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生物質能工程ZBY紅軟基地
第二章 沼氣與ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵ZBY紅軟基地
本章主要內容ZBY紅軟基地
第1節(jié) 沼氣的基本性質與沼氣發(fā)酵原理沼氣的基本性質與用途沼氣發(fā)酵原理ZBY紅軟基地
第2節(jié)沼氣發(fā)酵的主要影響因素沼氣發(fā)酵原料的配比沼氣發(fā)酵原料的產氣特性沼氣發(fā)酵工藝條件ZBY紅軟基地
第3節(jié) 沼氣發(fā)酵工藝類型ZBY紅軟基地
第1節(jié) 沼氣發(fā)酵與沼氣發(fā)酵微生物ZBY紅軟基地
1.1概念：沼氣與厭氧發(fā)酵ZBY紅軟基地
沼氣ZBY紅軟基地
        沼氣是有機物質厭氧發(fā)酵的產物，是一種可燃的混合氣體。其主要成分是甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2 ），以及少量的氮、氫、氧、氨、一氧化碳（CO）和硫化氫（H2S）等氣體。ZBY紅軟基地
沼氣厭氧發(fā)酵ZBY紅軟基地
        是指有機物（如農作物秸桿、人畜糞便，垃圾以及有機廢棄物等）在厭氧條件下，被沼氣微生物分解代謝，最后形成以CH4和CO2為主的混合氣體，是一個生物化學過程。ZBY紅軟基地
沼氣的主要成分ZBY紅軟基地
1.2沼氣的基本性質與用途ZBY紅軟基地
常溫常下是無色氣體，因含有少量H2S而有臭雞蛋氣味。主要成分是甲烷，故其理化性質也與甲烷類似。 ZBY紅軟基地
甲烷的熱值相當高，最高燃燒溫度可達1400℃，是一種優(yōu)質的氣體燃料；沼氣中因含有較多不可燃的CO2和其他氣體，熱值相應降低，最高燃燒溫度1200℃； ZBY紅軟基地
甲烷比空氣輕得多，而沼氣比空氣輕6%～8%，在0℃ 時的密度為1.19～1.22 kg/m3，在空氣中容易擴散；ZBY紅軟基地
甲烷的臨界液化溫度低而臨界液化壓力高－－沼氣很難液化；ZBY紅軟基地
甲烷在水中的溶解度很低，常溫常壓下單位體積的水只能溶解0.03單位體積的甲烷－－可用排水法收集沼氣和水封法貯存沼氣。ZBY紅軟基地
沼氣的用途：ZBY紅軟基地
(1) 燃燒供熱。 ZBY紅軟基地
(2) 沼氣發(fā)電及熱電聯(lián)產。ZBY紅軟基地
(3) 沼氣燃料電池。 ZBY紅軟基地
(4) 代用管道天然氣和用作汽車燃料。ZBY紅軟基地
(5) 用作化工生產原料。ZBY紅軟基地
燃燒供熱ZBY紅軟基地
以沼氣為中心的生態(tài)模式ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)電及熱電聯(lián)產ZBY紅軟基地
沼氣機車ZBY紅軟基地
1.3 沼氣發(fā)酵原理ZBY紅軟基地
1.3.1沼氣發(fā)酵微生物ZBY紅軟基地
存在：甲烷菌在自然界分布廣泛，如湖泊、沼澤、土壤中，池塘污泥中，下水道污泥、腐爛秸桿堆以及城鄉(xiāng)垃圾堆中等； 一些高等動植物體內。ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵微生物種類 ZBY紅軟基地
根據(jù)最適生長溫度，可劃分為中溫菌群(30 ～40℃)和高溫菌群(55～60℃)。ZBY紅軟基地
（1）不產甲烷菌ZBY紅軟基地
不產甲烷菌：將復雜的有機物變成簡單的小分子量的物質。不產甲烷細菌按照在生長過程中對氧氣的要求分好氧菌、專性厭氧菌和兼性厭氧菌3類。其中專性厭氧菌數(shù)量最大，是在不產甲烷階段起主要作用的菌類。ZBY紅軟基地
作用： 沼氣發(fā)酵原料中所含的碳水化合物、蛋白質和脂肪等有機物，通過不產甲烷菌的液化作用形成可溶性的簡單化合物，進入細胞內進行各種分解作用，形成有機酸、醇、酮以及二氧化碳、氫氣、氨氣和硫化氫等產物。產甲烷菌不能直接利用原料中的有機物，只有通過不產甲烷菌的作用，將有機物降解為簡單的小分子化合物后才能被產甲烷菌利用。ZBY紅軟基地
（2）產甲烷菌：ZBY紅軟基地
屬于水生古細菌門，不能利用糖類等有機物作為能源和碳源，大多數(shù)產甲烷菌能夠利用硫化物，許多產甲烷菌的生長還需要生物素。ZBY紅軟基地
對氧和氧化劑非常敏感，只能利用比較簡單的有機化合物和無機化合物，而且生長緩慢。產甲烷菌中存在對氧極為敏感的F420因子，即使存在微量的氧都會對產甲烷菌造成不利影響。ZBY紅軟基地
所有產甲烷菌都能利用氫氣和二氧化碳產生甲烷，其中絕大多數(shù)還能利用甲酸、甲醇和乙酸。在自然界沼氣發(fā)酵中，乙酸是產甲烷的關鍵性物質，大約70%的甲烷來自于乙酸。ZBY紅軟基地
馬澤氏甲烷八疊球菌甲烷菌的繁殖倍增時間一般都比較長，達4～6 d。產甲烷菌有八疊球狀、桿狀、球狀和螺旋狀4種形態(tài)ZBY紅軟基地
⑶沼氣發(fā)酵微生物之間的關系ZBY紅軟基地
①不產甲烷菌為產甲烷菌提供生長活動所需的物質和養(yǎng)分；產甲烷菌幫助不產甲烷菌為其生化反應解除反饋抑制。ZBY紅軟基地
②不產甲烷菌為產甲烷菌創(chuàng)造適合其生長和產甲烷的厭氧環(huán)境。ZBY紅軟基地
③不產甲烷菌與產甲烷菌共同調節(jié)維持沼氣池中的pH值，使其保持在一個適宜的狀態(tài)。ZBY紅軟基地
1.3.2沼氣發(fā)酵原理ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵過程，實質上是微生物的物質代謝和能量轉換過程，有機物約有90%被轉化為沼氣，10%被沼氣微生物用于自身的消耗。ZBY紅軟基地
1979年，M.P．Bryant根據(jù)大量科學事實，提出三階段厭氧發(fā)酵理論。ZBY紅軟基地
第一階段：液化階段        由微生物的胞外酶，對有機物質進行體外酶解，把固體有機物轉變成可溶于水的物質。這些水解產物可以進入微生物細胞，并參與細胞內的生物化學反應。ZBY紅軟基地
第二階段：產酸階段        上述水解產物進入微生物細胞后，在胞內酶的作用下，進一步將它們分解成小分子化合物，其中主要是揮發(fā)性酸，故此階段稱為產酸階段。參與這一階段的細菌，統(tǒng)稱為產酸菌。ZBY紅軟基地
第三階段：產甲烷階段    產氨細菌大量繁殖和活動，氨態(tài)氮濃度增高，揮發(fā)酸濃度下降，產甲烷菌大量繁殖。產甲烷菌利用簡單的有機物、二氧化碳和氫等合成甲烷。      在這個階段中合成甲烷主要有三種途徑。ZBY紅軟基地
（1） 由醇和二氧化碳形成甲烷2CH3CH2OH + CO2 → 2CH3COOH + CH44CH3OH → 3CH4 + CO2 + 2H2OZBY紅軟基地
（2） 由揮發(fā)酸形成甲烷2CH3CH2CH2COOH + 2H2O + CO2 → 4CH3COOH + CH4CH3COOH → CH4 + CO2ZBY紅軟基地
（3） 二氧化碳被氫還原形成甲烷CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2OZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵的3個階段的關系ZBY紅軟基地
3個階段是相互連接、交替進行的，它們之間保持動態(tài)平衡。 在正常情況下，有機物質的分解消化速度和產氣速度相對穩(wěn)定。如果平衡被破壞，就會影響產氣。ZBY紅軟基地
        若液化階段和產酸階段的發(fā)酵速度過慢，產氣率就會很低，發(fā)酵周期就變的很長，原料分解不完全，料渣就多。    但如果前兩個階段的發(fā)酵速度過快而超過產甲烷速度，則會有大量的有機酸積累起來，出現(xiàn)酸阻抑，也會影響產氣，嚴重時會出現(xiàn)“酸中毒”，而不能產生沼氣（甲烷）。ZBY紅軟基地
第2節(jié)  沼氣發(fā)酵的主要影響因素ZBY紅軟基地
2.1  沼氣發(fā)酵原料ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵原料既是生產沼氣的物質基礎，又是沼氣微生物進行正常生命活動所需的營養(yǎng)和能量的物質來源。ZBY紅軟基地
日常生活中的農作物秸桿、雜草、樹葉等；豬、牛、馬、羊、雞等家畜家禽的糞便；農業(yè)、工業(yè)產品的廢水廢物（如豆 制 品   廢水、酒糟和 豆 渣   等）；水生植物等。ZBY紅軟基地
2.1.1 測定沼氣發(fā)酵原料中有機質的量ZBY紅軟基地
（1） 總固體（TS）和揮發(fā)性固體（VS）ZBY紅軟基地
總固體（TS），又稱干物質，是指發(fā)酵原料除去水分以后剩下的物質。ZBY紅軟基地
測定方法為：把 樣 品  放在105℃的烘箱中烘干至恒重，此時物質的質量就是該樣 品   的總固體質量。ZBY紅軟基地
計算式如下:ZBY紅軟基地
揮發(fā) 性   固體（VS），是指原料總固體中除去灰分以后剩下的物質。ZBY紅軟基地
測定方法為：將原料總固體樣 品  在500～550℃溫度下灼燒1小時，其減輕的質量就是該樣  品  的揮發(fā)  性   固 體質量，余下的物質是樣 品   的灰分，其質量是該樣 品灰分的質量。ZBY紅軟基地
計算式如下:ZBY紅軟基地
農村常用發(fā)酵原料總固體含量（近似值）%ZBY紅軟基地
（2） 生化需氧量（BOD）ZBY紅軟基地
BOD是指微生物將溶液中的有機質分解所消耗氧的量，稱生化需氧量。ZBY紅軟基地
BOD測定：測定生化需氧量要保持一定的溫度和一定的時間，通常在20℃下，經5天培養(yǎng)后所消耗的溶解氧量，用BOD5表示，單位為kg/m3。ZBY紅軟基地
（3） 化學需氧量（COD）ZBY紅軟基地
COD是指在一定條件下，溶液中有機質與強氧化劑重鉻酸鉀作用所消耗氧的量，即稱為化學需氧量。單位為kg·m-3或mg·L-1 。1千克COD可能生產CH4約0.35m3 。ZBY紅軟基地
COD和BOD被普遍用來表示原料中含有機質的量，BOD基本上反映了能被微生物分解的有機質的量。不易被微生物分解的物質，其COD可能比BOD大得多。生活污水的BOD與COD之比常在0.4～0.8之間。ZBY紅軟基地
2.1.2  發(fā)酵原料的配比 ZBY紅軟基地
⑴碳氮比ZBY紅軟基地
碳氮比是指發(fā)酵原料中所含的碳素和氮素量之比，常用符號C/N表示。ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵原料的碳氮比是根據(jù)微生物所需要的營養(yǎng)物質而定的。碳元素為沼氣微生物的生命活動提供能源，又是形成甲烷的主要物質；氮元素是構成沼氣微生物細胞的主要物質。ZBY紅軟基地
C/N對沼氣發(fā)酵的影響ZBY紅軟基地
微生物對碳素和氮素的需求量有一定的比例。如果沼氣發(fā)酵原料中的C/N過高，例如30：1以上，發(fā)酵就不易啟動，而且產氣效果不好。當C/N過小時，過量的氮變成可溶性氮，導致料液“氨中毒”，會使發(fā)酵停止。ZBY紅軟基地
發(fā)酵原料碳氮比的計算公式:ZBY紅軟基地
例：要配成碳氮比為25：1的混合沼氣發(fā)酵原料，現(xiàn)有玉米桿500kg，人糞80kg，還需加入多少豬糞？ZBY紅軟基地
解： 設需要豬糞XkgZBY紅軟基地
       查表可知：玉米桿、人糞和豬糞的C、N含量分別為40%、0.75%， 2.5%、0.85%， 7.8%、0.6%.ZBY紅軟基地
    則:ZBY紅軟基地
⑵發(fā)酵料液的濃度ZBY紅軟基地
是指沼氣發(fā)酵料液中發(fā)酵物質的百分含量。ZBY紅軟基地
采用發(fā)酵物質總固體（TS）表示則稱總固體濃度TS%；采用揮發(fā)性固體（VS）表示則稱揮發(fā)性VS%；ZBY紅軟基地
例：使用豬糞為單一原料的消化器原料，發(fā)酵料液部重量為4000kg，所投豬糞中總固體量為320kg，則ZBY紅軟基地
要按照一定濃度來配制發(fā)酵料液，已知道投料原料數(shù)量，計算加水量：ZBY紅軟基地
2.1.3沼氣發(fā)酵原料的產氣特性 ZBY紅軟基地
（1） 產氣率  (原料產氣率、池容產氣率)ZBY紅軟基地
①原料產氣率是指單位原料質量在整個發(fā)酵過程中的產氣量。說明在一定的發(fā)酵條件（即配料、溫度、時間、濃度、酸堿度等）下，原料被利用水平的高低。ZBY紅軟基地
原料產氣率的表示方法如下:ZBY紅軟基地
②池容產氣率是指沼氣池（消化器）單位容積每天生產沼氣量的多少。其表示單位為 “m3/(m3.d)”。池容產氣率說明裝置被利用水平的高低。ZBY紅軟基地
        原料產氣率和池容產氣率說明了原料和裝置被利用水平的高低，這兩個指標是衡量沼氣生產水平的重要參數(shù)。    使用它來評價消化器時，要考慮二者的發(fā)酵條件和生產狀況。ZBY紅軟基地
（2） 產氣速度ZBY紅軟基地
產氣速度是指發(fā)酵原料投入消化器后產生沼氣快慢的程度。ZBY紅軟基地
知道了產氣速度，便于掌握消化器產氣規(guī)律，從而可以確定消化器進料、出料的時間。ZBY紅軟基地
秸桿類原料木質纖維含量高，碳氮比高，分解速度慢；糞便類原料碳氮比低，分解較快；有機廢水含有不同量的蛋白質、類脂和碳水化合物，也都比天然有機質（光合作用產物）易于分解。ZBY紅軟基地
（3）發(fā)酵原料產氣量的估算 ZBY紅軟基地
各種發(fā)酵原料能夠轉變成沼氣（甲烷）的最大數(shù)量稱為“理論產氣量”，也可以稱為發(fā)酵原料的“產氣潛力”。理論產氣量的大小取決于該發(fā)酵原料中的碳水化合物、蛋白質和類脂化合物等有機物的含量。ZBY紅軟基地
不同的發(fā)酵原料，其產氣潛力不同；同一類發(fā)酵原料，由于來源、存放時間等條件的不同，其有機物含量會有所變化，產氣潛力也有一定的變化。 ZBY紅軟基地
在日常的沼氣發(fā)酵中，原料不可能完全分解。即使分解的原料也有一部分轉化為污泥和菌體以及其他的產物而不能變成沼氣。所以實際的原料產氣量比理論產氣量要低。在中溫發(fā)酵條件下，豬糞、牛糞實際產氣量占理論產氣量的70％左右，稻草占44％左右。ZBY紅軟基地
2.2 沼氣發(fā)酵工藝條件ZBY紅軟基地
2.2.1發(fā)酵環(huán)境ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵的環(huán)境因素主要指厭氧環(huán)境、溫度和pHZBY紅軟基地
（1）嚴格的厭氧環(huán)境ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵微生物包括產酸菌和產甲烷菌兩大類，它們都是厭氧性細菌，尤其是產甲烷菌是嚴格厭氧菌，對氧特別敏感。厭氧程度一般用氧化還原電位或稱氧化還原勢來表示，單位是mV，一種物質的氧化程度愈高則電勢趨于正，而物質還原程度愈高則電勢趨于負，厭氧條件下氧化還原電位是負值。沼氣正常發(fā)酵時氧化還原電位一般均低于-300 mV。ZBY紅軟基地
（2）發(fā)酵溫度ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵微生物是在一定的溫度范圍進行代謝活動，可以在8～65℃產生沼氣，溫度高低不同產氣速度不同。在8～65℃范圍內，溫度越高，產氣速率越大，但不是線性關系。ZBY紅軟基地
40～50℃是沼氣微生物高溫菌和中溫菌活動的過度區(qū)間，它們在這個溫度范圍內都不太適應，因而此時產氣速率會下降。ZBY紅軟基地
當溫度增高到53～55℃時，沼氣微生物中的高溫菌活躍，產沼氣的速率最快。ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵溫度突然變化，對沼氣產量有明顯影響，溫度突變超過一定范圍時，則會停止產氣。ZBY紅軟基地
產氣的兩個高峰：ZBY紅軟基地
　　　　35℃左右—中溫發(fā)酵ZBY紅軟基地
　　　　54℃左右—高溫發(fā)酵ZBY紅軟基地
（3） pH值ZBY紅軟基地
沼氣微生物最適宜的pH值范圍是6.8～7.4。一般來說，當pH值﹤6或﹥8時，沼氣發(fā)酵就要受到抑制，甚至停止產氣。ZBY紅軟基地
采用測定揮發(fā)酸來控制投料量可以做到精確管理。ZBY紅軟基地
給消化器投料時，要根據(jù)pH值來控制投料量。若投料量過多，形成沖擊負荷，會造成產酸過多。在間斷投料時，料液的pH值應在7上下為宜，當pH低于6.8時，產甲烷菌的生命活動將受到抑制，正常發(fā)酵將遭到破壞。ZBY紅軟基地
當消化器出現(xiàn)超負荷情況時，一方面停止進料，一方面在必要時可以投加堿性物質（如石灰水），提高消化器內的pH值，使發(fā)酵過程得到比較快的恢復。在投料以后pH值不應低于6.5。當pH值﹤6時，則應大量投入接種物或重新進行起動。ZBY紅軟基地
2.2.2 發(fā)酵物料ZBY紅軟基地
（1）接種物接種物中的有效成分是活的沼氣微生物群體，不同來源的接種物其活性不同。擇活性強的接種物，要占投料量20%～30%。ZBY紅軟基地
①接種物的作用  ：在沼氣發(fā)酵池啟動運行時，要加入足夠的所需微生物。沼氣發(fā)酵必須有大量菌種，而且接種量的大小與發(fā)酵產氣有直接的關系。如：原料以堆漚而又添加活性污泥做接種物，產甲烷速度很大，第6天所產沼氣中的甲烷含量可達50%以上，發(fā)酵33 d甲烷含量達到72%左右。注意：如果需要進行高溫發(fā)酵，那么必須使用高溫發(fā)酵的菌種；相應地中溫發(fā)酵則需使用中溫發(fā)酵的菌種。絕對不能使用中溫發(fā)酵的菌種給高溫發(fā)酵接種，否則不能達到預期效果，因為不同溫度下的菌落具有不同的生理特 性。ZBY紅軟基地
②接種物的富集培養(yǎng)為了獲得足夠的質量好的接種物ZBY紅軟基地
培養(yǎng)方法：選擇活性較強的污泥或是人畜糞便等，添加適量（菌種量的5～10%）有機廢水或作物秸稈等，裝入可密封的容器內，在適宜的溫度條件下（常溫15～25℃，中溫35℃左右，高溫54℃左右），厭氧培養(yǎng)7～8d，控制pH=6.8～7.5，再加入適量的有機廢水，重復操作，擴大接種數(shù)量。ZBY紅軟基地
（1）接種物ZBY紅軟基地
③接種物的來源：城市下水污泥、湖泊和池塘底部的污泥以及糞坑底部沉渣，屠宰場污泥和食品加工廠污泥，污水處理廠厭氧消化池里的活 性  污泥，沼氣池本身的污泥。ZBY紅軟基地
④接種量農村沼氣發(fā)酵來說，采用下水道污泥作為接種物時，接種量一般為發(fā)酵料液的10%～15%；當采用原沼氣池發(fā)酵液作為接種物時，接種數(shù)量應占總發(fā)酵料液的30%以上；若以底層污泥做接種物，接種數(shù)量應占總發(fā)酵料液的10%以上。ZBY紅軟基地
（2）發(fā)酵原料原料既是產生沼氣的基質，又是沼氣發(fā)酵微生物賴以生存的養(yǎng)料來源。ZBY紅軟基地
①發(fā)酵原料的種類ZBY紅軟基地
各種發(fā)酵原料的產氣量和產氣速率有所不同（表2-6）。在35℃條件下常用原料每千克干物質的產氣量為0. 3～0.5 m3，在20℃條件下為表2-6所列產氣量的60%。ZBY紅軟基地
②沼氣發(fā)酵原料的配比ZBY紅軟基地
根據(jù)農村沼氣原料的來源、數(shù)量和種類，合理搭配進料。同時要注意含碳素原料和含氮素原料的合理搭配，即要有合適的碳氮比。ZBY紅軟基地
一般鮮糞和作物秸稈的重量比應控制在2:1左右，碳氮比以20～30:1為佳；碳、氮、磷比例以，10:4:0.8為宜。對于以生產農副產 品   的污水為原料的，一般氮、磷含量均能超過規(guī)定比例下限，不需要另外投加。但對一些工業(yè)污水，如果氮、磷含量不足，應補充到適宜值。ZBY紅軟基地
③原料的預處理ZBY紅軟基地
原因：農作物秸桿Ｃ含量高，難消化：木質素很難被細菌分解利用；纖維素分解慢；表面蠟質不易被微生物破壞；直接下池會大量漂浮結殼。ZBY紅軟基地
預處理方法： ZBY紅軟基地
A.切碎或粗粉碎ZBY紅軟基地
用鍘刀將秸桿切成60mm左右長短，或進行粗粉碎�？梢云茐慕諚U表面的蠟質層，而且增加了發(fā)酵原料與細菌的接觸面，可以加快原料的分解利用。同時，也便于進出料。經此處理，產氣量可提高20%左右。ZBY紅軟基地
B.堆漚處理ZBY紅軟基地
堆漚處理是先將秸桿進行好氧發(fā)酵，然后再將堆漚過的秸桿進沼氣池進行厭氧發(fā)酵。秸桿經過堆漚后，纖維束變得松散，這樣擴大了纖維素與細菌的接觸面，可以加快纖維素的分解，進而加快沼氣發(fā)酵過程的進行；ZBY紅軟基地
（3）適宜的料液濃度發(fā)酵料液濃度是指原料的總固體（或干物質）重量占發(fā)酵料液重量的比例(%)。ZBY紅軟基地
能夠進行沼氣發(fā)酵的發(fā)酵料液濃度范圍是很寬的，以1%～30%甚至更高的濃度都可以ZBY紅軟基地
農村沼氣池內發(fā)酵料液濃度應隨季節(jié)變化而不同。在夏季，發(fā)酵料液濃度可以低些，要求濃度在7%左右；冬季濃度應高一些，為10%左右。ZBY紅軟基地
發(fā)酵料液的濃度太低或太高，對產生沼氣都不利。濃度太低時，會降低沼氣池單位容積中的沼氣產量，不利于沼氣池的充分利用；濃度太高時，不利于沼氣細菌的活動，發(fā)酵料液不易分解，使沼氣發(fā)酵受到阻礙，產氣慢而少。 ZBY紅軟基地
2.2.3  發(fā)酵過程調控ZBY紅軟基地
定向人為地控制沼氣發(fā)酵全過程中的攪拌、有機負荷、壓力及添加劑和抑制劑等影響因子，可以縮短沼氣生產的周期，而且會使反應體系內的微生物的生長代謝能力得到最大的釋放。ZBY紅軟基地
（1）添加劑和抑制劑ZBY紅軟基地
①添加劑：能促進有機物分解并提高沼氣產量的物質。包括一些酶類、無機鹽類、有機物和其它無機物等。纖維纖維素酶、尿素、ＣaCO3、黑曲霉、稀土元素（Ｒ2Ｏ2）、Na、K、Ca、Mg等、活性炭粉末、甲醇和醋酸鈉、硫酸鋅等ZBY紅軟基地
②抑制劑：對沼氣發(fā)酵微生物的生命活動起抵制作用的物質。揮發(fā)酸、氨態(tài)氮（NH3-N）濃度過高時、各種農藥、很多鹽類，特別是金屬離子濃度過高時。ZBY紅軟基地
當鈉濃度高于8 000 mg/L、鉀濃度高于12 000 mg/l。、鈣濃度高于8 000 mg/L和鎂濃度高于3 000 mg/L時，都對發(fā)酵過程產生強烈的抑制作用。ZBY紅軟基地
（2）攪拌ZBY紅軟基地
目的是使發(fā)酵原料分布均勻，防止大量原料浮渣結殼，增加沼氣微生物與原料的接觸面，提高原料利用率，加快發(fā)酵速度，提高產氣量。圖2表示了幾種攪拌方法。ZBY紅軟基地
（3）壓力ZBY紅軟基地
壓力會影響氣體的組成成分，也會影響產氣量。儲氣的壓力保持在980.7 Pa (100 mmH2O)的比對照6 864.9 Pa (700 mmH2O)的總產氣量高15%。ZBY紅軟基地
主要原因：甲烷菌對壓力變化極為敏感。在進料、出料和沼氣消耗時，沼池中的壓力發(fā)生變化，對甲烷菌的生命活動有抑制作用。甲烷菌能適應較大的靜水壓力，約40米或更高，但它需要工藝來穩(wěn)定壓力。ZBY紅軟基地
穩(wěn)定壓力的方法：ZBY紅軟基地
（1）保留足夠的貯氣空間，使得用氣時氣壓變化不致過大；ZBY紅軟基地
（2）進料和出料的速度盡量保持一致，所進新鮮原料和所排出的廢料體積應相等；ZBY紅軟基地
（3）大型沼氣池應設置貯氣裝置。如我國農村推廣的一種分離式浮罩沼氣池，可保持比較穩(wěn)定的氣壓。ZBY紅軟基地
（4）有機負荷ZBY紅軟基地
有機負荷指廢水處理中每單位體積(m3)廢水或發(fā)酵罐的單體容積每天去除廢水中有機物質的數(shù)量，常用kg(TS)/(m3．d)或kg(VS)/(m3．d)及kg(COD)/(m3．d)來表示。ZBY紅軟基地
若有機負荷太低，由于營養(yǎng)物質不足，會使微生物處于饑餓狀態(tài)而導致發(fā)酵效率下降；若有機負荷太高，微生物會處于超負荷狀態(tài)，從而導致發(fā)酵體系內的酸化速度大于甲烷化速度，造成有機酸的積累，使產氣機制受到抑制，發(fā)酵不能繼續(xù)進行。因此應盡可能避免超負荷。ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵的處理能力：中溫發(fā)酵為2～3  kg(COD)/(m3．d)，高溫發(fā)酵為5 kg( COD)/(m3 ．d)。自然發(fā)酵則大大低于上兩種發(fā)酵的處理能力。在處理中如能提高污泥的濃度，可以顯著地提高處理能力。ZBY紅軟基地
 與有機負荷量密切相關的因素是投料率和滯留期。投料率是指每天向發(fā)酵罐單位容積投入的原料量[kg (TS)/(m3 ．d)]，同時排出等量的舊料。滯留期則是指原料在發(fā)酵罐內的相對停留時間，以d或h為單位。ZBY紅軟基地
第3節(jié) 沼氣發(fā)酵工藝類型ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵工藝類型ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵工藝：是指沼氣發(fā)酵從配料入池到產出沼氣的一系列操作步驟、過程和所控制的條件。ZBY紅軟基地
按照沼氣發(fā)酵的溫度、進料方法、裝置類型以及作用方式、發(fā)酵液的狀態(tài)等可以把沼氣發(fā)酵工藝分若干類型。 ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵工藝類型 ZBY紅軟基地
（一）按照沼氣發(fā)酵的溫度分類ZBY紅軟基地
通常以沼氣發(fā)酵溫度區(qū)分為：高溫發(fā)酵、中溫發(fā)酵和常溫發(fā)酵工藝。 ZBY紅軟基地
（1）、常溫發(fā)酵工藝ZBY紅軟基地
 常溫發(fā)酵工藝指在自然溫度下進行沼氣發(fā)酵，發(fā)酵溫度受氣溫影響而變化。我國農村戶用沼氣池基本上采用這種工藝。ZBY紅軟基地
特點：ZBY紅軟基地
發(fā)酵料液的溫度隨氣溫、地溫的變化而變化，一般料液溫度最高時為25℃，低于10℃以后，產氣效果很差。ZBY紅軟基地
優(yōu)點－－不需要對發(fā)酵料液溫度進行控制，節(jié)省保溫和加熱投資，沼氣池本身不消耗熱量；ZBY紅軟基地
缺點－－同樣投料條件下，一年四季產氣率相差較大。ZBY紅軟基地
南方農村沼氣池在地下，還可以維持用氣量。北方的沼氣池則需建在太陽能暖圈或日光溫室下，這樣可確保沼氣池安全越冬，維持正常產氣。 ZBY紅軟基地
（2）、中溫發(fā)酵工藝ZBY紅軟基地
 指發(fā)酵料液溫度維持在35±2℃的范圍之間。ZBY紅軟基地
特點：ZBY紅軟基地
與高溫發(fā)酵相比，消化速度稍慢一些，產氣率要低一些，但維持中溫發(fā)酵的能耗較少，沼氣發(fā)酵能總體維持在一個較高的水平，產氣速度比較快，料液基本不結殼，可保證常年穩(wěn)定運行。ZBY紅軟基地
為減少維持發(fā)酵裝置的能量消耗，工程中常采用近中溫發(fā)酵工藝，其發(fā)酵料液溫度為25~30℃。該工藝因料液溫度穩(wěn)定，產氣量也比較均衡。ZBY紅軟基地
總之，與經濟發(fā)展水平相配套，工程上采取增溫保溫措施是必要的。 ZBY紅軟基地
（3）、高溫發(fā)酵工藝ZBY紅軟基地
指發(fā)酵料液溫度維持50~60℃的范圍之間，實際控制溫度多在53±2℃。ZBY紅軟基地
特點：ZBY紅軟基地
微生物生長活躍，有機物分解速度快，產氣率高，滯留時間短。ZBY紅軟基地
采用高溫發(fā)酵可以有效地殺滅各種致病菌和寄生蟲卵，具有較好的衛(wèi)生效果，從除害滅病和發(fā)酵剩余物肥料利用的角度看，選用高溫發(fā)酵是較為實用的。ZBY紅軟基地
但要維持消化器的高溫運行，能量消耗較大。ZBY紅軟基地
一般情況下，在有余熱可利用的條件下，可采用高溫發(fā)酵工藝，如處理經高溫工藝流程排放的酒精廢醪、檸檬酸廢水和輕工食品廢水等。 ZBY紅軟基地
（二）按照進料方式分類ZBY紅軟基地
沼氣發(fā)酵微生物的新陳代謝是一個連續(xù)過程，根據(jù)該過程中的投料方式的不同，可分為連續(xù)發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵和批量發(fā)酵三種工藝。 ZBY紅軟基地
（1）、批量發(fā)酵工藝 發(fā)酵原料成批量地一次投入沼氣池，待其發(fā)酵完后，將殘留物全部取出，又成批地換上新料，開始第二個發(fā)酵周期，如此循環(huán)往復。ZBY紅軟基地
特點：ZBY紅軟基地
優(yōu)點－－投料啟動成功后，不再需要進行管理，簡單省事；缺點－－產氣分布不均衡，高峰期產氣量高，其后產氣量低，因此所產沼氣適用性較差。ZBY紅軟基地
農村小型沼氣干發(fā)酵裝置和處理城市垃圾的“衛(wèi)生坑填法”均采用這種發(fā)酵工藝。ZBY紅軟基地
（2）、半連續(xù)發(fā)酵工藝ZBY紅軟基地
 沼氣發(fā)酵裝置初始投料發(fā)酵啟動一次性投入較多的原料（一般占整個發(fā)酵周期投料總固體量的1/4~1/2）；經過一段時間，開始正常發(fā)酵產氣，隨后產氣逐漸下降，此時就需要每天或定期加入新物料，以維持正常發(fā)酵產氣。ZBY紅軟基地
特點：ZBY紅軟基地
比較容易做到均衡產氣和計劃用氣，能與農業(yè)生產用肥緊密結合，適宜處理糞便和秸稈等混合原料。 ZBY紅軟基地
我國農村的沼氣池大多屬于此種類型。 “三結合”沼氣池，就是將豬圈、廁所里的糞便隨時流入沼氣池，在糞便不足的情況下，可定期加入鍘碎并堆漚后的作物質秸稈等纖維素原料，起到補充碳源的作用。ZBY紅軟基地
（3）、連續(xù)發(fā)酵工藝ZBY紅軟基地
 沼氣池發(fā)酵啟動后，根據(jù)設計時預定的處理量，連續(xù)不斷地或每天定量地加入新的發(fā)酵原料，同時排走相同數(shù)量的發(fā)酵料液，使發(fā)酵過程連續(xù)進行下去。ZBY紅軟基地
特點：ZBY紅軟基地
發(fā)酵裝置不發(fā)生意外情況或不檢修時，均不進行大出料。ZBY紅軟基地
采用這種發(fā)酵工藝，沼氣池內料液的數(shù)量和質量基本堡持穩(wěn)定狀態(tài)，因此產氣量也很均衡。  ZBY紅軟基地
工藝流程先進，但發(fā)酵裝置結構和發(fā)酵系統(tǒng)比較復雜，造價也較昂貴，要求有充分的物料保證，否則就不能充分有效地發(fā)揮發(fā)酵裝置的負荷能力，也不可能使發(fā)酵微生物逐漸完善和長期保存下來。因為連續(xù)發(fā)酵，不致因大換料等原因而造成沼氣池利用率上的浪費，從而使原料消化能力和產氣能力大大提高。 ZBY紅軟基地
適用于大型的沼氣發(fā)酵工程系統(tǒng)。如大型畜牧場糞污、城市污水和工廠廢水凈化處理，多采用連續(xù)發(fā)酵工藝。ZBY紅軟基地
（三）按照裝置類型分類ZBY紅軟基地
（1）、無攪拌式發(fā)酵工藝ZBY紅軟基地
無攪拌且料液分層。 上層為浮渣層，中層為清液層，中下層為活性層，下層為沉渣層。ZBY紅軟基地
特點：ZBY紅軟基地
沼氣池未設置攪拌裝置，無論發(fā)酵原料為非勻質的（草糞混合物）或勻質的（糞），只要其固形物含量較高，在發(fā)酵過程中料液會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。ZBY紅軟基地
該發(fā)酵工藝因沼氣微生物不能與浮渣層原料充分接觸，上層原料難以發(fā)酵，下層常常又占有越來越多的有效容積，因此原料產氣率和池容產氣率均較低，并且必須采用大換料的方法排除浮渣和沉淀。 ZBY紅軟基地
（2）、全混合式發(fā)酵工藝ZBY紅軟基地
 采用了混合措施或裝置，池內料液處于完全均勻或基本均勻狀態(tài)，因此微生物能和原料充分接觸，整個投料容積都是有效的。ZBY紅軟基地
特點：ZBY紅軟基地
消化速度快、容積負荷率和體積產氣率高。ZBY紅軟基地
處理禽畜糞便和城市污泥的大型沼氣池屬于這種類型。 ZBY紅軟基地
（3）、塞流式發(fā)酵工藝ZBY紅軟基地
 采用這種工藝的料液，在沼氣池內無縱向混合，發(fā)酵后的料液借助于新鮮料液的推動作用而排走。ZBY紅軟基地
特點：ZBY紅軟基地
能較好地保證原料在沼氣池內的滯留時間，但在實際運行過程中，完全無縱向混合的理想塞流方式是沒有的。ZBY紅軟基地
許多大中型畜禽糞污沼氣工程采用這種發(fā)酵工藝。  ZBY紅軟基地
（四）按照作用方式分類ZBY紅軟基地
根據(jù)沼氣發(fā)酵分為“水解——產酸——產甲烷”三個階段理論，以沼氣發(fā)酵不同階段，可將發(fā)酵工藝劃分為混合（單相）發(fā)酵工藝和兩相（步）發(fā)酵工藝。 ZBY紅軟基地
（1）、混合發(fā)酵工藝（單相發(fā)酵）ZBY紅軟基地
 將沼氣發(fā)酵原料投入到一個裝置中，使沼氣發(fā)酵的產酸和甲烷階段合二為一，在同一裝置中自行調節(jié)完成。ZBY紅軟基地
特點：ZBY紅軟基地
從充分提取生物質能量、殺滅蟲卵和病菌的效果以及合理解決用氣、用肥的矛盾等方面看，該工藝很不完善，產氣效率也比較低。但該工藝流程的裝置結構比較簡單，管理比較方便，因而修建和日常管理費用相對來說，比較低廉。 ZBY紅軟基地
我國農村全混合沼氣發(fā)酵裝置，大多數(shù)采用這一工藝。ZBY紅軟基地
（2）、兩相發(fā)酵工藝ZBY紅軟基地
 也稱兩步發(fā)酵，或兩步厭氧消化。該工藝是根據(jù)沼氣發(fā)酵三個階段的理論，把原料的水解、產酸階段和產甲烷階段分別安排在兩個不同的消化器中進行。水解、產酸池通常采用不密封的全混合式或塞流式發(fā)酵裝置，產甲烷池則采用高效厭氧消化裝置，如污泥床、厭氧過濾等。 ZBY紅軟基地
一般第一級發(fā)酵裝置主要是發(fā)酵產氣，裝置安裝有加熱系統(tǒng)和攪拌裝置，以利于產氣量，產氣量可占總產氣量的50%左右；未被充分消化的物料進入第二級消化裝置，使殘余的有機物質繼續(xù)徹底分解，一般不需要攪拌和加溫。但若采用大量纖維素物料發(fā)酵，為防止表面結殼，仍需設備攪拌。 ZBY紅軟基地
（五）按照發(fā)酵液的狀態(tài)分類ZBY紅軟基地
（1）、液體發(fā)酵工藝ZBY紅軟基地
 發(fā)酵料液的干物質濃度控制在10%以下，在發(fā)酵啟動時，加入大量的水。ZBY紅軟基地
特點：進出料方便。出料時，發(fā)酵液如用作肥料，無論是運輸、貯存或施用都不方便。對于干旱地區(qū)，由于水源不足，進行液體發(fā)酵也感到困難。 ZBY紅軟基地
濕法發(fā)酵所面臨的問題是發(fā)酵后大量沼渣和沼液的利用和消納問題。ZBY紅軟基地
（2）、干發(fā)酵工藝ZBY紅軟基地
 干發(fā)酵又稱固體發(fā)酵，發(fā)酵原料的總固體濃度控制在20%以上。ZBY紅軟基地
特點：ZBY紅軟基地
干發(fā)酵用水量少，其方法與我國農村漚制堆肥基本相同。干發(fā)酵工藝由于出料困難，不適合戶用沼氣采用。ZBY紅軟基地
問題： 易使發(fā)酵原料酸化，導致沼氣發(fā)酵失敗。常用的解決方法有：①加大接種物用量，使酸化與甲烷化速度能盡快達到平衡，一般接種物用量為原料量的1/3～1/2;②將原料進行堆漚，使易于分解產酸的有機物在好氧條件下分解掉一大部分，同時降低了碳氮比(C／N)；③原料中加入1%～2%的石灰水，以中和所產生的有機酸。ZBY紅軟基地
復習思考題ZBY紅軟基地
1．論述沼氣發(fā)酵微生物的種類及其關系。ZBY紅軟基地
2．論述沼氣發(fā)酵過程的3個階段及其作用。ZBY紅軟基地
3．影響沼氣發(fā)酵的關鍵因素包括哪些？ZBY紅軟基地
4．調節(jié)發(fā)酵物料pH的方法有哪些？ZBY紅軟基地
5．沼氣厭氧發(fā)酵過程中攪拌的目的和作用是什么？ZBY紅軟基地
6．論述批量發(fā)酵的定義及其特點。ZBY紅軟基地
7．為什么沼氣發(fā)酵過程中發(fā)酵物料濃度不能過高也不能過低？ZBY紅軟基地
再    見！ZBY紅軟基地

規(guī)�；�養(yǎng)豬場沼氣工程應用技術介紹PPT課件：這是一個關于規(guī)�；�養(yǎng)豬場沼氣工程應用技術介紹PPT課件，主要介紹了沼氣技術的發(fā)展、養(yǎng)殖場沼氣工程的應用模式、沼氣工程的內容、沼氣發(fā)酵裝置、綜合利用等內容。養(yǎng)豬業(yè)是我國農業(yè)中的重要產業(yè)，對保障肉食品安全供應有重要作用，目前我國養(yǎng)豬業(yè)正由傳統(tǒng)養(yǎng)豬業(yè)向現(xiàn)代養(yǎng)豬業(yè)轉變，無論是養(yǎng)殖模式、區(qū)域布局還是生產方式、生產能力都在發(fā)生顯著變化。存在自主創(chuàng)新能力弱、食品安全問題突出、勞動力成本增高、原種依賴進口、疫病嚴重、環(huán)保壓力大、飼料資源匱乏等諸多挑戰(zhàn)。但也有自主創(chuàng)新條件改善、國際市場空間大、國內市場穩(wěn)步增長、政府支持力度大等機遇。未來的發(fā)展方向主要在“適度規(guī)模養(yǎng)殖”、“智能豬業(yè)”、“動物福利”、“低碳排放”等4個方面。在2011年，中國豬平均存欄量4.68億頭，總出欄量6.62億頭，出欄率141%。為了更方便快捷的提供信息來源，養(yǎng)豬行業(yè)發(fā)明了一款手機應用APP（含Android、IOS版本）“豆粒養(yǎng)豬版”，歡迎點擊下載規(guī)�；�養(yǎng)豬場沼氣工程應用技術介紹PPT課件哦。