厭氧過(guò)程與沼氣技術(shù)

第九章厭氧過(guò)程與沼氣技術(shù)有機(jī)物在厭氧和其他適宜條件下，經(jīng)沼氣微生物分解代謝，產(chǎn)生以甲烷和二氧化碳為主體的混合氣體，稱為沼氣。而有機(jī)物是覆蓋地表植被在陽(yáng)光作用下的產(chǎn)物，從光合作用的角度來(lái)說(shuō)，沼氣是一種可再生能源?！?.1厭氧過(guò)程的基本原理早在19世紀(jì)人們就已經(jīng)知道沼氣的產(chǎn)生是一個(gè)微生物學(xué)過(guò)程。1965年美國(guó)微生物學(xué)家Hungate教授創(chuàng)立了嚴(yán)格厭氧微生物培養(yǎng)技術(shù)，人們逐步開始認(rèn)識(shí)到沼氣發(fā)酵的本質(zhì)，揭示了沼氣發(fā)酵的微生物學(xué)原理:沼氣發(fā)酵過(guò)程由多個(gè)生理類群的微生物在無(wú)氧條件下共同參與完成，是微生物為適應(yīng)缺氧環(huán)境，利用不同類群的不同分解作用，構(gòu)成完整的生化反應(yīng)系列，逐步將有機(jī)質(zhì)降解，最終形成甲烷、氫氣和二氧化碳，即沼氣?！煺袣獾睦砘再|(zhì)沼氣是一種混合氣體，其中主要成分是甲烷（CH4），占總體積的50%~70%，其次是二氧化碳（CO2）占25%~45%。除此之外，還含有少量的氮?dú)猓∟2）、氫氣（H2）、氧氣（O2）、氨氣（NH3）、一氧化碳（CO）和硫化氫(H2S)等氣體。甲烷（CH4）、氫氣(H2)和一氧化碳（CO）是可以燃燒的氣體，主要是利用這部分氣體的燃燒來(lái)獲得能量。甲烷與沼氣的主要理化性質(zhì)如表9-1所示。表9-1甲烷與沼氣的主要理化性質(zhì)l)甲烷甲烷是一種飽和烴類，由4個(gè)氫原子和1個(gè)碳原子組成，分子式為CH4。常溫時(shí)呈氣態(tài)，無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。相對(duì)分子質(zhì)量16.043，容重Y=0.717kg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，相對(duì)密度0.555(與空氣相比)。純甲烷燃燒時(shí)，呈淺藍(lán)色火焰，每單位體積的甲烷需2個(gè)單位體積的氧，即約10個(gè)單位體積的空氣。因此，燃燒時(shí)必須供給充足的空氣。CH4+2O2——CO2+2H2O+890kJ(9-1)測(cè)得純甲烷火焰的最高溫度約2000℃(2)二氧化碳對(duì)于水的溶解度極大，20℃時(shí)，100體積的水可吸收約87.8體積二氧化碳（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，40℃時(shí)可吸收約53體積二氧化碳?？梢岳檬宜畞?lái)吸收沼氣中的二氧化碳，形成碳酸鈣沉淀，提高沼氣中甲烷含量和熱值。(3)硫化氫有毒氣體，微量時(shí)具有惡臭，沼氣中的臭味主要來(lái)自硫化氫。一般沼氣中含萬(wàn)分之幾的硫化氫。經(jīng)燃燒后，硫化氫被氧化成硫或二氧化硫，失去臭味，毒性減輕?！靺捬跽託獍l(fā)醉的主要反應(yīng)歷程沼氣發(fā)酵是一個(gè)(微)生物學(xué)的過(guò)程。各種有機(jī)質(zhì)，包括農(nóng)作物秸稈、人畜糞便以及工農(nóng)業(yè)排放廢水中所含的有機(jī)物等，在厭氧及其他適宜的條件下，通過(guò)微生物的作用，最終轉(zhuǎn)化為沼氣，完成這個(gè)復(fù)雜的過(guò)釋，即為沼氣發(fā)醉。沼氣發(fā)酵主要分為液化、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷三個(gè)階段進(jìn)行，如圖9-1所示。1.液化階段農(nóng)作物秸稈、人畜糞便、垃圾以及其他各種有機(jī)廢棄物，都是以大分子狀態(tài)存在的碳水化合物，如淀粉、纖維素及蛋白質(zhì)等口它們不能被微生物直接吸收利用，必須通過(guò)微生物分泌的胞外酶又如纖維素酶、肽酶和脂肪酶等、作用，進(jìn)行酶解，把以上物質(zhì)分解成可溶于水的小分子化合物，即多糖分解成單糖或二糖；蛋白質(zhì)分解成膚和氨基酸；脂肪分解成甘油和脂肪酸這些小分子化合物才能進(jìn)人到微生物細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)行以后的一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，這個(gè)過(guò)程稱為液化。2.產(chǎn)酸階段在產(chǎn)酸微生物群的作用下將單糖類、肽、氨基酸、甘油、脂肪酸等物質(zhì)轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的有機(jī)酸(如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和乳酸)、醇〔如甲醇、乙醇等)以及二氧化碳、氫氣、氨氣和硫化氫等。其中主要的產(chǎn)物是揮發(fā)性有機(jī)酸.以乙酸為主，約占80%，故稱為產(chǎn)酸階段。3.產(chǎn)甲烷階段隨后，這些有機(jī)酸、醇以及二氧化碳和氨氣等物質(zhì)又被產(chǎn)甲烷微生物群（又稱產(chǎn)甲烷細(xì)菌)利用。產(chǎn)甲烷細(xì)菌分解乙酸、醇等形成甲烷和二氧化碳，這種以甲烷和二氧化碳為主的混合氣體便稱為沼氣。事實(shí)上，在發(fā)醉過(guò)程中，上述三個(gè)階段的界線和參與作用的沼氣微生物都不是截然分開的。尤其是液化和產(chǎn)酸兩個(gè)階段，許多參與液化的微生物也會(huì)參與產(chǎn)酸過(guò)程，所以，有的學(xué)者把沼氣發(fā)酵基本過(guò)程分為產(chǎn)酸(含液化階段)和產(chǎn)甲烷兩個(gè)階段。§沼氣發(fā)酵的微生物類群1.發(fā)酵性細(xì)菌復(fù)雜有機(jī)物如纖維素、蛋白質(zhì)、脂類等不能溶解于水.必須首選被發(fā)酵性細(xì)菌所分泌的胞外酶水解為可溶性糖類、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能為微生物所利用。發(fā)酵性細(xì)菌將上述可溶性物質(zhì)吸收進(jìn)細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)發(fā)酵分解，將它們轉(zhuǎn)化為乙酸、丙酸、丁酸等和醇類及一定量H2、CO2。參與這一水解發(fā)酵過(guò)程的微生物種類繁多，已研究過(guò)的就有幾百種，包括梭狀芽抱桿菌、擬桿菌、丁酸菌、嗜熱雙歧桿菌、產(chǎn)氣梭狀芽抱桿菌、產(chǎn)琥珀酸梭菌、北京丙酸桿菌和產(chǎn)氫螺旋體等。這些細(xì)菌多數(shù)為厭氧菌，也有兼性厭氧菌。2.產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌發(fā)酵性細(xì)菌將復(fù)雜有機(jī)物分解發(fā)酵所產(chǎn)生的有機(jī)酸和醇類，除甲酸、乙酸和甲醇外均不能被產(chǎn)甲烷菌直接利用，必須由產(chǎn)乙酸菌將其他有機(jī)酸和醇類分解轉(zhuǎn)化為乙酸、H2及CO2。經(jīng)研究表明，上述反應(yīng)過(guò)程在標(biāo)準(zhǔn)狀況下不但不能產(chǎn)生能量，反而消耗能量，因而反應(yīng)不能發(fā)生。由于技術(shù)上的困難，有關(guān)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的報(bào)道不多，布賴恩特實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了兩個(gè)分別代謝丙酸鹽和丁酸鹽的共培養(yǎng)物。其中的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌分別為沃氏互營(yíng)桿菌和沃氏互營(yíng)單胞菌。我國(guó)也分離到了沃氏夫氏互營(yíng)單胞菌，并對(duì)其與甲烷菌互營(yíng)聯(lián)合條件下降解丁酸鹽的反應(yīng)進(jìn)行了研究。3.耗氫產(chǎn)乙酸菌耗氫產(chǎn)乙酸菌原稱同型產(chǎn)乙酸菌，這是一類混合營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌，它們既能代謝H2和CO2生成乙酸，也能代謝糖類產(chǎn)生乙酸。這些菌在沼氣發(fā)酵過(guò)程中的重要性還未被廣泛地研究，有人估計(jì)由這些菌形成的乙酸在一個(gè)40℃的牛糞消化器中只占總乙酸合成的1%~2%,在一個(gè)60℃的同樣消化器中占3%~4%。已分離到的耗氫產(chǎn)乙酸菌有伍德乙酸桿菌、威林格乙酸桿菌、嗜熱自養(yǎng)梭菌等多種，這些菌在厭氧消化中的作用在于增加了形成甲烷的直接前體物質(zhì)—乙酸，同時(shí)由于它們?cè)诖xH2/CO2時(shí)要消耗氫，而在代謝有機(jī)物時(shí)不產(chǎn)氫，可使厭氧消化系統(tǒng)保持低的氫分壓，有利于沼氣發(fā)酵的正常進(jìn)行。但它們?cè)诖x有機(jī)物時(shí)，其生長(zhǎng)速度比水解發(fā)酵菌要慢得多，在代謝H2/CO2時(shí)也不如產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)快，因此它們?cè)谡託獍l(fā)酵過(guò)程中的作用可能并不重要。4.產(chǎn)甲烷菌在沼氣發(fā)酵過(guò)程中，甲烷的形成是由一群生理上高度?；募?xì)菌—產(chǎn)甲烷菌所引起。產(chǎn)甲烷菌是厭氧消化過(guò)程中所形成的食物鏈中的最后一組成員，盡管它們具有各種各樣的形態(tài)，但它們?cè)谑澄镦溨械牡匚皇顾鼈兙哂泄餐纳硖匦?。它們?cè)趨捬鯒l件下，將前三群細(xì)菌和代謝的終產(chǎn)物，在沒(méi)有外源受氫體的情況下，把乙酸H2/CO2轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)物(CH4/CO2)，使厭氧消化系統(tǒng)中有機(jī)物的分解作用得以順利進(jìn)行。有的產(chǎn)甲烷菌除代謝甲酸、甲醇、乙酸和氫產(chǎn)生甲烷外，還可代謝甲胺、二甲胺和三甲胺產(chǎn)生甲烷。近來(lái)發(fā)現(xiàn)，個(gè)別菌株可代謝乙醇/CO2、丙醇/CO2、異丙醇/CO2。及異丁醇/CO2產(chǎn)生甲烷。但利用放射性同位素標(biāo)記的底物研究表明在厭氧消化器中約有2/3的甲烷是由乙酸裂解形成的，而其余的大多數(shù)是來(lái)自H2和CO2的還原。因此，乙酸是厭氧消化器中最重要的產(chǎn)甲烷前體物質(zhì)。產(chǎn)甲烷菌廣泛存在于水底沉淀物和動(dòng)物消化道等極端厭氧的環(huán)境中。產(chǎn)甲烷菌對(duì)氧高度敏感，使其成為難于研究的細(xì)菌之一。例如甲烷八疊球菌暴露于空氣中時(shí)會(huì)很快死亡，其數(shù)量半衰期僅為4min。在厭氧污泥的微生態(tài)顆粒中，產(chǎn)甲烷菌在顆粒核心，很容易得到低氧化還原電位環(huán)境保護(hù)。據(jù)美國(guó)Oregon產(chǎn)甲烷菌收藏巾心布恩(Boone)報(bào)道，該中心已收藏產(chǎn)甲烷菌215株，分屬于3目、6科、16屬、55種口我國(guó)也分離到了十幾株產(chǎn)甲烷菌。根據(jù)它們所利用的主要產(chǎn)甲烷前體物質(zhì)的不同，可分為食氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸產(chǎn)甲烷菌兩個(gè)類群食氫產(chǎn)甲烷菌包括甲烷桿菌目和甲烷球菌目的全部及甲烷微菌目的一些屬，它們除以H2/CO2生成甲烷外，多數(shù)還可利用甲酸鹽生成甲烷。如甲烷桿菌屬、甲烷短桿菌屬、甲烷球菌屬和甲烷螺菌屬等，是消化器中H2的主要消耗者。食乙酸產(chǎn)甲烷菌主要為甲烷八疊球菌屬和甲烷毛發(fā)菌屬。相對(duì)于其他菌來(lái)說(shuō)，食乙酸產(chǎn)甲烷菌的代謝和生長(zhǎng)速率緩慢，是沼氣發(fā)酵過(guò)程的限速步驟，也是發(fā)醉液因乙酸積累導(dǎo)致酸化的主要原因。通過(guò)對(duì)以上沼氣發(fā)酵各微生物類群的討論，可以認(rèn)識(shí)到沼氣發(fā)酵過(guò)程是多種細(xì)菌協(xié)同完成的微生物學(xué)過(guò)程。因此，要提高沼氣發(fā)酵的效率首選應(yīng)注意所進(jìn)原料與微生物之間的一致性，這在利用難降解有機(jī)物為原料時(shí)尤其重要。例如。用河底污泥作為接種物來(lái)處理含酚廢水，則啟動(dòng)慢，其原因是需要一定時(shí)間使與進(jìn)料相適應(yīng)的微生物群體繁殖起來(lái)。其次要注意活性污泥中產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量，特別是食乙酸產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量口因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下發(fā)酵性細(xì)菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的繁殖速度較快，而產(chǎn)甲烷菌特別是食乙酸產(chǎn)甲烷菌繁殖較慢，在沼氣池啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中往往成為限制因子。此外，為厭氧消化微生物創(chuàng)造良好生長(zhǎng)條件，如合適的溫度、pH等，防止有毒物質(zhì)的進(jìn)人，特別是控制負(fù)荷以維持酸化和甲烷化速度的平衡，都是消化器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要因素?！煺託獍l(fā)酵工藝條件沼氣發(fā)酵微生物要求適宜的生活條件，對(duì)溫度、酸堿度、氧化還原勢(shì)(見下面解釋)及其他各種環(huán)境因素都有一定的要求。在工藝上滿足微生物的這些生活條件，以達(dá)到發(fā)酵旺盛、產(chǎn)氣量高的目的。沼氣池(或沼氣發(fā)酵罐)發(fā)酵產(chǎn)氣的好壞與發(fā)酵條件的控制密切相關(guān)。在發(fā)酵條件比較穩(wěn)定的情況下產(chǎn)氣旺盛一否則產(chǎn)氣不好。實(shí)踐證明往往由于某一條件沒(méi)有控制好而引起整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行失敗。比如原料干物質(zhì)濃度過(guò)高時(shí)，產(chǎn)酸量增加，有機(jī)酸的大量積累會(huì)抑制產(chǎn)氣過(guò)程。因此，控制好沼氣發(fā)酵的工藝條件是維持止常發(fā)酵產(chǎn)氣的關(guān)鍵。1.嚴(yán)格的厭氧環(huán)境沼氣發(fā)酵微生物包括產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌兩大類，它們都是厭氧性細(xì)菌，尤其是產(chǎn)甲烷菌是嚴(yán)格慶氧菌，對(duì)氧特別敏感。它們不能在有氧的環(huán)境中生存，即使有微量的氧存在，生命活動(dòng)也會(huì)受到抑制，甚至死亡。因此，建造一個(gè)不漏水、不漏氣的密閉沼氣池(罐),是人工制取沼氣的關(guān)鍵。這不僅是滿足裝入發(fā)酵原料的需要，更重要的是保證沼氣細(xì)菌在厭氧條件下生活，達(dá)到正常產(chǎn)氣的目的。厭氧程度一般用氧化還原電位來(lái)表示。氧化還原電位(ORP,Eh,Rh)又稱為氧化還原勢(shì)。由于沼氣發(fā)酵過(guò)程是由一系列氧化還原反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此沼氣發(fā)酵和環(huán)境的氧化還原電位有密切的關(guān)系。沼氣發(fā)酵的起動(dòng)或新鮮原料人池時(shí)，帶進(jìn)一部分氧，造成了沼氣池內(nèi)較高的氧化還原勢(shì)。但由于在密閉的沼氣池內(nèi)，好氧菌和兼性厭氧菌(此類菌在有氧氣或無(wú)氧氣環(huán)境里都能生存與活動(dòng))的活動(dòng)，迅速消耗了溶解氧，使沼氣池的氧化還原勢(shì)逐漸降低，從而創(chuàng)造了良好的氧化還原勢(shì)條件。2發(fā)酵溫度沼氣發(fā)酵微生物是在一定的溫度范圍進(jìn)行代謝活動(dòng)的，可以在8~65℃產(chǎn)生沼氣，溫度高低不同產(chǎn)氣速度不同。在8-65℃范圍內(nèi)，溫度越高，產(chǎn)氣速度越快，但不是線性關(guān)系。40~50℃是沼氣微生物高溫菌和中溫菌活動(dòng)的過(guò)渡區(qū)間，它們?cè)谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)都不太適應(yīng)，因而此時(shí)產(chǎn)氣速度會(huì)下降。當(dāng)溫度增高到53~55℃時(shí)，沼氣微生物中的高溫菌活躍，產(chǎn)沼氣的速度最快。沼氣發(fā)醉溫度突然變化。對(duì)沼氣產(chǎn)量有明顯影響.溫度突變超過(guò)一定范圍時(shí)，則會(huì)停止產(chǎn)氣。在進(jìn)行中高溫發(fā)酵時(shí)，要篩選、培養(yǎng)菌種。一般常溫發(fā)酵溫度不會(huì)突變；對(duì)中溫和高溫發(fā)酵，則要求嚴(yán)格控制料液的溫度。產(chǎn)氣的一個(gè)高峰在35℃左右，另一個(gè)更高的高峰在54℃左右。前者叫中溫發(fā)酵.后者叫高溫發(fā)酵，如圖9-2所示。在這兩個(gè)最適宜的發(fā)酵溫度中，是由兩個(gè)不同的微生物群參與作用的。圖9-2發(fā)酵溫度、負(fù)荷與沼氣產(chǎn)量的關(guān)系常溫發(fā)酵，在發(fā)酵過(guò)程中基本上不進(jìn)行溫度控制.發(fā)酵料液的溫度隨自然溫度有規(guī)律地進(jìn)行變化。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)需加溫便于推廣；缺點(diǎn)是產(chǎn)氣率低.尤其是冬季經(jīng)常由于溫度過(guò)低，而影響產(chǎn)氣或停止運(yùn)行。高溫和中溫發(fā)酵處理原料效率高，處理時(shí)間短，產(chǎn)氣量高。但缺點(diǎn)是設(shè)備比較復(fù)雜，需要消耗大適的能量用于加溫和保溫。3.發(fā)酵原料原料(有機(jī)物)是供給沼氣發(fā)酵微生物進(jìn)行正常生命活動(dòng)所需的營(yíng)養(yǎng)和能量，是不斷生產(chǎn)沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)剩余物、秸稈、雜草、樹葉等豬、牛、馬、羊、雞等家畜家禽的糞便，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有機(jī)廢水廢物(如豆制品的廢水、酒糟和糖渣等)，還有水生植物都是用來(lái)進(jìn)行沼氣發(fā)酵的原料。為了確切地表示固體或液體中的有機(jī)物含量，一般采用總固體(TS)和揮發(fā)性固體(VS)來(lái)描述原料或發(fā)酵殘?jiān)挠袡C(jī)質(zhì)含量。原料中水分、TS、VS和灰分之間的組成關(guān)系如圖9-3所示?？偣腆w(TS)，又稱干物質(zhì)，是指發(fā)酵原料除去水分以后剩下的物質(zhì)。測(cè)定方法為：把樣品放在105℃的烘干箱中烘干至恒重，此時(shí)物質(zhì)的質(zhì)量就是該樣品的總固體質(zhì)量。干物質(zhì)含量的計(jì)算式(9-2)式中TS一樣品的干物質(zhì)含量，%；Wd一樣品中干物質(zhì)質(zhì)量，mg；Ws—樣品總質(zhì)量，mg。揮發(fā)性固體(VS)，是指原料總固體中除去灰分以后剩下的物質(zhì)。在沼氣發(fā)酵過(guò)程中，沼氣微生物只能利用原料中的揮發(fā)性固體，而灰分是不能被利用的。測(cè)定方法為:將原料總固體樣品在500-550℃總固體中揮發(fā)性固體含量計(jì)算式:(9-3)式中VS一樣品的揮發(fā)性固體含量，%Wd—樣品中干物質(zhì)質(zhì)量，mgWh—樣品灰分質(zhì)量，mg。在厭氧處埋有機(jī)廢水的情況下，絕大部分有機(jī)質(zhì)都是以溶解態(tài)存在于廢水中，且揮發(fā)性很強(qiáng)，在樣品烘干過(guò)程中會(huì)揮發(fā)逸出。所以。不能用TS和VS來(lái)描述樣品的有機(jī)質(zhì)含量，一般采用化學(xué)需氧量(COD)和生化需氧量(BODs)來(lái)描述?；瘜W(xué)需氧量(COD)，是指在強(qiáng)酸井加熱條件下，用重鉻酸鉀作為氧化劑處理水樣時(shí)所消耗氧化劑的量，以氧(mg/L)來(lái)表示?；瘜W(xué)需氧量反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度，水中還原性物質(zhì)包括有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等。水被有機(jī)物污染是很普遍的，因此化學(xué)需氧量也作為有機(jī)物相對(duì)含量的指標(biāo)之一，但只能反映能被氧化的有機(jī)物污染不能反映多環(huán)芳烴、PCB、二惡英類等的污染狀況。通常采用高錳酸鉀法或重鉻酸鉀法來(lái)測(cè)定。CODCr是我國(guó)實(shí)施排放總量控制的指標(biāo)之一。測(cè)定結(jié)果以下式計(jì)算:CODCr(mg/L)=(V0—V1)c╳8╳1000/V(9-4)式中c——硫酸亞鐵錢標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；V0——滴定空白時(shí)硫酸亞鐵鍍標(biāo)準(zhǔn)溶液用量，ml；V1——滴定水樣時(shí)硫酸亞鐵鍍標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，ml；V——水樣的體積，ml；8——氧（1/2O）摩爾質(zhì)量，g/mol。BOD(生化需氧量)是指在規(guī)定條件下微生物分解存在于水中的某些可氧化物質(zhì)，特別是有機(jī)物所進(jìn)行的生物化學(xué)過(guò)程中消耗溶解氧的量。此生物氧化全過(guò)程進(jìn)行的時(shí)間很長(zhǎng)，如在20℃培養(yǎng)時(shí)，完成此過(guò)程需100多天。目前國(guó)內(nèi)外普遍規(guī)定(20士1)℃培養(yǎng)5d，分別測(cè)定樣品培養(yǎng)前后的溶解氧，二者之差即為BOD5值，以氧(mg/L)表示。測(cè)定結(jié)果數(shù)據(jù)一般按下式計(jì)算出BOD值BOD5(mg/L)=[(c1-c2)-f1(B1-B2)]/f2(9-5)式中B1——稀釋水（或接種稀釋水)在培養(yǎng)前的溶解氧濃度，mg/L；B2一一稀釋水(或接種稀釋水)在培養(yǎng)后的溶解氧濃度，mg/L；C1一一水樣在培養(yǎng)前的溶解氧濃度，mg/L；C2——水樣在培養(yǎng)后的溶解氧濃度，mg/L；F1一一稀釋水(或接種稀釋水)在培養(yǎng)液中所占比例；F2一水樣在培養(yǎng)液中所占比例。F1、f2的計(jì)算:如培養(yǎng)液的稀釋比為3%,即3份水樣，97份稀釋水，則f1=0.97，f2=0.034.料液濃度料液中干物質(zhì)含量的百分比為料液濃度。反應(yīng)器內(nèi)發(fā)酵料液濃度隨季節(jié)的變化而要求不同。一般在夏季，發(fā)醉料液濃度可以低些，要求濃度在6%左右；冬季濃度應(yīng)高一些，為8%左右。發(fā)酵料液的濃度太低或太高，對(duì)產(chǎn)生沼氣都不利。因?yàn)闈舛忍蜁r(shí)，即含水量太多，有機(jī)物含量相對(duì)減少，會(huì)降低沼氣池單位容積中的沼氣產(chǎn)量，不利于沼氣池的充分利用；濃度太高時(shí)，即含水量太少，不利于沼氣細(xì)菌的活動(dòng)，發(fā)酵料液不易分解，使沼氣發(fā)醉受到阻礙。產(chǎn)氣慢而少。因此，一定要根據(jù)發(fā)酵料液含水量的不同，在進(jìn)料時(shí)加人相應(yīng)數(shù)量的水，使發(fā)酵料液的濃度適宜，以充分合理地利用發(fā)酵料液和獲得比較穩(wěn)定的產(chǎn)氣率。配制發(fā)酵料液的濃度，要根據(jù)發(fā)醉原料的含水量(見表9-2)和不同季節(jié)所要求的濃度，再加人一定量的水。表9-2常用發(fā)酵原料的含水量在沼氣池池容一定時(shí)，發(fā)酵原料在池內(nèi)停留時(shí)間與發(fā)酵原料濃度的關(guān)系，可用下式表示：（9-6）式中d―發(fā)酵原料在池內(nèi)停留時(shí)間，d；V一沼氣池池容，m3；W—每天投料量，即發(fā)酵原料量+配制水量，m3/d。由上式可以看出，在沼氣池容積一定時(shí)，如果發(fā)酵原料在沼氣池內(nèi)停留的時(shí)間過(guò)短，表示加水量過(guò)多，發(fā)酵料液過(guò)稀，未經(jīng)充分發(fā)酵就被排出，這不但影響產(chǎn)氣，還浪費(fèi)了發(fā)酵原料；如果發(fā)酵原料在池內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，表示加水量太少，發(fā)酵料液過(guò)濃，使有機(jī)酸聚積過(guò)多，發(fā)酵受阻，產(chǎn)氣率降低。5.產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速度與產(chǎn)氣率有機(jī)物質(zhì)是沼氣發(fā)酵微生物的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。一般認(rèn)為，自然界的有機(jī)物質(zhì)除礦物油和木質(zhì)素外，都能被微生物發(fā)酵產(chǎn)氣沼氣，但不同有機(jī)物質(zhì)的產(chǎn)氣量是不同的，如表9-3和圖9-4所示。這些有機(jī)物質(zhì)中有一部分比較容易消化，容易分解產(chǎn)氣;而另一些則較難分解產(chǎn)氣。因此，各種有機(jī)物質(zhì)的產(chǎn)氣速度相差很大、如表9-4所示，產(chǎn)氣快慢很不一致。像酒精糟液、酵母廠廢水、抗生素廠廢水、制醬油的廢水、制豆腐的廢水、洗毛的廢水和紙漿廢水等都含有不同量的蛋白質(zhì)、類脂和碳水化合物。這些物質(zhì)是產(chǎn)氣沼氣的好原料，比天然有機(jī)物質(zhì)(主要是指地球上的光合作用產(chǎn)物)易于分解。表9-3發(fā)酵原料的產(chǎn)沼氣量圖9-4幾種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)氣量的比較(江蘇武進(jìn)沼氣研究所)表9-4幾種有機(jī)物質(zhì)的產(chǎn)氣速度注：1.發(fā)酵溫度30℃2.批量發(fā)酵為了使天然有機(jī)物質(zhì)易于分解，以加強(qiáng)發(fā)酵菌的營(yíng)養(yǎng)，要求培養(yǎng)基(為沼氣微生物提供生存營(yíng)養(yǎng)的固性物質(zhì))有較大的反應(yīng)表面，所以必須將含有不溶性物質(zhì)的原料粉碎。產(chǎn)氣率分為原料產(chǎn)氣率、料液產(chǎn)氣率、池容產(chǎn)氣率幾種。（1）原料產(chǎn)氣率是指單位原料重量在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中的產(chǎn)氣量口說(shuō)明在一定的發(fā)酵條件下，原料被利用水平的高低，或發(fā)酵原料的產(chǎn)沼氣能力。原料產(chǎn)氣率的表示方法有三種：（9-7）（9-8）（9-9）式中—發(fā)酵原料總固體產(chǎn)氣率，m3/kg；一發(fā)酵原料揮發(fā)性固體產(chǎn)氣率，m3/kg；—有機(jī)廢水單位COD產(chǎn)氣率，m3/kg；Vg—沼氣產(chǎn)量，m3；TS一發(fā)酵原料總固體量，kg；VS—發(fā)酵原料揮發(fā)性固體量，kg；COD—用化學(xué)需氧量表示的有機(jī)物量，kg。采用哪種方法表示，要根據(jù)測(cè)試手段的實(shí)際條件而選取。（2）料液產(chǎn)氣率是指單位體積的發(fā)酵料液每天產(chǎn)沼氣的數(shù)量。料液中所含原料種類和質(zhì)量(料液濃度)不同，產(chǎn)氣率差異較大。料液產(chǎn)氣率不能說(shuō)明原料的利用水平的高低，也不能說(shuō)明消化器容積被利用的水平，在大中型沼氣工程中不宜被采用。（3）池容(對(duì)大中型沼氣工程而言，池容也為罐容)產(chǎn)氣率是指消化器單位容積每天生產(chǎn)沼氣的多少，其表示單位為m3/(m3·d)，池容產(chǎn)氣率說(shuō)明消化器被利用水平高低。用原料產(chǎn)氣率和池容產(chǎn)氣率去評(píng)價(jià)兩種原料或兩個(gè)裝置被利用水平時(shí)，還要考慮兩者的發(fā)酵條件和生產(chǎn)狀況，因?yàn)樵习l(fā)酵好壞與接種物、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、料液濃度等因素有關(guān)。各種原料實(shí)例產(chǎn)氣量與理論產(chǎn)氣量之間有一定差異。豬糞、牛糞實(shí)際產(chǎn)氣量約占理論計(jì)算值的70%，稻草僅占44%左右。而從工程的角度，常把去除1kgCODcr(用重鉻酸鉀法測(cè)定原料中有機(jī)物含量的化學(xué)耗氧量)產(chǎn)甲烷0.35m36.酸堿度酸堿度是指溶液中氫離子(H+)濃度。溶液中氫離子多。呈酸性；氫離子少，則呈堿性。pH是酸堿度大小的表示單位。沼氣微生物最適宜的pH范圍是6.8～7.5。這里的pH是指消化器內(nèi)料液的pH，而不是發(fā)酵原料的pH。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)pH<6或pH>8時(shí)，沼氣發(fā)酵就要受到抑制，甚至停止產(chǎn)氣。在大中型沼氣工程中給消化器投料時(shí)，要根據(jù)pH來(lái)控制投料量，若投料量過(guò)多，形成沖擊負(fù)荷(見下面解釋)，會(huì)造成產(chǎn)酸過(guò)多。一般在間斷投料時(shí)，料液的pH應(yīng)在7上下為宜，在投料以后pH不應(yīng)低于6.5。一般在6.0以下，則應(yīng)大量投人接種物或重新進(jìn)行啟動(dòng)。建議采用測(cè)定揮發(fā)酸來(lái)控制投料量，這樣可以做到精確管理。以酒精廢謬間斷投料(每次投料10%)為例，投料前發(fā)酵液的揮發(fā)酸以650mg/L以下為宜；超過(guò)800mg/L就要加以注意或適當(dāng)減少投料；超過(guò)1000mg/L，將會(huì)造成酸積累，直至料液酸化。應(yīng)大量減少投料或停止投料，待揮發(fā)酸量下降以后再恢復(fù)投料。投料負(fù)荷與pH、有機(jī)酸濃度有密切關(guān)系。投料負(fù)荷與指單位時(shí)間，每單位消化器容積所承受基質(zhì)(料液)中有機(jī)物的數(shù)量口控制投料負(fù)荷與pH的控制密切相關(guān)。裝置超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，容易造成有機(jī)酸大量積累，使消化液pH迅速下降。當(dāng)pH<6.8時(shí)，產(chǎn)甲烷菌的生命活動(dòng)將受到抑制，正常發(fā)酵將遭到破壞。當(dāng)消化器出現(xiàn)超負(fù)荷情況時(shí)，一方面停止進(jìn)料，一方面在必要時(shí)可以投加堿性物質(zhì)〔如石灰水)，提高消化器內(nèi)的pH，使發(fā)酵過(guò)程得到比較快的恢復(fù)。因此，在發(fā)酵過(guò)程中對(duì)pH的監(jiān)控是很重要的。發(fā)酵原料、發(fā)酵工藝和消化器結(jié)構(gòu)的不同。其最適投料負(fù)荷也不同。負(fù)荷量的大小不但與甲烷菌的生物量和生化活性有密切關(guān)系，還必須結(jié)合pH和有機(jī)酸的變化、有機(jī)物的去除率、產(chǎn)氣率及沼氣中甲烷等含量等綜合指標(biāo)來(lái)?yè)駜?yōu)選定。當(dāng)利用含有大量有機(jī)酸的廢水為原料進(jìn)行沼氣發(fā)酵時(shí)，雖然原料的pH較低，但在原料進(jìn)入消化器后有機(jī)酸會(huì)很快被利用，消化器內(nèi)仍能保持正常的pH。因此，使用含有機(jī)酸的廢水為發(fā)酵原料時(shí)，pH可適當(dāng)放寬，只要適當(dāng)控制進(jìn)料負(fù)荷，發(fā)醉過(guò)程即可正常運(yùn)行。酸性原料進(jìn)、出料pH的變化列于表9-5中。需要強(qiáng)調(diào)的是，pH的變化是由于被消化物組分瞬時(shí)變化而使兩個(gè)階段之間出現(xiàn)不平衡所引起的，若不平衡已經(jīng)出現(xiàn)才通過(guò)人工措施調(diào)整pH，則不能很快消除已經(jīng)產(chǎn)生的酸對(duì)產(chǎn)甲烷菌的毒害。因此，最好的辦法是對(duì)進(jìn)料進(jìn)行預(yù)處理或在啟動(dòng)初期進(jìn)行人工調(diào)整。為了能準(zhǔn)確、及時(shí)地控制pH，對(duì)沼氣工程還應(yīng)該做到：在消化器內(nèi)的不同部位設(shè)置取樣點(diǎn)，定期或不定期測(cè)定pH，及時(shí)了解變化；根據(jù)生產(chǎn)控制的各項(xiàng)指標(biāo)，及時(shí)預(yù)測(cè)pH變化動(dòng)向。經(jīng)驗(yàn)表明，一旦料液pH下降至6，所需恢復(fù)時(shí)間很長(zhǎng).有時(shí)不得不重新投人接種物。7.碳、氮、磷比例發(fā)酵料液中的碳、氮、磷元素含量的比例，對(duì)沼氣生產(chǎn)有重要的影響。研究工作表明，碳氮比以(20～30):1為佳；碳、氮、磷比例以10:4:0.8為宜。對(duì)于以生產(chǎn)農(nóng)副產(chǎn)品的污水為原料的，一般氮、磷含量均能超過(guò)規(guī)定比例下限，不需要另外投加。但對(duì)一些工業(yè)污水，如果氮、磷含量不足，應(yīng)補(bǔ)充到適宜值。8.添加劑和抑制劑沼氣發(fā)酵的正常進(jìn)行與刺激物和抑制物有著密切的關(guān)系。很多物質(zhì)可以加速發(fā)酵過(guò)程，而另一些物質(zhì)卻抑制發(fā)酵的進(jìn)行;還有些物質(zhì)在低濃度時(shí)有刺激發(fā)酵作用，而在高濃度時(shí)產(chǎn)生抑制作用。為了提高產(chǎn)氣量，保證沼氣發(fā)酵的正常進(jìn)行，尋找各種發(fā)酵刺激物和控制發(fā)酵抑制物是很必要的。沼氣發(fā)酵微生物的生命活動(dòng)受很多因素的影響，很多物質(zhì)都可抑制這些微生物的生命活動(dòng)。沼氣池內(nèi)揮發(fā)酸濃度過(guò)高(中溫發(fā)酵2000×10-6以上；高溫發(fā)酵3600×10-6上)時(shí)，對(duì)發(fā)酵有阻抑作用；氨態(tài)氮(NH3-N)濃度過(guò)高時(shí)，對(duì)沼氣發(fā)酵菌有抑制和殺傷作用；各種農(nóng)藥，特別是劇毒農(nóng)藥，都有極強(qiáng)的殺菌作用，即使微量也可使正常的沼氣發(fā)酵完全破壞。其他很多鹽類，特別是金屬離子，超過(guò)一定濃度時(shí)都有強(qiáng)烈的抑制作用。例如100～200mg/L鈉、200～400mg/L鉀、100～200mg/L鈣和75～150mg/L鎂能刺激發(fā)酵過(guò)程。而濃度增加至鈉為3500～5500mg/I.、鉀為2500～4500mg/L、鈣為2500～4500mg/L和鎂為1000～1500mg/L時(shí)，則產(chǎn)生中等強(qiáng)度的抑制。當(dāng)濃度更大時(shí)，即鈉為8000mg/L、鉀12000mg/L、鈣為8000mg/L和鎂為3000mg/L時(shí)，對(duì)發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生強(qiáng)烈抑制作用。9.攪拌攪拌的目的是使發(fā)酵原料分布均勻，增加沼氣微生物與原料的接觸面，加快發(fā)酵速度，提高產(chǎn)氣量。同時(shí)也可防止大量原料浮渣結(jié)殼，致使原料利用率降低，使產(chǎn)生的沼氣釋放困難。攪拌的方法有三種:(1)機(jī)械攪拌通過(guò)機(jī)械裝置運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到攪拌的目的，如圖9-5所示。(2)氣攪拌將沼氣從池底部沖進(jìn)去，產(chǎn)生較強(qiáng)的氣體回流，達(dá)到攪拌目的，如圖9-6所示。(3)液攪拌從沼氣池的出料間將發(fā)酵液抽出，然后又從進(jìn)料管沖入沼氣池內(nèi)，產(chǎn)生較強(qiáng)的液體回流，達(dá)到攪拌目的，如圖9-7所示。在設(shè)計(jì)攪拌裝置的時(shí)候，應(yīng)該注意攪拌速度的控制。沼氣池內(nèi)的物質(zhì)移動(dòng)速度不要超過(guò)0.5m/s，因?yàn)檫@個(gè)速度是沼氣微生物生命的臨界速度。10.接種物有機(jī)物厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，是由多種厭氧菌參與完成的。在發(fā)酵初期加人厭氧菌作為接種物(亦稱為菌種)，其菌種多少，直接影響產(chǎn)氣的快慢。條件具備時(shí)，采用生態(tài)環(huán)境一致的厭氧污泥作為接種物；不具備這樣條件時(shí)，需要進(jìn)行菌種富集和培養(yǎng)。菌種富集和培養(yǎng)，是選擇活性較強(qiáng)的污泥，或是污水溝底正在發(fā)泡的污泥，或是從沼氣池(罐)底部取出的污泥，或是污水處理廠排出的污泥，或是人畜糞便等添加適量(菌種量的5%～10%)、有機(jī)廢水或作物桔稈，裝入要密封的容器內(nèi)，在適宜的溫度(常溫15～25℃，中溫35℃，高溫54℃)條件下，厭氧培養(yǎng)7～8d,控制其pH=6.8～7.5，再加人適量的有機(jī)廢水，重復(fù)操作，逐漸擴(kuò)大。沼氣發(fā)酵是沼氣微生物群分解代謝有機(jī)物產(chǎn)生沼氣的過(guò)程，沼氣微生物像其他生物一樣，對(duì)環(huán)境有個(gè)適應(yīng)范圍。上述各項(xiàng)是沼氣微生物群維持正?；顒?dòng)所必需的條件，只有滿足這些條件要求，沼氣發(fā)酵方能正常運(yùn)行下去。如果希望沼氣工程在運(yùn)行中始終保持產(chǎn)氣旺盛的狀態(tài)，必須使上述條件都處于最佳范圍，為沼氣微生物群創(chuàng)造一個(gè)適宜的生活環(huán)境，以達(dá)到較高產(chǎn)氣量的目的。除了上述條件之外，沼氣發(fā)酵所選用的消化器結(jié)構(gòu)形式也很重要，其結(jié)構(gòu)形式應(yīng)該使每次進(jìn)到消化器內(nèi)的料液與消化器內(nèi)的活性污泥充分混合接觸，也應(yīng)該使消化器每次溢流排走的消化液所含活性污泥盡可能減少，也就是使消化器沉淀區(qū)的活性污泥截留沉淀下來(lái)?！?.2小型戶用沼氣池我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，農(nóng)村人口眾多，小型沼氣池的發(fā)展對(duì)解決農(nóng)村能源、生態(tài)建設(shè)和改善農(nóng)民生活等方面發(fā)擇了巨大作用?，F(xiàn)在，我國(guó)小型沼氣技術(shù)及其利用，從技術(shù)水平到使用范圍，乃至應(yīng)用數(shù)量，在國(guó)際上都處于領(lǐng)先地位。我國(guó)小型沼氣技術(shù)的研究與應(yīng)用，經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的歲月，其發(fā)展歷程大體可劃分為4個(gè)階段。1.起步階段我國(guó)沼氣的研究起始于20世紀(jì)初期，經(jīng)過(guò)近20年的研究，解決了兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題:一是沼氣的儲(chǔ)氣技術(shù)，解決方法是用水壓式儲(chǔ)氣法，這種方法一直沿用到今天;另一關(guān)鍵技術(shù)是沼氣池的密封技術(shù)，主要采用水泥沙漿密封，建有一套嚴(yán)格的操作程序。沼氣進(jìn)人實(shí)用階段是20世紀(jì)30年代，當(dāng)時(shí)利用沼氣的目的僅僅是點(diǎn)燈煮飯。沼氣池的建造由“中人國(guó)瑞瓦斯全國(guó)總行”負(fù)責(zé)，采用的沼氣池是由羅國(guó)瑞發(fā)明的水壓式沼氣池，這種結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有沼氣池雖有所不同，但其水壓儲(chǔ)氣方式今天仍然為絕大多數(shù)小型沼氣池所采用。由于造價(jià)太高和抗日戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)，公司倒閉，中國(guó)早期沼氣利用也告結(jié)束。2.探索階段20世紀(jì)70年代初，中國(guó)農(nóng)村一些地方農(nóng)戶生活用能出現(xiàn)嚴(yán)重短缺。在當(dāng)時(shí)條件下靠商品能源沒(méi)法解決這一問(wèn)題，于是沼氣應(yīng)用重新得到重視，一些地方將發(fā)展沼氣列人了政府的議事日程，建立了相應(yīng)的機(jī)構(gòu)。政府支持以解決能源為主，以小型沼氣為重點(diǎn)是這一時(shí)間沼氣發(fā)展的主要特點(diǎn)。這一時(shí)期存在的主要問(wèn)題是：①?zèng)]有對(duì)沼氣本身的技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究.沼氣池建造技術(shù)未過(guò)關(guān)；②沒(méi)有很好地組織沼氣知識(shí)的普及工作；③片面強(qiáng)調(diào)建池?cái)?shù)量要多，速度要快，成本要低。由于存在這些問(wèn)題，雖然建池?cái)?shù)量發(fā)展很快，但質(zhì)量得不到保證，大多數(shù)沼氣池使用不長(zhǎng)時(shí)間就報(bào)廢了。這一階段雖然出了一些問(wèn)題，但為后來(lái)的發(fā)展提供了經(jīng)驗(yàn)。3.發(fā)展階段20世紀(jì)80年代初期，為適應(yīng)沼氣發(fā)展的需要，國(guó)家建立了一批沼氣研究機(jī)構(gòu)。如1980年成立了農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所，后成為聯(lián)合國(guó)亞太區(qū)域沼氣培訓(xùn)中心。一批省級(jí)能源研究所設(shè)立了沼氣研究室，如湖北、山東、河北等省，一些大學(xué)也參與了沼氣研究。在科研方面，國(guó)家除了安排年度的沼氣科研計(jì)劃外，從第六個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展五年計(jì)劃開始，國(guó)家把沼氣研究列人了重大攻關(guān)內(nèi)容。沼氣研究?jī)?nèi)容包了厭氧微生物、沼氣發(fā)酵工藝、沼氣池的建造、沼氣利用及有關(guān)一設(shè)備。此外，與沼氣有關(guān)的其他相關(guān)領(lǐng)域也受到重視，例如沼氣發(fā)酵的衛(wèi)生效果、沼氣發(fā)酵料液的肥效和使用方法等。這一時(shí)期在全面總結(jié)我國(guó)沼氣應(yīng)用的教訓(xùn)與經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)小型沼氣池進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的研究，基本目標(biāo)是保證質(zhì)量、降低成本。在不斷深入探索中，形成了具有中國(guó)特色的發(fā)酵工藝、適合不同情況的水壓式沼氣池池型。規(guī)范了建池技術(shù)，完善了與沼氣池配套的灶具、燈具和輸氣管路。小型沼氣池采用和土磚等建筑材料，采用水壓式儲(chǔ)氣方式是最具有中國(guó)特色的，它們的采用使小型沼氣池達(dá)到了優(yōu)質(zhì)與低成本的目標(biāo)。技術(shù)成熟的集中體現(xiàn)是國(guó)家頒布了《中國(guó)水壓式沼氣池標(biāo)準(zhǔn)圖集》、《中國(guó)水壓式沼氣池驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》、《小型沼氣灶》等一系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，出版了一批沼氣技術(shù)書籍和適合不同對(duì)象的培訓(xùn)教材，如《中國(guó)沼氣工藝學(xué)》、《中國(guó)農(nóng)村沼氣技術(shù)》等。這一時(shí)期中國(guó)與國(guó)際間沼氣技術(shù)交流非常頻繁，國(guó)內(nèi)沼氣界基本掌握世界沼氣工程技術(shù)的進(jìn)展情況，及時(shí)吸收國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，加以運(yùn)用。4.推廣沼氣綜合利用階段進(jìn)人20世紀(jì)90年代，中國(guó)沼氣已有了二十幾年的豐富經(jīng)驗(yàn)。此外，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)正逐步取代計(jì)劃經(jīng)濟(jì)，農(nóng)村缺柴少燒的局面已從根本上得到解決，農(nóng)村對(duì)優(yōu)質(zhì)燃料的需求增加，整個(gè)社會(huì)的環(huán)保意識(shí)加強(qiáng)。在農(nóng)村，如何提高農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)收人已成為各級(jí)政府的主要目標(biāo)，提出了發(fā)展“三高農(nóng)業(yè)”，改變和調(diào)整農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等一系列措施。這一背景對(duì)沼氣技術(shù)的進(jìn)步也起到了推動(dòng)作用。該進(jìn)步主要表現(xiàn)在沼氣技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，與環(huán)境、生態(tài)、廢棄物綜合利用等領(lǐng)域的緊密結(jié)合并日益發(fā)揮出更大作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2002年底，全國(guó)小型沼氣池保有量為1000萬(wàn)個(gè)，年產(chǎn)沼氣近3×108§9.2.11.水壓式沼氣池水壓式沼氣池在國(guó)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。它主要由發(fā)酵間、進(jìn)料營(yíng)和水壓間三部分組成（見圖9-8）。發(fā)酵間中的虛線表示下部固、液混合料的液面，液面上的空間為儲(chǔ)氣室。在沼氣池正常產(chǎn)氣與向外供氣過(guò)程中，這個(gè)液面的上下位置經(jīng)常是變動(dòng)的，即儲(chǔ)氣室的容積與料液所占的容積是相對(duì)變化的，但二者之和永遠(yuǎn)是發(fā)酵間的容積。當(dāng)儲(chǔ)氣室中氣體壓力增大時(shí)，下面的一部分料液被擠入水壓間〔和進(jìn)料管)，液面下降;儲(chǔ)氣室中氣體壓力減小時(shí)，水壓間(和進(jìn)料管)里的一部分料液又返回到發(fā)酵間內(nèi)，液面上升。主酵間、水壓間和進(jìn)料管，三者相當(dāng)于一個(gè)"液體連通器"。(1)水壓式或沼氣池供氣原理沼氣發(fā)酵產(chǎn)出的沼氣，由導(dǎo)氣管輸送給燃用器具，沼氣只有具備一定壓力時(shí)，才能保證燃具的正常燃燒。水壓式沼氣池儲(chǔ)氣室的氣壓是靠水壓間與發(fā)酵間的液面高度差來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故稱為"水壓式"沼氣地。兩個(gè)液面的高度差值，即為儲(chǔ)氣室內(nèi)以水柱高度表示的壓力值。其供氣原理如圖9-8所示。=1\*GB3①產(chǎn)氣前[圖9-8（a）]，發(fā)酵原料未產(chǎn)氣時(shí)，儲(chǔ)氣室內(nèi)的氣體沒(méi)有壓力，此時(shí)的發(fā)酵間液面、水壓間液面和進(jìn)料管液面處于同一水平面位置。=2\*GB3②產(chǎn)氣不供氣[圖9-8(b)]，料液發(fā)酵產(chǎn)氣，儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣室內(nèi).隨氣量的增多，壓力升高，氣體擠壓發(fā)酵間的液面，迫使水壓間(和進(jìn)料管)液面上升，發(fā)酵間液面下降，氣體的壓力大小決定了液面的高差值。=3\*GB3③產(chǎn)氣同時(shí)供氣[圖9-8(c)]，用氣時(shí)打開閥門1，隨著儲(chǔ)氣室氣體的減少，壓力降低，水壓間(和進(jìn)料管)的液面下降，發(fā)酵間的液面上升。當(dāng)氣量與供給燃具的用氣量相等時(shí)，發(fā)酵間液面與水壓間(和進(jìn)料管〉液面.維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的高度差上。當(dāng)發(fā)酵液料不產(chǎn)氣時(shí)，水壓間(和進(jìn)料管)的液面回落，同時(shí)發(fā)酵間的液面上升，直到三個(gè)液面達(dá)到同一個(gè)高度的水平面為止。(2)標(biāo)準(zhǔn)型水壓式沼氣池1984年國(guó)家發(fā)布、1985年實(shí)施了“農(nóng)村小型水壓式沼氣池標(biāo)準(zhǔn)圖集”。明確了3種標(biāo)準(zhǔn)池型(圖9-9)，即圓筒形、球形和橢球形。其中圓筒形沼氣池[圖9-9(a)]主要由圓筒形池身、削球殼地蓋及池底的發(fā)酵間，進(jìn)料管及圓形水壓間三部分組成。球形沼氣池[圖9-9(b)]。由球形發(fā)酵間、進(jìn)料及矩形或扇形水壓間三部分組成。橢球形沼氣池[圖9-9(c)]主要由橢球形發(fā)酵間，進(jìn)料管及矩形或扇形水壓間三部分組成。3種池型的共同特點(diǎn)是：儲(chǔ)氣室在發(fā)酵間內(nèi)，發(fā)酵間的容積分別為4m3、6m3、8m3、10m3，用戶自己選定。水壓間設(shè)計(jì)可分別按產(chǎn)氣率0.15m3(m3?d)、0.20m3(m3?d)、0.25m3(m習(xí)慣上，有人把水壓間、出料口這部分稱為出料間；把進(jìn)料口、進(jìn)料管這部分稱為進(jìn)料間。(3)設(shè)攪拌裝置的水壓式沼氣池農(nóng)村小型沼氣池經(jīng)常出現(xiàn)料液分層和結(jié)殼現(xiàn)象。料液結(jié)殼與分層一直是困擾沼氣用戶的一大難題。分層，下面干上面稀，不利發(fā)酵.影響產(chǎn)氣；結(jié)殼，發(fā)酵產(chǎn)出的沼氣不能順利地進(jìn)人儲(chǔ)氣室。轉(zhuǎn)向從水壓間、進(jìn)料口冒出，造成氣源的浪費(fèi)。下面列舉的實(shí)例.是為克服上述問(wèn)題對(duì)水壓式沼氣池運(yùn)行情況的改進(jìn)。圖9-10所示是湖南省岳陽(yáng)縣農(nóng)村能源技術(shù)服務(wù)站研制的水壓式沼氣池破殼攪拌裝置。它主要由兩部分組成：①破殼籠破殼籠為鐵絲焊接而成。當(dāng)沼氣池的儲(chǔ)氣室內(nèi)氣壓上升時(shí)，池內(nèi)液面下降，液面的浮渣層由于受到破殼籠的阻攔而破裂；當(dāng)氣軍內(nèi)氣壓下降時(shí)，池內(nèi)液面上升，浮渣層同樣受到破殼籠的作用而破碎。因此，破殼籠具有自動(dòng)破殼的功能。同時(shí)，破殼；籠還具有防止浮渣堵塞導(dǎo)氣管的作用。②攪拌器攪拌器既可旋轉(zhuǎn)義可上下移動(dòng)。攪拌的主要日的是防止料液分層，使原料和接種物充分接觸，增加微生物與原料的接觸面，加快發(fā)酵速度，提高產(chǎn)氣量。攪拌器也具有防止浮渣層積厚結(jié)殼的作用。此破殼攪拌裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.制作方便，造價(jià)低。經(jīng)過(guò)兩年使用設(shè)有該裝置的沼氣池未發(fā)生料液結(jié)殼現(xiàn)象，產(chǎn)氣量可提高30%左右。圖9-11所示是貴州省桃縣能源辦研制的水壓式沼氣池的攪拌裝置，基本結(jié)構(gòu)從圖可見。其安裝與操作是:在澆筑池底時(shí)，將底座預(yù)埋在池底中心。在預(yù)制活動(dòng)蓋時(shí)，在活動(dòng)蓋中心預(yù)留1個(gè)Ф75mm的小孔。投料前，先將主軸下端放入底座，把2根側(cè)枝同定在主軸上，間距300mm，再將4根側(cè)枝固定在兩根橫桿上，這時(shí)安裝人員出池。投料后，蓋好活動(dòng)蓋，將封水管套在主軸上，用黏泥密封封水管與活功蓋小孔之間的間。然后淹水養(yǎng)護(hù)，安裝完畢。沼氣池運(yùn)行期間，每隔3～5d搖動(dòng)一次，池內(nèi)就不會(huì)結(jié)殼。如需大換料或維修沼氣池時(shí)，先取出封水管，再揭開活動(dòng)蓋將其拆出。(4)曲流布料水壓式沼氣池曲流布料水壓式沼氣池在昆明市試驗(yàn)、推廣使用政果良好，沼氣池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖9-12所示。發(fā)酵原料入池先在進(jìn)料口喉部濾網(wǎng)過(guò)濾，進(jìn)入池內(nèi)經(jīng)分流板進(jìn)行半控或全控進(jìn)行布料，目的要形成多路曲流使原料充分與污泥接觸。池底呈斜坡，在坡面設(shè)隔板阻流，保留一定量的污泥。在油拱中央設(shè)有傘架型破殼掛籠進(jìn)行破殼。手動(dòng)攪拌杠桿操縱傘架型掛籠破殼，并同時(shí)帶動(dòng)底部連桿推盤推出沉積物。在出料間底部設(shè)有排放閥。據(jù)實(shí)測(cè)，在昆明地區(qū)，6m3曲流布料池，一年產(chǎn)氣可達(dá)1692.6m3；池容最高產(chǎn)氣率達(dá)O.98m3/(m3.d)，相當(dāng)于圓筒形普通水壓池產(chǎn)氣量的3～5倍。(5)發(fā)酵液高位差自功循環(huán)水壓式沼氣池①基本結(jié)構(gòu)如圖9-13所示，該池由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)水壓式沼氣池和一個(gè)掛有軟填料做菌床的生物濾池組成，兩池軍零壓液面一高一低，并共用一個(gè)水壓箱，水壓箱的底部與高位池零壓液位標(biāo)高相同。低壓池出水管口高出水壓箱底，出口與其最高儲(chǔ)液位平齊。進(jìn)料管與水壓箱平齊。高位池出水管為一U形管A，通往廁所蹲位及豬舍地面。水壓箱底部有一U形管B.通往高位池。②循環(huán)過(guò)程沼氣池在正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)停止供氣，低位池的發(fā)酵液一部分被沼氣擠壓進(jìn)入水壓箱；高壓池的一部分發(fā)酵液通過(guò)U形管A，被護(hù)送到廁所蹲位或豬舍地面與糞便一起流入進(jìn)料口。當(dāng)向用戶供氣時(shí)由于高位池液面低于水壓箱液位，水壓箱的發(fā)酵液便通過(guò)U形管B回流高位池，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)。③特點(diǎn)：這種形式的沼氣池和發(fā)酵工藝流程，能很好地滿足沼氣微生物類群所需的生長(zhǎng)繁殖條件，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):a.用水壓箱作發(fā)酵原料預(yù)漚池，使原料在好氧的條件下，加快違度產(chǎn)酸菌的分解，促進(jìn)對(duì)原料的液化產(chǎn)酸，發(fā)酵后的酸液留下自動(dòng)入池，沉渣留下，解決了沉渣人池出料難的問(wèn)題，同時(shí)好氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱量，有利于沼氣池增溫和保溫；b.高位池設(shè)置的軟填料作為厭氧池內(nèi)的生物載體，能起到富集菌種、促進(jìn)沼氣發(fā)酵速度、提早產(chǎn)氣、提高產(chǎn)氣量的作用；c.料液自動(dòng)循環(huán)能起到攪拌發(fā)酵液的作用，提高產(chǎn)氣量，防止液面結(jié)殼等；d.可利用循環(huán)發(fā)酵由沖刷與沼氣池相結(jié)合的廁所蹲位及豬舍的地面，同時(shí)可作為預(yù)處理池的接種物，促進(jìn)發(fā)酵，節(jié)約用水。2.浮罩式沼氣池浮罩式沼氣池是將發(fā)酵間產(chǎn)生的沼氣由沉浮式氣罩儲(chǔ)存起來(lái)，按其結(jié)構(gòu)，可分為直接儲(chǔ)氣浮罩式沼氣池（圖9-14)和分離儲(chǔ)氣浮罩式沼氣池(圖9-15)。浮罩式沼氣池由水封池和氣罩兩部分組成。當(dāng)沼氣向上壓力大于氣罩自重和配重時(shí)，氣罩便沿水封池內(nèi)壁的導(dǎo)向軌道(或升降軸)上升，直至平衡；當(dāng)用氣時(shí)，罩內(nèi)氣壓下降，氣罩也隨之下沉。浮罩式沼氣池的特點(diǎn)是：罩內(nèi)沼氣壓力基本穩(wěn)定，壓力大小取決浮罩內(nèi)簡(jiǎn)橫截面積與浮罩的自重和配重，易適應(yīng)沼氣發(fā)酵工藝要求(指壓力大小)和燃燒器的性能；建池和出渣容易；直接儲(chǔ)氣浮罩式沼氣池保溫性能不如水壓式沼氣池，分離儲(chǔ)氣罩式沼氣池克服了這個(gè)缺點(diǎn)；用金屬制造的浮罩容易銹蝕。在圖9-14的浮罩內(nèi)的沼氣壓力值，如果不考慮浸在料液中浮罩壁所受的浮力（浮罩壁比較薄)，可用下式計(jì)算：（9-10）式中p—沼氣壓力，cmH2OG—浮罩及其配重的質(zhì)量，kg;D—圓筒形浮罩內(nèi)直徑，cm;1000—由kgf/cm2H20換算的系數(shù)。3氣袋式沼氣池氣袋式沼氣池(圖9-16)的發(fā)酵間沒(méi)有儲(chǔ)氣部分，發(fā)酵間所產(chǎn)生的沼氣直接輸入儲(chǔ)氣袋（用聚氨乙烯薄蠟和橡膠加工〕儲(chǔ)存起來(lái)，其余構(gòu)造與水壓式沼氣池基本相同。氣袋式沼氣池的主要特點(diǎn)是：池內(nèi)沼氣壓力較低，在利于發(fā)酵和產(chǎn)氣。對(duì)沼氣池防滲漏要求不高；沼氣池料液容積基本不會(huì)隨沼氣的多少而變化；目前氣袋材料價(jià)格較貴，且在易老化，影響使用壽命；由于氣壓較低，家庭使用不便，對(duì)于供動(dòng)力用能的大、中型沼氣池較為適宜.對(duì)防火要求較高。4.印度"戈巴"沼氣裝置"戈巴'，印度語(yǔ)意為牛糞。圖9-17是印度的一種以牛糞為發(fā)酵原料浮罩式沼氣池，其基本結(jié)構(gòu)如同所示。發(fā)酵間成井狀，是地下建筑，井體直徑一般為1.5-6m之間。發(fā)酵間中間有隔墻，將井體分為兩個(gè)半圓柱體。兩根傾斜的水泥管，一端伸向沼氣池底，另端伸向地面.分別連接進(jìn)料口和出料口。出料口比進(jìn)料口低?；旌虾玫陌l(fā)酵原料，從進(jìn)料口徑進(jìn)料管流入發(fā)酵間，出料靠池滿自溢?？赡瓴恍璐蟪隽?，節(jié)約勞力。浮罩(儲(chǔ)氣罩)用薄鋼板制成，內(nèi)安裝有攪拌棍，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)浮罩時(shí)能起一定的攪拌作用。二、發(fā)酵原料在自然界中，沼氣發(fā)酵原料十分廣泛和豐富，幾乎所有的有機(jī)物質(zhì)，如人畜糞便、作物秸稈、青草、生活污水、有機(jī)垃圾、污泥等都可作沼氣發(fā)酵原料。不同種類的發(fā)酵原料.其組成的化學(xué)成分不同，產(chǎn)氣潛力和消化速度也有很大差異。農(nóng)村使用的沼氣發(fā)酵原料.有富氮原料和富碳原料之分。(1)富氮原料富氮原料在農(nóng)村主要是指人、畜和家禽糞便。這類原料顆粒較細(xì)，含有較多的低分子化合物，氮素含量也較高，其原料的碳氮比(指含碳量與含氮量的比.用C/N表示)般都小于25:1，因此不必進(jìn)行預(yù)處理，分解和產(chǎn)氣速度較快。這種原科是我國(guó)農(nóng)村沼氣發(fā)酵原料的主要來(lái)源之一。該原料的特點(diǎn)是發(fā)酵周期較短，產(chǎn)氣速度快，單位發(fā)酵原料的總產(chǎn)氣量較農(nóng)作物秸秤低。(2)富碳原料這類原料在農(nóng)村主要指各種農(nóng)作物秸稈。其碳素含量較高，原料的碳氮比一般都在30:1以上。與人、畜糞便一樣，農(nóng)作物秸桿也是我國(guó)農(nóng)村主要沼氣發(fā)酵原科來(lái)源之一。農(nóng)作物秸稈也是我國(guó)農(nóng)村主要沼氣發(fā)酵原料來(lái)源之一。農(nóng)作物秸稈通常是由木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、果膠和蠟質(zhì)等化合物組成，其產(chǎn)氣特點(diǎn)是分解速度較慢，產(chǎn)氣周期較長(zhǎng)，但單位原料單產(chǎn)氣量較高。使用這種原料在入池前要進(jìn)行預(yù)處理，以提高產(chǎn)氣效果。1、發(fā)酵原料的收集發(fā)酵原料的收集和準(zhǔn)備是沼氣發(fā)酵的首要步驟。新建沼氣地和沼氣池大換料前，必須準(zhǔn)備好充足的發(fā)酵原料。農(nóng)作物秸稈收獲后，應(yīng)及時(shí)收集、堆存起來(lái)，防止霉變。農(nóng)村小型水壓式沼氣池，每年至少要留出500kg以上的作物秸稈作為發(fā)酵原料。畜禽糞便是農(nóng)村沼氣池的優(yōu)質(zhì)發(fā)酵原料。對(duì)牛糞、馬糞等大牲畜糞便，應(yīng)盡量做到隨時(shí)發(fā)現(xiàn)、隨時(shí)收集；豬糞、人糞等可利用農(nóng)村"三結(jié)合"(指沼氣池、豬圈、廁所三者結(jié)合)式沼氣地，自流入池進(jìn)行收集。2發(fā)酵原料的頂處理為了加速沼氣發(fā)酵原料的分解，促使早產(chǎn)氣，一般要對(duì)農(nóng)作物秸稈發(fā)酵原料道行預(yù)處理，措施如下:(1)鍘短(或粉碎)作物秸軒用作沼氣發(fā)酵原料時(shí)，必須經(jīng)過(guò)鍘短（或粉碎)處理，一般鍘成2~3cm長(zhǎng)即可。這樣，能增大發(fā)酵原料與沼氣細(xì)菌的接觸面，加速原料的分解，同時(shí)也便于進(jìn)料和出料。經(jīng)過(guò)鍘短和粉碎的作物秸稈，一般可提高產(chǎn)氣量15%~20%。(2)堆漚為了避免發(fā)酵原料進(jìn)入沼氣池后，出現(xiàn)大量漂浮和結(jié)殼現(xiàn)象，并應(yīng)破壞作柑桔秤皮面的蠟質(zhì)層，適當(dāng)降低發(fā)酵原科的碳氮比，以利于沼氣細(xì)菌時(shí)碳氧營(yíng)養(yǎng)的需要，促進(jìn)早產(chǎn)氣。應(yīng)對(duì)投入沼氣池的作物秸懺等沼氣發(fā)酵原料.進(jìn)行堆漚處理，其方法有以下兩種：①池外堆漚將鍘短的作物秸軒，加入2%的石灰澄清液和10%左右的沼液或糞水(加入的糞水繭，以料堆下不出水為宜).混合拌勻。料堆上覆蓋塑料薄膜。在氣溫150'C左右時(shí)，堆漚4~5d;200'C以上時(shí)，堆謳2~3d.即可投料人池。②池內(nèi)堆漚將制短的作物秸懺，加入2%的石灰澄清植和10%的沼液或糞水，攪拌均勻后.投入淚氣池內(nèi)堆漚。堆漚時(shí)間視氣溫而定，一般堆W1~2d為宜。池內(nèi)堆漚，可以利用堆植時(shí)所產(chǎn)生的熱量，提高地溫。堆漚處理的益處：①在堆漚中原料中，帶進(jìn)去的自然沼氣發(fā)酵菌大量生長(zhǎng)繁殖，起到富集和增殖菌種的作用，②在堆植過(guò)程中，秸秤中的大分子化合物經(jīng)細(xì)菌分解，形成大量小分于化合物，進(jìn)池后，可面分解菌很快分解或直接形成甲烷；③秸稈堆漚后，加速了纖維素的分解，破壞了秸軒表面的蠟質(zhì)層，加速了沼氣發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行；④堆漚腐熟后，秸稈的含水量加大，相對(duì)密度增加，入池后，很快沉底，不易上浮結(jié)殼，⑤在堆漚過(guò)程中能產(chǎn)生700oC以上的高溫，可以殺死原料中的病菌且蟲卵；⑥堆漚后，體積縮小，便于裝池。同時(shí)，原料中的空氣大部分散排除，有利于厭氧發(fā)酵。3合理配料沼氣細(xì)菌的生活、繁殖是以原料中的碳氮為主要營(yíng)養(yǎng)的，因此，要使沼氣池產(chǎn)氣快、產(chǎn)氣多、長(zhǎng)期而持續(xù)產(chǎn)氣，就要合理搭配沼氣發(fā)酵原料。（1)適當(dāng)多加產(chǎn)出沼氣中古甲烷多的發(fā)酵原料沼氣質(zhì)量主要指其中吉甲炕量的多少5各種原料產(chǎn)出沼氣吉甲烷量的數(shù)值差異較大，為了校得優(yōu)質(zhì)沼氣，應(yīng)選用適宜的原料，并進(jìn)行合理搭配。(2)合理搭配消化速度快和消化速度慢的原料為了達(dá)到產(chǎn)氣持丸和均衡的目的，在進(jìn)料時(shí)町應(yīng)將消化速度快的和消化速度慢的原料合理搭配。例如:作物秸稈等含纖維章多的原料，消化速度慢，產(chǎn)氣速度也快.但持續(xù)時(shí)間短。(3)碳素與氮素含量不同的原料合理搭配沼氣細(xì)菌的生活和繁殖需要多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其中主要是碳素和氮素。但作為沼氣發(fā)酵原料中的碳素和氨素的含量是刁同的。也日作物秸稈吉碳素少，發(fā)酵快。實(shí)踐證明，鮮糞和作物秸稈的重量比為2?1左右時(shí)，碳氮比為30:1.時(shí)沼氣發(fā)酵比較適宜。這兩類發(fā)酵原料應(yīng)合理搭配，適宜的碳氮比，對(duì)沼氣發(fā)酵比較適宜。適宜的碳氮比，不僅有利于沼氣細(xì)菌的生活、繁殖，同時(shí)可以中和發(fā)酵過(guò)程中所產(chǎn)生的有機(jī)酸（有機(jī)氧章分解時(shí)釋放的有機(jī)酸).有利于維峙適宜的酸耐度，在缺乏人糞尿的地區(qū)，可在沼氣池中加入占主酵原料量0.3%以下的碳酸氫氨或0.1%以下的尿章，也能有政提高產(chǎn)氣率。為了正確而合理地配料人池，現(xiàn)以1m3容積的發(fā)酵原料配比為例，列表9-三小型沼氣池發(fā)酵工藝類型1.半連續(xù)投料沼氣友酵植半連續(xù)投料沼氣發(fā)酵池絕大多數(shù)是水壓式沼氣池(見圖9-18)（‘水壓式’的含義下面介紹)，井且普遍菲用半連續(xù)投料沼氣發(fā)酵工藝，其工藝過(guò)程如圖9-19所示。此發(fā)酵工藝的特點(diǎn)是：?jiǎn)?dòng)時(shí)，次投入較多的發(fā)酵原料，產(chǎn)氣→用氣，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)產(chǎn)氣量趨向下降時(shí)，開始定期添加新料和排出舊料，以維持比較穩(wěn)定的產(chǎn)氣率。古適于農(nóng)村原料來(lái)源和集中用肥的實(shí)際情況。各工藝環(huán)節(jié)的具體內(nèi)窯如下（1)備料作好原料準(zhǔn)備.要求數(shù)量充足、種類搭配合理，需要制碎時(shí)則惻碎固(2)新池檢驗(yàn)或舊池檢修做到確保不漏水、小漏氣，（3)配料滿足工藝對(duì)料總固體濃度(TS%)和C/N的要求配比原料；(4)拌抖接種要求拌和均勻。(5)入池堆漚將拌和好的原料放入池內(nèi)，踩緊壓實(shí)，進(jìn)行堆漚(6)加水封池堆漚原料溫度上升至40~60L時(shí)，此進(jìn)出料口加水，然后用pH精密試紙檢查發(fā)酵液酸堿度，pH在6~7時(shí).即可蓋上活動(dòng)蓋，封閉沼氣池。若pH<6時(shí)，可加草木灰、氨水或澄清石灰水調(diào)整至7左右，再蓋好水封蓋。封蓋后應(yīng)及時(shí)安裝好輸氣管、開關(guān)和燈、爐具，并關(guān)閉輸氣管上的開關(guān)。(7)點(diǎn)火試氣封池2~3d后，在爐具上點(diǎn)火試氣，如能點(diǎn)燃，即可使用，如若點(diǎn)不燃，則放掉池內(nèi)氣體，(非可燃?xì)?.次H再點(diǎn)火試氣，直至點(diǎn)燃為止。(8)添加料沼氣池產(chǎn)氣運(yùn)行30d左右.產(chǎn)氣量將減少，應(yīng)添加新料，般每隔5~6d加料l次.如I料是為主酵液的3%~5%。若是"三結(jié)合"的沼氣池(豬吉、劇所、沼氣池連為一體)，糞犀便隨時(shí)流入沼氣池。(9)大換料發(fā)酵周期完成以后，除去舊料，按上述工藝開始第二個(gè)流程。以上是發(fā)酵原料的“入池堆漚“，若果取"池外堆漚"，則應(yīng)按下述要求進(jìn)行采用秸軒重量的1到~2%石灰，且成石藍(lán)水，均勻施于秸軒上，再潑上糞（或沼液）。溫度以不見水流為宜，料堆層層踩緊.氣溫小于10oC時(shí)要保溫。(1)堆漚時(shí)間春夏1-2d，秋天3~5d。氣植25'C左右堆植ld，堆摳溫度到60'C左右時(shí)，拌料接種，入池啟動(dòng)。(2)接種物量向池內(nèi)投料時(shí)應(yīng)加入占原料30%以上活性污泥，或10%以上正常產(chǎn)氣池底巧泥，或lO%~30%沼液。2分層滿裝料淚氣發(fā)酵分層滿裝科沼氣發(fā)酵屬于學(xué)連續(xù)沼氣盎酵工藝其主要特點(diǎn)是混合原料，分層裝滿(兩層投料間隔2~3d).池內(nèi)堆漚.干濕發(fā)酵結(jié)合("于發(fā)酵"吉立后面介紹)，其工藝過(guò)程如閣9-20所示町一個(gè)流程內(nèi)分為啟動(dòng)、運(yùn)行、大出料3個(gè)階段，根據(jù)秸軒收獲租用肥季節(jié)，南方地區(qū)年可分別在夏秋季和冬春季完成兩個(gè)流秤，北方肉氣溫低，一年只能完成個(gè)流程。該沼氣發(fā)酵工藝啟動(dòng)用水少，操作簡(jiǎn)單，節(jié)省勞力。運(yùn)行期間只要求每天將人畜糞便班人池內(nèi)即可回為了保證原料在池內(nèi)充分分解，每立方米沼氣池每天入地總固體量<0.7kg，池體容積>6m3。在在作物秸稈沒(méi)有是件制碎的情況，可惡用這種工藝;在運(yùn)行期間沒(méi)有糞犀經(jīng)常住池內(nèi)加入者，不宜來(lái)用這種工藝。3批量投料沼氣發(fā)酵批量投料沼氣發(fā)酵是一種比較簡(jiǎn)單的沼氣直酵形式，如紅泥塑料沼氣地，革璃銅沼氣池就屬于這種沼氣發(fā)酵工藝。它的特點(diǎn)是將發(fā)酵原料一次性投入沼氣池，當(dāng)發(fā)酵周期結(jié)束后，取出舊料，再投入下一批新料。其產(chǎn)氣量韌期t升很快，維持段時(shí)間的產(chǎn)氣高峰后，即逗漸下降，發(fā)酵產(chǎn)氣不夠均筒，但使用、管理由單。(1)玻璃鋼沼氣池圖9-21是一種小型玻璃鋼沼氣池，下面介紹它的結(jié)構(gòu)和使用情況。①結(jié)構(gòu)與制造玻璃鋼沼氣池的池容為3m3，設(shè)有水壓室進(jìn)料口、出料口、因水智、于柄、導(dǎo)氣管等。整個(gè)池F材料基本都是玻璃鋼。玻璃鋼沼氣池是個(gè)薄殼心球體，來(lái)用濕法于糊成型、常溫固化工藝生產(chǎn)，帽據(jù)沼氣袖的池容尺寸的需要，設(shè)計(jì)制造模具，為了于糊成型后便于脫模，模具制成可開合的回薄殼分為兩個(gè)璋體分別制造，組裝時(shí)果用對(duì)口搭接韓舍。其工藝流程為:水壓室、進(jìn)料口、山料口、國(guó)水營(yíng)的材料也是玻璃銅=進(jìn)料口和Hi科u的壓蓋用螺栓固堅(jiān)沿口有橡膠密封闡，防止液、氣的泄露。玻璃鋼產(chǎn)品在大氣中暴曬條件下，山于風(fēng)沙雪雨等機(jī)械損傷和太陽(yáng)輻射所創(chuàng)起的光氧茬化，使其力學(xué)性能發(fā)生改變，隨著時(shí)間的推移.呈下降趨勢(shì)，主要是玻纖、樹脂、玻纖/樹脂界面這3個(gè)方面的變化和破壞所引起的。采用控制產(chǎn)品的含膠量，提品其力學(xué)性能初始值，表面果用膠在樹脂提高其耐候性樹脂中如入紫外線咂收劑防止光氧在化。以上措施自敢地瞄少了老化作用對(duì)池體強(qiáng)度的影響，原設(shè)計(jì)使用8年，實(shí)際使用r15年的袍子單推睡后仍可使用。2投料與運(yùn)行該池所用發(fā)酵產(chǎn)氣原材料以人、高糞便和玉米軒為宅干物質(zhì)濃度18%左右.菌種添加量不低于料植的30%。采用批量投抖，原料預(yù)處理、眼氧比、pH等.均按沼氣發(fā)酵原理要求確定。往池內(nèi)投料占池容的80%~85。該沼氣池是小組、高效發(fā)酵裝置。當(dāng)以糞便為二五要發(fā)酵原料時(shí)，每年5-9月可換料3~4次，夏季溫度高，池體在地面上，必要時(shí)還可用塑料薄膜覆蓋，便宜酵溫度保持在20~35°C，3m'沼氣池.最高產(chǎn)氣量可達(dá)1.5m3/d(2)紅泥塑料沼氣池紅泥塑科沼氣池分半塑紅泥塑料淚氣池和全塑紅泥塑料沼氣池兩種a半塑紅塑料沼氣池〈見圖9-22)由水泥料池和紅泥塑料氣罩兩大部分組成，應(yīng)用較多的是這種。全塑紅泥塑料沼氣池相當(dāng)于一個(gè)紅泥塑料大口袋置于池中，應(yīng)用較少@紅泥塑料沼氣池多數(shù)不設(shè)進(jìn)、出料間，氣罩周邊與水泥池接合處有封氣環(huán)槽，將氣罩周邊鋪入槽底，槽內(nèi)裝人性、水，壓住罩邊，防止漏氣。還可用壓桿搶邊沿環(huán)槽壓緊或用尼克繩將氣罩邊與水泥池上周檐壓緊，進(jìn)步密封。紅泥塑料沼氣池的投料與運(yùn)行情況與玻璃鋼沼氣池相類似，所不同的是它在出科時(shí)將氣罩揭開，敞口操作;而玻璃鋼沼氣池下而有出料口.打開口蓋即可出料。紅泥塑料沼氣池的優(yōu)點(diǎn)是.①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建池成本低.管理力便，出料在易;②夏季池溫度比水壓式池溫高。它的最點(diǎn)是①沼氣地的地溫，易受外界氣淚的影響;②年內(nèi)使用時(shí)間比水壓式沼氣池短。以上接投料運(yùn)行方式講述了三種工藝過(guò)程，下面介紹的兩種工藝過(guò)程分別是發(fā)酵料液濃度、在池中的主酵階段具有自己特點(diǎn)的小型沼氣發(fā)酵工藝。4.干發(fā)酵工藝干發(fā)酵工藝屬批量投料沼氣發(fā)酵類型，其主要特點(diǎn)是池中的發(fā)酵原料且固體吉量多.在20%---30%。優(yōu)點(diǎn)是省水，池容產(chǎn)氣率高，可以縮小沼氣體積，方便進(jìn)出料。適宜于習(xí)慣用固體肥料的在村和干旱地區(qū).山東能源研究所、成都l1l氣科學(xué)研究所和吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院等單位時(shí)干發(fā)酵工藝進(jìn)行過(guò)較深入的研究。圖9-23是吉林省在業(yè)科學(xué)研究院等單位研制并推廣的鐵罐式沼氣池，應(yīng)用了F發(fā)酵工藝。現(xiàn)將干發(fā)酵工藝特點(diǎn)介紹如下:(1)合理的配料比秸稈與糞便的質(zhì)量比，般為3:1左右，不同秸稈、不同畜糞略有差別。(2)原料預(yù)處理將秸稈鍘成5-7cm長(zhǎng)的碎料，進(jìn)行池外堆摳，堆植時(shí)間視當(dāng)?shù)貧鉁睾驮蠣顩r而定。在25"C時(shí)，一般堆謳9-5日，使秸秤原料質(zhì)地軟化，便于裝堅(jiān)裝實(shí)，增加池窯的革料倒并且能使啟功加快；(3)接種物由于千發(fā)酵原料且固體古量高(>20%)，接種物質(zhì)量般平能少于發(fā)酵原料的20%.井且要求接種物有良好的活性。(4)發(fā)酵周期發(fā)酵周期長(zhǎng)短，要看發(fā)酵原料的數(shù)量和種類，般來(lái)說(shuō)，當(dāng)產(chǎn)氣量明顯下降時(shí)，就應(yīng)該更換新料。5兩步發(fā)酵工藝兩步發(fā)酵工藝是指沼氣發(fā)酵的產(chǎn)酸階段相產(chǎn)甲皖階段分別在兩個(gè)池子里進(jìn)行。第一個(gè)池子為水解產(chǎn)酸池，它是敞口池.產(chǎn)血的酸液流進(jìn)第二個(gè)池(見圖9-24.示意圖用虹吸管引輸);第個(gè)池子是普通的水壓式淚氣池，為產(chǎn)甲惋池，它以第個(gè)池于產(chǎn)出的酸液且發(fā)酵原料.沒(méi)有渣撐，產(chǎn)氣量高，氣中甲烷含量也高。此工藝符合沼氣微生物的活動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)沼氣發(fā)酵過(guò)程的最優(yōu)化。主要特點(diǎn)是z①由于產(chǎn)甲烷池的產(chǎn)氣率高，氣中甲烷含量高，可縮小此池的建池容積，而產(chǎn)酸池又無(wú)需太好的材料建造，從而降低了整個(gè)設(shè)施的造價(jià);②通過(guò)控制每天輸入產(chǎn)甲烷池的酸液量，能人為地調(diào)節(jié)當(dāng)天和第2天的產(chǎn)氣量，即提高產(chǎn)氣量的時(shí)控性，③實(shí)現(xiàn)了渣、液分離，便于出料和運(yùn)肥。一、生物質(zhì)氣化發(fā)電方式國(guó)外以生物質(zhì)燃?xì)鉃槿剂线M(jìn)行發(fā)電和供熱近年來(lái)有較快的發(fā)展，所用的發(fā)電機(jī)組基本上有三種類型:一是內(nèi)燃機(jī)/發(fā)電機(jī)機(jī)組;二是汽輪機(jī)/發(fā)電機(jī)機(jī)組;三是燃?xì)廨啓C(jī)/發(fā)電機(jī)機(jī)組。有的發(fā)電廠將前二者聯(lián)合使用，即先利用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，再利用系統(tǒng)的余熱生產(chǎn)蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。由于內(nèi)燃機(jī)發(fā)電效率較低，單機(jī)容量較小，應(yīng)用受到一定限制;也有的發(fā)電廠將后兩者聯(lián)合使用，即用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的余熱生產(chǎn)蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。比較這兩種聯(lián)合發(fā)電，后者發(fā)展前景較廣闊，尤其是在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下。圖6-43～圖6-47分別是上述三種發(fā)電機(jī)組工作原理示意圖。第一種是用內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。第二種是用蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)的渦輪(氣體膨脹做功)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，蒸汽可由鍋爐提供，也可以用其他發(fā)電系統(tǒng)的余熱生產(chǎn)蒸汽。第三種是用旋轉(zhuǎn)著的燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)主要由三部分組成:壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪機(jī)。壓縮機(jī)用來(lái)壓縮將通過(guò)渦輪機(jī)的氣體工作介質(zhì)。渦輪機(jī)的功率除用于帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作之外，大部分消耗在壓縮機(jī)的工作上。燃?xì)廨啓C(jī)又有兩種形式:一是開放循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，由燃燒器來(lái)的高溫高壓煙氣通過(guò)渦輪機(jī)膨脹做功推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)后排放出去，這就要求燃?xì)鈶?yīng)純凈，若焦油含量多，將損壞渦輪，不利工作;二是封閉循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，煙氣在熱交換中將工作介質(zhì)加熱，介質(zhì)可用空氣、氮?dú)?、氦氣等，它在渦輪機(jī)與壓縮機(jī)中呈封閉式循環(huán)工作，由于介質(zhì)純凈，不污染輪機(jī)。國(guó)外利用生物質(zhì)燃?xì)獍l(fā)電的規(guī)模不等，通常內(nèi)燃機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)功率較小;燃?xì)廨啓C(jī)廠發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和汽輪機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)功率要大一些;而同時(shí)用燃?xì)廨啓C(jī)/發(fā)電機(jī)一汽輪機(jī)/發(fā)電機(jī)聯(lián)合發(fā)電，其功率為最大。規(guī)模大小尚無(wú)明確的分級(jí)，一般認(rèn)為小于500kW為小型;大于500kW!為大