huì)有很大的作為。

（3）在沼氣的后處理方面，發(fā)展提取更純的沼氣和沼氣壓縮技術(shù)，為沼氣的擴(kuò)大利用提供可能。

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