针对农村大量剩余秸秆处理、处置不当产生的环境污染与资源浪费等实际问题，以秸秆无害化处理与资源化利用为目的，开展固-液两阶段厌氧沼气发酵工艺研究。
1. 原料预处理
取自然风干玉米秸秆（TS含量85-89%），经粉碎直径约2-5mm。
2. 厌氧发酵过程：
采用水平车库式固体产酸发酵反应器与CSTR反应器组合发酵工艺，对以秸秆为主的农业废弃物进行两阶段沼气发酵试验研究，具体过程为：
秸秆与畜禽粪便按比例混合，以前批次固体产酸发酵残渣为接种物，进行固体产酸发酵（进料TS为20.3-26.7%），产生的酸化液进入改进的CSTR反应器进行产甲烷发酵。发酵工艺中通过沼液与酸化液回流，对固体产酸发酵原料进行浸泡、接种与增温，提高固体原料产酸效率；通过固体产酸反应器与液体产甲烷反应器的匹配协调，提高甲烷产率，实现沼液零排放，解决二次污染问题。
3. 厌氧发酵结果：
混合发酵原料TS、VS平均去除率分别为51.1%和55.0%，原料转化率为0.27L/（g?VS）产甲烷相容积产气率达1.0-1.3L3/（L3?d），稳定运行期沼气中甲烷含量为60.4%-69.2%，二氧化碳为22.6-30.1%，硫化氢含量为2899-3922ppm。    

 
图1 两阶段发酵试验装置图1

图2 秸秆发酵后残渣  

秸秆两阶段沼气发酵
一、成果简介
① 关键工艺技术：作物秸秆两阶段沼气发酵技术
② 依托项目：科技部科研院所技术开发研究专项“农业固体废弃物厌氧两相沼气发酵技术研究”
③ 完成单位：农业部环境保护科研监测所
④ 主要负责人：张克强、杜连柱
⑤ 联系电话：022-23616689
二、突破的关键技术及创新点概述
1. 关键技术
① 针对农作物秸秆中木质纤维素含量高、难于降解等问题，筛选出高效复合微生物预处理菌剂，并形成一套微生物预处理方法；
② 通过固相发酵反应器与液态产甲烷反应器间的高效耦合技术研究，避免了秸秆高固体发酵过程中酸败问题；
③ 采用分子生物学方法（T-RFLP、克隆文库等）研究秸秆厌氧沼气发酵过程中微生物群落组及动态变化，并提出微生物调控措施提高容积产气率。
2. 创新点
① 开发以白腐真菌为主体的复合微生物预处理菌剂，对秸秆进行预处理，提高秸秆木质纤维素降解率；
② 通过固态反应器和液态反应器耦合，实现厌氧两阶段消化技术和设备的集成，提高秸秆原料厌氧消化产气效率，实现沼液零排放；
③ 采用气动搅拌方式，解决了高固体原料发酵搅拌困难、效率低和能耗高的问题。
三、主要技术指标
① 混合发酵原料TS、VS平均去除率在50.0%以上，原料甲烷转化率达0.25L/(g?VS)以上；
② 产甲烷阶段容积产气率达1.0L3/（L3?d），沼气中甲烷含量60.0%以上。
四、主要成果及应用前景
1. 主要成果
围绕秸秆两阶段沼气发酵新技术体系，获国家发明专利1项，发表论文7篇。该技术工艺已在“十二五”国家科技支撑项目和2012年天津市科技支撑项目中农业固体废弃物污染控制与资源化利用中获得应用，并通过中试示范工程得到了进一步熟化。
授权专利
一种白腐真菌发酵的秸秆饲料及其制备方法（200910069543.8），发明专利，农业部环境保护科研监测所。
代表论文
[1]杜连柱,陈羚,杨鹏,张克强.猪粪秸秆不同物料比对固体产酸发酵效果影响.农业工程学报,2010,26(7):272-276.
[2]杜连柱,陈 羚,张克强.低强度空气搅拌对猪粪秸秆固体产酸发酵效果影响.环境工程学报,2011,5(1):209-213.
[3]陈 羚,杜连柱,董保成等.接种物与猪粪秸秆比对初次启动固体酸化过程的影响.农业工程学报, 2011, 27(12): 204-209.
相关项目：
该技术已在“十二五”国家科技支撑项目“华北集约化农区农业面源污染防控技术集成与示范”和天津市2012年科技支撑项目“都市农业面源污染控制关键技术研究与示范”中得到进一步研究与应用。
2. 应用前景
该技术可在我国不同地区进行示范推广，有利于有效减缓秸秆类固体废弃物导致的环境污染，并产生清洁能源，而且基本没有沼液外排，实现零排放，避免了二次污染，具有广阔市场应用前景。

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