生物厌氧处理沼气发酵

1、复杂有机物复杂有机物（碳水化合物、脂肪、蛋白质）（碳水化合物、脂肪、蛋白质）溶解性有机物（水解酸化阶段）溶解性有机物（水解酸化阶段）（糖类、脂肪酸、氨基酸、醇类等）（糖类、脂肪酸、氨基酸、醇类等）产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段（H2、CO2、CH3COOH)产甲烷阶段产甲烷阶段H2、CO2CH3COOHCH4CH4、CO2第一类叫第一类叫发酵细菌发酵细菌。包括各种有机物分解菌，它们能分泌胞。包括各种有机物分解菌，它们能分泌胞外酶，主要作用是将复杂的有机物分解成较为简单的物质。外酶，主要作用是将复杂的有机物分解成较为简单的物质。例如多糖转化为单糖，蛋白质转化为肽或氨基酸，脂肪转化例如多糖转化为单糖

2、，蛋白质转化为肽或氨基酸，脂肪转化为甘油和脂肪酸。为甘油和脂肪酸。第二类叫第二类叫产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌。其主要作用是前一类细菌分解的。其主要作用是前一类细菌分解的产物进一步分解成乙酸和二氧化碳。产物进一步分解成乙酸和二氧化碳。第三类细菌称第三类细菌称产甲烷菌产甲烷菌。它们的作用是利用乙酸、氢气和二。它们的作用是利用乙酸、氢气和二氧化碳产生甲烷。氧化碳产生甲烷。在实际的发酵过程中这三类微生物既相互协调，又相互制约，在实际的发酵过程中这三类微生物既相互协调，又相互制约，共同完成产沼气过程。共同完成产沼气过程。 蛋白质蛋白质+nH+nH2 2OO氨基酸脂肪酸氨基酸脂肪酸NHNH3 3COCO

3、2 2H H2 2S S （单糖）（双糖）（碳水化合物）（脂肪酸）（甘油）脂肪） 2)(2 ( 3)(3)(6126112212251063532353OHnCOHnCOnHnOHCRCOOHOHHCOHRCOOHC22HCO 甲醇甲酸乙酸简单可溶性有机物产氢菌、产醋酸菌242324233224322424222433244396)(423423424COCHOHCONHCOCHOHNCHOHCOCHOHCHOHCHCHHCOOHOHCHCOHCOCHCOOHCH第二节第二节 沼气发酵原料沼气发酵原料 自然界中几乎所有的有机物质都可作为沼自然界中几乎所有的有机物质都可作为沼气发酵的原料。人工制

4、取沼气的主要原料是畜气发酵的原料。人工制取沼气的主要原料是畜禽粪便污水、食品加工业、制药和化工废水、禽粪便污水、食品加工业、制药和化工废水、生活污水等。在农村，也用农作物秸杆制取沼生活污水等。在农村，也用农作物秸杆制取沼气。但由于其来源和形成过程不同，它们的化气。但由于其来源和形成过程不同，它们的化学成分和结构也迥然不同，由此造成原料的发学成分和结构也迥然不同，由此造成原料的发酵性能差异相当大酵性能差异相当大 富富C C原料原料。我国农村的另一大类发酵原料是。我国农村的另一大类发酵原料是秸杆和秕壳秸杆和秕壳等农作物等农作物的残余物。这类原料富含纤维素、半纤维素、果胶以及难降解的残余物。这类原料

5、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，含碳量高，其碳氮比多在的木质素和植物蜡质，含碳量高，其碳氮比多在401401以上，称以上，称富碳原料。这些物质发酵周期较长。秸秆类富富碳原料。这些物质发酵周期较长。秸秆类富C C原料一般干物质原料一般干物质含量比富含量比富N N原料高，且比重小，进沼气池后容易飘浮形成死区原料高，且比重小，进沼气池后容易飘浮形成死区浮壳层，这类原料在发酵前一般需要预处理浮壳层，这类原料在发酵前一般需要预处理 按原料来源分：按原料来源分：1 1农村发酵原料农村发酵原料 富富N N原料原料。通常是指。通常是指人畜粪便人畜粪便，也包括，也包括青草青草等碳氮比低的

6、原料。等碳氮比低的原料。其含氮量高，碳氮比多在其含氮量高，碳氮比多在251251以下，即在沼气发酵的适宜的碳以下，即在沼气发酵的适宜的碳氮比范围内或以下。这类原料中粪便经过了人和动物的胃肠系统氮比范围内或以下。这类原料中粪便经过了人和动物的胃肠系统的充分消化，一般颗粒细小，含有大量的低分子化合物的充分消化，一般颗粒细小，含有大量的低分子化合物人和人和动物未吸收的中间产物，含水量较高。因此，在进行沼气发酵时动物未吸收的中间产物，含水量较高。因此，在进行沼气发酵时不必预处理，就容易厌氧分解，产气速度快，发酵周期较短。不必预处理，就容易厌氧分解，产气速度快，发酵周期较短。一、发酵原料的种类一、发酵原

7、料的种类2 2城镇有机废物废水城镇有机废物废水 主要包括人粪尿、生活污水、有机垃圾、有机工业废水、主要包括人粪尿、生活污水、有机垃圾、有机工业废水、废渣和污泥等。废渣和污泥等。3 3水生植物水生植物 主要包括水葫芦、水花生、水浮莲和其它水草和藻类等。主要包括水葫芦、水花生、水浮莲和其它水草和藻类等。这些水生植物利用太阳能的能力很强，繁殖速度快、产量这些水生植物利用太阳能的能力很强，繁殖速度快、产量高。由于组织鲜嫩，容易厌氧分解，作沼气原料，产气快、高。由于组织鲜嫩，容易厌氧分解，作沼气原料，产气快、周期短。但水葫芦、水花生、水浮莲等水生植物体内有气周期短。但水葫芦、水花生、水浮莲等水生植物体内

8、有气室，直接进沼气池，容易飘浮。因此，用作沼气发酵原料室，直接进沼气池，容易飘浮。因此，用作沼气发酵原料时，宜稍晾干或堆沤时，宜稍晾干或堆沤2 2天后入池，效果较好。天后入池，效果较好。 发酵原料的评估和计量，通常用总固体（发酵原料的评估和计量，通常用总固体（TS）、挥发）、挥发性固体（性固体（VS）、化学耗氧量（）、化学耗氧量（COD）和生物耗氧量）和生物耗氧量（BOD）等指标评价和计量原料中有机物的含量和沼）等指标评价和计量原料中有机物的含量和沼气的产量。气的产量。 （1 1）总固体（）总固体（TSTS）：湿式发酵）：湿式发酵610 、干式发酵、干式发酵20%-35% （2 2）挥发性固体

9、（）挥发性固体（VSVS）（3 3）产气量）产气量（4 4）产气速率：）产气速率：池容产气率、原料产气率、理论产池容产气率、原料产气率、理论产气率气率二、产气量与产气速率二、产气量与产气速率（1 1）产气量）产气量（2 2）产气速率：）产气速率：池容产气率、原料产气率、理论产气率池容产气率、原料产气率、理论产气率 沼气发酵微生物要求有适宜的生活条件，对温沼气发酵微生物要求有适宜的生活条件，对温度、酸碱度、氧化还原势及其他各种环境因素都有度、酸碱度、氧化还原势及其他各种环境因素都有一定的要求。在工艺上只有满足微生物的这些生活一定的要求。在工艺上只有满足微生物的这些生活条件，才能达到发酵快、产气量

10、高的目的。实践证条件，才能达到发酵快、产气量高的目的。实践证明，往往由于某一条件没有控制好而引起整个系统明，往往由于某一条件没有控制好而引起整个系统运行失败。运行失败。 因此，控制好沼气发酵的工艺条件是维持正常因此，控制好沼气发酵的工艺条件是维持正常发酵产气的关键。发酵产气的关键。 （1 1）厌氧环境）厌氧环境 沼气发酵微生物包括产酸菌和产甲烷菌两大类，他们沼气发酵微生物包括产酸菌和产甲烷菌两大类，他们都是厌氧性细菌，尤其是产生甲烷甲烷菌是严格厌氧菌，都是厌氧性细菌，尤其是产生甲烷甲烷菌是严格厌氧菌，对氧特别敏感。他们不能在有氧的环境中生存，哪怕只有对氧特别敏感。他们不能在有氧的环境中生存，哪

11、怕只有微量的氧存在，微生物的生命活动也会受到抑制，甚至死微量的氧存在，微生物的生命活动也会受到抑制，甚至死亡。亡。判断厌氧程度一般用氧化还原电位判断厌氧程度一般用氧化还原电位EhEh表示。厌氧条件表示。厌氧条件下，下，EhEh是负值。严格厌氧的甲烷菌要求的是负值。严格厌氧的甲烷菌要求的EhEh为为300300350mV350mV，而一些兼性产酸的细菌则在，而一些兼性产酸的细菌则在EhEh为为100100100mV100mV就就能正常生活。为了保证厌氧条件，必须修建严格密闭的沼能正常生活。为了保证厌氧条件，必须修建严格密闭的沼气池，保证沼气池不漏水、漏气。气池，保证沼气池不漏水、漏气。一、一、搅

12、拌的目的搅拌的目的: :1)1)是发酵原料分布均匀，增加微生物与原料的接触面，是发酵原料分布均匀，增加微生物与原料的接触面，加快产气速度，提高产气量、提高原料利用率。加快产气速度，提高产气量、提高原料利用率。2)2)同时也可防止原料浮面结壳，产生的沼气释放不出同时也可防止原料浮面结壳，产生的沼气释放不出来。我国农村的沼气发酵原料以秸杆、杂草和树叶等来。我国农村的沼气发酵原料以秸杆、杂草和树叶等为主，更需搅拌才能达到好的发酵效果。为主，更需搅拌才能达到好的发酵效果。3)3)防止局部酸的积累防止局部酸的积累（5 5）接种物）接种物 正常沼气发酵是一定数量和种类的微生物来完成的。正常沼气发酵是一定数

13、量和种类的微生物来完成的。含有丰富沼气微生物数量的污泥叫接种物。含有丰富沼气微生物数量的污泥叫接种物。 沼气发酵菌种在自然界广泛存在（你认为哪些地方有沼气发酵菌种在自然界广泛存在（你认为哪些地方有丰富的沼气发酵菌种？为什么？）。丰富的沼气发酵菌种？为什么？）。 如：各种阴沟污泥，粪坑底脚污泥，沼气池底污泥或如：各种阴沟污泥，粪坑底脚污泥，沼气池底污泥或消化浆液等处由于丰富的有机物质和良好的嫌气条件，形消化浆液等处由于丰富的有机物质和良好的嫌气条件，形成了丰富的微生物群落。成了丰富的微生物群落。 在新进料的沼气池中加入接种物，可大大缩短停滞期。在新进料的沼气池中加入接种物，可大大缩短停滞期。特别

14、是新建沼气池，第一次投料时微生物数量和种类都不特别是新建沼气池，第一次投料时微生物数量和种类都不够，应人工添加接种物。使用工业废水为原料的沼气池起够，应人工添加接种物。使用工业废水为原料的沼气池起动时，特别要注意接种。动时，特别要注意接种。（6 6）原料的）原料的CNCN比值和其它营养物质比值和其它营养物质 微生物所需的最适碳氮比为微生物所需的最适碳氮比为251251，由于沼气发，由于沼气发酵过程中原料的碳氮比可受到微生物的自动调节，因酵过程中原料的碳氮比可受到微生物的自动调节，因此，适宜碳氮比范围较宽。此，适宜碳氮比范围较宽。 据大量报道和实验结果表明，沼气发酵的碳氮据大量报道和实验结果表明

15、，沼气发酵的碳氮比以比以2020301301为宜，超过为宜，超过351351产气量明显下降。但产气量明显下降。但也有报道配料中碳氮比以也有报道配料中碳氮比以6 6301301仍然合适的。仍然合适的。 （7 7）压力）压力 甲烷菌能适应较大的静水压力，约甲烷菌能适应较大的静水压力，约4040米或更高。但它米或更高。但它对压力变化极为敏感，需要工艺来稳定压力。对压力变化极为敏感，需要工艺来稳定压力。( (你认为沼气发酵过程中什么时候可能会发生压力波动你认为沼气发酵过程中什么时候可能会发生压力波动?)?)在进料、出料和沼气消耗时，沼池中的压力发生变化，对甲烷在进料、出料和沼气消耗时，沼池中的压力发生

16、变化，对甲烷菌的生命活动有抑制作用。怎么防止菌的生命活动有抑制作用。怎么防止? ?（1 1）保留足够的贮气空间，使得用气时气压变化不致过大；）保留足够的贮气空间，使得用气时气压变化不致过大；（2 2）进料和出料的速度尽量保持一致，所进新鲜原料和所排出）进料和出料的速度尽量保持一致，所进新鲜原料和所排出的废料体积应相等；的废料体积应相等；（3 3）大型沼气池应设置贮气装置。如我国农村推广的一种分离）大型沼气池应设置贮气装置。如我国农村推广的一种分离式浮罩沼气池，可保持比较稳定的气压。式浮罩沼气池，可保持比较稳定的气压。（8 8）添加剂与抑制剂）添加剂与抑制剂 有些物质少量添加于沼气池后就可显著促

17、进产有些物质少量添加于沼气池后就可显著促进产气，这类物质称为添加剂。而另一些物质少量添加于气，这类物质称为添加剂。而另一些物质少量添加于沼气池后则显著抑制产气，这类物质称为抑制剂。沼气池后则显著抑制产气，这类物质称为抑制剂。 添加剂的种类较多，包括一些酶类、无机盐、添加剂的种类较多，包括一些酶类、无机盐、有机物和无机物。如添加一定量的纤维素酶，可显著有机物和无机物。如添加一定量的纤维素酶，可显著促进产气；添加促进产气；添加5mg/Kg5mg/Kg的稀土元素（的稀土元素（R R2 2O O5 5）可提高产）可提高产气气17%17%；添加适量的；添加适量的NHNH4 4HCOHCO3 3等氮肥，可

18、显著提高秸杆等氮肥，可显著提高秸杆类原料的产气率；添加少量的活性炭或泥炭、或向发类原料的产气率；添加少量的活性炭或泥炭、或向发酵池通入氢气都可显著提高甲烷产量。酵池通入氢气都可显著提高甲烷产量。 抑制剂主要是指一些金属离子、盐类、杀菌剂和抑制剂主要是指一些金属离子、盐类、杀菌剂和人工合成的化合物。人工合成的化合物。 单级发酵单级发酵 是指最常见的发酵类型。简单地说。就是产酸和产甲烷是指最常见的发酵类型。简单地说。就是产酸和产甲烷是在同一装置中进行。单级发酵对处理废水废物中的是在同一装置中进行。单级发酵对处理废水废物中的BODBOD来来说，不如两级或多级理想，但从获得能源的角度来说是可行说，不如

19、两级或多级理想，但从获得能源的角度来说是可行的。的。 两级发酵两级发酵 它是根据产酸和产甲烷两个不同阶段是由两类不同的微它是根据产酸和产甲烷两个不同阶段是由两类不同的微生物所调节的原理而设计的。这两类微生物在生理学、营养生物所调节的原理而设计的。这两类微生物在生理学、营养需要、生长和代谢特征、对环境的要求和对环境刺激的敏感需要、生长和代谢特征、对环境的要求和对环境刺激的敏感性等方面有重大差异。两级发酵能大大提高产气量和挥发性性等方面有重大差异。两级发酵能大大提高产气量和挥发性固体的分解效率，缩短发酵周期，节约成本和运转费用，还固体的分解效率，缩短发酵周期，节约成本和运转费用，还能更有效地进行废

20、物处理。能更有效地进行废物处理。（3 3）按进料方式分为批量发酵、连续发酵与半连续发酵。）按进料方式分为批量发酵、连续发酵与半连续发酵。 批量发酵批量发酵 是指将发酵原料和接种物一次性装满沼气池，是指将发酵原料和接种物一次性装满沼气池，中途不再添加新料，产气结束后一次性出料。固体含量高的中途不再添加新料，产气结束后一次性出料。固体含量高的原料，如作物秸杆、有机垃圾等由于日常进、出料不方便，原料，如作物秸杆、有机垃圾等由于日常进、出料不方便，进行沼气发酵常采用这一方法。进行沼气发酵常采用这一方法。产气特点是初期少，以后逐产气特点是初期少，以后逐渐增加，然后产气保持基本稳定，再后产气又逐步减少，直

21、渐增加，然后产气保持基本稳定，再后产气又逐步减少，直到出料。到出料。 连续发酵连续发酵 是指沼气池加满料正常产气后，每天分几次或是指沼气池加满料正常产气后，每天分几次或连续不断地加入预先设计的原料，同时也排出相同体积的发连续不断地加入预先设计的原料，同时也排出相同体积的发酵料液。大中型沼气工程通常采用。酵料液。大中型沼气工程通常采用。 半连续发酵半连续发酵 是指沼气池正常产气后，不定期、不定量地是指沼气池正常产气后，不定期、不定量地添加新料，在发酵过程中，往往根据其它因素（如农田用肥添加新料，在发酵过程中，往往根据其它因素（如农田用肥需要）不定量出料。我国农村沼气池通常采用这一方式。需要）不定

22、量出料。我国农村沼气池通常采用这一方式。 不同的地区对沼气发酵器的称呼也不一样。在不同的地区对沼气发酵器的称呼也不一样。在农村，习惯称沼气池，在城镇则多称厌氧消化器、农村，习惯称沼气池，在城镇则多称厌氧消化器、消化器、发酵罐或反应器等等。按发酵器类型的消化器、发酵罐或反应器等等。按发酵器类型的不同，可分为常规消化器、厌氧接触工艺、厌氧不同，可分为常规消化器、厌氧接触工艺、厌氧滤器、上流式厌氧污泥床等。这几种发酵器的主滤器、上流式厌氧污泥床等。这几种发酵器的主要区别在于微生物的滞留方式与原料流动方式的要区别在于微生物的滞留方式与原料流动方式的不同。以下将对这几种消化器加以讨论。不同。以下将对这几种消化器加以讨论。 1 1、水压式沼气池、水压式沼气池 特点：合并发酵与贮气于同一空间，下部为发酵间，上部为贮特点：合并发酵与贮气于同一空间，下部为发酵间，上部为贮气间。气间。 2 2、浮罩式沼气池、浮罩式沼气池分离浮罩式沼气池分离浮罩式沼气池顶浮罩式沼气池顶浮罩式沼气池4 4、 红泥塑料沼气池是我国一代新型沼气池，建池红泥塑料沼气池是我国一代新型沼气池，建池材料采用红泥塑料和混凝上制造，具有造价低材料采用红泥塑料和混凝上制造，具有造价低廉、产气率高等特点，适合于农村家庭使用。廉、产气