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新型沼气干法发酵反应器
沼液的二次污染和经济效益低已成为现有沼气工程推广的瓶颈。近日，由农业部规划设计研究院研究员韩捷负责的“十一五”国家科技支撑计划重大项目——农林生物质工程的“沼气规模化干法厌氧发酵技术与装备研究”课题取得的进展有效解决了这一问题。该研究成果发表在《农业工程学报》2008年第10期上。
据介绍，该研究研制成了一种新型沼气干法发酵反应器——覆膜槽生物反应器（Membrane Covered Trough bioreactor，简称MCT），并以MCT为核心，改进和优化集成现有沼气技术，开发出新型规模化干法沼气发酵技术与成套装备。
按发酵原料干物质含量的不同，沼气技术分为湿法发酵和干法发酵两类。现有沼气工程采用湿法发酵技术，发酵原料呈液态，干物质含量一般在8％以下，沼气发酵剩余物——沼液处理不当极易造成二次污染，料液升温一般靠燃煤加热，沼气生产成本较高。沼气干法发酵原料的干物质含量在20％～40％，呈固态，无沼液消纳问题，发酵剩余物可制成有机肥料，基本上实现零污染物排放，可利用固体物料好氧发酵升温，经济效益较好，但沼气干法发酵规模化生产有较大难度。
MCT包括一个用于容纳物料的槽体、一个用于覆盖槽体的柔性膜及一个可使柔性膜密封覆盖槽体的联接装置。通过联接装置，可方便地封膜、揭膜，实现反应器厌氧——好氧状态的快捷转换。
在项目的中试阶段，北京市某奶牛场建设的总容积180立方米（2个MCT）的规模化干法沼气发酵工程已成功运行，该干法沼气工程以牛粪和玉米秸秆为发酵原料，采用装载机进出料，容积产气率0.598m3/m3·d，沼气甲烷含量55%～60%。
固体有机原料首先在未覆盖柔性膜的反应器内进行好氧发酵，提高物料温度；再由柔性膜气密性的覆盖槽体，充分利用物料好氧发酵获得的生物能，使物料中温厌氧发酵（35℃～42℃）生产沼气，不需外加热源。
该项技术不仅生产出了农村十分紧缺的清洁燃料，还能得到优质有机肥料——解除柔性膜密封，让反应器内的沼气发酵剩余物再进行好氧发酵，去掉过多的水分，便能生产出有机肥料，并实现零污染物排放。
“畜禽粪便、农作物秸秆、食品加工废弃物和生活垃圾等有机固体废弃物，都可以成为我们这项技术的原料。”韩捷在接受《科学时报》采访时说，“这项技术对大规模实现农业固体废弃物的转化和利用，有效减少农业废弃物对环境的污染将发挥重要作用。”
规模化沼气干法发酵技术的成熟，将使“一村一个沼气肥料站”的远景构想逐步变为现实。“一方面使管理更加容易，另一方面也能节约用地。”韩捷说。
韩捷解释说，建一个供300户用气量的沼气肥料站，需要投资300万元左右。虽然成本较现在普遍的户用沼气高出不少，但除了能生产沼气外，每3吨农业固体废弃物还能产出1吨肥料。
据介绍，该项规模化干法沼气发酵技术，采用装载机进出料，在工程意义上解决了沼气干法发酵进出料难的问题；利用固体有机物料好氧发酵的生物能使物料升温，并利用深堆层固体物料的自保温性能，辅以高效的保温措施，可使物料在沼气发酵产气期保持“中温”状态，有效提高沼气产率，同时减少系统能耗，降低运行成本；采用在发酵槽上覆盖柔性膜的方法创造沼气发酵条件，可直观判断反应器气囊中的沼气存量，从而避免沼气安全事故的发生，降低了沼气生产的安全操作难度，减少了投资，提高了经济性和实用性。
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