生物燃气技术及工程的发展现状

作者：陈海平

来源：《科技创新导报》 2013年第11期

（中海石油气电集团有限责任公司技术研发中心 北京 100007）

摘 要：随着经济社会的发展，人们对于能源的利用逐渐增加，使得不可再生能源利用出现危机，面临资源短缺的问题。生物燃气作为一种利用微生物发酵来获取人类需要的能源，这种能源属于可再生能源，并且原料是生活垃圾和农业生产的废料，设备制造业较为简单，其体现的价值正被越来越多的人认可。经过许多人不断的理论和实践研究，生物燃气技术已经得到了多方面改善，开发出了多种发酵工艺，目前在所有的发酵工艺中相对高效的技术是全混式中温发酵。目前，欧洲几个经济较为发达的国家（特别是德国），这方面的技术较为先进，生物发酵被大范围的用于发电和取暖。论文主要介绍了生物燃气技术发展的最新成果，提出了技术今后的发展方向。

关键词：生物燃气 发酵技术 反应器 沼气

中图分类号：S216 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)04(b)-0062-01

生物燃气经常说的沼气，沼气发酵是指有机物在厌氧的条件下，被沼气微生物分解代谢，最后形成以甲烷和二氧化碳为主体的混合气体，是一个生物化学过程。沼气发酵的原料是供给微发酵生物，进行正常生命活动所需的营养和能量，是不断生产沼气的物质基础。沼气的来源十分丰富，主要是农业的剩余物包括秸秆、杂草、树叶等，还有猪、牛、羊、马等家禽的粪便，工农业产品的废水废物（如豆制品的废水、酒精和糖渣），还包括大部分的水生植物,这些都是能够用来生物发酵的理想原料。

沼气发酵工艺是指从发酵原料到生产沼气的整个过程所采用的技术和方法。这个过程主要包括原料的收集和预处理，接种物的选择和富集，消化器的启动和日常操作管理及其他相应的技术措施。

1 沼气发酵中的微生物

沼气是有机物质在厌氧条件下通过大量的不同种类的微生物分解代谢产生的。凡参与把有机物质分解、发酵、代谢、转化为沼气的微生物统称为沼气微生物，也叫沼气细菌。由于有机物分解为沼气是一个非常复杂的过程，因此沼气细菌不仅仅是一种单一的细菌，而是由许多细菌组成的总称，据相关统计，沼气细菌拥有几十个属上千种之多。在沼气厌氧发酵过程中沼气细菌是最活跃的因素，他们能把各种有机物固体和处于溶解状态的复杂有机物，按照各自的营养需求进行分解转化，最终形成沼气。但是，沼气细菌把有机物分解为甲烷需要在没有氧气和没有氧化剂的环境下才能进行，同时PH值也要符合一定的条件，因此，沼气发酵又可以叫做厌氧发酵。将这些发酵细菌按其在发酵过程中扮演的不同作用，可分为分解菌和产甲烷菌两大类。

在沼气发酵过程中，各种微生物之间的关系非常复杂，甲烷的产生式各种发酵微生物相互协同、相互制约产生的。这种复杂的关系既体现在分解菌和产甲烷菌之间，同时也体现在分解菌之间和产甲烷菌之间的相互作用。其实分解菌与产甲烷菌之间的关系主要是，不产甲烷菌为产甲烷菌提供长生和产甲烷所需要的物质，产甲烷菌又为分解菌提供生化反应解除反馈抑制；分解菌为产甲烷菌提供适宜的氧化还原条件；分解菌为产甲烷菌清除有毒物质；分解菌与产甲烷菌共同维护生化环境中适宜的pH值。

产甲烷菌是在沼气发酵过程中将各种简单的有机物转化为甲烷的微生物。从1916年俄国微生物学家分离得到了世界上第一株甲烷菌开始，目前已知的甲烷菌有5个目200多个种，主要是嗜热自氧甲烷杆菌、嗜树木甲烷短杆菌、史氏甲烷短杆菌、马氏甲烷球菌、沃氏甲烷球菌、万尼氏甲烷球菌、黑海产甲烷菌、卡利亚库产甲烷菌、运动甲烷微菌等。

2 沼气发酵工艺

沼气发酵工艺包括用户和大中型的发酵工艺工程两大类。用户类的沼气发酵工艺主要是家庭型的、较小的工艺过程，主要分布在亚洲国家，比如中国的水压式沼气池和印度的哥巴士沼气池发酵系统，这些发酵系统利用的是人和动物的粪便、污水等作为原料。我国的沼气发酵工艺从20世纪90年代开始就推广，并且不同地方的特点发展成了“三结合”、“四位一体”、“五配套”等各种各样的沼气发酵系统，带动了一大批以沼气技术作为基础的生态农业发展模式，给当地人带来了客观的经济和生态价值。中国的沼气发展工艺主要是将种植、养殖和沼气发酵等工艺有机的结合到一起，这几个过程相互促、相互协助，共同发挥3个过程的最大价值，实现有物质和能量的循环利用。如主要位于我国西北部的“五配套”生态能源模式就是主要由沼气池、厕所、太阳能、暖圈、水窖、果园灌溉等5个部分组合而成的一个相互联系相互发展的一个系统。

3 沼气的利用

沼气的用途十分广泛，目前用的最多的就是将沼气转化为热能供工厂或者农场内部使用，还可以将沼气转化为电，体居民的生活提供持续的电力支持，此外还能将剩余的电用于厌氧环境的加温，有利用生成更多的沼气。此外，沼气还能作为汽车燃料，作为汽油的代替品，目前已有多个国家建立沼气燃料的加气站，为这种汽车提供加气服务。而燃料电池作为一种新型的清洁、环保、低噪音的电池正受到许多国家的青睐，已经在整个欧洲进行了试验和示范，具有很大的发展前景。

4 发展的重点和方向

关于发酵工艺工程的发展重点和方向，从国内外看主要有以下几点。

（1）发酵微生物的培育速度加快，更多的适应不同原料和工艺的环境的发酵微生物正在广泛的研究，并且这些微生物的沼气转化率非常高，能够很好的利用发酵原料，为不断的扩大沼气原料和原料利用率提供了可能。

（2）干发酵技术成为了研究的重点，干发酵的配套工艺和设备也是目前发展的配套工艺，将会有很大的作为。

（3）在沼气的后处理方面，发展提取更纯的沼气和沼气压缩技术，为沼气的扩大利用提供可能。

参考文献

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