沼气发酵原理.pptx
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1、v 什么是沼气什么是沼气v 沼气的来源沼气的来源v 沼气的成分沼气的成分v 沼气的性质沼气的性质沼气的概念与特性第1页/共75页v 什么是沼气什么是沼气 沼气是人畜粪尿等有机物质在沼气是人畜粪尿等有机物质在一定的水分、温度和厌氧条件下,一定的水分、温度和厌氧条件下,经微生物发酵转换而成的一种方便、经微生物发酵转换而成的一种方便、清洁、优质、高品位的气体燃料。清洁、优质、高品位的气体燃料。一.沼气的概念与特性第2页/共75页v 沼气的来源沼气的来源 沼气发酵是自然界中普遍而典沼气发酵是自然界中普遍而典型的物质循环过程,按其来源不同,型的物质循环过程,按其来源不同,可分为天然沼气和人工沼气两大类。
2、可分为天然沼气和人工沼气两大类。一.沼气的概念与特性第3页/共75页v 沼气的成分沼气的成分 沼气主要成分是沼气主要成分是甲烷甲烷,其含量一般,其含量一般为为50%70%。另外还含有二氧化碳另外还含有二氧化碳和少量的硫化氢、氢气、一氧化碳、和少量的硫化氢、氢气、一氧化碳、氮等气体;其中二氧化碳约占氮等气体;其中二氧化碳约占30%40%,其他成分含量很少。,其他成分含量很少。一.沼气的概念与特性第4页/共75页v 沼气的性质沼气的性质一.沼气的概念与特性理化特性理化特性甲烷甲烷标准沼气(甲烷标准沼气(甲烷60%60%,二氧化碳二氧化碳40%40%)体积百分比(%)5480100热值(千焦/米3)
3、3582021520密度(克/升)0.721.22比重(与空气相比)0.550.94临界温度()-82.5-25.7 -48.42临界压力(105帕)46.459.35 53.93爆炸范围(与空气混合的体积百分比%)5158.80 24.4气味无微臭第5页/共75页二.沼气发酵基本原理 沼气发酵是复杂的微生物学过程,只有有了大量的沼气微生物,并使各种类群的微生物得到最佳的生长条件,各种有机物原料才会在微生物的作用下转化为沼气。第6页/共75页二.沼气发酵基本原理 (一)沼气发酵微生物 第7页/共75页沼沼气气微微生生物物不产甲烷菌不产甲烷菌产甲烷菌产甲烷菌发酵性细菌发酵性细菌产氢产乙酸菌产氢产
4、乙酸菌耗氢产乙酸菌耗氢产乙酸菌食氢产甲烷菌食氢产甲烷菌食乙酸产甲烷菌食乙酸产甲烷菌1.沼气微生物的种类第8页/共75页 不产甲烷菌能将纤维、半纤维、淀粉、蛋白质、脂肪等复杂有机物分解成乙酸、丙酸、丁酸等简单的小分子量的物质,为产甲烷菌提供基质。不产甲烷菌第9页/共75页 产甲烷菌是沼气发酵微生物的核心,它们严格厌氧,适宜在中性环境中繁殖,依靠乙酸、二氧化碳和氢生长,并以废物的形式排出甲烷。产甲烷菌第10页/共75页2.沼气微生物的作用不产甲烷菌为产甲烷菌提供营养不产甲烷菌为产甲烷菌提供营养不不产产甲甲烷烷菌菌为为产产甲甲烷烷菌菌创创造造适适宜宜的的厌氧生态环境厌氧生态环境不产甲烷菌为甲烷菌清除
5、有毒物质不产甲烷菌为甲烷菌清除有毒物质不不产产甲甲烷烷菌菌与与甲甲烷烷菌菌共共同同维维持持环环境境中适宜的酸碱度中适宜的酸碱度第11页/共75页3.沼气微生物的特点分布广,种类多分布广,种类多繁殖快,代谢强繁殖快,代谢强适应性强,容易培养适应性强,容易培养第12页/共75页二.沼气发酵基本原理 (二)沼气发酵过程第13页/共75页有机质 水解 产酸 产甲烷 沼气 沼气发酵过程第14页/共75页纤维素蛋白质脂 肪纤维酶蛋白酶脂肪酶双糖或单糖多肽和氨基酸脂肪酸和甘油第一阶段水解发酵第15页/共75页 单 糖氨基酸脂肪酸产酸菌乙酸丙酸CO2氢气醇类可溶性物质简单化合物第二阶段产酸第16页/共75页乙
6、酸丙酸甲烷菌甲烷二氧化碳醇类简单化合物第三阶段-产甲烷第17页/共75页碳氮比适宜的发酵原料碳氮比适宜的发酵原料质优量足的菌种质优量足的菌种严格的厌氧环境严格的厌氧环境适宜的发酵温度适宜的发酵温度适宜的酸碱度适宜的酸碱度适度的发酵浓度适度的发酵浓度持续的搅拌持续的搅拌三.沼气发酵条件第18页/共75页(一一)发酵原料发酵原料 发酵原料按营养成分为富氮原料和富碳原料。第19页/共75页 富富氮氮原原料料通通常常指指人人、畜畜和和家家禽禽粪粪便便,这这类类原原料料经经过过人人和和动动物物肠肠胃胃系系统统的的充充分分消消化化,颗颗粒粒细细小小,含含有有大大量量低低分分子子化化合合物物和和较较高高的的
7、含含水水量量,做做沼沼气气原原料料,容容易易分分解解,产气很快,发酵期较短。产气很快,发酵期较短。富 氮 原 料第20页/共75页 富富碳碳原原料料通通常常指指秸秸秆秆等等农农作作物物的的残残余余物物,这这类类原原料料富富含含纤纤维维素素、半半纤纤维维素素、果果胶胶以以及及难难降降解解的的木木质质素素和和植植物物蜡蜡质质。干干物物质质含含量量高高,质质地地疏疏松松,比比重重小小,厌厌氧氧分解慢,产气周期长。分解慢,产气周期长。富 碳 原 料第21页/共75页(二二)质优足量的菌种质优足量的菌种 沼沼气气发发酵酵微微生生物物是是人人工工制制取取沼沼气气的的内内因因条条件件,一一切切外外因因条条件
8、件都都是是通通过过这这个个基基本本的的内内因因条条件件才才能能起起作作用用。因因此此,沼沼气气发发酵酵的的前前提提条条件件就就是是要要接接入入大大量量含含有有这这种种微生物的接种物。微生物的接种物。第22页/共75页 来来源源主主要要有有:沼沼气气池池、湖湖泊泊、沼沼泽泽、池池塘塘底底部部;阴阴沟沟污污泥泥之之中中;积积水水粪粪坑坑之之中中;动动物物粪粪便便及及其其肠肠道道之之中中;屠屠宰宰场场、酿酿造造厂厂、豆豆制制品品厂厂、副副食食品品加加工工厂厂等等阴阴沟沟之之中中及人工厌氧消化装置之中。及人工厌氧消化装置之中。(二)质优足量的菌种第23页/共75页 农村沼气池一般加入接种物的量为总投料
9、量的10%30%。在其他条件相同的情况下,加大接种物,产气快,气质好,启动不宜出偏差。(二)质优足量的菌种第24页/共75页 沼气微生物的核心菌群沼气微生物的核心菌群产产甲烷菌是严格的厌氧菌,只能甲烷菌是严格的厌氧菌,只能在无氧的生态环境中生存和繁在无氧的生态环境中生存和繁殖。所以,修建沼气池,要严殖。所以,修建沼气池,要严格密闭,不漏水、不漏气格密闭,不漏水、不漏气。(三)严格的厌氧环境第25页/共75页 温度是制约沼气产量的重要因温度是制约沼气产量的重要因素,在素,在10到到60的范围内,沼的范围内,沼气均能正常发酵产气。在这一温气均能正常发酵产气。在这一温度范围内,一般温度愈高,微生度范
10、围内,一般温度愈高,微生物活动愈旺盛,产气量愈高。物活动愈旺盛,产气量愈高。农农村户用池受条件限制,一般采用村户用池受条件限制,一般采用常温发酵区常温发酵区。(四)适宜的发酵温度第26页/共75页温度对产气率的影响第27页/共75页 沼气微生物的生长、繁殖,要求发酵原料的酸碱度保持中性,或微偏碱性,过酸、过碱都会影响产气。(五)适宜的酸碱度第28页/共75页 测定表明,酸碱度在pH=68之间,均可产气,以pH=6.57.5最为适宜,pH值在6以下、9以上时均不产气。(五)适宜的酸碱度第29页/共75页 一般沼气池在正常的发酵过程中,池内的酸碱度可自然进行调解。只有在配料和管理不当,使正常发酵工
11、程受到破坏时,才可能出现有机酸大量积累,发酵料液过于偏酸的现象。(五)适宜的酸碱度第30页/共75页 农村沼气池的负荷一般用发酵原料的浓度来体现,适宜的干物质浓度为4%10%,即发酵原料含水量为90%96%。发酵浓度随温度的变化而变化,夏季%8%,秋冬季10%12%。(六)适度的发酵浓度第31页/共75页 静态发酵沼气池随着发酵时间的推移,由下向上逐步分成沉渣层、活性层、清液层、浮渣层。(七)持续的搅拌第32页/共75页沼气池的静止状态第33页/共75页静态发酵导致池内原料严重结壳、沉淀、分层。发酵间存在“微生物贫乏区”、“发酵盲区”和“料液短路”。清渣困难,导致沼气池因出料难而报废。池温低,
12、产气少,不能全年用气。静态沼气池技术问题第34页/共75页 搅搅拌拌可可以以使使发发酵酵原原料料分分布布均均匀匀,增增加加微微生生物物与与原原料料的的接接触触面面,增增强强微微生生物物的的活活性性,产产气气量可提高量可提高30%30%以上。以上。(七)持续的搅拌第35页/共75页四.沼气池的启动 1 1、加入丰富的接种物、加入丰富的接种物 为了加快沼气发酵启动为了加快沼气发酵启动的速度和提高沼气池产气量,要向沼气池加入含有丰的速度和提高沼气池产气量,要向沼气池加入含有丰富沼气细菌的物质,称为接种物(也叫活性污泥)。富沼气细菌的物质,称为接种物(也叫活性污泥)。在一般的沼气发酵原料和水中,沼气细
13、菌的含量很少,在一般的沼气发酵原料和水中,沼气细菌的含量很少,靠其自己繁殖,很难启动。所以在新池装料前,要收靠其自己繁殖,很难启动。所以在新池装料前,要收集老沼气池里的沼渣、沼液,另外粪坑的底脚黑色沉集老沼气池里的沼渣、沼液,另外粪坑的底脚黑色沉渣、塘泥、城镇污水沟的污泥,以及食品厂、酒厂、渣、塘泥、城镇污水沟的污泥,以及食品厂、酒厂、屠宰场的污水、污泥都含有丰富的沼气细菌,是良好屠宰场的污水、污泥都含有丰富的沼气细菌,是良好的接种物。收集以上某一种接种物的数量,要达到发的接种物。收集以上某一种接种物的数量,要达到发酵原料的酵原料的10%30%,把接种物和发酵原料均匀混,把接种物和发酵原料均匀
14、混合,一同加入池内。合,一同加入池内。第36页/共75页1.加入丰富的接种物 如果接种物收集得很少,可以进行扩大培如果接种物收集得很少,可以进行扩大培养,其操作方法是将所收集的接种物和大于接养,其操作方法是将所收集的接种物和大于接种物种物3倍的发酵原料均匀混合,厌氧富集培养,倍的发酵原料均匀混合,厌氧富集培养,每天搅动一次,待正常产气时,就可以和发酵每天搅动一次,待正常产气时,就可以和发酵料混合入池,如第一次扩大培养不够,还可以料混合入池,如第一次扩大培养不够,还可以继续扩大培养直到满足需要为止。继续扩大培养直到满足需要为止。第37页/共75页2.原料的预处理 当接种物用量小于当接种物用量小于
15、10%或原料为风干粪、鲜人或原料为风干粪、鲜人粪、羊粪、鲜禽粪时,在入池前必须预处理,在粪、羊粪、鲜禽粪时,在入池前必须预处理,在堆沤过程中,使发酵细菌大量生长繁殖,减缓酸堆沤过程中,使发酵细菌大量生长繁殖,减缓酸化作用,还能防止料液入池后干粪飘浮于上层而化作用,还能防止料液入池后干粪飘浮于上层而结壳或产酸过多,使发酵受阻。其方法采用池外结壳或产酸过多,使发酵受阻。其方法采用池外堆沤:将干粪或鲜鸡粪等加水拌匀。加水量以料堆沤:将干粪或鲜鸡粪等加水拌匀。加水量以料堆下部不出水为宜,料堆上加盖塑料膜。以便聚堆下部不出水为宜,料堆上加盖塑料膜。以便聚集热量和菌种的繁殖。气温在集热量和菌种的繁殖。气温
16、在15左右时堆沤左右时堆沤4天,气温在天,气温在20以上堆沤以上堆沤23天。天。第38页/共75页3.选用优质发酵原料 为了保证沼气池正常启动和发酵有充足而稳为了保证沼气池正常启动和发酵有充足而稳定的发酵原料,在投料前,需要选择有机营养定的发酵原料,在投料前,需要选择有机营养适合的牛粪、猪粪、羊粪或马粪做启动的发酵适合的牛粪、猪粪、羊粪或马粪做启动的发酵原料。因为这些粪把原料颗粒较细,含有较多原料。因为这些粪把原料颗粒较细,含有较多的低分子化合物,氮素的含量高,其碳、氮比的低分子化合物,氮素的含量高,其碳、氮比都小于都小于25:1,都在适宜发酵碳、氮比之内。,都在适宜发酵碳、氮比之内。所以,选
17、择以上粪便作为发酵原料启动快,产所以,选择以上粪便作为发酵原料启动快,产气好。不要单独用鸡粪、人粪和红薯渣启动,气好。不要单独用鸡粪、人粪和红薯渣启动,因为这类原料在沼气细菌少的情况下,料液容因为这类原料在沼气细菌少的情况下,料液容易酸化,使发酵不能正常运行。易酸化,使发酵不能正常运行。第39页/共75页4.掌握好发酵浓度及加水量 家用沼气池发酵原料一般用总固体家用沼气池发酵原料一般用总固体浓度来表示发酵料液浓度。它是指原浓度来表示发酵料液浓度。它是指原料的总固体(或干物质)重量占发酵料的总固体(或干物质)重量占发酵料液重量的百分比。测定发酵原料的料液重量的百分比。测定发酵原料的水分及总固体,
18、对计算发酵浓度有直水分及总固体,对计算发酵浓度有直接关系。接关系。第40页/共75页 沼气池第一次投料量应为池子容积沼气池第一次投料量应为池子容积的的80%80%,留下一点容积,正常后每天留下一点容积,正常后每天继续进料。继续进料。8米米3池子加池子加6.46.8米米3。如因原料暂时不足,一次性投料不能如因原料暂时不足,一次性投料不能达到要求投料量时,其最小投料容积达到要求投料量时,其最小投料容积应该超过进、出料管下口上沿应该超过进、出料管下口上沿15厘米,厘米,以封闭发酵间。以封闭发酵间。4.掌握好发酵浓度及加水量第41页/共75页 沼气池发酵浓度一般采用沼气池发酵浓度一般采用6%10%,在
19、在这个范围内,夏季由于气温高,原料分解这个范围内,夏季由于气温高,原料分解快,料液浓度一般在快,料液浓度一般在6%,冬季由于原料,冬季由于原料分解慢一般在分解慢一般在10%。沼气池初始启动料液。沼气池初始启动料液浓度在浓度在%以下为好,浓度过大会造成料以下为好,浓度过大会造成料液酸化,待沼气池能正常产气后再逐步加液酸化,待沼气池能正常产气后再逐步加大浓度。大浓度。4.掌握好发酵浓度及加水量第42页/共75页 产生沼气的原料必须有适量的水分,才有利产生沼气的原料必须有适量的水分,才有利于产气。另一方面,加入池内水的质量好坏、于产气。另一方面,加入池内水的质量好坏、温度高低对启动快慢影响很大,应该
20、尽量想温度高低对启动快慢影响很大,应该尽量想办法采用温度较高的水,例如采用晒热的污办法采用温度较高的水,例如采用晒热的污水坑或池塘的水。不要把从井里抽出来的冷水坑或池塘的水。不要把从井里抽出来的冷水直接加入池内造成池温下降,难以启动。水直接加入池内造成池温下降,难以启动。不能使用含有毒性物质的废水。不能使用含有毒性物质的废水。4.掌握好发酵浓度及加水量第43页/共75页 农村沼气池的负荷一般用发酵原料的浓度来体现,适宜的干物质浓度为4%10%,即发酵原料含水量为90%96%。发酵浓度随温度的变化而变化,夏季%8%,秋冬季10%12%。在实际操作中可按表中方法加料、加水。在实际操作中可按表中方法
21、加料、加水。第44页/共75页5.调节好发酵原料酸碱度 在沼气发酵过程中,沼气细菌适宜在中性或在沼气发酵过程中,沼气细菌适宜在中性或微碱性的环境中生长繁殖。池中发酵液的酸碱微碱性的环境中生长繁殖。池中发酵液的酸碱度(也就是度(也就是PH)以)以6.57.5为佳,过酸或过碱为佳,过酸或过碱都不利于原料发酵和沼气的产生。一个启动正都不利于原料发酵和沼气的产生。一个启动正常的沼气池一般不需调节常的沼气池一般不需调节PH,靠其自动调节,靠其自动调节就可达到平衡。就可达到平衡。第45页/共75页 沼气发酵启动过程中,一旦发生酸化沼气发酵启动过程中,一旦发生酸化现象,往往表现为所产气体长期不能点现象,往往
22、表现为所产气体长期不能点燃或产气量迅速下降,甚至完全停止产燃或产气量迅速下降,甚至完全停止产气,发酵液的颜色变黄。气,发酵液的颜色变黄。5.调节好发酵原料酸碱度 第46页/共75页 6.启动与放气试火 选择晴天将预处理过的原料和准备好选择晴天将预处理过的原料和准备好的接种物混合在一起,立即投入池内,的接种物混合在一起,立即投入池内,并按浓度要求加水、封好活动盖。无拱并按浓度要求加水、封好活动盖。无拱盖的沼气池将原料从水压间的出料口通盖的沼气池将原料从水压间的出料口通道投入池内。沼气池便开始启动。道投入池内。沼气池便开始启动。第47页/共75页 6、启动与放气试火 初初期期所所产产生生的的气气体
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- 沼气 发酵 原理
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