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固态厌氧发酵技术实践应用

2017-8-18 11:49:36      点击:

 厌氧发酵技术在温和条件下利用厌氧微生物对生物质有机组分进行分解,产物有较高肥效,尤其是同步产生大量以高热值甲烷为主要成分的沼气可燃气并具有明显降低温室气体排放的潜力,被认为且由生命周期分析证实是最适宜、最有前景的生物质能源利用技术之一。

  其中,固态厌氧发酵是指一定湿度的水不溶性固态基质在没有或几乎没有自由水存在下借助一种或多种厌氧微生物的一个生物反应过程。固态发酵与液态发酵的本质区别是以气相而非液相为连续相,具体表现在基质中游离水的多少。

  因基质性质差异大,固体浓度分界点定义不一,以20%区分较典型。

  相对液态厌氧发酵,固态厌氧发酵技术对原料适应性强,处理负荷大;设备投资较少、管理方便;过程能耗较低;产物后处理简单且基本无废水排放。随着高效前处理技术、特效菌种的研发以及过程控制技术的提高,传统过程存在的原料利用率不高、固废排放量大和工业放大可行性程度不高等问题逐步被克服,其优势和潜能越来越明显。迄今在欧洲,固态厌氧发酵处理总固废量的10%,达430万吨,超过液态发酵规模,产沼气超过167亿m3。可见,固态厌氧发酵技术在发展中国家推广应用潜力巨大。

 

技术原理

  基于对厌氧发酵中微生物的研究,厌氧发酵过程理论认知分两阶段理论(即概括地分为产酸阶段和甲烷化阶段)、三阶段理论和四类群理论三个层次。因三阶段理论和四类群理论能较为全面地解释发酵过程,目前被广泛认可,前者将两阶段理论的产酸过程分为水解发酵阶段和产氢产乙酸阶段,突出发酵阶段产氢产乙酸菌的作用,其分解近40%的挥发性脂肪酸转化成乙酸及H2;后者进一步强调同型产乙酸菌的作用,其在产酸过程中利用生成的H2还原约12%的CO2为乙酸。

  工程上出于成本控制和过程调控困难等方面考虑,通常仍简单划分为生化条件差异显着的水解酸化和甲烷化两个阶段,至多使用两个反应器(水解反应器和甲烷化反应器)。发酵基质(复杂大分子、不溶性有机物)在细菌胞外酶作用下转化为小分子、溶解性有机物(主要是高级脂肪酸,还包括低糖、氨基酸等)这一水解过程通常显着影响发酵全过程,在基础研究和工程应用中都备受关注。

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