传统沼气工程普遍沿用污水处理技术，发酵浓度较低，水耗、热耗和能耗均相对较大，限制了我国沼气工程高效益运行，尤其在寒冷区域，我国沼气工程的稳定运行一直是行业难点。青岛能源所工业生物燃气研究中心前期开发出了高效产沼气的高浓度厌氧发酵技术，通过关键设备的创新开发及科学的流体力学模拟与优化，最终集成开发出了高浓度厌氧发酵整体反应器技术，大幅提升了厌氧反应器的物料发酵浓度，大幅降低了工程运行的水耗、热耗和能耗，从而有效提升了反应器的整体发酵效率。基于黑龙江克东县建设的产业化示范项目，于2019年12月至2020年4月，完成了整体反应器的单元调试，顺利实现了预定产气率指标，容积产气率达1.2 m3/m3。
日前，通过进一步高浓度厌氧发酵气液固三相复杂体系流体力学模拟改进，结合机械搅拌设备的改进和优化，运行负荷得到了进一步提升，单个5000m3反应器的风干秸秆进料量（干重）由15t提升至25t，有机负荷（kgVS/m3/d）由2.7提升至4.5，整体反应器进料负荷提高了60%以上，整体反应器的容积产气率（m3/m3）有望提升至2.0，从而为后续的技术指标提升和更高效运行工艺的开发提供了重要保证。
图1 通过流体模拟和优化有效提升反应器内传质效率
图2 黑龙江克东县示范工程反应器内物料被有效混匀
该技术的开发和推广获得了中国科学院战略性先导科技专项（A类）的大力支持。近期，专项项目组组织专家对示范工程进行了现场调研，认为示范工程完全采用课题组自主开发的高浓度发酵技术和全套装备，建成后将成为我国东北地区首个高效低能耗稳定运行的规模化生物天然气工程。同时，投资方飞鹤乳业集团还对技术团队的工作及示范工程的运行水平给予了充分认可，并计划以该样板示范为依托，结合飞鹤乳业打造“牧场（青储饲料）-养殖（奶牛）-粪污（秸秆）-发酵产天然气-有机肥还田”种养一体化的战略，围绕飞鹤乳业产业链建设一批规模化生物天然气工程，打造飞鹤乳业创新生态循环模式。
图3 先导专项专家组在示范工程现场调研
本项目的高效运行，为生物天然气技术在东北地区的产业推广提供了强有力的技术支撑，对解决我国东北地区秸秆综合处理、弥补天然气缺口、循环农业发展均具有重要意义。（文/赵玉中 图/魏峰）
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