沼气发酵基本原理沼气发酵基本原理沼气发酵又称为厌氧消化厌氧
沼气发酵基本原理
沼气发酵基本原理
沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵和甲烷以酵，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，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）的复杂的生物化学过程。
一、沼气发酵微生物
沼气发酵微生物是人工制取沼气最重要的因素，只有有了大量的沼气微生物，并使各种类群的微生物得到基本的生长条件，沼气发酵原料才能在微生物的条件下转化为沼气。
（一）沼气微生物的种类
沼气发酵是一种极其复杂的微生物和化学过程，这一过程的发酵和发展是五大类群微生物生命活动的结果。它们是：发酵性细菌、产氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌。这些微生物按照各自的营养需要，起着不同的物质转化作用。从复杂不机物的降解，到甲烷的形成，就是由它们分工合作和相互作用完成的。
在沼气发酵过程中，五大类群细菌构成一条食物链，从各类群细菌的生理代谢产物或它们的活动对发酵液酸碱度（pH）的影响来看，沼气发酵过程可分为产酸阶段和产甲烷阶段。前三群细菌的活动可使有机物形成各种有机酸，因此，将其统称为不产甲烷菌。后二群细菌的活动可使各种有机转化成甲烷，因此，将其统称为产甲烷菌。
1、不产甲烷菌在沼气发酵过程中，不能直接产生甲烷微生物统称为不产甲烷菌。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，现已观察到的包括细菌、真菌和原生动物三大类。以细菌种类最多，目前已知的有18个属51个种，随着研究的深入和分离方法的改进，还在不断发现新的种。根据微生物的呼吸类型可将其分为好氧菌、厌氧菌、兼性厌氧菌三大类型。其中，厌氧菌数量最大，比兼性厌氧菌、好氧菌多100~200倍，是不产甲烷阶段起主要作用的菌类。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、脂肪分解菌和其他一些特殊的细菌，如产氢菌、产乙酸菌等。
2、产甲烷菌在沼气发酵过程中，利用小分子量化合物形成沼气的微生物统称为产甲烷菌。如果说微生物是沼气发酵的核心，那么产甲烷菌又是沼气发酵微生物的核心，产甲烷菌是一群常特殊的微生物。它们严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感，适宜在中性或微碱性环境中生存繁殖。它们依靠二氧化碳和氢气生长，并以废物的形成排出甲烷，是要求生长物质最简单的微生物。
产甲烷菌的种类很多，目前已发现的产甲烷菌有3目、4科、7属和13种，根据它们的细胞形态、甲烷螺旋形菌类。产甲烷菌生长缓慢，繁殖倍增时间的15倍。由于产甲烷菌繁殖较慢、在发酵启动时，需
加入大量甲烷菌种。
产甲烷菌在自然界广泛分布，如土壤中，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，下不道污泥，腐烂秸秆堆，牛马粪以及城乡垃圾堆中都有大量的产甲烷菌存在。由于产甲烷菌的分离、培养和保存都有较大的困难，迄今为止，所获得的产甲烷菌的纯种不多。一些菌的培养方法没有过关，所以对产甲烷菌的生理生化特征还不清楚，产甲烷菌的纯种还不能应用于生产，这些直接影响到沼气发酵研究的进展，也是影响沼气池产气率提高不快的重要原因。
（二）沼气发酵微生物的作用
在沼气发酵过程中，不产甲烷菌与产甲烷菌相互依赖，互为对方创造维持生命活动所需的物质基础和适宜的环境条件；同时又相互制约，共同完成沼气发酵过程。它们之间的相互关系主要表现在下列几个方面；
1、不产甲烷菌为产甲烷菌提供营养原料中的碳水化合物、蛋白和脂肪等复杂有机物不能直接被产甲烷菌吸收利用，必须通过不产甲烷菌的水解作用，使其形成可溶性的简单化合物，并进一步分解，形成产甲烷菌的发酵基质，这样，不产甲烷菌通过其生命活动为产甲烷菌源源不断地提供合成细胞的基质和能源。另一方面，产甲烷菌连续不断地将不产甲烷菌所产生的乙酸、氢和二氧化碳等发酵基质转化为甲烷，使厌氧消化中不致有酸和氢的积累，不产甲烷菌也就可以继续正常的生长和代谢。由于不产甲烷菌与产甲烷菌的协同作用，使沼气发酵过程达到产酸和产甲烷的动态平衡，维持维持沼气发酵的稳定运行。
2、不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的厌氧生态环境在沼气发酵启动阶段，由于原料和水的加入，在沼气池中随时之进入了大量的空气，这显然是对产甲烷菌有害的，但是由于不产甲烷菌类群中的好氧和兼性厌氧微生物的活动，使发酵液的氧化还原电位（氧化还原电位愈低，厌氧条件愈好）不断下降，逐步为产甲烷菌的生长和产甲烷菌创造厌氧生态环境。
3、不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质在以工业废弃物为以酵原料时，其中往往含有酚类、苯甲酸、氰化物、长链脂肪酸和重金属等物质。这些物质对产甲烷菌是有毒害作用的。而不产甲烷菌中有许多菌能分解和利用上述物质，这样就可以解除对产甲烷菌的毒。此外，不产甲烷菌发酵产生的硫化氢（H2S）可以与重金属离子作用，生成不溶性的金属硫化物而沉淀下来，从而解除了某些重金属的毒害作用。
4、不产甲烷菌与产甲烷菌共同维持环境中适宜的酸碱度在沼气发酵初期，不产甲烷菌首先降解原料中的淀粉和糖类等，产生大量的有机酸。同时，产生的二氧化碳也部分溶于水，使发酵液的酸碱度（pH）下降。但是，由于不产甲烷菌类群中的氨化细菌迅速进行氨化作用，产生的氨（NH3）可中和部分有机酸。同时，由于甲烷菌不断利用乙酸、氢和二氧化碳形成甲烷，而使发酵液中有机酸和二氧化碳的深度逐步下降。通过两类群细菌的共同作用，就可以使pH稳定在一个适宜的范围。因此，在正常发酵的沼气池中，pH始终能维持在适宜的状态而不用人为的控制。
（三）沼气发酵微生物的特点
理论和实践证明，沼气发酵过程实质上是多种类群微生物的物质代谢和能量代谢过程，在此过程中，沼气发酵微生物是核心，其发酵工艺条件的控制都以沼气发酵微生物学为理论指导。具有以下特点：
1、分布广，种类多上至1.2万米的高空，下至2千米的地层深处都有微生物的踪迹。目前，已被人们研究过的微生物约有3万~4万种之多。沼气微生物在自然界中分布也很广，特别是在沼泽、粪池、污
水池以及阴沟污泥中存在有各种各样的沼气发酵微生物，种类达200~300种，它们是可利用的沼气发酵菌种的源泉。
2、繁殖快，代谢强在适宜条件下，微生物有很高的繁殖速度。产酸菌在生长旺盛时，20分钟或更短的时间内就可以繁殖一代，产甲烷菌繁殖速度较慢，约为产酸菌的1/15。微生物所以能够出现这样高的繁殖速度，主要因为它们具有极大的表面积和体积比值，例如直径为1微米的球菌，其面积和体积的比值为6万，而人的这种比值却不到1。所以，它能够以极快的速度与外界环境发生物质交换，使之具有很强的代谢能力。
3、适应性强，容易培养与高等生物相比，多数微生物适应较强，并且容易培养。在自然条件下，成群体状态生长的微生物更是如此。例如，沼气池里的微生物（主要是厌氧和兼性厌氧两大菌群）在10~60度条件下，都可以利用多种多样的复杂有机物进行沼气发酵。有时经过驯化培养后的微生物可以加快这种反应，从而更有效地达到生产能源和保护环境的目的。
农村家用沼气发酵工艺规程
主题内容与适用范围
本标准规定了我国农村家用沼气池的沼气发酵工艺操作规程。
本标准适用于我国农村池容为6m3、8m3、10m3的家用水压式沼气池，其他类型的常规沼气发酵装置可参照使用。所用沼气池必须符合GB 4750 《农村家用水压式沼气池图集》的质量要求。
按照本规程对沼气池进行科学管理，当池温在20℃以上时，产气率可达0.4m3/m3?d；当池温不低于15℃时，产气率不低于0.15m3/m3?d。
2 沼气发酵原料
2.1 发酵原料的种类和性质
2.1.1 人畜禽粪、作物秸秆、杂草菜叶、有机污水等都可以作为沼气发酵原料。
2.1.2 各种发酵原料的产气量有所不同（见表1）。在35℃条件下常用原料每千克干物质的产气量为0.3～0.5m3，在20℃条件下每千克干物质的产气量为表1的60％。
表 1
试验条件：发酵温度为35℃。
发酵时间粪便为60d。秸秆为90d。
2.1.3 年产300m3沼气需要干物质1200kg。
2.2 发酵原料的预处理
2.2.1 粪便原料不必进行预处理。作物秸秆必须铡短到6cm 以下或粉碎。
2.2.2 在接种物用量小于20％，鲜粪用量与风干秸秆的重量比小于1∶1时。启动时所用的秸秆原料应进行堆沤处理。方法有：
a. 池外堆沤：将原料加水拌匀。加水量以料堆下部不出水为宜，料堆上加盖塑料膜。气温在15℃左右时堆沤4～5d，气温在20℃以上时堆沤2～3d。
b. 池内堆沤：将原料及接种物拌匀后。投入沼气池内进行堆沤，堆沤时间参照池外堆沤。
2.3 原料配比
2.3.1 沼气发酵启动时的C∶N比值为10～30∶1。当以秸秆原料为主进行沼气发酵启动时。根据接种物用量的多少要加粪便来调节碳氮比。接种物用量在30％或30％以上时，可以不加粪便；接种物用量在20％时，鲜粪与风干秸秆的比例应为1∶1；接种物用量在10％时，鲜粪与秸秆的比例应为2∶1。以猪、牛粪为原料启动时加20％的接种物；以鸡、人粪作发酵原料启动时加30％的接种物。
2.3.2 粪便不足时可在沼气池内加入料液总量0.10％～0.30％的碳酸氢铵或0.03％～0.10％的尿素。
2.3.3 入池原料的碳氮比及干物质含量可根据公式（1）及公式（2）进行计算：
a. 入池混合原料的碳氮比按公式（1）计算：
K=（C1X1+C2X2+C3X3............）/（N1X1+N2X2+N3X3............） (1)
式中：K──混合原料的碳氮比；
C──各种原料的碳素含量，％；
N──各种原料的氮素含量，％；
X──各种原料的重量，kg。
b. 入池混合原料的干物质含量按公式（2）计算：
D=〔（T1X1+T2X2+T3X3............）/（X1+X2+X3......）〕×100 (2)
式中：D──混合原料的干物质含量，％；
T──各种原料的干物质含量，％；
X──各种原料的重量，kg。
上述两个公式也可以用来计算在配制一定的碳氮比或干物质含量时，某一原料的需要量。
3 接种物
3.1 沼气发酵启动时所使用的含有大量沼气发酵微生物的各种厌氧活性污泥称接种物。在沼气发酵启动时，料液中要添加10％～30％的接种物。
3.2 老沼气池中的悬浮污泥、各种有机废水沉淀污泥、河流湖泊底层的沉渣、坑塘污泥和积水粪坑的粪肥等，都可用来作接种物。所用接种物的挥发性固体含量不低于3％。
3.3 不同来源的接种物，对沼气发酵的影响各不一致。为了比较接种物质量的好坏，可通过实验加以选择。方法是将等量的不同接种物接入发酵原料和环境条件完全相同的发酵瓶内，其用量为5％～10％，在35℃条件下发酵15～20d，比较其产气多少，择优选择。
3.4 接种物需要量较大时，可采用扩大培养的方法加以增殖。其方法是将选取的接种物按10％～30％的比例加入发酵原料中。经过厌氧培养，到日产气量基本稳定，并且所产生气体甲烷含量在50％～60％时即告完成。接种物经一次扩大培养仍不够用时，可按此法进行多次扩大培养。
4 沼气发酵的启动
4.1 新建成的或已大出料的沼气池，从进料开始，到能够正常而稳定地产气过程称为沼气发酵的启动。
4.2 投料：将预处理的原料和准备好的接种物混合在一起投入池内。启动时的料液干物质含量控制在
4％～6％。如在大出料时将接种物留在了池内，将原料投入池内拌匀即可。
4.3 加水封池：原料和接种物入池后，要及时加水封池。现有水压式沼气池以料液量约占沼气池总容积的90％为宜。然后将池盖密封。
加入沼气池的水可依次选用沼气发酵液、生活废水、河水或坑塘污水等；也可使用井水或自来水；但不得使用含有毒性物质的工业废水。
4.4 放气试火：沼气发酵启动初期，通常不能点燃。因此，当水压表压力达到20cm水柱以上时，应进行放气试火。所产沼气可正常点燃使用时，沼气发酵的启动阶段即告完成。
4.5 启动时，一旦发生酸化现象，往往表现为所产气体长期不能点燃或产气量迅速下降，甚至完全停止产气，发酵液颜色变黄。根据酸化程度的不同，可采用不同的治理方法：
a. 发酵pH值不低于6.0时，由于沼气发酵的自然调节作用，pH 值会逐渐上升，并恢复正常产气，但需要时间较长。为了加快正常产气，可向沼气池内增投一些接种物或老沼气水。
b. 当pH值降至6.0以下时，则需抽出部分发酵液，重新加入较大量接种物或老沼气池发酵液，同时也可用石灰水或草木灰水调节pH值至6.0以上。以达到恢复产气的目的。
5 沼气池的运转管理
5.1 当沼气发酵启动之后，即进入正常运转阶段。为了维持沼气池的均衡产气，启动后30d左右就应定时进行补料。
5.2 平均每个沼气池每天补料4～8kg干物质，便可维持日产气1.5m3以上。如用气量大，池温在20℃以上时，每立方米沼气池平均每天可补料2kg。
5.3 正常运转期间进池的秸秆原料，只要铡短或粉碎并用水或发酵液浸透即可。
5.4 正常运转期间的进料浓度应当尽量大一些。干物质含量可以大于8％。
5.5 为了便于管理和均衡产气。可每隔5～7d补料一次。“三结合”沼气池每天都有一定量的人畜粪便进入沼气池，产气量不足时，则应每5～7d 添加秸秆或青草等原料一次。补加原料的量参照5.2进行。补料时要先出后进，每次出料的发酵液可以循环使用。
5.6 非三结合沼气池，若实行秋季一年一次大换料，并以成批投料为主时，启动投料浓度在8％～10％，至次年春末不必添料，以后产气量不足时每月添料1～2次，每次进料40～80kg干物质。
5.7 水压式沼气池无搅拌装置，可通过进料口或水压间用木棍搅拌，也可以从水压间淘出料液，再从进料口倒入进行搅拌，每隔5～7d搅拌一次。若发生浮料结壳并严重影响产气时，则应打开活动盖进行搅拌。冬季减少或停止搅拌。
6 沼气池的温度及增保温措施
6.1 常温发酵沼气池，温度越高沼气产量越大。应尽量设法使沼气池背风向阳。
6.2 冬季到来之前，防止池温大幅度下降和沼气池冻坏，应在沼气池表面覆盖柴草、塑料膜或塑料大棚。三结合沼气池，要在畜圈上搭保温棚，以防粪便冻结。
6.3 作物秸秆等堆沤时产生大量热量。正常运转期间可在池外大量堆沤秸秆，给沼气池进行保温和增温。
6.4 采用覆盖法进行保温或增温，其覆盖面积都应大于沼气池的建筑面积，从沼气池壁向外延伸的长度应稍大于当地冻土层深度。
7 沼气池的大换料
7.1 根据农业生产用肥季节每年可进行大换料1～2次。大换料要于池温15℃以上季节进行，低温季节不宜进行大换料。
7.2 大换料时应做到以下几点：
7.2.1 大换料前5～10d应停止进料。
7.2.2 要准备好足够的新料。待出料后立即重新进行启动。
7.2.3 出料时尽量做到清除残渣，保留细碎活性污泥。留下10％～30％的活性污泥为主的料液做为接种物。沼气发酵液可重复利用。
8 安全注意事项
8.1 沼气发酵启动过程中，试火应在灯、炉具上进行，禁止在导气管口试火。
8.2 沼气池在大换料及出料后维修时，要把所有盖口打开，使空气流通，在未通过动物实验证明池内确系安全时，不允许工作人员下池操作。
8.3 池内操作人员不得使用明火照明，不准在池内吸烟。
8.4 下池维修沼气池时不允许单人操作，下池人员要系安全绳，池上要有人监护。以防万一发生意外可以及时进行抢救。
8.5 沼气池进出料口要加盖。
8.6 输气管道、开关、接头等处要经常检修。防止输气管路漏气和堵塞。水压表要定期检查。确保水压表准确反映池内压力变化。要经常排放冷凝水收集器中的积水，以防管道发生水堵。
8.7 在沼气池活动盖密封的情况下，进出料的速度不宜过快，保证池内缓慢升压或降压。在沼气池日常进出料时，不得使用沼气燃烧器和有明火接近沼气池.
几种沼气厌氧发酵工艺比较剖析
塞流式工艺 塞流式工艺细分有两种，一种是普通的塞流式反应器（PFR），另一种是改进的高浓度塞流式工艺（HCF）。 1.塞流式反应器（PFR） 图1 （1）原理 PFR也称推流式反应器，是一种长方形的非完全混合式反应器。高浓度悬浮固体发酵原料从一端进入，呈活塞式推移状态从另一端排出。消化器内沼气的产生可以为料液提供垂直的搅拌作用，料液在沼气池内无纵向混合，发酵后的料液借助于新鲜料液的推动作用而排走。进料端呈现较强的水解酸化作用，甲烷的产生随着向出料方向的流动而增强。由于该体系进料端缺乏接种物，所以要进行固体的回流。为减少微生物的冲出，在消化器内应设置挡板以有利于运行的稳定。PFR反应原理及结构见图1。这种工艺能较好地保证原料在沼气池内的滞留时间。许多大中型
畜禽粪污沼气工程采用这种发酵工艺。 （2）特点 优点：适用于高SS废水的处理，尤其适用于牛粪的厌氧消化，固体含量可以提高到12%；用于农场有较好的经济效益；不需要搅拌；池形结构简单，运行方便，故障少，稳定性高。 缺点：固体物容易沉淀池底，影响反应器的有效体积，使HRT和SRT降低，效率较低；需要固体和微生物的回流作为接种物；因该反应器占地面积或体积比较大，反应器内难以保持一致的温度；易产生厚的结壳。 2. 高浓度塞流式工艺（HCF） （1）原理 HCF是一种塞流、混合及高浓度相结合的发酵装置。厌氧罐内设机械搅拌，以塞流方式向池后端不断推动，HCF厌氧反应器的一端顶部有一个带格栅并与消化池气室相隔离的进料口，在厌氧反应器的另一端，料液以溢液和沉渣形式排出。 （2）特点 进料浓度高，干物质含量可达8％；能耗低，不仅加热能耗少，而且装机容量小，耗电量低；与PFR相比，原料利用率高；解决了浮渣问题；工艺流程简单；设施少，工程投资省；操作管理简便，运行费用低；原料适应性强（畜禽粪便、碎秸秆和有机垃圾均可）；没有预处理，原料可以直接入池；卧式单池容积偏小，便于组合。
沼气产量计算及热值换算方法大全
实用：沼气产量计算及热值换算方法大全 一沼气产量计算 1、理论计算公式 沼气产量＝废水浓度（kgCOD/m3）×设备去除率（%）×废水日排放量（m3/d）×产沼气率 其中，产沼气率为0.7 m3/kgCOD（理论值） 2、其他沼气产量计算方式 按养殖规模计算 一般估算：5头猪、1头牛、150只鸡的粪便可产1m3沼气。 按照池容计算 一般估算：6m3、8m3、10m3的沼气池容积可分别产 1.2m3、1.6m3、2m3沼气。 按照池中的干物质计算 如每公斤猪粪(干物质)产气量为0.43m3/kg。 按照去除的污染物计算
如每去除1公斤COD可产生约0.35m3沼气。 二沼肥产量计算 沼气池需进调配成干物质含量（TS）为8%的粪污水料液，根据日粪污干物质产量和水力滞 留期（20天），需要沼气池有效容积为800m3。计算公式如下： 沼气池有效容积 =（干物质日产量×水力滞留期）/发酵料液浓度 =（X×20d）/8% =800m3 则粪污干物质量（X）为3.2t/d，粪便中干物质在厌氧反应阶段被降解50%，经固液分离后进入沼液约20%，转化为沼渣的干物质为总量的30%，新鲜沼渣含水率为65%，则： 日产沼渣量 （3.2t/d×30%)÷（1-65%）=2.74t/d 沼液日产量 （3.2t/d÷8%）-3.2t/d×50%-2.74t/d=35.66t/d 部分沼液回流去调节池调节粪水料液浓度，可减少清水用量并提高粪水料液中产沼气细菌的 含量，沼液回流量按20t/d计。因此，每天需要排放的沼液量为：35.66-20＝15.66t/d。三沼气与燃煤热值换算
沼气与热值为4000K燃煤的换算公式为： 燃煤量＝沼气产量×沼气含甲烷率×甲烷热值÷4000K 根据美国麦卡蒂教授的推算：每去除1千克COD，在理想状态下可产甲烷0.35m 3，折合含甲烷60%的沼气为0.583m3；每去除1千克BOD产生的沼气稍高，约为1m3左右。 1m3沼气可产热值20514KJ 标准煤热值为29306KJ 20514/29306=0.714 （1m3沼气等于0.714kg标准煤） 即日产1000m3沼气能节约714kg标准煤 拓展其他燃料热值参考 天然气：8500-9250kcal/m3 液化石油气：23000-24000kcal/kg 电：860kcal/kwh 煤油：10250kcal/kg 柴油：11000kcal/kg
废水厌氧处理沼气产气量计算
废水厌氧处理沼气产气量计算原理 一、理论产气量的计算 1.根据废水有机物化学组成计算产气量 当废水中有机组分一定时，可以利用第一节中所介绍的化学经验方程式（15-1）计算产气量，对不含氮的有机物也可用以下巴斯维尔（Buswell和Mueller）通式计算: 【公式见下图】 2．根据COD与产气量关系计算 在标准状态下，1mol甲烷，相当于2mol（或64g）COD，则还原1gCOD相当于生成22.4/64=0.35L甲烷。 一般在厌氧条件下，每降解1kgCOD约产生2%～8%的厌氧污泥（即微生物对营养物质进行同化后残留的物质），而能量的传递效率是能量在沿食物链流动的过程中，逐级递减。若以营养级为单位，能量在相邻的两个营养级之间传递效率为10%~20%。微生物由于其生物形态结构简约，传递效率要稍高于多细胞生物为20%~30%，若以其传递效率25%计，则每1kgCOD产生2%～8%的厌氧污泥，则需要总物质的8%～32%物质用于其自身的同化作用，故1kgCOD中只有0.68～0.92kg的物质转化为甲烷，理论上在标准状态下，1mol甲烷，相当于2mol（或64g）COD，则还原1kgCOD相当于生成22.4/64=0.35m3甲烷。 沼气中甲烷的含量一般占总体积的50～70%，则理论上初步计算1kgCOD产生0.34～0.644Nm3的沼气。但在厌氧消化工艺中，实际产气率受物料的性质、工艺条件以及管理技术水平等多种因素的影响，在不同的场合，实际产气率与理论值会有不同程度的差异。 ①物料的性质：就厌氧分解等当量COD的不同有机物而言，脂类（类脂物）的 产气量最多，而且其中的甲烷含量也高；蛋白质所产生的沼气数量虽少，但甲烷含量高； 碳水化合物所产生的沼气量少，且甲烷含量也较低；从脂肪酸厌氧消化产气情况表明，随着碳键的增加，去除单位重量有机物的产气量增加，而去除单位重量COD的产气量则下降； ②②废水COD浓度：废水的COD浓度越低，单位有机物的甲烷产率越低，主要 原因是甲烷溶解于水中的量不同所致。因此，在实际工程中，高浓度有机废水的产气率
秸秆厌氧干发酵产沼气的研究
科学研究 秸秆厌萤干发酵产沼与的研皇℃九 陈智远姚建刚 杭州能源环境工程有限公司 摘要：本试验以玉米秸、稻草、烟叶杆、木薯杆为代表的秸秆作为原料，在温度３８＂Ｃ，采用批量发酵工艺进行高浓度厌氧发酵产气研究。试验结果表明，玉米秸、稻草、烟叶杆及木薯杆的Ｔｓ产气 率分别为４１３ｍｌ／ｇ、３３０ｎ１／ｇ、３３３ｍ］／ｇ、２２２ｍ１／ｇ，而ｖｓ产气率分别为４７０ｍ１／ｇ、３８７ｍｌ／ｇ、４２６Ｔｌｌ／ｇ、２４１ｍ１／ｕ。 关键词：秸秆干发酵产气率 农业固体废弃物是指在整个农业生产过程中被丢弃 的有机类物质，主要包括农业生产和加工过程中产生的 植物残余类废弃物、动物残余类废弃物和农村城镇生 活垃圾等…。据孙永明【１１等报道，我国每年产生固体废 弃物高达几十亿吨，而每年产生农作物秸秆总量约７亿 吨，除去用于造纸、饲料及造肥还田外，还有一大部分 未充分利用，大量剩余秸秆的随地堆弃和任意焚烧，造成了大气污染、土壤污染、火灾事故、堵塞交通等大量社会、经济和生态问题【２习ｊ。但实际上秸杆可以通过干发酵工艺得到有效利用，既以固体有机废弃物为原料（总固体含量在２０％以上），利用厌氧菌将其分解为ＣＨ。、ＣＯ。、Ｈ。Ｓ等气体的发酵工艺【４Ｊ。与湿发酵相比，主要优点是可以适应各种来源的固体有机废弃物、运行费用低并提高容积产气率、需水量少或不需水、产生沼液少后续处理费用低等［５】。本文对玉米秸、稻草、烟叶杆及木薯杆的高浓度厌氧发酵产气潜力进行研究。 １．材料与方法 １．１材料与试验装置 玉米秸和稻草取自杭州郊区某农场，烟叶杆与木薯杆分别取自云南昆明郊区某卷烟厂和某农场，经切碎后（２～３ｃｍ）左右待用。污泥则取自杭州市种猪试验场的沼气站。原料的ＴＳ与ＶＳ见表１。厌氧装置采用自制的１．５Ｌ发酵装置。采用排水法计量气体，试验装置见图１。 表１原料的ＴＳ与ＶＳ 项目玉米秸稻草烟叶杆木薯杆污泥ＴＳ（％）８４．４２８６．３３８７．９６２３．９０１１．６４ＶＳ（％）７３．９６７５．０２６８．６８２２．００７．３２ １、止水夹２、胶管３、盖子４、发酵瓶５、胶管 ６、集气瓶７、集水瓶 图１反应装置示意图 １．２试验设计 试验设４个试验组和１个为空白组．每组３个平行，在３８℃的恒温间内发酵。将１００９ｔ－米秸、稻草、烟叶杆分别和８００９污泥混合均匀后加入发酵瓶中，将１００９木薯杆与６００９污泥混合均匀后也加入发酵瓶中，空白则将１０００９污泥加入发酵瓶中。 １．３分析项目及方法 ＴＳ测定是将待测混合物置于已烘干、称重的硬质玻璃杯中，（１０５±２）℃烘干至恒重，称重计算，而ＶＳ测定是将待测混合物置于已烘干、称重的坩埚中．（５５０－Ｉ－１０）℃灼烧至恒重，称重计算【６】。ＰＨ值采用精密试纸法。 每天定时测定发酵产气量，即测定集水瓶中水的体积量为日产气量。利用沼气分析仪（武汉四方沼气分析仪）及根据沼气燃烧的火焰颜色参照ＣＨ。含量标准卡联合检测ＣＨ。浓度｜７Ｊ。 ２．结果与讨论 ２．１发酵前后的相关测定及分析 从图２可以看出，各试验组发酵前后的ＴＳ及ＶＳ均有所下降，这说明原料被消耗并生产沼气。图中数据表明玉米秸、稻草、烟叶杆及木薯杆的ＴＳ降解率分别为 ２４ ｗⅥ唧．ｅｈｏｍｅ．ｇｏｖ．ｅｎ 万方数据
[沼气,废弃物,固体]有机固体废弃物厌氧发酵产生沼气的脱硫技术分析
有机固体废弃物厌氧发酵产生沼气的脱硫技术分析 0引言 随着工农业废弃物厌氧生物处理技术的广泛应用，沼气作为一种可再生能源，越来越受到人们的关注和重视。沼气是一种特殊的生物质能源，因为它的低位发热值较高，所以其经常被用作汽车燃料，还有一些被用作动力能源(如水泵和发电机)，也有被用作化工原料(如合成有机玻璃脂和制造甲醛和甲醇等);还有一些国家的沼气净化技术较高，如瑞典将净化后的沼气直接并入国家气网使用。因此，沼气完全可以作为一种绿色能源被开发利用，这种新兴的产业也被人们越来越重视。由于沼气来源于厌氧发酵工艺，因此这种工艺也得到越来越多的产业化应用，不仅能缓解当前存在的能源危机问题，而且能很好地达到保护环境的目的。 各种厌氧发酵微生物在厌氧的条件下，将有机物分解消化的过程中会产生沼气，此时也伴随有H2S的产生。因此，沼气是一种混合气体，其中CHQ和CO2的含量较高，H2, H2S, NH 的含量比较少。发酵原料的种类、各种原料的相对含量、厌氧发酵的条件(温度、时间、pH等)以及厌氧发酵的各个阶段都是影响沼气成分的因素。 硫化氢(H2S)是一种能危害人体健康的有毒性气体，其物理性质上最大的特点是无毒和有强烈的臭鸡蛋气味。另外，大气中H2S的存在是造成酸雨的主要原因之一。由于H2S在化学性质上能与许多金属离子反应，产物是硫化物沉淀，而这些产物又不溶于水或者酸，所以其对铁等金属类物质有很强的腐蚀性。除此之外，当沼气燃烧时，H2S会被氧化成亚硫酸，从而对环境造成严重的污染，也会严重腐蚀设备、管道和仪器仪表等。因此，在利用沼气之前必须将其中的H2S去除，而国家对沼气中H2S含量的标准有严格的规定，不能超过0. 02g/亩。目前，最常用的脱除H2S的方法有干式脱硫、湿式脱硫和生物脱硫。 1.干法脱硫 干法脱硫的具体反应过程是首先通过物理吸附将H2S吸附在吸附剂的表面，然后是吸附剂与H2S发生化学反应生成单质硫的过程。因为干法脱硫所使用的脱硫剂大多数是粉末状或者颗粒状，其整个过程是在完全干燥的环境下进行的，所以脱硫过程不会对设备和管道等产生腐蚀和结垢的影响。干法脱硫的适用范围是含有较低浓度H2S的气体，其优点在于脱硫工艺设备比较简单及工艺技术方面比较成熟。因此，干法脱硫工艺在工业上应用较广。目前，最常用的干法脱硫方法有氧化铁法、氧化锌法、活性炭吸附法和膜分离法等。 1.1氧化铁法脱硫 氧化铁沼气脱硫法是使用较早的一种方法，早在19世纪40年代就开始逐步发展起来了，而此时煤气工业也孕育而生。氧化铁法脱硫的反应原理:常温下沼气到达脱硫机床的表面，此时沼气中的H2S与Fe203发生氧化还原反应，生成的产物为Fe2S3和Fe2;之后，含硫的脱硫剂再被空气中的氧氧化为Fe2 03和SO这也说明了这种脱硫剂是可再生的，可以循环使用很多次;但是如果脱硫剂表面的空隙被大部分覆盖以后，氧化铁脱硫剂就失去了活性。由此可见，影响脱硫效果的因素有沼气的流速和沼气与脱硫剂接触的时间。 氧化铁法脱硫过程中发生的化学反应是不可逆的。反应方程式的反应速率很大，要将沼
废水生物处理基本原理-厌氧生物处理原理
废水生物处理基本原理 ——废水厌氧生物处理原理 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CH 4和CO 2的过程。 1.1.1 厌氧生物处理中的基本生物过程——阶段性理论 1、两阶段理论： 20世纪30~60年代，被普遍接受的是“两阶段理论” 第一阶段：发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；主要功能是水解和酸化，主要产物是脂肪酸、醇类、CO 2和H 2等；主要参与反应的微生物统称为发酵细菌或产酸细菌；这些微生物的特点是：1）生长速率快，2）对环境条件的适应性（温度、pH 等）强。 图1厌氧反应的两阶段理论图示 内源呼 吸产物 碱性发酵阶段 酸性发酵阶 段 水解胞外酶 胞内酶产甲烷菌 胞内酶产酸菌 不溶性有机物 可溶性有机物 细菌细 胞 脂肪酸、醇 类、H 2、CO 2 其它产物 细菌细胞 CO 2、CH 4
第二阶段：产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段；是指产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；主要参与反应的微生物被统称为产甲烷菌（Methane producing bacteria）；产甲烷细菌的主要特点是：1）生长速率慢，世代时间长；2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感，要求苛刻。 1.1.2 三阶段理论 对厌氧微生物学的深入研究后，发现将厌氧消化过程简单地划分为上述两个过程，不能真实反映厌氧反应过程的本质； 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；
发酵原料与产沼气量
该表显示粪便和干粪其每公斤有机干物及每立方米发酵原料的气体产量。 原料固体 物% 有机固体物 占固体物% 平均产气量 立升/每公斤固体有机物 沼气 立方/每吨原料 苹果发酵下脚料 3 95 500 14 苹果渣25 86 700 151 啤酒渣25 65 700 116 生物垃圾40 50 615 123 干血粉屑90 80 900 648 脂眆分离残余物30 95 1000 285 漂浮淤泥15 90 1000 135 饲料和甜菜叶16 79 500 63 蔬菜下脚料15 76 615 70 绿草42 90 780 295 草药提取后剩物53 55 650 189 鸡粪便15 77 465 54 椰子壳95 91 700 605 土豆茎25 79 840 166 土豆发酵下脚料14 90 420 53 污水淤泥 4 70 525 15 苜蓿植物20 80 800 128 厨房下脚料14 93 550 72 树叶85 82 650 453 猪胃内杂物14 82 420 48 庄稼下脚料37 93 800 275 玉米青贮32 91 700 204 玉米秸杆86 72 900 557 水果渣45 93 615 257 油料作物下脚料92 97 700 624 内脏(压过) 28 90 500 126 内脏(未处理过) 15 84 500 63 马粪(新鲜) 28 75 580 122 油菜籽提炼后的粉89 92 633 518 牛粪便8 81 400 26 牛粪(新鲜) 22 83 420 77 羊粪(新鲜) 27 80 750 162 猪粪便 6 81 450 22 猪粪便85 85 500 361
沼气产生量
1、沼气量理论计算公式： 沼气产量＝废水浓度（kgCOD/m3）×设备去除率（%）×废水日排放量（m3/d） ×产沼气率 产沼气率： 0.7 m3/kgCOD（理论值） 2、沼气换算燃煤公式 沼气含甲烷率：65%；甲烷热值：6000K/ m3 沼气与热值为4000K燃煤的换算公式： 燃煤量＝沼气产量×沼气含甲烷率×甲烷热值÷4000K 3、有关猪粪转化沼气率 一般来说，鲜猪粪含SS（固形物）20%，1公斤SS可以0.2-0.4 m3的沼气。 去除每千克COD产0.35方沼气，每方沼气相当于一公斤标准煤 实际产气计算去除COD千克数*0.35*0.8 除1公斤COD可产0.4方沼气，每方沼气可以发电1.2-1.6度 根据美国麦卡蒂教授的推算，每去除1kgCOD在理想状态下可产甲烷350L，折合含甲烷60%的沼气583L。每去除1kgBOD产生的沼气稍高，约为1m3左右。 一立方沼气等于0.714公斤标煤；日产1000立方沼气能节约714公斤标准煤.。一立方沼气产热值20514KJ。标准煤热值29306KJ。 20514/29306=0714 追问 可是培训时，老师说一立方沼气要等于3公斤标煤，因为沼气的利用热效率比煤高多了，沼气可达90%以上，而煤低多了。这样的算对吗？ 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 回答 能源的种类很多，所含的热量也各不相同，为了便于相互对比和在总量上进行研究，我国把每公斤含热7000大卡（29306千焦）的定为标准煤,也称标煤。另外，我国还经常将各种能源折合成标准煤的吨数来表示，如1吨秸秆的能量相当于0.5吨标准煤，1立方米沼气的能量相当于0.7公斤标准煤。
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，
农业废弃物厌氧发酵制取沼气技术的研究进展
农业废弃物厌氧发酵制取沼气技术的研究进展 摘要：为了研究中国农业废弃物制取沼气的研究及利用现状，笔者结合自身及前人的研究成果，通过描述中国农业废弃物的利用现状及厌氧发酵制取沼气技术的机理，产甲烷菌的基本研究以及3种常见农业废弃物厌氧发酵产沼气的研究结果，概括了利用厌氧发酵处理农业废弃物的必要性及技术上的可行性。但同时发现，很多研究成果没有在中国农业废弃物的利用上得到充分利用，本研究的成果在今后对农业废弃物进行合理有效的利用及处理上有很大的参考作用。 0引言 中国每年产生的农业废弃物，仅农作物秸秆的量就约为7亿t，大中城市郊区的集约化养殖场产生的畜禽粪便因超过农田环境自身消纳的能力，也对城市郊区环境造成了较大的污染。本研究通过倡导利用厌氧发酵生沼气技术处理农业废弃物，能有效保护农村及城市郊区的环境，同时能改善当前中国能源利用领域过分依赖煤炭，污染严重，能源利用率低等不合理现象，对解决中国经济发展的瓶颈有重要意义。 当前农业废弃物的利用技术有很多，主要包括：能源化、肥料化、饲料化和材料化技术，而能源化是当前研究的重点，如将玉米秸秆通过等离子体热裂解液化制取生物油，厌氧微生物利用麦麸产氢以及利用甜高粱茎秆汁液发酵制取生物酒精等。与其他农业废弃物能源化的技术相比，厌氧发酵生产沼气技术目前比较成熟，可以实现产业化。如北方“四位一体”沼气生态模式和南方的“猪、沼、果”生态模式等。 与此同时，大量的利用农业废弃物发酵产沼气的基础研究也在进行，如碱预处理对稻草发酵产沼气的效果，同时刘荣厚等还发现蔬菜废弃物用厌氧发酵工艺处理制取沼气是可行的。沼液及沼渣作为沼气发酵的一种副产物，也有很大的作用，50%浓度的沼液能提高草莓的果实品质，添加煤油和洗衣粉的沼液混合物是一种防治菜青虫的良好杀虫剂。 本研究针对农业废弃物制取沼气技术在处理废弃物的实际应用上的不足，与其比较成熟的研究现状脱节的问题，通过全面地概括论证利用厌氧发酵处理农业废弃物的必要性及技术上的可行性，倡导积极发展厌氧发酵制取沼气技术，并在实际中大量应用该技术处理中国的农业废弃物，相信在厌氧发酵制取沼气技术的广发推广上能起到非常积极的作用。 1厌氧发酵制取沼气技术的机理 目前为止，对厌氧发酵制取沼气技术机理的研究比较成熟。沼气发酵的过程，实际上是微生物的物质代谢和能量转换过程，在分解代谢过程中微生物获得能量和物质，以满足自身生长繁殖，同时大部分物质转化为甲烷和二氧化碳。 其基本过程通常可分为液化、产酸、产甲烷3个阶段，前2个阶段合称为不产甲烷阶段，不过目前比较权威的是把沼气发酵理论分为2阶段厌氧发酵理论和3阶段厌氧发酵理论。 2阶段理论主要针对一些可溶性的复杂有机物，第1阶段是在产酸菌的作用下，有机物被分解为低分子的中间产物如有机酸如乙酸、丁酸等及氢气、二氧化碳等气体；第2阶段是产甲烷菌将第1阶段产生的中间产物继续分解为甲烷和二氧化碳。3阶段理论主要针对不溶性的复杂有机物，相对2阶段理论，主要是多了1个水解和发酵的阶段，在这一阶段，复杂有机物在微生物（发酵菌）作用下进行水解和发酵：多糖先水解为单糖，再通过酵解途径进一步发酵成乙醇和脂肪酸等；蛋白质则先水解为氨基酸，再经脱氨基作用产生脂肪酸和氨；脂类转化为脂肪酸和甘油，再转化为脂肪酸和醇类。 也有研究将产甲烷的3阶段理论中的第1阶段拆分为2步，认为沼气发酵应具体分为4个步骤，分别是：聚合物的水解、水解产生的单体发酵生成挥发性脂肪酸酸和乙醇等、中间产物转换为乙酸和氢气、甲烷的形成。 2产甲烷菌的研究 2.1产甲烷菌的种类与基本性质 产甲烷菌是一类能够将无机或有机化合物厌氧消化转化成甲烷和二氧化碳的古细菌，它们生长在严格厌氧的环境中，不能利用复杂的有机物作为能量来源，只能利用氢气、二氧化碳、甲酸、甲醇、甲基胺、乙酸等简单物质合成甲烷进行能量代谢，是厌氧发酵过程的最后一个成员。
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。
沼气产量计算及热值换算方法大全
沼气产量计算及热值换 算方法大全 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
实用：沼气产量计算及热值换算方法大全 沼气产量计算 1、理论计算公式 沼气产量＝废水浓度（kgCOD/m3）×设备去除率（%）×废水日排放量（m3/d）×产沼气率 其中，产沼气率为0.7 m3/kgCOD（理论值） 2、其他沼气产量计算方式 按养殖规模计算 一般估算：5头猪、1头牛、150只鸡的粪便可产1m3沼气。 按照池容计算 一般估算：6m3、8m3、10m3的沼气池容积可分别产1.2m3、1.6m3、2m3沼气。 按照池中的干物质计算 如每公斤猪粪(干物质)产气量为0.43m3/kg。 按照去除的污染物计算 如每去除1公斤COD可产生约0.35m3沼气。
沼气池需进调配成干物质含量（TS）为8%的粪污水料液，根据日粪污干物质产量和水力滞留期（20天），需要沼气池有效容积为800m3。计算公式如下： 沼气池有效容积 =（×水力滞留期）/发酵料液浓度 =（X×20d）/8% =800m3 则粪污干物质量（X）为3.2t/d，粪便中干物质在厌氧反应阶段被降解50%，经固液分离后进入沼液约20%，转化为沼渣的干物质为总量的30%，新鲜沼渣含水率为65%，则： （3.2t/d×30%)÷（1-65%）=2.74t/d （3.2t/d÷8%）-3.2t/d×50%-2.74t/d=35.66t/d 部分沼液回流去调节池调节粪水料液浓度，可减少清水用量并提高粪水料液中产沼气细菌的含量，沼液回流量按20t/d计。因此，
沼气与热值为4000K燃煤的换算公式为： 燃煤量＝沼气产量×沼气含甲烷率×甲烷热值÷4000K 根据美国麦卡蒂教授的推算：每去除1千克COD，在理想状态下可产甲烷0.35m3，折合含甲烷60%的沼气为0.583m3；每去除1千克BOD产生的沼气稍高，约为1m3左右。 标准煤热值为29306KJ 20514/29306=0.714 （1m3沼气等于0.714kg标准煤） 天然气：8500-9250kcal/m3 液化石油气：23000-24000kcal/kg 电：860kcal/kwh 煤油：10250kcal/kg 柴油：11000kcal/kg
沼气厌氧发酵
沼气厌氧发酵 中国知识资源总库——CNKI 系列数据库输出格式:简单详细引文格式自定义查新RefWorks 自定义:题名作者中文关键词单位中文摘要基金刊名ISSN年期第一责任人 处理结果: 1题名The Relationship Among pH,VFA and Biogas Production in Anaerobic Fermentation of Mixed Manure and Straw with Different Ratios 作者张彤;李伟;李文静;李轶冰;杨改河; 刊名农业环境科学学报 单位西北农林科技大学林学院;陕西省循环农业工程技术研究中心;西北农林科技大学农学院; 中文摘要为探索发酵原料产气量与pH值、挥发性脂肪酸之间的关系,确定最佳原料配比以及发酵温度是关键。通过试验在恒温条件下以不同配比的鸡粪、麦秆混合物为原料,在25～40℃范围内进行厌氧发酵,研究pH值和挥发性脂肪酸对沼气产量的影响。结果显示,在约50d的发酵过程中,以40℃、鸡粪和麦秸3∶1处理的(简称鸡麦3∶1)累积产气量最高,达11492mL,25℃、鸡麦3∶1处理的累积产气量最低,为6227mL。在25、30℃发酵条件下,随着麦秆比例的增加,产气量逐渐增加;在35、40℃发酵条件下,随着麦秆比例的减少,产气量逐渐增加。pH值与日产气量成正比,而挥发性脂肪酸与日产气量成反比。 2题名Study on Characteristics of Anaerobic Fermentation with Wheat Straw and Sweet Potato Vine 作者石勇;邱凌;邵艳秋;罗涛;任虎林; 刊名西北农业学报 单位西北农林科技大学机械与电子工程学院;农业部沼气西北分中心;西北农林科技大学农学院;西北农林科技大学资源与环境学院; 中文摘要在(30±1)℃恒温条件下,按C/N=20∶1,C/N=25∶1,C/N=30∶1的3个不同水平将小麦秸秆和红薯藤叶分别配置成2 000 mL发酵液,其总固体含量TS为8%。对3个不同水平C/N的发酵液进行厌氧发酵试验,测定厌氧发酵过程中的日产气量,pH、CH4和CO2体积分数等动态指标的变化,探究2种物料在不同C/N水平下的发酵特性。结果表明在TS为8%的条件下,C/N为25∶1水平时产气效果最佳,产气量和CH4体积分数都具有明显优势。 3题名Research on the essence and the mechanism of method about fermented soybean in Qi-Min-Yao-Shu (Important Arts for the People,s Welfare) 作者陈苍林 刊名中国酿造 单位漳州市酱油厂福建漳州363000
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)
厌氧计算(比较实用)
1、沼气的净化、贮存、输送 浮式气柜就是一种恒压变容贮柜，压力波动，但不大。“后面要不要压缩机？”我们认为，主要看前面的厌氧反应器和后面的使用方法。我们在向别人介绍厌氧反应器时，一般都这样要介绍，“我们的反应器的优点之一：可以提供2000（或其它的数据）毫米水柱的压力，可满足净化、贮存、中距离输送、大多数燃烧器、等阻力的要求，不必须专门的压缩机。”我们不知你的（或你用的）反应器有没有这个优点，也不知道后面你们打算怎么用。所以，不知道要不要压缩机，如果你进一步提供信息，我们可进一步讨论。 厌氧反应器系统的设计必须预先考虑沼气的处理或利用的问题。 是不是要脱硫，能不能不要水气分离器，气柜体积和压力多少。 贮气柜选用螺旋升降式比较安全，运行效果较好，贮气柜及沼气输送系统都要考虑动火安全维修措施。 废水中的COD在厌氧微生物的作用下，生成气体从水中逸出、生成固体（微生物体）沉下来、生成不是污染的水等，好氧也是如此，物理化学法也是如此。厌氧的特点之一，COD用于生成微生物量的比例很低，用于生成沼气的比例很高，在进行沼气产量计算时，假设全部生成沼气误差不大。厌氧系统没有添加任何“氧化剂”，根据前面的假定，从水中去除的COD，必然全部进入气体（沼气）中。340L甲烷相当于1kg的COD。所以，从水中每去除1kgCOD可以产生340L
甲烷。这样，我们能根据去除的COD量计算出来甲烷的产量了。沼气是由于CHONSP发生自身氧化还原反应的产物，例如C元素，一部分被氧化了就生成二氧化碳，另一部分被还原了生成甲烷，N、S 元素也是如此。一般假定H、O不参与氧化还原过程（除非有大量的氢气等生成）。沼气中的主要组分就是二氧化碳和甲烷，二者之间的比例和CHO的三元素比例关系而定，Bussel有个方程式，可以计算出来。例如，碳水化合物中H、O比例为2：1，碳的化合价为0，所以，二氧化碳和甲烷的比例为1：1。去除COD产生的甲烷量恒定，而甲烷与二氧化碳的比例是变化的，所以，沼气的产量也是变化的。如果，是1：1，沼气产量就是680L/1kgCOD去除。注意，二氧化碳比甲烷容易溶于水，所以，沼气中的二氧化碳比计算值要少。 2、沼气的价值-燃烧 在厌氧反应器中每去除1kgCOD能产生340L甲烷气体，如果沼气中二氧化碳和甲烷的比例是1：1，沼气产量为680L。 如果某种废水流量5000立方米/日，浓度为10000毫克COD/升，在厌氧反应器中的去除率为90%，那么，该系统的甲烷产量为 15300立方米甲烷/日，大约30600立方米沼气/日。1立方米废水产生3立方米甲烷，6立方米沼气。 甲烷的低值热值为35.9MJ/Nm3，如果假定沼气中甲烷含量为50%。 主要能源的热值比较如下： 1、标准煤的热值为7000kcal/kg，1立方米沼气相当于0.66kg标 煤。例子中30000立方米沼气/日，相当于20000kg(即20吨)标准
第三章厌氧生物处理
第三章 厌氧生物处理 3.1 基本概念 3.1.1厌氧生物处理的基本原理 一、厌氧生物处理的基本生物过程及其特征 ——又称厌氧消化、厌氧发酵； ——实际上，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CH 4和CO 2的过程。 1、厌氧生物处理工艺的发展简史： ①上述的厌氧过程广泛地存在于自然界中； ②人类第一次利用厌氧消化处理废弃物，是始于1881年——Louis Mouras 的“自动净化器”； ③随后人类开始较大规模地应用厌氧消化过程来处理城市污水（如化粪池、双层沉淀池等）和剩余污 泥（如各种厌氧消化池等）； ——长的HRT 、低的处理效率、浓臭的气味等； ④50、 60年代，特别是70年代中后期，随着能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废 水的研究得以强化，出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理； ——HRT 大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率也大大提高； ——厌氧接触法、厌氧滤池（AF ）、上流式厌氧污泥床（UASB ）反应器、厌氧流化床（AFB ）、AAFEB 、 厌氧生物转盘（ARBC ）和挡板式厌氧反应器等； ——HRT 与SRT 分离，SRT 相对很长，HRT 则可以较短，反应器内生物量很高。 ⑤最近（90年代以后），随着UASB 反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了EGSB 和IC 反应器； ——EGSB 反应器可以在较低温度下处理低浓度的有机废水； ——IC 反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，可以达到更高的有机负荷。 2、厌氧消化过程的基本生物过程 ①两阶段理论： ——30~60 第一阶段：发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段； ——水解和酸化，产物主要是脂肪酸、醇类、CO 2和H 2等； ——主要参与微生物统称为发酵细菌或产酸细菌； ——其特点有：1）生长快，2）适应性（温度、pH 等）强。 第二阶段：产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段； ——产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH 4和CO 2； ——主要参与微生物统称为产甲烷菌； 图1厌氧反应的两阶段理论图示 内源呼 吸产物 水解胞外酶 胞内酶产甲烷菌 胞内酶产酸菌 不溶性有机物 可溶性有机物 细菌细 胞 脂肪酸、醇类、 H 2、CO 2 其它产物 细菌细胞 CO 2、CH 4
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。