沼气生产与利用 知识点

1、沼气生产与利用知识要点第一部分1沼气发酵的基本过程水解发酵阶段 产氢产酸阶段 产甲烷阶段2沼气沼气是各种有机物质在一定的温度、水分、酸碱度和隔绝空气的条件下，经过嫌气性细菌的发酵作用产生的一种可燃气体。沼气是一种清洁的可以燃烧的气体，它与城市使用的天燃气性能差不多，只是发热量（热值）比天燃气低一些。3 沼气是一种混合气体，其主要成分是甲烷（占60%左右）和二氧化碳（占40%左右），此外还有少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮气和氨等。4 沼气的用途农村家用沼气池生产的沼气主要来用做生活燃料、点灯和做饭。农村利用沼气兼有开发新能源、净化环境和生产有机肥的作用。沼气还广泛应用于农业生产中，如温室保温、烘

2、烤农产品、沼气防蛀、储备粮食、水果保鲜等。另外，沼气也可以发电做农机动力，大、中型沼气工程生产的沼气可用来发电、烧锅炉、加工食品、采暖或供给城市居民使用。5沼气发酵条件充足的发酵原料（营养物质） 质优量多的微生物（污泥）严格厌氧的环境 适宜的发酵温度 适当的酸碱度（PH值）合适的负荷 有效的搅拌 沼气发酵液的碱度 添加剂和抑制剂6 沼气发酵原料原料是沼气微生物赖以生存和产生沼气的物质基础，既可产生沼气，又应适宜沼气发酵细菌生长。按物理形态分为液态原料和固态原料，按营养成分为富氮原料、富碳原料和其它原料。7富 氮 原 料富氮原料通常指动物粪便。这类原料经过动物肠胃系统的充分消化，颗粒细小，含有大

3、量低分子化合物和较高的含水量。做沼气原料，容易分解，产气很快，发酵期较短。富 氮 原 料是我国农村沼气发酵原料的主要来源之一。8富 碳 原 料富碳原料通常指秸秆等农作物的残余物。这类原料富含纤维素、半纤维素、果胶以及难降解的木质素和植物蜡质。干物质含量高，质地疏松，比重小，厌氧分解慢，产气周期长。.但单位原料总产气量较高，发酵前一般需预处理。9原料碳氮比沼气发酵细菌消耗碳的速度比消耗氮的速度要快2030倍。因此，碳氮比例配成2030：1可以使沼气发酵在合适的速度下进行，25：1为最佳比例。在沼气发酵过程中，发酵液的C：N值会逐渐下降。10在生产上，一般都采用总固体浓度来表示和计算发酵料液的浓度

4、。总固体浓度是指发酵原料的总固体（或干物质）重量占发酵液重量的百分比。沼气发酵通常采用6%10%的发酵料液浓度较为合适。11接种物 为了加快沼气发酵的启动速度和提高沼气池产气量而向沼气池加入的富含沼气微生物的物质，统称为接种物。无论大中型沼气工程，还是户用沼气池启动时，一定要加入10%30%的接种物。12沼气发酵微生物包括有机质分解菌和产甲烷菌两大菌群，人工制取沼气的核心菌落是甲烷菌群。13人工制取沼气的首要外因条件是建造一个不漏水、不漏气的厌氧装置。沼气发酵并不是沼气池完全隔绝氧气，而是产甲烷菌必须隔绝氧气。14人们把不同的发酵温度区分为三个范围，即常温发酵区10-25、中温发酵区25-35

5、、高温发酵区50-60。农村户用沼气池一般都采用常温发酵，温度是制约沼气产量的重要因素。在10到60的范围内，沼气均能正常发酵产气。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。在最低气温时，应对沼气池进行保温。15温度对产气率的影响16沼气发酵最适宜酸碱度(pH)为6.57.5，pH值在6.4以下、7.6以上对发酵都要产生抑制作用。正常发酵的过程中，沼气池内的酸碱度变化可以自然进行调节。先由高到低，然后又升高，最后达到恒定的自然平衡，一般不需要人工调节。只有在配料和管理不当，使正常发酵过程受到破坏的情况下，才可能出现偏酸的现象。17农村沼气池的负荷一般用发酵原料的浓度来表示，

6、其大小由厌氧活性污泥的数量、活性及发酵温度等因素决定。夏季为%8% ，秋冬季为10%12%。18容积有机负荷单位体积消化器每天所承受的有机物的量，通常以kgCOD/(m3 ·d)为单位。容积负荷是消化器设计与运行的重要参数。容积有机负荷的大小主要由厌氧活性污泥的数量和活性决定，每单位体积消化器每天所承受污水的体积单位是m3 /(m3 ·d)。在同样容积有机负荷的条件下，发酵原料浓度不同，投料体积则不一样，这就构成了不同的水力负荷。有机物浓度高则水力负荷低，有机物浓度低则水力负荷高。19静态沼气池技术问题静态发酵导致池内原料严重结壳、沉淀、分层。发酵间存在“微生物贫乏区”、“

7、发酵盲区”和“料液短路”。清渣困难，导致沼气池因出料难而报废。 池温低，产气少，不能全年用气。20搅拌的功能搅拌有防止沉渣沉淀、防止产生或破坏浮渣层，保证池温均一，促进气液分离等功能。搅拌最主要的目的是使发酵原料分布均匀，增加微生物与原料的接触面，增强微生物的活性，产气量可提高50%以上。21搅拌的方式机械搅拌：通常在大中型工程全混合式沼气装置采用，农村户用沼气池一般未安装机械搅拌器。沼气回流搅拌：将沼气压缩后从池底输入池内，随着气体向上逸出，达到搅拌目的，通常在全混合式沼气工程中采用。料液回流搅拌：户用沼气池经常采用的方式，可将出料间的料液取出，再从进料间冲入，使池内的料液达到搅拌的目的。人

8、工抽提搅拌：22 沼气发酵液的碱度指沼气发酵液结合氢离子的能力，是衡量发酵体系缓冲能力的尺度。这种结合能力的大小，一般是用与之相当的CaCO3的大小浓度（mg/l)来表示。23总碱度在30008000mg/l时，由于发酵液对所形成的挥发酸具有较强的缓冲能力，在消化器运行过程中，发酵液内挥发酸浓度在一定范围内变化时，都不会对发酵液的pH值有多大影响，因而可使沼气发酵正常而稳定的进行。但在发酵过程中，如挥发酸大量积累，碳酸盐碱度低于1000mg/l时，发酵液pH值的变化进入警戒点，缓冲能力已所剩无几，造成pH值明显下降，甚至导致发酵失败。24可以用发酵前后COD的去除率来大致推算甲烷的产量。沼气发

9、酵时去除1kgCOD约可产生350l甲烷。25生化耗氧量(BOD)在有氧的情况下，微生物经过活动将水中的有机物氧化分解所消耗的氧的量称为生化耗氧量，简称BOD。BOD常用来表示可被微生物分解的有机物的含量。 26BOD5 /COD值越大，则表明有机物的可生物降解性越高。27按贮气方式分：水压式沼气池 气袋式沼气池 分离浮罩式沼气池在实际应用中，水压式沼气池更为适宜，也是应用较为广泛的池型。按几何形状分：一般为圆形、方形和长方形实践证明以圆形池最好，目前修建也最多。按沼气池的埋设位置分：地上式 地下式 半地下式一般农村户用沼气池均采用地下式。按建筑材料分：砖、石材料 混凝土材料 钢筋混凝土材料（

10、主要用于大、中型工程）新型材料，即所谓高分子材料聚合材料 金属材料山东省建设沼气池以混凝土材料为主。28按发酵温度划分高温发酵 中温发酵 常温发酵.29按原料进料方式划分连续发酵 半连续发酵，也称间断性发酵。这种方式是保持家用沼气池每天产气量稳定的最佳方式。30水压式沼气池的特点实际应用最广的水压式沼气池是指地下埋设、混凝土结构、圆筒形（或球形）的水压式沼气池。水压式沼气池具有构造合理、施工简单、造价较低、管理使用方便等优点。 31我省对建设沼气池的要求大力提倡推广建设强回流式沼气池可以不建酸化池坚持“一池三改”32沼气池的组成家用水压式沼气池一般由进料口、进料管、发酵间、活动盖、导气管、出料

11、管、出料间（水压间）等组成。33 沼气池的工作原理在水压式沼气池中，当发酵产生沼气逐步增多时，气压随之增高（沼气压力的大小可由安装于输气管线路上的压力表或压力计显示），出料间液面和池内液面形成压力差，因而将发酵间内的料液压到出料间，直至内外压力平衡为止。当用户使用沼气时，池内气压下降，出料间中的料液便压回发酵间内，以维持内外压力新的平衡。这样，不断地产气和用气，使发酵间和出料间的液面不断地升降，始终维持压力平衡的状态。 34修建沼气池的基本技术要求农村家用沼气池是生产和贮存沼气的装置，它的质量好坏，结构和布局是否合理，直接关系到能否产好、用好、管好沼气。因此，修建沼气池要做到设计合理、构造简单

12、、施工方便、坚固耐用、造价低廉。多年来的实践经验证明，沼气池的结构要圆（圆形池）、小（容积小）、浅（池子深度浅）。35抽拉器由抽渣管和活塞构成，通过活塞在抽渣管中上下运动，抽取发酵间底部沉渣，并进行人工强制回流搅拌。36提倡修建圆形沼气池圆形或近似圆形的沼气池与长方池比较，具有以下优点：相同容积的沼气池，圆形比长方形的表面积小，省工、省料。圆形池受力均匀，池体牢固，同一容积的沼气池，在相同荷载作用下，圆形池比长方形的池的池墙厚度小。圆形沼气池的内壁没有直角，容易解决密封问题。37相同容积和发酵条件下浅池比深池产气率高 沼气池底部发酵原料多，菌种多，是产生沼气的主要部位。浅的圆池底增大了厌氧微生

13、物与发酵原料的接触面积，所以产气比较高。 深度浅的池子的池底压力比深的相对小一些，有利于厌氧微生物的活动和气体的扩散。因此，在修建沼气池时，要适当增大池底部的直径，降低池子的深度（深度宜在2米左右），便于管理维修，提高产气量，又能减轻出料的劳动强度。38三结合沼气池三结合沼气池是将厕所、畜禽舍与沼气池建在一起，并互相连通。39修建三结合沼气池的好处 人、畜粪便能自动流入池内密闭发酵，节省输送粪入池的劳力。 每天都有新鲜原料入池，有利于提高产气率。 这种沼气池宜建在棚内或住房附近，管理方便，输气导管的距离较短，减少了购买输气管的开支。 有利于在冬季保持池温。40修建四位一体的好处 人、畜粪便能自

14、动流入沼气池，有利于清除粪便。 猪圈设置在太阳能温室内，冬季使圈舍温度提高3-5，为生猪提供适宜的生长条件，缩短了生猪育肥期。 沼气解决了北方在寒冷冬季产气难池子易冻裂的技术问题，年总产气比普通沼气池提高20-30%。 增加棚内CO2 ，使CO2浓度提高，有助于农作物的生长，既增产又优质。41活动盖安装在沼气池的顶部，盖口的大小以能容纳一个成人进出沼气池为宜，一般直径为60-70cm，水圈高度20-25cm。42安装活动盖的好处当沼气池大换料或维修内部时，打开活动盖后，进出料口与活动盖口相通，通过鼓风有利于排出池内残存的气体，可以保证从事换料或维修人员的安全。同时，活动盖口透光面较大，操作方便

15、。当池内发酵液表面结壳较厚，影响产气时，可以打开活动盖，打破粪壳，搅动粪液，使产气正常。当池内气体压力过大，超过池子的设计压力，而压力表又失灵时（如管道受阻），沼气便将活动盖板自动顶开，从而降低池内气体压力，避免池体破裂。名词解释：沼气 BOD 接种物 沼气发酵液的碱度 三结合沼气池第二部分43沼气微生物的种类不产甲烷菌：发酵性细菌 产氢产乙酸菌 耗氢产乙酸菌产甲烷菌：食氢产甲烷菌 食乙酸产甲烷菌44产甲烷菌在沼气发酵过程中通常成为限制因子的菌群。45沼气微生物生长规律沼气发酵时，应当考虑的主要条件是培养沼气发酵菌。沼气发酵微生物的生长和代谢过程分为适应期、对数生长期、平衡期、衰亡期四个时期。

16、46在农村4口之家宜建8-10立方米的沼气池。47厌氧活性污泥厌氧消化细菌、悬浮物质和胶体物质组成的称为厌氧活性污泥。.48优质原料选择启动原料优选纯净牛粪，或一半牛马粪与一半猪粪。忌用鸡粪和人粪。49沼气池正常启动的必备条件选择好投料时间 发酵原料配比要合 入池后原料搅拌要均匀 水封盖板要密封严密50怎样提高沼气产气 按原料的碳氮比进行合理配制 提高池内的发酵温度 准备高质量的接种物 调节好池内的pH值51提高产气搅拌方式机械搅拌液体回流搅拌从沼气池出料间将发酵液抽出，然后又从进料管注入沼气池内，产生较强的料液回流以达到搅拌和菌种回流的目的；震动搅拌每日用前端略带弯曲的竹杆从进、出料间向池底

17、震荡数10次。52农村家用沼气池进出料的数量一般每隔510天进、出料占料液的5%为宜。53新建沼气池装料后不产气的原因发酵原料预处理没按要求做好 原料配比不合适，一般是酸化 接种物不够池内温度太低 池子漏气或漏水等 向新池子投料时加水过凉或温度太低，沼气池就会很久不产气或产气点不着54沼气池产气时又停止产气的原因发酵原料营养已耗尽，需要加料 发酵原料酸化 池温太低 池子漏气 发酵阻抑物有强杀菌剂和剧毒农药55毒害沼气菌的物质各种剧毒农药，特别是有机杀菌剂及抗菌素等 喷洒了农药的作物茎叶 刚消过毒的禽畜粪便56新建沼气池投料启动步骤准备足量的发酵原料和接种物 发酵原料的预处理或坑内堆沤 原料配比

18、 投料 加水封池：原料和接种物入池后，要及时加水封池。加入沼气池的水可以用生活污水、坑塘污水、井水或自来水，注意不要用工业污水。 放气试火：沼气池启动初期，所产气体主要是二氧化碳。因气体中的甲烷含量低，通常不能燃烧。当沼气压力达到40厘米时，应放气试火。所产气体中的甲烷含量为30%时，所产生的沼气即可点燃使用。 沼气池启动后，要定时加料，经常搅拌 沼气池保温 换料 从16开始新一轮沼气池启动、产气第三部分1根据送气和低压沼气灶燃烧效果测试，农村家用沼气池气压在1960Pa5880Pa完全可以满足灶前压气需要，所以农村家用沼气的设计气压为2000 Pa6000Pa比较适宜，水压式沼气池气压600

19、0Pa为宜。2原料产气率有机质单位重量的产气量叫原料产气率，它是衡量原料发酵分解好坏的一个主要指标。3沼气池位置选择的原则沼气池应建在靠近供应发酵原料的地方，与猪圈或牛栏的排粪口相连接，这样可以节省输送发酵原料的劳力，容易使沼气池始终保持正常的发酵温度。沼气池应尽可能靠近用气的地方，输送距离一般小于30米。沼气池应远离高大乔木植物，防止树木根部伸展到池体，造成损坏。沼气池应避开易受水浸的和寒风袭击的低洼区，而应建在较保暖的地基均匀的地方，以防止热量损失。4建沼气池的步骤查看地形，确定沼气池修建的位置 拟定施工方案，绘制施工图纸 准备建池材料 放线 挖土方 支模（外模和内模） 混凝土浇捣，或砖砌

20、筑或预制砼大板组装 养护 拆模 回填土 密封层施工 输配气管件、灯、灶具安装 试压与验收5 强回流沼气池的特点解决了出料难的问题 防止上层结壳 能起到搅拌器的作用 能提高单位时间内的产气量，提高沼气的产气率，缩短滞留期 全封闭运行6出料间的功能家用水压式沼气池的出料间的功能除了便于出料外，还有维持正常气压的功能。第四部分1 大中型沼气工程的工艺流程根据沼气工程的目的和周边环境条件的不同，大中型沼气工程的模式可分为能源生态型和能源环保型。2 什么是能源生态模式？什么是能源环保模式？3 图示为全混合式厌氧消化工艺4根据各地集中供气系统运行经验表明，储气容积以日供气量的50%60%为宜。第五部分1输

21、气系统由导气管、输气管、开关、压力表、沼气用具等组成，其作用是将沼气池内的沼气畅通、安全、合理地输送到每一个用具。2输气系统选配管 道：室外为16PE管，室内为8PVC软管或硬管导气管：ABS、PVC、铜、镀锌钢管，内径12mm开关（阀门）：铜开关，孔径6mm 压力表：低压盒式压力表3 沼气的净化一般应包括沼气的脱水、脱硫及脱二氧化碳。 沼气中的水分与硫化氢共同作用，能加速管道及阀门、流量计的腐蚀，硫化氢还对大气造成污染，所以要脱除。4沼气脱水的方法从发酵装置出来的沼气含有饱和水蒸气，可用三种方法将其去除冷分离法 溶剂吸收法 固体物理吸水法5沼气脱硫的原因沼气中的有害物质主要是硫化氢。它危害人

22、体健康，对管道阀门及应用设备有较强的腐蚀作用。目前，国内大部分用户均未安装脱硫器，已造成严重后果。为减轻硫化氢对灶具及配套用具的腐蚀损害，延长设备使用寿命，保证人身健康，必须安装脱硫器。6脱硫原理在常温下含有H2S的沼气通过脱硫剂床层，沼气中H2S与活性物质（如氧化铁）接触，生成硫化铁和亚硫化铁，然后含有硫化物的脱硫剂与空气中的氧接触，当有水存在时，铁的硫化物又转化为氧化铁和单体硫。这种脱硫和再生过程可循环进行多次，直至氧化铁脱硫剂表面大部分被硫或其他杂质覆盖而失去活性为止。 7沼气脱硫的方法脱硫的方法有湿法脱硫和干法脱硫两种干法脱硫具有工艺简单、成熟可靠、造价低等优点，并能达到较好的交货程度

23、。目前家用沼气脱硫基本上采用这种方法。干法脱硫剂有活性炭、氧化锌、氧化锰及氧化铁等，从运转时间、使用温度、公害、价格等综合考虑，目前采用最多的脱硫剂是氧化铁。8沼气安全用气的原则不能在导气管上试火，以防回火，引起池子爆炸沼气灶不要放在柴草等易燃物品附近使用，沼气灯安装应距离房顶远些，以防引起火灾如嗅到臭鸡蛋味，立即开门开窗，切断气源，待室内无气味时，再检修漏气部位沼气灯灶属大气式燃烧器，要学会调节空气进气孔，避免形成不完全燃烧9沼气池的正常工作压力是8千帕（800mm水柱）。10沼气灶火苗不旺的原因沼气池产气不好，压力不足 沼气中甲烷含量少，杂气多 灶具设计不合理，灶具质量不好 输气管道太细或

24、太长或管道阻塞导致沼气流量过小 灶面离锅底太近 沼气灶内没有废气排出孔，二氧化碳和水蒸气排放不畅11 沼气灶与锅底距离的确定一般灶具灶面距离锅底以24厘米（外焰）为宜。12 安装输气管道应遵循的原则沼气池至灶前的管道长度一般不应超过30米当用户有两个沼气池时，从每个沼气池可以单独引出沼气管道，平行敷设，也可以用三通将两个沼气池的引出管接到一个总的输气管上再接向室内（总管内径要大于支管内径）地下敷设确有困难时，可采用沿墙或架空敷设，但高度不得低于2.5米户内管路与电线的距离不少于10cm.地下管道埋设深度北方应在冻土层以下。所有埋地管道均应外加硬质套管，以免压偏输气管管道敷设应有坡度，一般坡度为

25、1%左右。如果地形较平坦，则应使庭院管道坡向沼气池管路应横平竖直，拐弯处应用管件连接13 沼气灶的类型沼气灶按材料分有铸铁灶、搪瓷面灶、不锈钢面灶按燃烧器的个数分有单眼灶、双眼灶按燃烧的热流量（火力大小）分有8.4兆焦/时、10.0兆焦/时、11.7兆焦/时、最大的有42兆焦/时按使用压力分有800帕、1600帕两种，铸铁单灶一般使用压力为800帕，不锈钢单、双灶一般采用1600帕压力14沼气灯的组成沼气灯是由燃烧器、灯罩、玻璃风罩及支架或底座等部分组成。第六部分1沼气是有机物质在厌氧条件下经微生物的发酵作用而生成的一种可燃性气体，其主要产品是沼气、沼液、沼渣。2沼气的主要用途炊事照明 供热和

26、烘干 加工与发电 果菜二氧化碳施肥 贮粮与果品保鲜3沼气在塑料大棚蔬菜生产中的应用沼气在这种太阳能蔬菜大棚中的应用有两个方面：一是燃烧沼气为大棚保温和增温，二是沼气中的二氧化碳作为气肥促进光合作用，加速蔬菜生长。利用沼气为大棚增温和保温燃烧1M3沼气可以释放大约23000kJ热量，可用这¡ª数据来确定不同容积的大棚增保温所需沼气量利用沼气为蔬菜大棚提供二氧化碳气肥大气中的二氧化碳浓度通常在0.03左右。作物进行光合作用合成有机物时，二氧化碳是主要碳源，因此增加大棚内二氧化碳浓度可加速蔬菜生长4 沼气贮粮粮食害虫在缺氧的环境中会失去生存能力。沼气中氧的含量仅为0.23%左右，

27、而粮食害虫在沼气储蓄过程中氧的含量在5%以下时就不能存活。同时，沼气对粮食不会污染，也不影响发芽。所以，人们利用沼气的特殊功能来防虫储粮。5生物质经厌氧发酵产生沼气后，残留的渣和液统称为沼气发酵残留物，俗称沼液肥。6沼气在养殖业中的热利用沼气养蚕 沼气孵化鹌鹑 沼气控温养蛇7 沼气在养鸡中的利用沼气燃烧控温孵鸡 沼气灯升温育雏 沼气灯养蛋鸡8 沼气保鲜的原理抑制贮藏物的后熟 减少贮藏物在贮藏过程中的损耗 抑制贮藏物的生理病害 控制真菌的生长繁殖 防止鼠害和虫害9沼液的主要用途农作物浸种 果菜叶面肥 淡水养殖饵料 畜禽饲料添加剂；10 沼液浸种的技术要点沼液浸种就是利用沼液中所含的生理活性物质、营养组分以及相对稳定的温度对种子进行播种前的处理。它优于单纯的“温汤浸种”与“药物浸种”，具有出芽率高、幼苗生长旺盛、防治某些病虫害与作物产量高等优点。11喂鱼最合适的时间在一天中，下午4、5点钟喂鱼最适宜，因为这个时间的沼液温度与渔塘水的温度非常接近，沼液中的营养物质易被鱼消化和吸收。12沼渣的主要用途农作物和果菜追肥 配制花卉和蔬菜育苗土 养殖蚯蚓、黄鳝等 栽培食用菌13沼渣的性质与发酵原料有关，沼渣营养成分较丰富，尤其是腐殖酸含量很高，可达到10-24。由于腐殖酸对改良土壤有重要作用，因此沼渣的土壤改良功效明显，肥效比堆肥好。第七部分1一池三改的内