沼气池发酵原理及修建与管理.docx

沼气池发酵原理及修建与管理第一讲沼气发酵基础知识一、 什么是沼气在日常生活中，专门是在气温较高的夏、秋季节，人们常常能 够看到，从死水塘、污水沟、储粪池中，咕嘟咕嘟地向表面冒出许多小 气池，若是把这些小气泡搜集起来，用火去点，即可产生蓝色的火苗， 这种能够燃烧的气体就是沼气沼气实质上是人畜粪尿、生活污水和植物茎叶等有机物质在必 然的水分、温度和厌氧条件下，经凼气微生物的发酵转换而成的一种方 便、清洁、优质、高品位气体燃料，能够直接炊事和照明，也能够供热、 烘干、贮粮二、 沼气的来源 可分为天然沼气和人工沼气两大类人工沼气和天然沼气的不同气体种类制取方法可燃成分含量（％）热值（千焦/米3）人工沼气发酵法甲烷、氢气（甲烷20000—2900055—70%)天然气钻井法甲烷、丙烷、丁烷、戊烷（甲烷90%以上）； 36000左右三、沼气的成份都是以甲烷为主要成份混合气体，沼气中的主要成份是甲烷（ CH4）、二氧化碳（CO2）和少量的硫化氢（H2S）、氢（H2）、一氧 化碳（CO）、氮（N2）等气体其中甲烷约占50—70%、二氧化碳约 占30—40%，其他成份含量较少沼气中的甲烷、氢气、一氧化碳等是 能够燃烧的气体，人类主要利用这一部份气体的燃烧来取得能量。

四、沼气的性质沼气是一种无公气体，有轻微有臭鸡蛋味，燃烧后，臭鸡蛋味消 除一、热值:甲烷是一种发烧相当高的的优质气体燃料2、比重:与空气要比，甲烷的比重为，沼气较轻，分布在上层；二氧化碳较重，分布于下层3、溶解度:甲烷在水中的溶解度很小4、临界温度和压力:平均临界温度为-37°C,平均临界压力为X105帕，也是沼气只能以管道输气五、燃烧特性:一个体积的沼气需要6—7个体积的空气才能充分 燃烧第二讲沼气发酵大体原理一、沼气发酵微生物一、不产甲烷菌：不产甲烷菌能将复杂的大分子有机物变成简单 的小分子量的物质它们的种类繁多，按照作用基质来分，有纤维分解 菌、半纤维分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和一些特 殊的细菌，如产氢菌、产乙酸菌等2、产甲烷菌:有3目、7科、19属和70种，繁殖倍增时间一般都 比较长，长者达4—6天，短者3小时左右，大约为产酸菌繁殖倍产时 间的15倍产甲烷菌在自然界中广泛分布，如土壤、湖泊、沼泽中、 反刍动物（牛羊等）的肠胃道，淡水或碱水池塘污泥中，下水道污泥， 腐烂秸秆，牛马粪以及城乡垃圾堆中都有大量的产甲烷菌存在甲烷菌 的特征：（1）生长缓慢（2）严格厌氧，对02非常敏感，在有空气的 条件下能生存或死亡。

3）只能利用少数简单的化合物作为营养4） 要求中性偏碱和适宜的温度条件（5 ）代谢活动的主要产物是甲烷和CO2.二、沼气发酵进程㈠水解发酵阶段各种固体有机物通常不能进入微生物体内被微生物利用，必须在好氧和 厌氧微生物分泌的胞外酶、表面酶(纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶)的作 用下，将固体有机质水解成分子量较小的可溶性单糖、氨基酸、甘油、 脂肪酸这些分子量较小的可溶性物质就可以进入微生物细胞之内被进 一步分解利用㈡产酸阶段各种可溶性物质(单糖、氨基酸、脂肪酸)，在纤维素细菌、蛋白 质细菌、脂肪细菌、果胶细菌胞内酶作用下继续分解转化成低分子物质， 如丁酸、丙酸、乙酸以及醇、酮、醛等简单有机物质；同时也有部分氢 (H2)、二氧化碳(C02)和氨(NH4)等无机物的释放但在这个阶段中，主 要的产物是乙酸，约占 70%以上，所以称为产酸阶段参加这一阶段的 细菌称之为产酸菌㈢产甲烷阶段由产甲烷菌将第二阶段分解出来的乙酸等简单有机物分解成甲烷 和二氧化碳，其中二氧化碳在氢气的作用下还原成甲烷这一阶段叫产 气阶段，或叫产甲烷阶段第三讲 沼气发酵大体条件一、碳氮比适宜的发酵九沼气发酵原料按其物理形态分为固态原料和液态原料两类;按其成份 又有富氮原料和富碳原料之分。

九富氮原料通常指富含氮元素的人、畜和家禽和粪便，这种原料通过了 人和动物肠胃系统的充分消化，一般颗粒细小，含有大量低分子化合物 ---人和动物未吸收消化的中间产物，含水量较高因此，在进行沼气 发酵时，它们没必要进行预处置，就容易厌氮分解，产气专门快，发酵 期较短九富碳原料一般是指富含碳元素的秸秆和秕壳等农作物的残余物，这种 原料富含纤维素、半纤维素、果胶和难降解的木质素和植物蜡质干物 质含量比富氮的粪便原料同，且质地疏松，比重小，进沼气池后容易飘 浮形成发酵死区 浮壳层，发酵前一般需经预处置富碳原料厌氧分解比富氮原料慢，产气周期较长九氮素是组成微生躯体细胞质的重要原料，碳素不仅组成微生物细胞 质，而且提供生命活动的能量发酵原料的碳氮比不同，其发酵产气情 形不同也专门大从营养学和代谢作用角度看，沼气发酵细菌消耗的速 度比消耗氮的速度要快25—30 倍因此，在其他条件都具有的情形下， 碳氮比例配成 25—30:1 能够使沼气发酵在适合的速度下进行沼气池容积与家庭人口、畜禽饲养量的关系九一、沼气池容积与全家人口关系池 容（m3）6810每大可产沼气量（m3）可满足全家人口数（个）34-55-7二、沼气池容积与畜禽饲养量关系项 目成猪成鸡成牛日排数量（千克）粪便总固体（TS）（%）6m3沼气池应饲养量（头、只）2-316728m3沼气池应饲养量（头、只）3-522210 m3沼气池应饲养量（头、只）7-827833、常常利用沼气原料总固体含量发酵原料名称干物质含量（%）含水（％）人粪2080猪粪1882牛粪1783马粪2278羊粪7525鸡粪3070风干粪6535二、质优足量的菌种九接种物的来源主要有如下几处：沼气池、湖泊、沼泽、水池底部；阴 沟污泥当中；积水粪坑当中；动物粪便及其肠道当中；屠宰场、酿造厂、 豆制品厂、副食物加工等阴沟当中和人工厌氧消扮装置当中。

农村沼气一般加入接种物的量为总投料量的10%--30%在其他条件相同的情况下，加大接种量，产气快、气质好，启动不易出现偏差九三、 严格的厌氧环境九沼气微生物的核心菌群 产甲烷菌是种厌氧性细菌，对氧特别敏感，它们在生长、发育、繁衍、代谢等生命活动中都不需要空气，空气 中的氧气会使其生命活动受以抑制，乃至死亡产甲烷只能在严格厌氧 的环境中才能生长所以，修建沼气也，要严格密闭，不漏水，不漏气， 这不仅是搜集沼气和贮荐举沼气发酵原料的需要，也是保证沼气微生物 在厌氧的生态条件下生活得好，使沼气池能正常产气的需求这就是为 何把漏水漏气的沼气称为“病态池”的道理四、 适宜的发酏酵温度九温度是沼气发酵的重要外因条件，温度适宜则细菌繁衍旺盛，活力强,厌氧分解和生成甲烷的速度就快，产气就多温度是产气好不的关键九研究发觉：在10—60°C的范围内，沼气均能正常发酵产气氐于10°C 或高于10°C或高于60C都严峻抑制微生物生存、繁衍，影响产气在 这一温度范围内，一般温度愈高，微生物活动愈旺盛，产气量愈高微 生物对温度转变十分敏感，温度突升或空降，都会影响微生物的生命活 动，使产气状况恶化九通常把不同的发酵温度区分为三个范围，即把46—60C称为高温发 酵, 28—38C称为中温发酵，10—26°C称为常温发酵。

农村沼气池靠自 然温度发酵，属于常温发酵常温发酵虽然温度范围较广，但在 10—26C 范围内，温度较高，产气较好这就是为何沼气池在夏日，专门是气温 最高的 7 月产气量大，而在冬季最冷的 1 月产气很少，乃至不产气的原 因，也是农村沼气池在管理上强调冬季必需采取越冬办法，以保证正常 产气的原因五、适宜的酸碱度九沼气微生物的生长、繁衍，要求发酵原料的酸碱度维持中性，或微偏 碱性，过酸、过碱都会影响产气测定表明，酸碱度在PH=6—8之间， 都可产气，以PH=—产气量最高，PH低于6或高于9时均不产气九农村户用沼气池发酵初期由于产酸菌的活动，池内产生大量的有机 酸，致使PH下降随着发酵持续进行，氨化作用产生的氨中和一部份 有机酸，同时甲烷菌的活动，使大量的挥发酸转化为甲烷(CH4)和二 氧化碳(CO2)，使PH逐渐回升到正常值所以，在正常的发酵进程中， 沼气池内的酸碱度转变能够自然进行调解，先由高到低，然后又升高， 最后达到恒定的自然平衡（即适宜的PH）, —般不需要进行人为调节 只有在配料和管理不妥，使正常发酵进程受到破坏的情形下，才可能出 现有机酸大量积累,发酵料液过于偏酸的现象现在,可掏出部份料液, 加入等量的接种物,将积累的有机酸转化为甲烷,或添加适量的草木灰 或石灰澄清液,中和有机酸,使酸碱度恢复到正常。

六、 适度的发酵浓度九适宜的干物质浓度为4%—10%,即发酵原料含水量为90%—96%发酵 浓度随着温度的转变而转变,夏日一般为6%左右,冬季一般为8%--10%浓度太高或太低,都无益于沼气发酵浓度太高,则含水量过少,发酵 原料不易分解,并容易积累大量酸性物质,无益于沼气菌的生长繁衍, 影响正常产气浓度太低,则含水量过量,单位容积里的有机物含量相 对减少,产气量也会碱少,无益于沼气池的充分利用七、 持续的搅拌九静态发酵沼气池原料加水混合与接种物一路投进沼气池后，按其比重 和自然沉降规律,从上到下将明显的慢慢分成浮渣层、清液层大量的 微生物集聚在底层活动,因为另外接种污泥多,厌氧条件好,但原料缺 乏,同时形成的密实结壳,无益于沼气的释放九沼气池的搅拌通常分为搅拌、气体搅拌和液体三种方式机械搅拌是 通过机械装置运转达到搅拌的目的；气体搅拌是将沼气从池底部冲进去，产生较强的气体回流，达到搅拌的目的，液体搅拌是从沼气池的出 料间将发酵液抽出，然后从进料管冲入沼气池内，产生较强的液体回流， 达到搅拌的目的九农村户用沼气通过采用强制回流的方式进入人工液体搅拌，实践证明，适当的搅拌方式和强度，能够使发酵原料散布均匀，增强微生物与 原料的接触，使之获取营养物质有机缘增加，活性增强，生长繁衍旺盛， 从而提高产气量。

搅拌又能够打坏结壳，提高原料的利用率及能量转换 效率，并有利于气池的释放采用搅拌后，平均产气量可提高 30%以上第四讲 沼气发酵常常利用工艺九我国农村大多数户用沼气池的发酵工艺，从温度来看，是常温发酵工 艺；从投料方式来看，是半连结投料工艺；从料注流动方式看，是料液 分层状态工艺；按原料的生化转变进程看，是单相发酵工艺，因此其发 酵工艺属于常温、半持续投料、分层、单相发酵工艺半连续发酵工艺流程九我国农村户用沼气池一般都采用常温半持续发酵工艺生产沼气，其工艺流程如图5—10 所不，这种发酵工艺采用的主要原料是粪便和秸秆， 应控制的主要参数是启动浓度、接种物比例及发酵周期启动浓度一般 小于 6%，这对顺利启动有利接种物一般占液的总量的10%以上，秸秆较多时应加大接种物数量发酵周期按照气温情形和农业用肥情形而定第五讲 典型户用沼气池与沼气池的建设九各类有机质通过微一物的作用，进行厌氧发酵人工制取沼气的密闭装 置在我国被称为沼气池，它是生态家园的基础和核心在设计上力求简 易、实用、高效、易管，在修建上保证不漏水、不漏气九在我国，沼气通过100连年的进展历程，形成了各类各样的沼气池按储气方式，有水压式、浮罩式和气袋式三大类；按几何形状，有圆筒 形、球形、椭球形等多种形状；按发酵机制，有常规型、污泥滞留型和 附着膜型三大。