农村沼气发酵工程讲座.ppt

1,沼气发酵工程,沼气发酵的现实意义和重要性 沼气发酵的概念 沼气发酵所需的菌种 沼气的发酵机制 沼气工程的工艺流程,2,发展沼气工程对我们的重要性， 可以归结为以下五个有利于：,3,4,沼气发酵的概念： 沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等可燃性混合气体的过程。,沼气发酵,5,新型沼气干法发酵反应器,PYIC厌氧反应器,RYIC 厌 氧 反 应 器,6,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。 第二类细菌叫产甲烷细菌，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。,沼气发酵所需的菌种,7,甲烷菌的电镜照片,产甲烷菌,脂肪分解菌模型,8,沼气发酵机制 是指各种固态的有机废物经过沼气微生物 发酵产生沼气的过程。一般可大致分为三个阶段,液化阶段,产酸阶段,产甲烷 阶段,9,液化阶段 由于各种固体有机物通常不能进入微生物体内被微生物利用，因此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。,10,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。,11,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。,12,整个发酵过程可分为： 一、原料的收集 二、原料的预处理 原料常混杂有生产作业中的各种杂物，为便于用泵输送及防止发酵过程中出现故障，或为了减少原料中的浮沉固体含量，有的在进入消化器前还要进行升温或降温等，因而要对原料进行预处理。 三、消化器（沼气池） 消化器或称沼气池是沼气发酵的核心设备。微生物的繁殖，有机物的分解转化，沼气的生成都是在消化器里进行的，因此，消化器的结构和运行情况是沼气工程设计的重点。首先要根据发酵原料或处理污水的性质以及发酵条件选择适宜的工艺类型和消化器结构。目前应用较多的工艺类型及消化器结构有三类。,13,四、出料的后处理 出料的后处理为大型沼气工程所不可缺少的构成部分，过去有些工程未考虑出料的后处理问题，造成出料的二次污染。出料后处理的方式多种多样，最简便的是直接用作肥料施入土壤或鱼塘，但施用有季节性，不能保证连续的后处理。可靠的方法是将出料进行沉淀后再将沉渣进行固液分离，固体残渣用作肥料或配合适量化肥做成适用于各种花果的复合肥料；清夜部分可经曝气池、氧化塘等好氧处理后排放，也可用于灌溉或再回用为生产用水。目前采用的固液分离方式有沙滤式干化槽、卧螺式离心机、水力筛、带式压滤机和螺旋挤压式固液分离机等。 五、沼气的净化、储存和输配 沼气发酵时会有水分蒸发进入沼气，由于微生物对蛋白质的分解或硫酸盐的还原作用也会有一定量硫化氢（HS）气体生成并进入沼气。大型沼气工程，特别是用来进行集中供气的工程必须设法脱除沼气中的水和HS。水的冷凝会造成管路堵塞，有时气体流量计中也充满了水，脱水通常采用脱水装置进行。HS是一种腐蚀性很强的气体，它可引起管道及仪表的快速腐蚀。HS本身及燃烧时生成的SO对人体也有毒害作用。沼气的HS含量在112/m之间，蛋白质或硫酸盐含量高的原料，发酵时沼气中的HS含量就较高。硫化氢的脱除通常采用脱硫塔，内装脱硫剂进行脱硫。,14,沼气工程的工艺流程：,15,优化微生物细胞生长过程。细胞生长反应过程的研究是发酵过程优化的重要基础内容。研究细胞的生长反应，不仅要清楚地了解微生物从培养基中摄取营养物质的情况和营养物质通过代谢途径转化后的方向，还要确定不同环境条件下微生物代谢的分布。 运用基于化学计算关系的代谢通量分析方法，可提出微生物代谢途径的可能改善方向，为过程优化奠定良好的基础。,沼气发酵工程展望,16, 生物反应器工程。包括生物反应过程的参数检测与控制。生物反应器的形式、结构、操作方式、物料的流动与混合状况，传递过程特征等是影响生物反应器宏观动力学的主要因素。在工程设计中，化学计量式、微生物反应和传递现象都是需要解决的问题参数检测与控制时发酵过程中最基本的手段，只有及时检测各种反应组分浓度的变化，才有可能对发酵过程进行优化，使微生物发酵在最佳状态中进行。,17,沼气工程规模化。沼气工程产业化的一个重要方面就 是规模化。我国的沼气发酵必须从现在的局限于农村 农户的个体发展模式向规模化生产转变。农村农户发 酵模式设备简单、发酵不稳定、经济效益低。而工程 化发酵具有等级化、规模化的特点，可以专人管理、 综合利用，大大的提高了其经济效益。 加强人才培训与科技研发。