徐彬生物质能学.docVIP

中南林业科技大学课程论文 课程名称：生物能源学 论文题目：沼气研究进展 姓 名：徐彬 专 业：08生物技术一班 学 号沼气研究进展 摘要：用秸秆发酵产沼气是获取生物质能源的一种有效和潜在途径但是相应的工程实践一度遭受挫折，这源由发酵技术问题。近年来秸秆产沼气在以下方面：通过营养调节和质地改善等预处理改善原料发酵特性、在反应器中增加格栅防止漂浮结壳、时差进料调节产气平衡、变换反应器接种物和接种浓度加速反应启动以及改进发酵工艺调控反应条件等，进行了许多探索，获得了有益成果，也为进一步发展指明了方向。找到合适预处理方法改进反应器结构、开发高效商品接种物、保持沼气池温度相对恒定，以及把产酸和产气彻底分离是农作物秸秆产沼气未来努力的重点方向。 关键词：农作物秸秆；沼气；预处理；发酵工艺；研究进展与展望 研究意义：在化石能源渐趋枯竭的今天，能源紧张对全球和中国的影响都日益突出，世界开始将目光聚集到新生能源领域在太阳能、核能、风能、水能、潮汐能、地热能、生物质能等诸多新能源当中，生物质能源是最安全、最稳定的能源，也是目前国家重点鼓励的新能源领域。特别是农作物秸秆，它是一种重要的富含有机质80%-90%的生物质能源。据联合国环境规划署报道，世界上种植的各类谷物每年可提供秸秆17亿吨，沼气发酵工程可以将有机质在厌氧微生物的作用下产生一种可替代化石能源的清洁能源——沼气，在美国、希腊、瑞典以及一些发展中国家都开始对秸秆作为沼气原料生产生物质能进行了大量研究。在中国农作物秸秆也是非常丰富的，每年约为7亿吨，其中稻草、麦草和玉米秆这种秸秆占到70% 以上。中国有使用沼气的优良传统，自1949年以来实施过几次大规模的沼气池建设运动，目前在中国已经建有成千上万的沼气池。在20世纪60年代，秸秆曾作为一种主要的发酵原料，用于沼气工程实践。中国农作物秸秆产沼气潜力巨大，但是，中国目前有关秸秆作为沼气原料生产生物质能源的系统科学研究却较为缺乏。没有技术支撑，用秸秆生产沼气出现了一系列问题，因此慢慢被人们所抛弃。沼气发酵原料基本转向畜禽粪便，但是随着农村经济 的发展和农业结构调整，农村将会出现人畜分离的趋势，现有以畜粪为主的沼气池将会因无发酵原料而停止运行。因此，充分利用秸秆制取沼气必然成为中国沼气发展方向。 1 研究进展： 目前秸秆产沼气的研究可以分成原料预处理、反应器结构、反应器接种、发酵条件控制和发酵过程相分离等5个方面。 1原料预处理 对秸秆进行预处理是提高秸秆的利用率和产气率的一种有效的手段，成为目前秸秆沼气利用研究的重要内容。秸秆预处理研究体现在营养调节和质地改善两个方面。营养调节通常是调整碳氮比。质地改善主要有物理、化学和生物手段，它们都是通过一定措施改善秸秆质地和结构。 营养调节主要体现在碳氮比上，常见的做法有两种，一是与碳氮比低的发酵原料混和发酵，例如畜禽粪便等，另外就是添加一些化学元素如尿素或碳酸氢铵等。将2%的氨水和秸秆在110℃的温度下处理2h，秸秆中挥发性有机质的产气率达到0.47L/g，与没有处理的秸秆相比，产气率提高了17.5%。 物理处理主要是利用机械、热等方法来改变秸秆的外部形态或内部组织结构。在用稻草发酵产沼气中，采用研磨和切碎两种物理预处理方法处理稻草。研究发现，切碎和碾磨都能够促进秸秆的产气速率和产气潜能的发挥。但是，切碎与未切碎相比，稻草产气速率和产气潜能的变化不明显。而研磨与切碎相比得到显著效果在相同的颗粒大小下，研磨比切碎的预处理方法可提高产气量12.5%。 化学预处理就是利用化学制剂作用于作物秸秆，坏细胞壁中半纤维素与木质素形成的共价键从而达到提高秸秆消化率的目的。化学预处理通常需要辅助热处理，促进秸秆与这些化学制剂间发生反应，使更多的可溶物质释放。 生物处理就是在人工控制下，利用一些细菌、真菌等微生物的发酵作用来处理秸秆 在40℃，10d的预处理条件下,白腐菌处理后的厌氧发酵效果最好，可以达到50%的甲烷转化。利用白腐菌对玉米秸秆进行生物降解预处理在固液比为1:9，添加0.1%碳源和0.2%氮源条件下，能大幅度提高木质纤维素的降解率。 1.2反应器结构 沼气发酵自20世纪70年代以来产生多种高效反应结构，如USAB，AF等，但是农作物秸秆产沼气所用的厌氧消化反应器，结构一直非常单一，目前文献基本采用传统厌氧消化结构，很少涉及结构改进；实际调研也显示，主要是传统厌氧消化器和农村户用沼气池。但是，在传统厌氧消化器中，以农作物秸秆为原料进行沼气发酵，原料易于漂浮在料液上面，不能与微生物充分接触，减缓反应速度。同时，漂浮原料的结壳阻止沼气及时逸出。朱洪光在传统厌氧消化器上部加一格栅，能防止原料漂浮，