生物质废弃物制氢技术

杨健

[摘 要]发酵技术、工艺伴随着人类文明的而发展，具有悠久的历史。在我们生活生产中，会产生很多具备利用价值的生物质废弃物，比如轻工业生产产生的酒糟、棉粕、豆粕都是常见的生物质废弃物，此类废弃物仍旧具备利用价值。通过固态发酵反应器，能够利用这类废弃物作为基质生产生物活性饲料、燃料，不仅能够解决此类物质的外排污染问题，还能够提高原生物质附加产值，可谓是一举两得。固态发酵反应器作为生物质废弃物资源化利用的转化场所，如何就发酵的原理进一步优化反应器也成为了发酵技术的科研新课题。

[关键词]生物质废弃物；固态发酵；发酵工业

中图分类号：TQ920.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0216-01

自20世纪末开始，环境恶化变得愈发严重，利用可回收再利用的资源加以技术手段，将具有再利用价值的生物质废弃物进行发酵处理，可以生产富含有益菌的发酵饲料或酵母培养物饲料，重新生产出的新型饲料能够替代精饲料，这种富含有益菌的生物活性饲料同时具备抑制或消灭细菌病毒的作用，缩减了抗生素饲料的生产及应用。当前进行发酵生产所采用的酒糟、豆粕、棉粕等也是其他轻工业生产活动所产生的废弃物，这类废弃物的处理也令相关产业十分头疼。为求进一步的降低多生产环节之间的成本，充分提高废料再利用的价值，提高资源的利用效率等等要求，推动着生物质废弃物发酵生产技术不断发展。

我国是农业大国，粮食生产工艺有着深远的历史，酿酒行业及粮食油脂压榨都具备相当完善的工艺及生产规模。生产产生的酒糟、豆粕、棉粕生物质难以长久保存，并且对储存環境的要求极高，非常容易发生腐烂变质，一旦发生腐败会对周边的环境造成污染。对此类生物质废弃物进行发酵处理，能够生产新型饲料，不仅解决了此类废弃物的处理问题，还提高了生物质原料的附加值。

一、固态发酵法

固态发酵这一技术伴随着人类的发展，也是人类利用微生物进行生产加工的历史证明。而固态发酵所指的常规环境要求培养基为固态，并且水分含量较充足，但不能够存在流动水，在这种环境中微生物会产生并促进发酵发展。在这一过程中，微生物的生成、发育伴随着分泌酶、分解固态底物的全过程。随着这一过程的发展，固态底物的物理性质、化学性质还会影响微生物的生长。微生物在特定条件下分解固态底物，影响分解效率因素主要有以下几点：（1）主要微生物产生的分泌酶种类；（2）微生物的生长效率及利用酶分解固态底物的效率；（3）酶与固态底物、水解产物的消耗效率；（4）酶扩散的效率；（5）固态底物与酶的反应面积；（6）固态底物的表面均匀程度；（7）最终产物的反馈抑制；（8）酶动力学等。

二、固态发酵反应器

时至今日，固态发酵反应设备，已经出现了多种形式（转鼓式、木盒式、加盖盘式、垂直培养盒式、倾斜接种盒式、浅盘式、传送带式、圆柱式等）。通过对发酵基质的运动形式能够粗略的划分为：（1）动态固态发酵反应器；（2）静态固态发酵反应器两种。

当前的动态固态发酵反应器应用较为广泛，大多为设备具备机械搅拌功能的容器式反应器。以转鼓式的固态发酵反应器为例，多采用圆柱形的封闭容器安置于机械转动系统之上，此类转鼓式的发酵器其转动系统的转动效率通常为1～16或188rpm，因为发酵作用常常会产生一些易燃易爆气体，这类气体多伴随膨胀物理变化，所以在固态发酵反应器上基本都设置了进出气系统。因为发酵反应对水分的要求较为严格，所以为了避免容器外富含杂菌的水气进入装置内，导致发酵变质，常常利用浓硫酸对进入罐体的空气除水。而静态固态发酵反应器多应用在实验室中，大多是将反应器容器放在恒温箱中，通入饱和空气，为固态发酵提供特定的空气、温度条件，在这种环境之下，科研人员能够方便地测控相应的影响因素进而分析并优化发酵过程。

三、固态反应器的创新

传统的化工设备对于固态发酵反应的传质、传热过程采用的主要手段为机械辅助传动，这种传统物理传动模式不会带动发酵反应气相的改变，操作相对稳定且具有连续性。进行机械传动是为了进一步的促进生物质基质颗粒与菌种、空气能够充分的混合，一定程上的提高了发酵效率，但这种机械发酵翻动常常会破坏发酵过程中生长出的菌丝，菌丝发生断裂会影响菌类的发酵作用。随着技术的发展，由固相翻动逐渐转为气相翻动的新发酵工艺设备方案已经成为了新的发展方向。

利用带压气体分子的侵入性及脉动特性能够改变颗粒的扩散形式转变成对流扩散，这就能够令菌体在设备周转环境下稳定地生长， 并且在精准控制温度、湿度的基础上提供保证适量氧气的供给和二氧化碳的排出优化固态发酵反应过程，并且通过改变气体供应的速度调节生物质堆积状况，籍此松动固态颗粒。压力脉动固态发酵反应器的构造非常简单，并且便于密封，在发酵的过程中能够尽可能的避免杂菌污染，改变气相所采用的风机动力需求也很小，利用压力脉动的固态发酵反应器功耗较传统机械运作反应器更小，发酵过程的控制也更严密。这种新型的固态发酵设备能够产生更多的发酵产物，就生物质废弃物的固态发酵而言，该固态发酵反应器就能够提供更多的生物活性物质，效率高，且能耗也更低，能够满足新时代、新时期的新要求。

四、总结

传统的固态发酵技术普及程度高，工艺及装备粗糙，发酵过程相对难以把控。随着技术、装备的发展，传统固态发酵反应器已经显露出疲态，利用新技术改进优化后的生物质废弃物固态发酵工艺及设备，综合性价比更高。在新时期，为求充分利用废弃物，科研工作者在充分了解发酵原理的情况下，利用固态发酵反应器生产更多的生物活性的同时也要注重降低生化过程的成本，才能够实现并促进固体废弃物资源化利用健康并和谐发展。

参考文献

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