沼气发酵

第一章概论

1.1引言

沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条件下发酵，即被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。沼气是一种混合气体，可以燃烧。沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。

沼气是一种可持续利用的生态资源。利用沼气，可以节省大量的秸秆、干草等物料，有助于发酵出更多动物饲料和制作更多的纸张；沼气还可以用来做饭、照明、发电等，大大的节省了农民家庭的开支，减少了生活负担；沼气剩下的沼渣和沼液可以当作有机肥料，用于农作物和田地的施肥，增强农作物的抵抗力，减少农作物的病虫发生率，促进营养成分的吸收，改善土壤的板结，持续的保肥保水。

沼气工程技术，是一项以开发利用养殖场粪污为对象，以获取能源和治理环境污染为目的，实现农业生态良性循环的农村能源工程技术。它包括厌氧发酵主体及配套工程技术，主要是通过厌氧发酵及相关处理降低粪水有机质含量，达到或接近排放标准并按设计工艺要求获取能源—沼气：沼气利用产品与设备技术，主要是利用沼气或直接用于生活用能，或发电、或烧锅炉、或直接用于生产供暖、或作为化工原料等：沼肥制成液肥和复合肥技术，则主要是通过固液分离，添加必

要元素和成份，使沼肥制成液肥或复合肥，供自身使用或销售。

1.2我国沼气工程发展现状

随着城镇工业和农村集约化养殖业的发展, 生产过程中排出的各种有机废弃物的污染治理及其资源的综合利用, 已成为当今国际社会普遍关注的问题。在过去20 多年里, 我国利用厌氧消化技术处理工农业有机废弃物取得了较好的能源、环保和经济效益, 并逐步形成了沼气一能源环保工程规模。据报道, 全国现有大中型沼气工程60 0 多处, 总池容21 万多立方米, 年产沼气3 6 7 8万立方米, 年处工业废水和禽畜粪便能力达50 0 多万吨。我们自19 9 2年开始收集大中型沼气工程资料, 并对近百座工程进行了书面调查或实地考察。调查结果表明: “我国大中型沼气工程技术日趋成熟, 工程的整体技术水平和资源利用率近些年提高幅度较大, 各类的沼气工程, 都已从过去单纯追求能源效益, 转入注重发挥沼气技术多功能优势, 为配合菜篮子工程和改善农业生态环境, 为发展农村经济服务, 广泛地开展了沼气及发酵残余物在种植业和养殖业等生产方面的综合利用, “八五”期间建设的沼气工程与“六五”、“七五”期间作比较其工程运行稳定率提高了20 % 一3 0 %, 工程投资回收年限缩短了10 %一20 %。

当前, 大中型沼气工程存在的主要问题是: 有的工程处理技术不完善, 设备匹配不尽合理, 工程运转故障较多; 有的工程采用的厌氧消化工艺及装置与所处理的原料不相适应, 工程处理能力低, 经济效益差; 还有的工程由于原料不足, 造成设备利用率低。认真分

析总结大中型沼气工程现状, 提出巫待解决的主要技术和政策问题, 尽快完善综合系统的优化组合, 推出适合我国国情的沼气一环保、能源工程模式, 对沼气工程的稳步、持久地发展十分必要。

随着社会、经济的发展及人们生活水平的不断提高，人类对资源和能源的消耗也在不断地增加，这必将引发资源的短缺和环境的恶化。能源问题已经成为当今世界各国都面临的关系国家安全和经济、社会可持续发展的重大问题，并已演变成全球关注的焦点。伴随着全球环境问题的日益突出，世界各国政府和科学家都在寻求一种新的可再生清洁能源来替代石油、煤炭，以应对能源短缺问题。我国作为一个经济快速发展的大国，又是一个人口大国，人均资源极其匮乏，面临着经济增长和环境保护的双重压力，因此探索新的可再生能源就显得尤为重要。生物质能作为仅次于煤炭、石油和天然气的能源在整个能源系统中占有重要的地位，是人类赖以生存的重要能源。目前，生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转化和生物化学转化 3 种途径。生物质的直接燃烧是当前我国生物质能利用的主要方式。生物质的热化学转换是指在一定的温度等条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，来生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。生物质的生物化学转换包括生物质－乙醇转换和生物质－沼气转换等。乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维

素等原料经发酵来制取乙醇。沼气转化则是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体( 沼气) 。从生物质能源转化中得到的沼气，具有清洁、高效、安全和可

再生四大特征。因此，沼气工程作为一个有效处理有机废气物的环境工程，既是一个可提供干净、便利燃气的能源工程，又是一个实现废物资源化、生物质多层次利用和促进农业环境良性循环的生态工程，对于实现我国农业的可持续发展具有重要的意义。

1.3 我国沼气发展历程

迄今，我国的沼气发展历程主要经历了4 个阶段: 初始发展阶段、技术成熟阶段、快速发展阶段和建管并重阶段。从上世纪20 年代末至80 年代初为沼气工程的初始发展阶段，此阶段的沼气工程是作为一种能解决能源短缺的手段，但是由于技术不成熟，没有专业的施工队，多数沼气池质量问题突出，出现边建设边报废的情况。从上世纪80 年代到上世纪末，在各级政府的大力支持和科研人员的共同努力下，开展了大量有关沼气发酵理论及应用技术的研究，完善了沼气的生产工艺。在此阶段，我国沼气技术获得了重大突破，通过引进国外先进技术与自主研发相合，大中型沼气工程工艺技术日益成熟。同时将沼气技术与农业生产密结合起来，经过多年的实践，形成了以南方“猪─沼─果”、北方“四位一体”和西北“五配套”( 在“猪─沼─果”的基础上增加太阳能暖圈和暖棚) 为代表的农村沼气发展模式，到2000 年底全国已有农村沼气池980 万个。进入21 世纪后，农村沼气建设对促进农业结构调整、农业增效、农民增收和生态建设所起的作用日益突出，产生了良好的综合效益，沼气建设踏入了快速发展的阶段。在此阶段国家对沼气建设

的投资力度也逐步加大，仅中央便投资61． 2 亿元用于沼气建设和

发展，支持户用沼气池建设1327 万个、各类沼气工程建设4258 处，到2006 年底，全国户用沼气累计达到2200 万户。为了加强沼气建设的规范管理，自2007年以来，农业部和国家发展改革委员会先后共同印发了《全国农村沼气服务体系建设方案》和《关于进一步加强农村沼气建设管理的意见》，提出了“强化前期工作、明确管理责任、加快建设进度、严格资金管理、加强质量监管”等具体要求，以促进农村沼气的健康快速发展。

1.4我国沼气工程发展中存在的主要问题

与发达国家相比，我国沼气工程的起步较晚，工艺设计及运行经验等方面相对不足，现有的沼气工程运转状况不尽如人意，并逐渐出现了一些需要解决的问题。

1.4.1 整体技术水平低，配套设施不完善我国沼气工程整体技术水平偏低，大部分沼气工程采用常规性厌氧发酵技术，由于集约化畜禽养殖大中型沼气工程一次性投资较大，部分养殖场和养殖专业户为节省资源，用两个以上的水压式家用沼气池串联进行粪便处理。同时，配套设施不完善、可靠性差以及使用寿命短是我国沼气工程建设中存在的普遍问题。

1.4.2 沼液、沼渣得不到综合利用尽管各地政府正在大力开展“猪—沼—果( 菜、粮) ”、“四位一体”和“五配套”等循环经济模式，但仍有部分畜禽养殖场受到地理位置、交通条件或周边环境的限制，所产沼液、沼渣并未得到充分利用。

1.4.3 沼气工程用途单一目前，沼气工程多用于单一的粪污治理，尚

未形成一条系统的产业链，沼气工程的诸多效益尚未完全体现，其潜能尚有待开发。

1.4.4 行业不规范，监管力度不够一是很多沼气工程设计施工未实现标准化，缺乏施工资格认证标准，无证设计和施工的现象普遍存在。二是对大中型沼气工程的监测制度还未有效建立，有一些沼气工程由于缺少监测，出现了停止运行或者运行效果差等问题。

1.5 发展对策与措施

1.5.1 加大政策扶持力度加大中央及各地财政支持力度，推行沼气建设以奖代补制度，积极协调农行、农村信用社等金融机构为建设沼气工程用户提供适量贷款，达到农户、银行“双赢”。鼓励沼气工程综合利用将沼气工程从单一的粪污治理应用到秸秆气化处理、城市生活垃圾气化处理; 沼气应用从烧饭、点灯到发电上网、汽车燃料、提纯后与天然气管道入网等; 沼液、沼渣由简单的直接利用向加工成精装复合有机肥转变; 延伸沼气工程的应用领域，深化沼气工程的产业链发展。

1.5.2 加强沼气科研创新和人才培养支持各大院校和科研单位建立农村能源重点实验室，培养相关科技人才;支持产学研结合组建沼气技术研发中心，对关键技术，包括低温发酵技术与工艺、干发酵技术等进行研攻关，以及对沼液、沼渣商品化加工处理机械认定、搅拌器的研制、热电联产等进行系统优化研究，开发出更加适用的设备配件产品。此外，各级沼气建设主管部门要进一步加大技术培训和指导的力度，对沼气生产工和技术人员要加强沼气建设规范和综合利用技术

的培训与经验交流，相互借鉴学习。

1.5.3 强化管理，建立健全项目有效机制一是抓好项目申报，根据沼气发展规划，加强调研论证，科学编制项目文件，有计划、有重点地储备一批项目; 二是明确监管责任，各级监管部门应按照各自职责，选派业务骨干对项目进行专职监管，深入项目实施第一线，督导检查责任落实、建设进度、资金使用和工程质量等情况，并帮助项目实施单位解决实际问题和困难，对发现的问题要及时坚决整改; 三是加强质量管理，各应根据项目特点和本地实际，把好材料关和建设质量关，严格按照建设标准和规范施工。

1.6 展望

影响沼气工程建设质量与发展的因素很多 , 装备可靠性差、产气率低、冬季稳定运行差等问题, 规模化沼气工程在工艺技术、池型结构和关键设备方面与欧洲沼气工程发达国家差距较大, 这些都制约着

我国沼气工程的进一步扩大和发展。针对目前存在的问题, 可以通过开展技术创新和技术集成, 对厌氧发酵的机理进行更深入的研究和

探索, 同时加强厌氧发酵下游产品的综合利用, 组织科技力量对厌

氧发酵装置结构进行优化, 解决罐内物料加热保温和混合均一化等

问题, 研制成套设施与装备, 引进消化和自主创新并重, 实现沼气

工程技术设备的国产化、产业化和技术升级是很好的途径。我国沼气资源广泛, 潜力巨大, 促进沼气等可再生能源快速发展有助于实现

能源长期战略替代, 也有助于加强环境保护。我国已经通过立法, 将可再生能源开发利用列为能源发展的优先领域 , 并制定了可再生能

源中长期发展规划, 沼气工程面临着广阔的发展空间与机遇。通过提升我国沼气工程领域的自主创新能力和核心竞争力, 突破发展瓶颈, 加快发展培育生物燃气产业, 走出一条产业化发展之路, 将为发展清洁能源、改善民生与城乡统筹发展做出贡献。

沼气池的构造原理

2 沼气池的建造技术 沼气的基本知识 2.1.1 沼气及其产生过程 沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫它沼气。沼气含有多种气体，主要成分是甲烷(CH4)。沼气细菌分解有机物，产生沼气的过程，叫沼气发酵。根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。第一类细菌叫做分解菌，它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳(CO2)等。它们当中有专门分解纤维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有专门分解脂肪的，叫脂肪分解菌；第二类细菌叫含甲烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的过程，就好比工厂里生产一种产品的两道工序：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半成品——结构简单的化合物；再就是在甲烷细菌的作用下，将简单的化合物加工成产品——即生成甲烷。 ? 2.1.2 沼气的成分 沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氢(H2S)、氮及其他一些成分。沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重烃等气体；不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等气体。在沼气成分中甲烷含量为55%～70%、二氧化碳含量为28%～44%、硫化氢平均含量为%。 ? 2.1.3 沼气的理化性质 沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味、无臭、无毒的气体。甲烷分子式是CH4，是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单碳氢化合物。甲烷对空气的重量比是，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在20℃、千帕时，100单位体积的水，只能溶解3个单位体积的甲烷。 甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达1400 ℃左右。纯甲烷每立方米发热量为千焦。沼气每立方米的发热量约千焦，相当于千克柴油或千克煤炭充分燃烧后放出的热量。从热效率分析，每立方米沼气所能利用的热量，相当于燃烧千克煤所能利用的热量。 ? 家用沼气池的类型 随着我国沼气科学技术的发展和农村家用沼气的推广，根据当地使用要求和气温、地质等条件，家用沼气池有固定拱盖的水压式池、大揭盖水压式池、吊管式水压式池、曲流布料水压式池、顶返水水压式池、分离浮罩式池、半塑式池、全塑式池和罐式池。形式虽然多种多样，但是归总起来大体由水压式沼气池、浮罩式沼气池、半塑式沼气池和罐式沼气池四种基本类型变化形成的。与四位一体生态型大棚模式配套的沼气池一般为水压式沼气池，它又有几种不同形式。 ? 2.2.1 固定拱盖水压式沼气池 固定拱盖水压式沼气池有圆筒形(见图、球形(见图和椭球形(见图三种池型。这种池型的池体上部气室完全封闭，随着沼气的不断产生，沼气压力相应提高。这个不断增高的气压，迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内，使得水压间内的液面升高。这样一来，水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差，这个水位差就叫做“水压”(也就是U形管沼气压力表显示的数值)。用气时，沼气开关打开，沼气在水压下排出；当沼气减少时，水压间的料液又返回池体内，使得水位差不断下降，导致沼气压力也随之相应降低。这种利用部分料液来回串动，引起水压反复变化来贮存和排放沼气的池型，就称之为水压式沼气池。

沼气生产工艺流程

沼气生产工艺流程 图7-1工艺流程简图二、工艺流程简述

厌氧消化的主要粪源为项目所在地周边的养殖场的猪粪、秸秆、餐厨垃圾和园区及周边的蔬菜残余，猪粪有干清猪粪和水冲猪粪。干清猪粪、秸秆和蔬菜残余这三种原料采用固体进料系统进料，水冲猪粪和餐厨垃圾采用液体进料系统进料。 秸秆经过X-Ripper破碎机破碎后，通过铲车输送至预混池中，预混池中装有潜水搅拌机，可将破碎的秸秆和水充分混匀（TS为7.5%），混匀后的物料采用螺杆进料泵泵送至生物预处理发酵罐，生物预处理后的秸秆溢流至出料池后用螺杆泵泵送至快速混合系统。 蔬菜残余经X-Ripper破碎机破碎后，用铲车输送至固体进料系统，干清猪粪也被加到固体进料系统中，然后通过无轴螺旋输送机输送至快速混合系统，从厌氧反应器泵出的出料也被输送到快速混合系统。经预处理的秸秆、破碎的蔬菜残余、猪粪、工艺水和反应罐的出料在快速混合系统中混合并最终被输送到厌氧反应罐中。 水冲猪粪、破碎后的餐厨垃圾在混料池中混合均匀后经螺杆泵泵入厌氧反应罐中。 厌氧反应罐内设中轴搅拌装置，罐内物料呈全混状态，在适宜的碱度、温度条件下确保厌氧反应充分进行。厌氧反应产生的沼气经净化系统净化后部分供居民用气，其余部分经由净化提纯、高压储气柜储存后运送至加气站；消化罐内出来的残渣由螺杆泵输送至换热器经热交换后流入缓冲池，再由污泥泵输送入卧螺式离心分离机进行固液分离，分离后的沼渣沼液作为有机肥厂的原料，根据市场需求生产有机肥。出于安全因素的考虑，需要在变压吸附系统前设置一个沼气火炬。 设置换热器回收出料热量，进行余热利用，减少外加热量，进而减少能源消耗。设置燃煤锅炉以补充余热回收热量的不足，在厌氧消化罐内设置加热盘管，维持厌氧反应稳定运行的温度。 1、预处理工艺 秸秆单独收集，收集后先进行粉碎，然后采用生物预处理。 蔬菜残余单独收集，收集后进行破碎。 猪粪经过格栅，去除石块、塑料等大的无机物质。

化粪池是一种利用沉淀和厌氧发酵的原理

MBR工艺组合 膜生物反应器是一种由膜分离与生物处理技术组合而成的废水生物处理新工艺。膜的种类繁多，按分离机理进行分类，有反应膜、离子交换膜、渗透膜等;按膜的性质分类，有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜) ;按膜的结构型式分类，有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。 1、MBR工艺在国内的研究现状 80年代以来，膜生物反应器愈来愈受到重视，成为研究的热点之一。目前该技术己应用于美国、德国、法国和埃及等十多个国家，规模从6m3/d至13000m3/d不等。 我国对MBR的研究还不到十年，但进展十分迅速。国内对MBR的研究大致可分为几个方面： 1.探索不同生物处理工艺与膜分离单元的组合形式，生物反应处理工艺从活性污泥法扩展到接触氧化法、生物膜法、活性污泥与生物膜相结合的复合式工艺、两相厌氧工艺; 2.影响处理效果与膜污染的因素、机理及数学模型的研究，探求合适的操作条件与工艺参数，尽可能减轻膜污染，提高膜组件的处理能力和运行稳定性; 3.扩大MBR的应用范围，MBR的研究对象从生活污水扩展到高浓度有机废水(食品废水、啤酒废水)与难降解工业废水(石化、印染废水等)，但以生活污水的处理为主。

2、MBR工艺的特点 与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点： 1.高效地进行固液分离,其分离效果远好于传统的沉淀池,出水水质良好,出水悬浮物和浊度接近于零,可直接回用,实现了污水资源化。 2.膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反应器内,实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离,运行控制灵活稳定。 3.由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一,并取代了三级处理的全部工艺设施,因此可大幅减少占地面积,节省土建投资。 4.利于硝化细菌的截留和繁殖,系统硝化效率高。通过运行方式的改变亦可有脱氨和除磷功能。 5.由于泥龄可以非常长,从而大大提高难降解有机物的降解效率。 6.反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行,剩余污泥产量极低,由于泥龄可无限长,理论上可实现零污泥排放。 7.系统实现PLC控制,操作管理方便。 3、MBR工艺的组成 通常提到的膜- 生物反应器实际上是三类反应器的总称： 1.曝气膜- 生物反应器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ; 2.萃取膜- 生物反应器( Extractive Membrane Bioreactor, EMBR ); 3.固液分离型膜- 生物反应器( Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, 简称MBR )。 曝气膜 曝气膜--生物反应器(AMBR)采用透气性致密膜(如硅橡胶膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜)，以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点( Bubble Point)情况下，可实现向生物反应器的无泡曝气。

沼气发酵

沼气发酵 食品院轻化071 肖小根 目录 ?课程感言 ?沼气发酵简介 ?沼气发酵机理 ?沼气发酵工艺 ?沼气发酵工艺条件 ?沼气池的类型 ?沼气的利用与前景 ?中国发展沼气产业的现实意义 课程感言 “发酵工程原理与技术”这门课程内容分为五篇，前三篇从原料到产物阐述了发酵的整个过程后两篇是对发酵工程的延伸。第五篇讲述的“发酵工厂废物处理和清洁生产技术”是目前我们国家及至全世界都在致力于发展的技术，以应对日趋严重的能源、资源和环境危机。 整本书的主要内容侧重于对发酵工程原理的介绍，大部分内容与“工业微生物学”和“生物化工”相类似，可以说是以往学习的相关知识的综合，在学习过程中也是一种巩固。我认为学习这门课程的目的最重要还是要知道如何去运用它。在本教中关于发酵工程的应用内容不多主要集中在第五篇：关于发酵工厂废物处理和清洁生产技术的介绍。这部分内容我也大略地看过，由于全球环境污染日趋严重，节能减排、防污治污技术必然成为全球的聚集点。对于这方面的内容我也比较感兴趣，我希望能找到一种技术，通过查找一些资料来系统地它认识和了解，同时也希望以此作为一根主线用具体的例子来串连起教材的所有内容，最终我选择了沼气发酵。选择它的理由有三点：1、更贴近于实际生活；2、它能够在节能减排、资源循环利用的条件下有效地改善农村居民的生活；3、该技术已经成熟，相关资料比较多，但亟待大力推广，学习它在将来更有可能用得上。 在介绍沼气发酵这一技术中，我主要引用了：《微生物学教程》（第二版高教出版社周德庆主编）和《发酵工程》（科学出版社韦革宏杨祥主编）和百度关于沼气发酵的内容。 我希望能够通过对“沼气发酵”的全面了解，以后自己可以来建造沼气池。

如何建沼气池和原理

沼气池发酵原理及修建与管理 山东绿环动力设备有限公司杨思卫转载提供 第一讲沼气发酵基础知识 一、什么是沼气 λ在日常生活中，特别是在气温较高的夏、秋季节，人们经常可以看到，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，如果把这些小气泡收集起来，用火去点，便可产生蓝色的火苗，这种可以燃烧的气体就是沼气。 λ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一定的水分、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，可以直接炊事和照明，也可以供热、烘干、贮粮。 二、沼气的来源 λ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差异

三、沼气的成分 都是以甲烷为主要成分混合气体，沼气中的主要成分是甲烷（λCH4）、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%，其他成分含量较少。沼气中的甲烷、氢气、一氧化碳等是可以燃烧的气体，人类主要利用这一部分气体的燃烧来获得能量。 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。λλ 1、热值:甲烷是一种发热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0.55，沼气较轻，分布在上层；二氧化碳较重，分布于下层。λ 3、溶解度:甲烷在水中的溶解度很小。λ λ 4、临界温度和压力:平均临界温度为-37℃，平均临界压力为 56.64×105帕，也是沼气只能以管道输气。 λ5、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。 第二讲沼气发酵基本原理 一、沼气发酵微生物 1、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，根据作用基质来分，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。

沼气池发酵

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，特别是在气温较高的夏、秋季节，人们经常可以看到，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，如果把这些小气泡收集起来，用火去点，便可产生蓝色的火苗，这种可以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一定的水分、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，可以直接炊事和照明，也可以供热、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。 三、沼气的成分 都是以甲烷为主要成分混合气体，沼气中的主要成分是甲烷（ 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%，其他成分含量较少。沼气中的甲烷、氢气、一氧化碳等是可以燃烧的气体，人类主要利用这一部分气体的燃烧来获得能量。 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。 1、热值:甲烷是一种发热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0.55，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℃，平均临界压力为

56.64×105帕，也是沼气只能以管道输气。 5、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 沼气发酵基本原理 一、 沼气发酵微生物 1、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，根据作用基质来分，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O2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、沼气发酵过程 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(CO2)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 沼气发酵基本条件

厌氧发酵原理及其工艺

1.4 实验研究目的，技术路线 我国目前的农作物发酵制沼气技术与发达国家相比,起步较晚,大型项目的运行经验相对较少。由于我国幅员辽阔,不同地域的农作物资源种类不同,其物理和化学性质也有较大的差别,加之我国不同地区年平均气温差别较大,使我国农作物厌氧发酵制备沼气的大型项目难有统一的设计参数标准。对于不同的大型沼气项目,必须结合项目实际的农作物种类和物性、气候条件、供热条件、沼液和沼渔的消纳和后续处理工艺、农作物的价格和最大运输半径、原料的储存和供料方式、发电机组的选型等因素进行综合考虑,才能使项目实施后获得最佳的经济和社会效益。 根据我国农作物制备沼气技术的应用现状,结合本文研究的农作物制备沼气项目实际案例,本文的研究目的为:;研究发酵原料的物理化学性质和产气率,提出合理估算农作物（主要是黄瓜藤）和粒径的方法,为项目实例提供工艺选择、系统设计和经济性计算提供可靠依据。 为了实现上述目的,本文研究内容主要集中如下几个方面: （1）研究农作物破碎预处理的特点,为合理计算破碎预处理能耗提供计算方法。 （2）研究了黄瓜藤的鲜活度对发酵产气量和产气速率等因素的影响。 （3）不同投配率对发酵产气量和产气速率等因素的影响；为了厌氧发酵反应的持续反应，同时还研究不同投配率对于pH值的影响。 1.5 论文章节安排 本论文共包括六章内容。 第一章介绍课题的研究背景，国内能源消费和可再生能源利用现状，以及课题的主要研究内容和意义。 第二章厌氧发酵反应制备沼气的基本原理和影响参数。

第三章阐述农作物的破碎原理，从中说明粒度与能耗间的关系，并且从能耗的角度分析不同粒度的颗粒的耗能情况。 第四章针对需要采用实验方法对各个因素进行研究，确定实验的数据测量的方法以及实验进行过程中需要的注意事项，防止实验失败。 第五章实验采用定制CSTR厌氧反应器对黄瓜藤在中温条件下进行厌氧消化反应实验，研究系统的稳定性能和产气性能。 第六章作出对课题的总结和展望，总结本课题的研究成果，并提出不足之处和以后还需进一步研究的方向。

沼气池的构造原理(附设计图纸)

2 沼气池的建造技术 2.1 沼气的基本知识 2.1.1 沼气及其产生过程 沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发 酵作用，产生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以 人们叫它沼气。沼气含有多种气体，主要成分是甲烷(CH4)。沼气细菌分解有机物，产生沼 气的过程，叫沼气发酵。根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。第一类细菌叫做分解菌，它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳(CO2)等。它们当中有专门分解纤维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有专门分解脂肪的，叫脂肪分解菌；第二类细菌叫含甲烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用 是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的过程，就好比 工厂里生产一种产品的两道工序：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加 工成半成品——结构简单的化合物；再就是在甲烷细菌的作用下，将简单的化合物加工成 产品——即生成甲烷。 2.1.2 沼气的成分 沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氢(H2S)、氮及其他一些成分。沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重烃等气体；不可 燃成分包括二氧化碳、氮和氨等气体。在沼气成分中甲烷含量为55%～70%、二氧化碳含量为28%～44%、硫化氢平均含量为0.034%。 2.1.3 沼气的理化性质 沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、 无味、无臭、无毒的气体。甲烷分子式是CH4，是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单 碳氢化合物。甲烷对空气的重量比是0.54，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在20℃、0.1千帕时，100单位体积的水，只能溶解3个单位体积的甲烷。 甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达 1?400? ℃左右。纯甲烷每立方米发热量为36.8千焦。沼气每立方米的发热量约23.4千焦，相当于0.55千克柴油或0.8千克煤炭充分燃烧后放出的热量。从热效率分析，每立方米沼 气所能利用的热量，相当于燃烧 3.03千克煤所能利用的热量。 2.2 家用沼气池的类型 随着我国沼气科学技术的发展和农村家用沼气的推广，根据当地使用要求和气温、地质等条件，家用沼气池有固定拱盖的水压式池、大揭盖水压式池、吊管式水压式池、曲流布 料水压式池、顶返水水压式池、分离浮罩式池、半塑式池、全塑式池和罐式池。形式虽然 多种多样，但是归总起来大体由水压式沼气池、浮罩式沼气池、半塑式沼气池和罐式沼气 池四种基本类型变化形成的。与四位一体生态型大棚模式配套的沼气池一般为水压式沼气 池，它又有几种不同形式。 2.2.1 固定拱盖水压式沼气池 固定拱盖水压式沼气池有圆筒形(见图2.1)、球形(见图2.2)和椭球形(见图2.3) 三种池型。这种池型的池体上部气室完全封闭，随着沼气的不断产生，沼气压力相应提高。这个 不断增高的气压，迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内，使得水压间内 的液面升高。这样一来，水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差，这个水 也就是U形管沼气压力表显示的数值)。用气时，沼气开关打开，沼气 位差就叫做“水压”（ 在水压下排出；当沼气减少时，水压间的料液又返回池体内，使得水位差不断下降，导致 沼气压力也随之相应降低。这种利用部分料液来回串动，引起水压反复变化来贮存和排放 沼气的池型，就称之为水压式沼气池。

沼气池的建造

沼气池的建造 球形水压式沼气池构造简图 图2.2 图2.3 椭球形水压式沼气构造简图(单位：毫米) 水压式沼气池，是我国推广最早、数量最多的池型，是在总结“三结合”、“圆、小、浅”、“活动盖”、“直管进料”、“中层出料”等群众建池的基础上，加以综合提高而形成的。“三结合”就是厕所、猪圈和沼气池连成一体，人畜粪便可以直接打扫到沼气池里进行发酵。“圆、小、浅”就是池体圆、体积小、埋深浅。“活动盖”就是沼气池顶加活动盖板。 水压式沼气池型有以下几个优点： (1)池体结构受力性能良好，而且充分利用土壤的承载能力，所以省工省料，成本比较低。 (2)适于装填多种发酵原料，特别是大量的作物秸秆，对农村积肥十分有利。 (3)为便于经常进料，厕所、猪圈可以建在沼气池上面，粪便随时都能打扫进池。 (4)沼气池周围都与土壤接触，对池体保温有一定的作用。 水压式沼气池型也存在一些缺点，主要是： (1)由于气压反复变化，而且一般在4～16千帕(即40～160厘米水柱)压力之间变化。这对池体强度和灯具、灶具燃烧效率的稳定与提高都有不利的影响。 (2)由于没有搅拌装置，池内浮渣容易结壳，又难于破碎，所以发酵原料的利用率不高，池容产气率(即每立方米池容积一昼夜的产气量)偏低，一般产气率每天仅为0.15米3/米3左右。 (3)由于活动盖直径不能加大，对发酵原料以秸秆为主的沼气池来说，大出料工作比较困难。因此，出料的时候最好采用出料机械。 2.2.2 变型的水压式沼气池

图2.4 中心吊管式沼气池 (1)中心吊管式沼气池(见图2.4) 将活动盖改为钢丝网水泥进、出料吊管，使其有一管三用的功能(代替进料管、出料管和活动盖)，简化了结构，降低了建池成本，又因料液使沼气池拱盖经常处于潮湿状态，有利于其气密性能的提高。而且，出料方便，便于人工搅拌。但是，新鲜的原料常和发酵后的旧料液混在一起，原料的利用率有所下降。 图2.5 曲流布料水压式沼气池剖面图(单位：毫米) (2)曲流布料水压式沼气池(见图2.5) 该池型是由昆明市农村能源环保办公室于1984年设计成功的一种新池型。它的发酵原料不用秸秆，全部采用人、畜、禽粪便。原料的含水量在95%左右(不能过高)。该池型有如下特点： (1)在进料口咽喉部位设滤料盘。 (2)原料进入池内由布料器进行半控或全控式布料，形成多路曲流，增加新料扩散面，充分发挥池容负载能力，提高了池容产气率。 (3)池底由进料口向出料口倾斜。 (4)扩大池墙出口，并在内部设隔板，塞流固菌。 (5)池拱中央、天窗盖下部吊笼，输送沼气入气箱。同时，利用内部气压、气流产生搅拌作用，缓解上部料液结壳。 (6)把池底最低点放在水压间底部。在倾斜池底作用下，发酵液可形成一定的流动推力，实现进出料自流，可以不打开天窗盖把全部料液由水压间取出。 2.2.3 其他各种变型的水压式沼气池 除了上述两种变型的水压式沼气池外，各地还根据各自的具体使用情况，设计了多种其他变型的水压式沼气池型。如：为了减少占地面积、节省建池造价、防止进出料液相混合、增加池拱顶气密封性能的

沼气发酵工艺介绍

1.2.2 厌氧处理工艺选择 1、各类厌氧工艺性能概述 （1）完全混合厌氧工艺（CSTR） CSTR是在常规消化器内安装了搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态，该消化器常采用恒温连续投料或半连续投料运行，适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理。在该消化器内，新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵期内的发酵液混合，使发酵池底浓度始终保持相对较低的状态。而其排除的料液又与发酵液的底物浓度相等，并且在出料时微生物也一起被排出，所以，出料浓度一般较高。该消化器具有完全混合的状态，其水力停留时间、污泥停留时间、微生物停留时间完全相等，即HRT=SRT=MRT。为了使生长缓慢的产甲烷菌的增殖和冲出速度保持平衡，要求HRT较长，一般要10-15d或更长的时间，进料浓度8%-12%。中温发酵时负荷为3-4kgCOD（m3.d），高温发酵为5-6 kgCOD（m3.d）。 CSTR的优点：1.可以进入高悬浮固体含量的原料；2.消化器内物料的均匀分布，避免了分层状态，增加了底物和微生物接触的机会；3. 消化器内温度分布均匀；4.进入消化器的抑制物质，能够迅速分散，保持较低的浓度水平；5.避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象。 缺点：1.由于消化器无法做到使SRT和MRT在大于HRT的情况下运行，所以需要消化器体积较大；2.要有足够的搅拌，所以能量消耗较高；3.生产用大型消化器难以做到完全混合；4.底物流出该系统时未完全消化，微生物随出料而流失。 （2）厌氧接触工艺反应器 厌氧接触工艺反应器是完全混合式的，是在连续搅拌完全混合式厌氧消化反应器（CSTR）的基础上进行了改进的一种较高效率的厌氧反应器。反应器排出的混合液首先在沉淀池中进行固液分离，污水由沉淀池上部排出，沉淀池下部的污泥被回流至厌氧消化池内。这样的工艺既保证污泥不会流失，又可提高厌氧消化池内的污泥浓度，从而提高了反应器的有机负荷率和处理效率，与普通厌氧消化池相比，可大大缩短水力停留时间。目前，全混合式的厌氧接触反应器已被广泛应用于SS浓度较高的废水处理中。其不足之处在于，厌氧污泥经沉淀池再回流，温度变化较大，影响了厌氧处理效率的提高，同时，厌氧罐内的热能损失也较大。但因受水泵性能的限制，该装置进料的干物质浓度（TS%）为4-6%，故需配兑2.5-3倍于发酵原料重量的配料污水；还需多级“预处理”以去除堵察水泵和管道的秸草等较大固形物。 （3）厌氧滤器（AF） 厌氧滤器是采用填充材料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器，厌氧菌在填充材料上附着生长，形成生物膜。生物膜与填充材料一起形成固定的滤床。厌氧滤床可分为上流式厌氧滤床和下流式厌氧滤床二种。污水在流动过程中生长并保持与充满厌氧细菌的填料接触，因为细菌生长在填料上将不随出水流失，在短的水力停留时间下可取得较长的污泥泥龄。厌氧滤器的缺点是填料载体价格较贵，反应器建造费用较高，此外，当污水中SS含量较高时，容易发生短路和堵塞。 （4）上流式厌氧污泥床反应器（UASB） 待处理的废水被引入UASB反应器的底部，向上流过由絮状或颗粒状厌氧污泥的污泥床。随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应，产生沼气引起污泥床的扰动。在污泥床产生的沼气有一部分附着在污泥颗粒上，自由气泡和附着在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的上部。污泥颗粒上升撞击到三相分离器挡板的下部，这引起附着的气泡释放；脱气的污泥颗粒沉淀回到污泥层的表面。自由状态下的沼气和由污泥颗粒释放的气体被收集在三相分离器锥顶部的集气室内。液体中包含一些剩余的固体物和生物颗粒进入到三相分离器的沉淀区内，剩余固体物和生物颗粒从液体中分离并通过三相分离器的锥板间隙回到污泥层。UASB反应器的特点在于可维持较高的污泥浓度，很长的污泥泥龄（30天以上），较高的进水容积负荷率，

厌氧发酵过程三阶段理论

厌氧发酵过程三阶段理论： 一、有机物水解和发酵细菌作用下，使碳水化合物、蛋白质与脂肪转化为单糖氨 基酸、脂肪酸、甘油、CO2、H等 二、把第一阶段产物转化为H、CO2和CH3COOH 三、通过两组生理物质上不同产CH4菌作用，将H和CO2转化为CH4，对CH3脱 羧产生CH4。 厌氧消化原理：有机物厌氧消化过程主要包括产酸和产甲烷两个阶段。而对于不溶性有机物（有机垃圾），一般可认为在上述两个阶段之前多一个“水解 阶段”，水解阶段起作用的细菌包括纤维素分解菌、脂肪分解菌和蛋白质水解菌；在水解酶作用下，转化产生单糖、酞和氨基酸、脂肪酸和甘油。产酸阶段起作用细菌是发酵性细菌，产氢产乙酸和耗氢产乙酸菌在胞内酶作用下，转化产生挥发性脂肪酸、醇类、氢和二氧化碳；产甲烷阶段是产甲烷菌利用H2、CO2、乙酸、甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中H2、CO2和乙酸是主要基质。 名词： VFA: Volatile acid 挥发酸

COD: Chemical oxygen demand 化学需氧量 BOD: Biochemical oxygen demand 生物需氧量 TOD: Total oxygen demand 总需氧量 TOC: Table of content 总有机碳 TS: Total solid 总固体 SS: Suspend solid 悬浮固体 VS: Volatile solid 挥发固体 HRT: 水利滞留时间=消化器有效容积/每天进料量 SRT: 污泥停留时间：单位生物量在处理系统中的平均停留时间 SVT: 污泥体积系数：单位体积水样在静置30min后，污泥体积数 MRT: 微生物滞留时间 PFR:塞流式反应器（Plug flow reactor）高浓度悬浮固体发酵原料一段进入，从另一段排除。 USR:生流式固体反应器（Upflow solid reactor）原料从底部进入消化器，上清从消化器上部溢出 UASB:生流式厌氧污泥床（Upflow anaerobic sludge bed）自下而上流动污水通过膨胀的颗粒状污泥床消化分解，消化器分为污泥床、污泥层和三相分离器。 UBF：污泥床过滤器。将UASB和厌氧过滤器结合为一体的厌氧消化器，下部为污泥床，上部设置纤维填料。 EGSB:膨胀颗粒污泥床（Expanded granular sludge bed）与UASB反应器有相似之处，可分为进水配水系统、反应区、三相分离区和出水渠系统，EGSB没有专门的出水回流系统。 ABR:厌氧折板反应器（Anaerobic baffled reactor） SBR:间歇曝气方式运行活性污泥水处理技术，又称序批式活性污泥发（Sequencing batch reactor actirated sludge process） USSB:(Upflow staged sludge bed)

牧场沼气发酵工程设计方案

***市***牧场沼气发酵工程 设 计 方 案

编制单位：武汉***环保科技有限公司 编制日期：二零一一年四月 目录 第一章概述 (3) 第一节项目概况 (3) 第二节设计原则 (3) 第三节设计范围 (4) 第二章沼气发酵工程总体设计 (5) 第一节主要设计依据 (5) 第二节沼气发酵工程建设规模 (6) 第三节沼气发酵工程位置 (6) 第四节污水水质 (6) 第五节工艺方案的确定 (7) 第六节治理工艺流程 (8) 第七节工艺流程特点 (9) 第三章沼气工程主要处理设施的设计及设备选型 (9) 第四章建筑结构设计 (12) 第一节概述 (12) 第二节结构设计 (12) 第五章电气 (13) 第一节范围 (13)

第二节供电电源 (13) 第三节负荷计算 (13) 第四节照明及接地保护 (13) 第六章消防篇 (15) 第一节防火等级 (15) 第二节防火措施 (15) 第七章机械设备设计 (16) 第一节设计原则 (16) 第二节设备选型 (16) 第八章节能设计 (17) 第九章劳动安全卫生 (18) 第一节主要安全隐患 (18) 第二节设计中采取的主要防范措施 (18) 第十章组织机构 (20) 第十一章工程指标 (21) 第十二章工程技术经济指标 (24) 第十三章施工期限 (25) 第一节施工时间 (25) 第二节保证施工进度的措施 (25) 第十四章中标后在设计及施工期采取的措施 (28) 第十五章调试操作运行管理和人员培训 (29) 第十六章存在的问题与建议 (30)

第一章概述 第一节项目概况 项目名称：奶牛养殖场沼气发酵工程 工程地址：***市大通区九龙岗陈巷村张小集东队 建设单位：***市***牧场 设计单位：武汉***环保科技有限公司 项目概况： ***市***牧场位于***市大通区九龙岗陈巷村张小集东队.常年存栏量为1000头，为社会提供大量优质绿色奶源。由于在养殖过程中会产生大量的负责有机高浓度废水，该废水是发酵产沼气的重要原料；为了响应国家的节能减排、变废为宝计划，***市***牧场的相关领导决定在该牧场建造一套产沼气工程，我司应该***牧场领导的委托，设计本《沼气发酵工程设计方案》，供有关领导参考。 第二节设计原则 1、贯彻执行国家和安徽省关于环保的政策，符合国家有关法规、规范及标准。 2、选择稳定可靠、技术先进、投资省、运行费用低、管理简单、维修费用少、运行灵活的产沼气工程的新工艺，确保产沼气量大且稳定。 3、通过设计中的总体优化，采用先进的节能技术，节约能源，最大限度低降低运行费用。 4、妥善处理和处置发酵过程中产生的各类沼液和沼渣，选用噪声小的设备，避免对环境造成污染。 5、结合建设场地的实际情况，在方便施工安装的前提下，力求各构筑物尽量集中，布置紧凑，节省占地。同时考虑发酵工程的整体建筑风格与养殖场建筑风格

废水厌氧处理原理介绍

废水厌氧处理原理介绍 废水厌氧生物处理在早期又被称为厌氧消化、厌氧发酵；是指在厌氧条件下由多种（厌氧或兼性）微生物的共同作用下，使有机物分解并产生CH4和CQ的过程。 一、厌氧生物处理中的基本生物过程 1、三阶段理论 厌氧微生物学的研究表明，产甲烷菌是一类十分特别的古细菌（Archea）,除了在分类学和其特殊的学报结构外，其最主要的特点是：产甲烷细菌只能利用一些简单有机物作为基质，其中主要是一些简单的一碳物质如甲酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，两碳物质中只有乙酸，而不能利用其它含两碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类。 （1）水解、发酵阶段； （2）产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2/CO2; （3）产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2产生CH4; 一般认为，在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4产自乙酸的分解，其余的则产自H2和CQ。 2、四阶段理论： 实际上，是在上述三阶段理论的基础上，增加了一类细菌一一同型产乙酸菌，其主要功能是可以将产氢产乙酸细菌产生的H2/CO2合成为乙酸。但研

究表明，实际上这一部分由H2/CO2合成而来的乙酸的量较少，只占厌氧体系中总乙酸量的5%左右。 总体来说，三阶段理论” 四阶段理论”是目前公认的对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。 有机物 I 1蜚壽性 ▼ 说明j 1）I, m m为三阶段理论.I, H.nr IV丸四英畔理论； 2?所产丰的细肮拘质未壺示在图中 图上図氨反应的三曲段理ttHUQ类群理论 二、厌氧消化过程中的主要微生物 主要介绍其中的发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。 1、发酵细菌（产酸细菌）： 发酵产酸细菌的主要功能有两种： ①水解一一在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物； ②酸化一一将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等;

沼气发酵的条件与环境

沼气发酵的条件与环境 沼气发酵是作物发酵中对于发酵环境与条件要求比较严格的一种发酵类型，下面小编就为大家仔细分析一下沼气发酵所需要的基本要求： 1.适宜的发酵温度 沼气池的温度条件分为：①常温发酵(也称为低温发酵)10℃～30℃，在这个温度条件下，产气率可为0．15～0．3 m3／m3·d。②中温发酵30℃～45℃，在这个温度条件下，池容产气率可达1m3 ／m3·d左右。③高温发酵45℃～60℃，在这个温度条件下，池容产气率可达2～2．5 m3／m3·d左右。沼气发酵最经济的温度条件是35℃，即中温发酵。 2.适宜的酸碱度(pH值) 沼气发酵适宜的酸碱度为pH=6．5～7．5 。pH值影响酶的活性，所以影响发酵速率。 3.适宜的干物质浓度 沼气细菌不光要“吃”，还要“喝”。沼气细菌在生长、发育、繁殖过程中，都需要足够的水分。水是沼气细菌的重要组成部分，沼气池里有机物质的发酵必须要有适量的水分才能进行。如果发酵料液中含水量过少，发酵原料过多，发酵液的浓度过大，甲烷菌又“吃”不了那么多，就容易造成有机酸的大量积累，不利于沼气细菌的生长繁殖，就会使发酵受到阻碍，同时也给搅拌带来困难。如果水太多，发酵液过稀，单位容积内有机物含量少，产气量就少，不利于沼气池的充分利用，所以沼气池发酵液必须保持一定的干物质浓度。根据多年实践，农村户用沼气池一般要求发酵原料的干物质浓度为6%～12%，在这个范围内，沼气池的初始浓度要低一些，这样便于启动。夏季和初秋池温高，原料分解快，浓度可低一些，一般为6%～8%。冬季、初春池温低，原料分解慢，干物质浓度应保持在10%～12%。 4.足够量的菌种 沼气发酵中菌种数量多少，质量好坏直接影响着沼气的产量和质量。一般要求达到发酵料液总量的10～30%，才能保证正常启动和旺盛产气。同时配合金宝贝沼气发酵剂助剂的配合，可以提高沼气中菌种的活跃度，使菌种可以发酵效率大幅提高，进而提升沼气产量。

常见沼气发酵工艺类型汇总

常见沼气发酵工艺类型汇总 对于沼气发酵工艺，从不同角度有不同的分类方法。一般从投料方式、发酵温度、发酵阶段、发酵级差、料液流动方式等角度，可作如下分类： （一）以投料方式划分 根据沼气发酵过程中的投料方式不同，可将发酵工艺分为连续发酵、半连续发酵和批量发酵三种工艺。 1、连续发酵工艺 沼气池发酵启动后，根据设计时预定的处理量，连续不断地或每天定量地加人新的发酵原料，同时排走相同数量的发酵料液，使发酵过程连续进行下去。发酵装置不发生意外情况或不检修时，均不进行大出料。采用这种发酵工艺，沼气池内料液的数量和质量基本保持稳定状态，因此产气量也很均衡。 这种工艺流程是先进的，但发酵装置结构和发酵系统比较复杂，造价也较昂贵，因而适用于大型的沼气发酵系统，如大型畜牧场粪污、城市污水和工厂废水净化处理，多采用连续发酵工艺。 该工艺要求有充分的物料保证，否则就不能充分有效地发挥发酵装置的负荷能力，也不可能使发酵微生物逐渐完善和长期保存下来。因为连续发酵不会因大换料等原因而造成沼气池利用率上的浪费，从而使原料消化能力和产气能力大大提高。 2、半连续发酵工艺 沼气发酵装置发酵启动初始，一次性投入较多的原料（一般占整个发酵周期投料总固体量的1/4?1/2)，经过一段时间，开始正常发酵产气，随后产气逐渐下降，此时就需要每天或定期加入新物料，以维持正常发酵产气，这种工艺就称为半连续沼气发酵。 我国农村的沼气池大多属于半连续发酵。其中的“三结合”沼气池，就是将猪圈、厕所里的粪便随时流入沼气池，在粪便不足的情况下，可定期加人铡碎并堆怄后的秸秆等纤维素原料，起到补充碳源的作用。这种工艺的优点是比较容易做到均衡产气和计划用气，能与农业生产用肥紧密结合，适宜处理粪便和秸秆等混合原料。 3、批量发酵工艺 发酵原料成批量地一次投入沼气池，待其发酵完后，将残留物全部取出，又成批地换上新料，开始第二个发酵周期，如此循环往复。农村小型沼气干发酵装置和处理城市垃圾“卫生填埋法”均采用这种发酵工艺，这种工艺的优点是投料启动成功后，不再需要进行管理，简单省事，其缺点是产气分布不均衡，高峰期产气量高，其后产气量低，因此所产沼气适用性较差。 （二）以发酵温度划分 沼气发酵的温度范围一般在10?60℃，温度对沼气发酵的影响很大，温度升高，产气率也随之提高，通常以沼气发酵温度区分为：高温发酵、中温发酵和常温发酵工艺。 1、高温发酵工艺 高温发酵工艺指发酵料液温度维持在46?60℃。实际控制温度多在53℃±2℃，该工艺的特点是

产生沼气的基本原理

产生沼气的基本原理 1?沼气定义? 沼气是指利用人畜粪便、秸秆、污泥、工业有机废水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧(没有氧气)条件下，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，最终产生沼气的过程。沼气是一种高效、清洁燃料，是各种有机物质在适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃气体。其主要成分是甲烷和二氧化碳，通常情况下甲烷(CH4?)约占所产生的各种气体的50~70%，二氧化碳(CO2)约占30~40%,此外还有少量氢(H2)、氮气(N2)、一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)和氨(NH3)等。? 在构成生物体的物质中，除了矿物质和木质素外，几乎所有的生物质都可以用来产生沼气，包括动物和人的排泄物、污水污泥、农作物秸秆、含碳工业废物等，所以沼气的成本相当低廉。沼气的生产工艺比较简单，一个农村家庭就可以建造自己的沼气池。沼气的用途也很广泛，它不仅能用于燃烧和照明，还可以作为燃料用于发电。沼气这种来源丰富、成本低廉的优质气体燃料，无论在发达国家还是在发展中国家均得到高度重视。发达国家主要从保护环境出发，建立了很多沼气工程，以处理城乡有机废弃物，并获得煤气替代品。在发展中国家，沼气是解决农村能源的一项重要途径，印度和中国是最早大力开发沼气的国家，并且取得了巨大的成就。沼气是一种高热值、高品位的能源，它是最合理利用、多次利用和综合利用生物质能的最有效形式，可以将植物机体的肥料、饲料、热能3种机能充分发挥出来。在广大农村牧区普及沼气，可以把人畜粪便和杂草、秸秆、枯叶等一起投入沼气池发酵，制取沼气作燃料。沼气池中的水和沉渣，保存了植物和粪便中的绝大部分氮、磷、钾元素，是优质的有机肥料，可以使生物质能利用3次至4次，使生物体内的能量和各种成份都能得到充分的利用。在城镇利用工业生产中的废物和生活污水来生产沼气也正在迅速发展，造纸厂、酿酒厂、屠宰厂的废水和生活污水中均有大量的有机物，这些废物都可以作为沼气生产的原料，变废为宝，从而减少城市污染，造福市民。? 我国是一个农业大国，农业废弃物资源分布广泛，其中农业秸秆年产量超过6亿吨，可作为能源用的秸秆约3.5亿吨，约折合1.5亿吨标准煤；工业废水和禽畜养殖场废弃物理论上可以产生沼气近800亿立方米，相当于5700万吨标准煤。沼气已成为我国农村能源的重要组成部分，它不仅可解决农村的部分能源问题，而且可以把养殖业、种植业有机的融为一体，形成绿色农业、环保农业，促进农村经济的快速发展。沼气技术在我国具有巨大的发展潜力。据专家测算，安装一个6-8m3的沼气罐，能解决5口之家每年的做饭、取暖、照明、洗浴等生活能源。每年可节约煤约8000块、节电约230度、薪柴和秸秆2吨左右（相当于3.5亩森林植被），折合人民币可节约2500元以上，同时还可减少2吨二氧化碳的排放，保护森林资源和防治水土流失。一次产生的沼渣相当于300斤氮肥、250斤磷肥、200斤钾肥，含有17种氨基酸和多种微量元素，对40多种农作物病虫害有显着的防治效果。? 2?沼气产生的基本原理? 沼气是有机物质在隔绝空气和保持一定水分、温度、酸碱度等条件下，经过多种微生物(统称沼气细菌)的分解而产生的。沼气细菌分解有机物质产生沼气的过程，叫沼气发酵。这是沼气产生的基本原理，即厌氧机理，其发酵的生物化学过程，大致可分为3个阶段，见 图?