农村沼气发酵工艺.doc

农村沼气发酵工艺尽管在自然界中，沼气微生物分解有机物产生沼气的现象十分普遍，但是人们无法加以利用。为了有控制地生产沼气，获得较高的产气量，就必须采取人工制取沼气和正确的发酵工艺。1、沼气发酵工艺类型以投料运转方式可分为：连续发酵、半连续发酵和批量投料发酵。连续发酵工艺的特点是：沼气池投料启动，经过一段时间的正常发酵产气后，每天或随时连续定量地添加发酵原料和排出旧料，致使正常发酵能长期连续进行。半连续发酵工艺的特点是：启动时一次性投入较多的发酵原料，当产气量趋向下降时，开始定期添加新料和排出旧料，以维持比较稳定的产气率。农村户用沼气池根据原料特点和用肥较集中等原因，主要采用这种发酵工艺。批量投料发酵工艺特点是：一次投料发酵，运转期间不添加新料，当发酵周期结束后，取出旧料再重新投入新料发酵。以发酵温度可分为：高温发酵、中温发酵和常温发酵。高温发酵是指发酵温度在5060之间的沼气发酵。该工艺的特点是：微生物特别活跃，有机物分解消化快，产气率高（一般在2米3/米3料液天以上），滞留期短。中温发酵是指发酵温度在3035之间的沼气发酵。该工艺的特点是：沼气微生物较活跃，有机物消化速度较快，产气率较高（一般在1米3/米3料液天以上）。常温发酵是指在自然温度下进行的沼气发酵。其发酵温度不受人为控制，基本上是随气温变化而不断变化。该工艺的优点是：沼气池结构简单，造价低廉，运行管理方便，在我国农村普遍采用这种发酵工艺。2、沼气发酵原料在沼气发酵过程中，沼气微生物需要吸收充足的营养和能量，才能进行正常的生命活动（包括生长、发育、繁殖和代谢等），旺盛地、不间断地产生沼气。因此充足的发酵原料是生产沼气的物质基础。根据沼气发酵原料的化学性质和来源，可以分为以下几类：富氮原料富氮原料在农村主要是指人、畜和家禽粪便。这类原料颗粒较细，含有较多的低分子化合物，氮素的含量较高。富氮原料的碳氮比（指含碳量与含氮量的比，用C/N表示）一般都小于25/1，因此不必进行预处理，分解和产气速度较快。这种原料是我国农村沼气发酵原料的主要来源之一。其特点是发酵周期较短，产气速度快，单位发酵原料的总产气量较农作物秸秆低。富碳原料富碳原料在农村主要指各种农作物秸秆。其碳素含量较高，原料的碳氮比一般都在30/1以上。与人、畜粪便一样，农作物秸秆也是我国农村沼气主要发酵原料之一。农作物秸秆通常是由木质素、纤维素、半纤维素、果胶和蜡质等化合物组成，其产气特点是分解速度较慢，产气周期较长，但单位原料总产气量较高。使用这种原料在入池前一般要进行预处理，以提高产气效果。3、沼气发酵原料的配比我国农村沼气发酵的一个明显特点就是采用混合原料（一般为农作物秸秆和人畜粪便）入池发酵。因此，根据农村沼气原料的来源、数量和种类采用科学、适用的配料方法是很重要的。碳氮比沼气微生物的生长、代谢需要各种营养物质，除水分外，主要是碳源、氮源、无机盐和某些生长激素，特别是碳、氮和磷元素更为必需。其中碳元素为微生物生命活动提供能源，并且是形成甲烷的主要物质。氮元素是构成微生物细胞的主要来源。正常的沼气发酵要求原料具有一定的碳氮比。实践证明，原料的碳氮比过高（30/1以上），发酵就不易启动，而且影响产气效果。在实际应用中，原料的碳氮比以20301搭配较为适宜。原料不同，其碳氮比值也不同。浓度在沼气发酵中保持适宜的发酵料液浓度，对于维持和提高产气量是十分重要的。用总固体浓度来表示发酵料液浓度是指原料的总固体(或干物质)重量占发酵料液重量的百分比。在我国农村，根据原料的来源和数量，沼气发酵通常采用610%的发酵料液浓度是较适宜的。在这个范围内，夏季由于气温高，原料分解快，发酵料液浓度可适当低一些，一般为6%；在冬季，由于原料分解较慢，应适当提高发酵料液浓度，通常以10%为佳。4、沼气发酵工艺条件沼气发酵微生物要求适宜的生活条件，它们对温度、酸碱度、氧化还原势（厌氧环境）及其它各种环境因素都有一定的要求。沼气发酵工艺条件就是满足微生物的这些生存条件，使它们在适宜的环境中生存，致使发酵旺盛，达到较高的产气量。严格的厌氧环境沼气发酵微生物包括产酸菌和产甲烷菌两大类。尤其是产生甲烷的产甲烷菌是严格厌氧菌，对氧特别敏感。它们不能在有氧的环境中生存，哪怕微量的氧存在也会使发酵受阻。因此，严格的厌氧环境是沼气发酵的先决条件。密闭的沼气池为微生物创造了良好的厌氧环境。厌氧程度一般用氧化还原电位来表示。氧化还原电位(EH)又称氧化还原势。沼气发酵启动或新鲜原料入池时，带进一部分氧，造成了沼气池内较高的氧化还原势。但由于在密闭的沼气池内，好氧菌和兼性厌氧菌的活动，迅速消耗了溶解氧，使沼气池的氧化还原势逐渐降低，从而创造了良好的氧化还原势条件。接种物有机废物厌氧分解产生甲烷的过程，是由多种沼气微生物来完成的。因此，在沼气发酵中，加入足够的所需微生物作为接种物（亦称菌种）是极为重要的。粪便和其它发酵原料经过一段时间的厌氧沤制后，可起到富集菌种的作用。原料经过堆沤而又添加活性污泥作为接种物，产甲烷速度很快，一般一星期左右所产沼气中的甲烷含量可达50%以上，而且几乎呈直线上升。发酵一个月，甲烷含量达到70%左右。沼气发酵菌种在自然界中广泛存在。特别是在各种阴沟污泥中，由于含有丰富的有机物质和良好的嫌气条件，沼气发酵微生物大量繁殖，形成了丰富的微生物群落。在新进料的沼气池中加入屠宰场阴沟污泥、粪坑底脚污泥、沼气池底脚污泥作为接种物都能取得良好的效果。农村沼气池大换料时，采用沼气发酵料液作为接种物，也可以达到同样的效果。来源较广、使用最方便的接种物是沼气发酵后的污泥沉渣。为了获得足够的质量好的接种物，必须对接种物进行富集培养。主要方法是：选择活性较强的污泥，与新鲜发酵原料充分混合后，盖上塑料薄膜，在适宜的温度下（15左右）堆沤35天，即可作为接种物。当采用老沼气池发酵料液作为接种物时，接种量应占总发酵料液的30%以上，若以底层沉渣作接种物，接种量应占总发酵料液的10%以上。发酵温度沼气发酵与温度有密切关系。一般情况下，温度是产气的关键。沼气发酵微生物大多数是喜温的，发酵温度范围较广，在860都能产气，温度越高，原料分解速度越快，产气量越高。沼气发酵温度的突然上升或下降，对产气量都有明显的影响。温度突然上升或下降5，产气量显著降低，若变化过大会导致产气停止。发酵料液的PH沼气发酵的最适PH为6.87.5。一个正常发酵的沼气池一般不需调节PH，靠其自身调节就可达到平衡。在沼气发酵过程中，PH有其变化的规律。在发酵初期，由于产酸菌的活动，沼气池内会产生大量有机酸，导致PH下降。但随着发酵继续进行，氨化作用产生的氨可以中和一部分有机酸。同时，随着产甲烷菌的活动，大量的挥发酸随即被利用，这样就可使PH回升到正常值。但如果原料配制不适当，或缺乏正常操作管理，也会使挥发酸大量积累，PH下降。当PH低于6时，发酵过程就会受抑制，甚至停止。一旦出现上述酸化现象，应采取以下措施来调节：一是经常少量出料，同时投入等量的新料，以稀释发酵料液中的挥发酸，提高PH值；二是添加草木灰、稀释氨水等碱性物质。若加石灰调节时，用量一定要严格控制，否则会影响沼气微生物的活动。发酵液碱度碱度是指发酵液能够中和过酸或过碱物质的缓冲能力。碱度通常用与发酵液相当的碳酸钙的浓度（毫克/升）来表示，据研究，正常沼气发酵的碱度大致在30008000毫克/升。搅拌沼气池在不搅拌的情况下，发酵料液明显分四层：上层为浮渣层，中上层为清液层，中下层为活性层，下层为沉渣层。发酵液分层不利于产气，所以应采取搅拌等措施。搅拌的主要目的是使其不分层，让原料和接种物均匀分布于池内，增加微生物与原料的接触面，加快发酵速度，提高产气量。此外，也有利于促进发酵所产生的甲烷气体释放出来。常用的搅拌方法有：一是机械搅拌，即使用机械搅拌器搅拌；二是液搅拌，用人工或污水泵从沼气池出料口抽取一定量的料液，再从进料口将其倾入沼气池内，以产生较强的液体回流，达到搅拌目的。添加剂和抑制剂添加剂：能促进有机物分解并提高产气量的物质统称添加剂。添加剂的种类较多，包括一些酶类、无机盐类、有机物和