農(nóng)村沼氣發(fā)酵工程講座

沼氣發(fā)酵工程沼氣發(fā)酵的現(xiàn)實(shí)意義和重要性沼氣發(fā)酵的概念沼氣發(fā)酵所需的菌種沼氣的發(fā)酵機(jī)制沼氣工程的工藝流程1

開展沼氣工程對(duì)我們的重要性，可以歸結(jié)為以下五個(gè)有利于：23沼氣發(fā)酵的概念：沼氣發(fā)酵又稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵，是指有機(jī)物質(zhì)〔如人畜家禽糞便、秸稈、雜草等〕在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過各類微生物的分解代謝，最終形成甲烷和二氧化碳等可燃性混合氣體的過程。沼氣發(fā)酵4新型沼氣干法發(fā)酵反響器PYIC厭氧反響器RYIC厭氧反應(yīng)器5

第一類細(xì)菌叫做分解菌它的作用是將復(fù)雜的有機(jī)物分解成簡(jiǎn)單的有機(jī)物和二氧化碳(CO2)等。它們當(dāng)中有專門分解纖維素的，叫纖維分解菌；有專門分解蛋白質(zhì)的，叫蛋白分解菌；有專門分解脂肪的，叫脂肪分解菌。第二類細(xì)菌叫產(chǎn)甲烷細(xì)菌，通常叫甲烷菌它的作用是把簡(jiǎn)單的有機(jī)物及二氧化碳氧化或復(fù)原成甲烷。因此，有機(jī)物變成沼氣的過程，就好比工廠里生產(chǎn)一種產(chǎn)品的兩道工序：首先是分解細(xì)菌將糞便、秸稈、雜草等復(fù)雜的有機(jī)物加工成半成品——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的化合物；再就是在甲烷細(xì)菌的作用下，將簡(jiǎn)單的化合物加工成產(chǎn)品——即生成甲烷。

沼氣發(fā)酵所需的菌種6

甲烷菌的電鏡照片產(chǎn)甲烷菌脂肪分解菌模型7

沼氣發(fā)酵機(jī)制是指各種固態(tài)的有機(jī)廢物經(jīng)過沼氣微生物發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的過程。一般可大致分為三個(gè)階段液化階段產(chǎn)酸階段產(chǎn)甲烷階段8液化階段

由于各種固體有機(jī)物通常不能進(jìn)入微生物體內(nèi)被微生物利用，因此必須在好氧和厭氧微生物分泌的胞外酶、外表酶〔纖維素酶、蛋白酶、脂肪酶〕的作用下，將固體有機(jī)質(zhì)水解成分子量較小的可溶性單糖、氨基酸、甘油、脂肪酸。這些分子量較小的可溶性物質(zhì)就可以進(jìn)入微生物細(xì)胞之內(nèi)被進(jìn)一步分解利用。

9產(chǎn)酸階段

各種可溶性物質(zhì)〔單糖、氨基酸、脂肪酸〕，在纖維素細(xì)菌、蛋白質(zhì)細(xì)菌、脂肪細(xì)菌、果膠細(xì)菌胞內(nèi)酶作用下繼續(xù)分解轉(zhuǎn)化成低分子物質(zhì)，如丁酸、丙酸、乙酸以及醇、酮、醛等簡(jiǎn)單有機(jī)物質(zhì)；同時(shí)也有局部氫(H2)、二氧化碳(CO2)和氨(NH4)等無機(jī)物的釋放。但在這個(gè)階段中，主要的產(chǎn)物是乙酸，約占70%以上，所以稱為產(chǎn)酸階段。參加這一階段的細(xì)菌稱之為產(chǎn)酸菌。10產(chǎn)甲烷階段

由產(chǎn)甲烷菌將第二階段分解出來的乙酸等簡(jiǎn)單有機(jī)物分解成甲烷和二氧化碳，其中二氧化碳在氫氣的作用下復(fù)原成甲烷。這一階段叫產(chǎn)氣階段，或叫產(chǎn)甲烷階段。11

整個(gè)發(fā)酵過程可分為：一、原料的收集二、原料的預(yù)處理原料常混雜有生產(chǎn)作業(yè)中的各種雜物，為便于用泵輸送及防止發(fā)酵過程中出現(xiàn)故障，或?yàn)榱藴p少原料中的浮沉固體含量，有的在進(jìn)入消化器前還要進(jìn)行升溫或降溫等，因而要對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理。

三、消化器〔沼氣池〕消化器或稱沼氣池是沼氣發(fā)酵的核心設(shè)備。微生物的繁殖，有機(jī)物的分解轉(zhuǎn)化，沼氣的生成都是在消化器里進(jìn)行的，因此，消化器的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況是沼氣工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。首先要根據(jù)發(fā)酵原料或處理污水的性質(zhì)以及發(fā)酵條件選擇適宜的工藝類型和消化器結(jié)構(gòu)。目前應(yīng)用較多的工藝類型及消化器結(jié)構(gòu)有三類。

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四、出料的后處理出料的后處理為大型沼氣工程所不可缺少的構(gòu)成局部，過去有些工程未考慮出料的后處理問題，造成出料的二次污染。出料后處理的方式多種多樣，最簡(jiǎn)便的是直接用作肥料施入土壤或魚塘，但施用有季節(jié)性，不能保證連續(xù)的后處理?？煽康姆椒ㄊ菍⒊隽线M(jìn)行沉淀后再將沉渣進(jìn)行固液別離，固體殘?jiān)米鞣柿匣蚺溥m宜量化肥做成適用于各種花果的復(fù)合肥料；清夜局部可經(jīng)曝氣池、氧化塘等好氧處理后排放，也可用于灌溉或再回用為生產(chǎn)用水。目前采用的固液別離方式有沙濾式干化槽、臥螺式離心機(jī)、水力篩、帶式壓濾機(jī)和螺旋擠壓式固液別離機(jī)等。五、沼氣的凈化、儲(chǔ)存和輸配沼氣發(fā)酵時(shí)會(huì)有水分蒸發(fā)進(jìn)入沼氣，由于微生物對(duì)蛋白質(zhì)的分解或硫酸鹽的復(fù)原作用也會(huì)有一定量硫化氫〔HS〕氣體生成并進(jìn)入沼氣。大型沼氣工程，特別是用來進(jìn)行集中供氣的工程必須設(shè)法脫除沼氣中的水和HS。水的冷凝會(huì)造成管路堵塞，有時(shí)氣體流量計(jì)中也充滿了水，脫水通常采用脫水裝置進(jìn)行。HS是一種腐蝕性很強(qiáng)的氣體，它可引起管道及儀表的快速腐蝕。HS本身及燃燒時(shí)生成的SO對(duì)人體也有毒害作用。沼氣的HS含量在1—12/m之間，蛋白質(zhì)或硫酸鹽含量高的原料，發(fā)酵時(shí)沼氣中的HS含量就較高。硫化氫的脫除通常采用脫硫塔，內(nèi)裝脫硫劑進(jìn)行脫硫。13沼氣工程的工藝流程：14◆優(yōu)化微生物細(xì)胞生長(zhǎng)過程。細(xì)胞生長(zhǎng)反響過程的研究是發(fā)酵過程優(yōu)化的重要根底內(nèi)容。研究細(xì)胞的生長(zhǎng)反響，不僅要清楚地了解微生物從培養(yǎng)基中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的情況和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過代謝途徑轉(zhuǎn)化后的方向，還要確定不同環(huán)境條件下微生物代謝的分布?！暨\(yùn)用基于化學(xué)計(jì)算關(guān)系的代謝通量分析方法，可提出微生物代謝途徑的可能改善方向，為過程優(yōu)化奠定良好的根底。沼氣發(fā)酵工程展望15◆生物反響器工程。包括生物反響過程的參數(shù)檢測(cè)與控制。生物反響器的形式、結(jié)構(gòu)、操作方式、物料的流動(dòng)與混合狀況，傳遞過程特征等是影響生物反響器宏觀動(dòng)力學(xué)的主要因素。在工程設(shè)計(jì)中，化學(xué)計(jì)量式、微生物反響和傳遞現(xiàn)象都是需要解決的問題參數(shù)檢測(cè)與控制時(shí)發(fā)酵過程中最根本的手段，只有及時(shí)檢測(cè)各種反響組分濃度的變化，才有可能對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行優(yōu)化，使微生物發(fā)酵在最正確狀態(tài)中進(jìn)行。16◆沼氣工程規(guī)?；?。沼氣工程產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)重要方面就是規(guī)模化。我國(guó)的沼氣發(fā)酵必須從現(xiàn)在的局限于農(nóng)村農(nóng)戶的個(gè)體開展模式向規(guī)模化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。農(nóng)村農(nóng)戶發(fā)酵模式設(shè)備簡(jiǎn)單、發(fā)酵不穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益低。而工程化發(fā)酵具有等級(jí)化、規(guī)?；奶攸c(diǎn)，可以專人管理、綜合利用，大大的提高了其經(jīng)濟(jì)效益?！艏訌?qiáng)人才培訓(xùn)與科技研