基本信息
- 项目名称：
- 酒糟和果渣厌氧发酵产沼气特性研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 研究采用果渣和酒糟为原料，具有原料来源广泛的优点，理论上完全能够作为厌氧发酵的原料；将企业的废弃物厌氧发酵转化为生物气，既可解决果渣和酒糟所带来的污染问题，又能生产可再生清洁能源；且产生的沼渣呈固态，可直接作为有机肥料使用，几乎没有沼液的排放，是一个符合循环经济要求的清洁生产过程。对果渣、酒糟来讲是对它们的可利用价值的新的探索，有望发掘它们新的利用途径。
- 详细介绍：
- 生物质能在全世界每年经光合作用产生的生物质约1700亿t，其能量相当于世界主要燃料贡献的10倍，而作为能源的利用量还不到总量的1%。再生能源供应是必然趋势。许多国家将生物质能摆到重要位置,制订了相应的开发研究计划。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。美国就没有户用的小型沼气池，况且大型的以处理养殖场的畜禽粪便的沼气系统也很少，2002年有40个沼气发酵系统在使用中，主要用于发电和供暖，同时也消除臭味，直接燃烧气体以减少甲烷的排放。俄罗斯主要发展工厂化生产的小型高效沼气发酵装置，以组装成不同大小规模的装置来处理农场的畜禽粪便，以获得沼气、热能和电能。德国也对生物质能源的研究非常重视，也发展农村户用的小型沼气池和大型的沼气设备，主要用于发电，同时建造沼气池的材料上也从混凝土到钢材的应用。尼泊尔的沼气是1955年引进的，其发展应用极为迅速。印度的沼气发展也是由来已久，与我国的农村户用沼气的发展和应用非常类似。其主要的目的是满足农村地区家庭和社区对能源的需求，发酵原料以牛粪为主，产生的沼气以炊事为主，发酵残留物作为有机肥料。可以看出，各国对沼气系统的不可替代的功能都非常重视，并因地制宜的发展本国的厌氧发酵系统。据测算，中国理论生物质能资源为50亿t左右标准煤，是目前中国总能耗的4倍左右。按目前的沼气技术水平能转化成沼气3111.5亿m3，户均达1275.2 m3。 我国是世界上水果的主产国之一，每年水果产量达2 400万t，其中约38％的被用来深加工。随着水果种植业和加工业的发展，果渣产量日益增加。我国白酒常年产量约为500万吨，随之而来的副产品酒糟的年产量约为1500万吨，这是一个不小的数字。因而充分而有效的对酒糟加以综合利用，既可以减轻环境污染，又可以节约粮食、降低成本。综合来看，由于鲜果渣和酒糟粗纤维含量、糖类等含量高，因此可以作为厌氧发酵的原料来制取沼气具有得天独厚的条件。 将企业的废弃物厌氧发酵转化为生物气，既可解决果渣和酒糟所带来的污染问题，又能生产可再生清洁能源；且产生的沼渣呈固态，可直接作为有机肥料使用，几乎没有沼液的排放，是一个符合循环经济要求的清洁生产过程。如何解决企业废弃物的变“废”为“宝”，对提高企业的经济效益、净化周围的环境具有重大意义，其合理、高效、经济、高值的处理工艺研究是一项急需解决的重要问题。 目前对于果渣、酒糟的大部分研究都是产氢气的研究，对于产沼气的研究较少，本实验原料的采用对于沼气发酵来讲是新的研究材料，对果渣、酒糟来讲是对它们的可利用价值的新的探索，有望发掘它们新的利用途径。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 利用各种废弃物进行厌氧发酵，生产清洁能源正受到人们的广泛关注。研究所用原料（果渣和酒糟）的粗纤维含量、糖类含量高，在厌氧发酵制取沼气方面具有得天独厚的潜力。我国每年用来深加工的水果达912万t，果渣产量日益增加。我国白酒年产生的副产品酒糟的产量约为1500万吨。对这些废弃物进行厌氧发酵，既减少了对环境的污染，又促进了企业增值，实现了废弃物的再利用和再循环，同时产生清洁能源、促进循环经济的发展。
科学性、先进性及独特之处
- 研究采用果渣和酒糟为原料，具有原料来源广泛的优点，理论上完全能够作为厌氧发酵的原料；利用陕西省循环农业工程技术研究中心的厌氧发酵研究平台，完全能够满足各项指标测定所需的实验仪器条件和实践经验积累；目前对于果渣、酒糟的大部分研究都是产氢气的研究，对于产沼气的研究较少，本实验原料的采用对于沼气发酵来讲是新的研究材料，对果渣、酒糟来讲是对它们的可利用价值的新的探索，有望发掘它们新的利用途径。
应用价值和现实意义
- 本项目选用前人未曾采用的果渣、酒糟作为厌氧发酵的试验材料制取沼气，并初步得出了厌氧发酵的最佳温度参数，对于进一步研究确定发酵浓度、混合原料的配比及添加剂的应用奠定了基础。
学术论文摘要
- 酒糟和果渣的优化处理是实现废弃物资源化利用的基础。【目的】本试验旨在探求酒糟和果渣厌氧发酵特性，以期解决酒糟、果渣的清洁处理及再利用问题。【方法】本试验采用自行研究设计的可控性恒温厌氧发酵装置，分别以工厂产生的果渣和酒糟为原料，常温厌氧发酵池的底物为接种物，在25～45℃温度范围内，每5℃设一个温度梯度进行试验。整个试验底物浓度为15%。【结果】结果表明：两种原料在所设温度范围内均能够发酵产生沼气，但二者累积产气量峰值出现的温度梯度不同，酒糟在30℃时累积产气量最大，为10122.4ml,25℃时的累计产气量次之；果渣在35℃时累积产气量最大，为11113.3ml，40℃时的累计产气量次之。【结论】可见用酒糟厌氧发酵生产沼气以25-30℃为佳，而果渣以35-40℃为佳。
获奖情况
- ①邢颖,李菽琳,石艳,任广鑫.酒糟和果渣的干式厌氧发酵产气特性研究[J].中国科技论文在线, 2010-11-26 (论文编号201011666). ②邢颖,李菽琳,石艳,任广鑫.酒糟和果渣厌氧发酵产沼气特性研究[J].河南农业科学,2011,25(12)：(待刊). ③获西北农林科技大学第五节“挑战杯”大学生课外学术作品竞赛二等奖。
鉴定结果
- 研究结论对于指导苹果果渣和酒糟等加工废弃物的资源化利用提供了新的思路和参考依据，具有很强的创新性，技术水平在同行中领先。适用于建厂的辅助建设和循环经济技术改造，具有实施清洁生产、低碳经济的应用前景。
参考文献
- [1] Luo Z．Wood energy in China[J]．Wood Energy News，1998，13(3)：3-19． [2] 陈小华，朱洪光．农作物秸秆产沼气研究进展与展望[J]．农业工程学报，2007，23(3)：279-283． [3] 孙振钧．中国生物质产业及发展取向[J]．农业工程学报，2004，20(5)：l-5． [4] 张光明.城市垃圾厌氧消化产酸阶段研究[J]重庆环境科学，1988,20（1）：35-37. [5] Zhang Ruihong，Zhang Zhiqin．Biogasification of rice straw with all an aerobic-phased solids digester system[J]．Bioresearch Technology，1999，68：235-245． [6] 何荣玉，刘晓风．沼气发酵外源添加物的研究进展[J]．中国沼气，2007，25(5)：8-10．
同类课题研究水平概述
- 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。俄罗斯主要发展工厂化生产的小型高效沼气发酵装置，以组装成不同大小规模的装置来处理农场的畜禽粪便，以获得沼气、热能和电能。德国也对生物质能源的研究非常重视，也发展农村户用的小型沼气池和大型的沼气设备，主要用于发电，同时建造沼气池的材料上也从混凝土到钢材的应用。由于鲜果渣和酒糟粗纤维含量、糖类等含量高，因此可以作为厌氧发酵的原料来制取沼气具有得天独厚的条件。目前对于果渣、酒糟的大部分研究都是产氢气的研究，对于产沼气的研究较少，本实验原料的采用对于沼气发酵来讲是新的研究材料，对果渣、酒糟来讲是对它们的可利用价值的新的探索，有望发掘它们新的利用途径。
