全 文 ：科技·探索·争鸣 科技视界
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0 概述
农作物制备沼气的工艺中，通过对发酵原料的预处理，可以增加
发酵过程中的生化反应表面积，提高产气率和缩短产气时间，从而提
高发酵反应器的容积利用率。对于发酵原料的预处理，通常通过物理，
化学以及生物等方式，提高纤维素以及木质素的降解程度以加速厌氧
发酵的产气率。 这方面的研究主要有:
杨立 [1]等人使用 NaOH 强碱性的溶液来预处理稻杆，通过研究使
用不同浓度的氢氧化钠以及氢氧化钠水溶液加热预处理和水浴温度
对厌氧发酵产沼气的影响。
覃国栋 [2]等人对水稻杆秆化学酸预处理，研究其对沼气发酵的影
响。 实验所需的水稻杆用切割机切成 2cm~3cm 大小， 分别采用 2%、
4%、6%、8%的酸对水稻稻秆预处理。 实验结果可以表明，酸预处理可
明显改善水稻秆产沼气量，提升产气率。
楚莉莉 [3]等人利用沼渣液对小麦稻秆进行预处理，研究其对厌氧
发酵产气特性的影响，实验在 25℃左右的条件下进行。 相对于未通过
沼渣液处理的小麦稻秆，预处理后的小麦稻秆的碳氮比下降至 20~30:
1，甲烷的平均含量为 64%~71%。
Kouichi Izuin[4]等人研究不同粒径的食品废弃物对厌氧消化的影
响。实验结果表明，相比于用普通破碎机进行的破碎，用玻珠研磨机在
l5OOrpni 速度下进行的破碎，可使沼气产量增加 28%。 若食物废弃物
的粒径过小，将导致挥发性脂肪酸的积累，沼气的产量和粒径的增溶
性也会相应降低。
S.Menardo[5]等人研究小麦，大麦，水稻和玉米四种不同的秸秆，研
究其粒径大小和热处理后对沼气总产量的影响。 实验结果表明，粒径
的大小改变，可使沼气产量增加 80%以上，小麦和大麦稻秆的沼气产
量明显高于预处理前，并随着粒径的降低而增加。
从上述文献中可以看出，厌氧发酵原料的预处理主要是通过釆用
酸、碱等化学方法预处理、渣液预处理、加温法预处理等不同的预处理
方法，提升产气率和产气量。
影响农作物蔬菜类的厌氧发酵的因素很多，主要影响的因素有温
度、酸碱度、氧化还原电位、基质微生物比、原料的预处理方式、供料方
式和搅拌方式等[1]。 本文主要从黄瓜藤的鲜活度（表现为青枯比）和不
同投配率对发酵产气量和产气速率等因素的影响。
1 实验装置及实验方案
1.1 实验装置
发酵罐的容积 V1=10L，有效容积 V2=8L，装置的加热源是水浴加
热，罐体内的始终保持在 (35±0.5）℃，反应器是 CSTR 型，内部是机械
搅拌（可控制调速）。
1.2 厌氧发酵实验方案
实验采用的是 CSTR 厌氧反应器， 污泥经过预处理后配成 TS=
25%左右的基质，取上述基质 6L 放于反应器中进行驯化。 根据实验具
体的要求，将破碎处理后原料，按有机负荷每天定时向反应器中加入
相应负荷质量的原料，稳定运行 20 天。 产气量、pH 每天测定一次，二
氧化碳分析仪，甲烷分析仪每天自动记录甲烷气体量数据。
实验材料：材料为黄瓜藤，破碎后的黄瓜藤放入红色的塑料桶并
且密封封存，同时放置于阴凉处。 厌氧污泥取自泰州某正在运行的沼
气池内，其污泥性质为 PH=7.1，TS=28%，含水率=53%。
1.3 实验流程说明
发酵罐系统内主要的工作流程：
（1）热水：加热器→循环泵→夹套进水口（下）→夹套→夹套出水
口（上）→加热器
（2）沼气：沼气→减压阀→干燥除湿剂→二氧化碳检测仪→甲烷
检测仪→集气袋
2 污泥投配率对厌氧发酵实验的影响
2.1 投配率实验准备
污泥投配率对日均产体气量和微生物的活性都有较大的影响，污
泥投配率如果小的话，则污泥 COD 小，那就不能为厌氧菌种提供充分
的营养物质，进而影响生化反应的进行，即有机物的分解也就不能进
行了；同样的，投配率过大的话，污泥 COD 增大，污泥内的营养物质大
大浪费，而且积累，这可能阻碍厌氧反应的正常进行。
准备用投配率为 5%，7%和 10%进行对比试验， 通过数据来验证
投配率对厌氧反应的影响。
在实验安排中， 污泥投配率是按照青枯比为 2：1 的实验组进行
的，投配率则是按照 5%，7%和 10%，发酵时间也是 20d。 开始每天按
污泥投配率 5%、7%、10%加。罐体内的转速恒定在 20 r/min。初始反应
污泥和投配的污泥性质是 pH=7.2,TS=27.4%，含水率为 53%。
2.2 不同投配率对产甲烷气体量的影响
图 1 不同投配率下的日平均产甲烷气体量
图 1 可以直观的反映出投配率为 7%时， 日均产甲烷量所占日均
气体总量比重最高，为 72%，通过查找资料 [52]，原因是因为挥发性脂肪
酸的缘故。
在运行良好的厌氧反应器中， 产甲烷菌分解 VFA 的速度和 VFA
的产速相等。所以需要控制好 VFA 的浓度。Vieitez[6]等指出，总 VFA 浓
度超过 13000mg/L 时厌氧消化就会停止， 产甲院菌对其耐受浓度在
10000mg/L 以下。
因此，投配率为 7%时，对提升日均产气量有比较显著的效果，而
继续提高投配率时，效果不很很明显，但在后续的反应中，能持续保持
较高的日均产气量；同时，当投配率为 7%时，日均产甲烷量所占日均
气体总量是三个实验组中最高的，这对后续的沼气提纯是有帮助。
3 结语
本文黄瓜藤鲜活度实验和污泥投配率实验中，由于时间和本人水
平有限，没能从更微观的角度对它进行分析，比如可以运用厌氧发酵
动力学中的知识对实验现象进行解释建议运用国外最主流的 ADME[7]
技术尝试着分析实验数据。
【参考文献】
［1］杨立,张婷,龚乃超.稀碱法预处理对秸秆厌氧发酵产气的（下转第 282 页）
黄瓜藤厌氧发酵实验及结果和分析
刘金财 顾平道
（上海东华大学环境学院，中国 上海 201620）
【摘 要】对已有研究的沼气工程技术、相关的基本工艺，包括厌氧降解的过程、影响反应进行的因素进行总结并加以分析；选取黄瓜藤的
污泥负荷率作为厌氧发酵产沼气的原料，在可行性和适用性上进行分析。
【关键词】厌氧降解；污泥负荷率；厌氧发酵
作者简介：刘金财（1990—），男，上海东华大学环境学院。
S
农林科技
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（上接第 278 页）影响研究[J].安徽农业学报,2011,39(15):9165-9166.
［2］覃国栋,刘荣厚,孙辰.酸预处理对水稻秸秆沼气发酵的影响[J].上海交通大学
学报:农业科学版,2011,29(1):58-61.
［3］楚莉莉,李轶冰,冯永忠.沼液预处理对小麦秸秆厌氧发酵产气特性的影响[J].
干旱地区农业研究,2011,29(1):247-251.
［4］Kouichi Izumi， Yu-ki Okishio，Norio Nagao. Effects of particle size onanaerobic
digestion of food waste [J]. International Biodeterioration &Biodegration,2010,64:
601-608.
［5］S. Menardo， G. Airoldi， P. Balsari. The effect of particle size and thermal pre-
treatment on the methane yield of four agricultural by -products [J].Bioresource
technology,2011,104:708-714.
［6］Vieitez E R. Ghosh S. Biogasification of solid wastes by two-phase anaerobic
fermentation[J]. Biomass and Bioenergy,1999,16(5):299-309.
［7］马春燕,陈晶晶,浦绍瑞,王俊,刘畅.基于 ASPEN PLUS 软件的厌氧发酵过程
模拟与分析[A].勤哲文化传播（上海）有限公司.
［责任编辑：汤静］
点。
2.3 牵引系统
2.3.1 受电弓
每辆车配置一套受电弓（A车）。受电弓采用电动弓，当车辆重联
运营时，四辆车受电弓互为冗余。
受电弓配备 ADD装置：ADD由安装在车顶上的 ADD控制箱及
安装在碳滑条内的电阻式感应器组成；当受电弓弓头与接触网系统的
刚性部件发生碰撞而碳滑板被损坏时，感应器触发 ADD控制系统，受
电弓可进行自动降弓。目前，国内地铁项目使用的电动弓均无 ADD保
护功能。
2.3.2 牵引逆变器
每辆车配置两套牵引逆变器（A车、C车）。牵引逆变器采用了IGBT
模块、信号处理技术、磁场导向控制等最新技术，集成了可靠运行所需
的部件，如功率堆栈、制动斩波器、控制电子元件、主接触器、充电接触
器、滤波扼流圈、冷却风扇和防护装置等，牵引逆变器的额定视在功率
为 350kVA，最大输出电流为 700A。
牵引控制单元 TCU位于牵引逆变器内部，采用微机控制的矢量
控制方式，是带有强大的数字信号处理功能、灵活微控制器（软核处理
器）和 FPGA（现场可编程门阵列）的电子控制装置，它具有控制、监视
和保护牵引传动系统所需的全部功能，如 IGBT的控制、根据实际粘
着条件自动降低扭矩、防止驱动装置在输出处出现过电流，在直流链
路处出现过电压，防止逆变器温度过高，防止电机温度过高等保护。
2.4 辅助系统
每辆车配置一套辅助电源系统 APS（B车），APS通过受电弓从接
触网取电，然后经过熔断器的保护，进入到 APS的输入回路，为车辆
提供 440V，60Hz三相交流电输出；220V，60Hz 交流电输出；DC110V
输出；DC24V输出。正常操作模式下，APS单元可以独立于车辆控制
系统单独操作。
2.5 车辆管理系统（TMS）
车辆管理系统网络结构由三级总线组成，分别为列车总线、车辆
总线和设备级总线。列车总线用于车辆的重联，采用符合 UIC556规
范的 CAN Powerline总线；车辆总线是管理系统网络的主体，采用符
合 IEC61375-3-3标准的 CANopen网络；设备总线采用 RS485总线。
车辆管理系统系统用于监视车载牵引系统、制动系统和列车内各主要
设备的状态，实现车辆的控制、监视和诊断功能。同时 TMS具有重联控
制功能，可以实现 4列车的自动编组。车辆控制网络拓扑图见图 4。
图 4 车辆控制网络拓扑图
2.6 制动系统
车辆采用 KBGM-H液压制动系统。车辆制动系统具有常用制动、
保持制动、紧急制动、安全制动等功能，车辆制动时，优先使用电力再
生制动，当电网不能吸收再生能量时转为电阻制动。当电制动力不足
或失效时，由液压制动补足或替代。
液压制动系统主要由电子制动控制装置（BCU）、储能器、液压控
制单元（EHU）、辅助缓解单元（EDHL）、基础制动装置、磁轨制动装置、
载荷传感器、撒砂装置等组成。该系统与空气制动相比，具有响应迅
速、重量轻、设备体积小、实现更高的减速度等优点。
2.7 广播系统
广播系统采用集中控制，在司机室操纵台内安装有一套相互冗余
的电源系统，控制主机采用 3U机柜，各控制模块集中于机柜中，采用
可插拔式的嵌入结构。广播系统拓扑图见图 5。
图 5 广播系统拓扑图
2.8 空调系统
空调机组采用微机控制方式和司机手动控制。两种控制方式中，
司机手动控制优先级最高。空调微机控制方式设有 4种工况：手动、自
动、通风和停止，并可通过本车空调控制柜对空调进行控制，也可通过
TMS系统进行控制和温度设定。在手动工况时，空调机组根据各自的
温度控制器所设定的温度进行客室内温度控制；在自动工况时，空调
机组根据外界环境温度和客室温度自动调节制冷量。
2.9 车门系统
车辆采用双扇电动塞拉门，在每节车厢内的每个车门驱动装置均
配备一独立门控器，实现对每一车门的单独控制；在整个车厢内，门控
器通过 CANopen总线和本车厢的所有门控器通讯，并通过 CANopen
总线与该车厢的中央控制系统和监控系统相连接，实现整列车门的集
中控制和车门状态及故障的监控和显示。
2.10 照明
车辆设有外部照明和内部照明。车辆外部照明有前照灯、制动灯
和标志灯三种。前照灯能提供“亮”和“暗”两种照度，在“亮”照度工况
下，晴天、黑夜工作时，列车前端紧急制动距离处的照度不小于 2lx（无
其他光源）。制动灯和标志灯均设在列车两端部。客室内部照明设有正
常照明和紧急照明。照明方式采用荧光灯灯带方式，客室照明能保证
在离地板面高 800mm处测得的照明强度等于或大于 400lx。
3 结束语
菲律宾马尼拉地铁三号线车辆技术先进，具有通过线路小曲线和
大坡道的能力、列车灵活多编组的能力；具有先进的受电弓 ADD装置
和多重制动系统；具备低振动、低噪声、高载客量、高冗余等优点，整体
性能安全、可靠。
目前，车辆已顺利通过试验并交车，预计将于今年进行运营。
【参考文献】
［1］严隽耄．车辆工程[M]．北京：中国铁道出版社，1992．
［2］内田博行．日本不锈钢车辆技术[J].国外铁道车辆，2001．
［3］沈继强，卜继玲，黄运华．城轨列车铰接式转向架方案及其动力学性能研究
[J]．铁道机车车辆，2008．
［责任编辑：王楠］
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规划与设计
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