沼气发酵.pptx

地球上甲烷的产生和分解循环
沼气发酵原理
沼气工程技术
讨论与展望第一节地球上甲烷的产生和分解循环二、地球上甲烷的产生和分解过程产甲烷菌主要有两种途径利用底物生成甲烷：
利用乙酸：H3C-COOH----CH4+CO2
利用氢和二氧化碳：4H2+CO2--CH4+2H2O
甲烷的消耗有两种途径，在大气中与对羟自由基反应被清除，在土壤中被甲烷氧化菌氧化。
三、地球上甲烷的产生和分解量四、地球上甲烷引起的温室效应第二节沼气发酵原理一、沼气的理化性质（1）甲烷二、微生物学原理1、不产甲烷菌及其作用发酵性细菌的主要功能：
部分水解细菌分泌的胞外水解酶的催化作用下，将大分子不溶性有机物水解成小分子的水溶性有机物。
发酵细菌将水解产物吸入细胞内，经细胞内复杂的酶系统的催化下将一部分有机物转化为代谢产物，排入细胞外的溶液，成为参与下一阶段生化反应的细菌菌群吸收利用的基质。（2）产氢产乙酸细菌主要反应过程（3）产氢产乙酸细菌常见的同型产乙酸细菌2、产甲烷菌产甲烷菌具有以下特性3、产甲烷细菌与不产甲烷菌的相互作用（二）沼气产生的生理生化机理酸性发酵阶段：主要功能是复杂的有机物如糖类、脂肪和蛋白质等，在产酸菌（厌氧或兼性厌氧）的作用下被分解成低分子的中间产物。
产甲烷阶段：又称碱性发酵阶段。产甲烷菌（专性厌氧菌）利用前一阶段的中间产物，并将其分解转化为CH4和CO2，同时系统中有NH4+的存在，使发酵液的pH不断升高。2、三阶段理论该理论认为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，二碳物质中只有乙酸，而不能利用其他二碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类。长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸菌转化为乙酸、H2、CO2等，才能被产甲烷菌利用。第二阶段，产氢产乙酸阶段。产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类转化成乙酸、H2和CO2。
第三阶段，产甲烷阶段。产甲烷菌利用乙酸、乙酸盐、H2和CO2产生甲烷。三、沼气发酵条件2、发酵温度3、发酵原料（2）适宜的料液浓度（3）产气量、产气速度与产气率产气率分为
原料产气率：单位原料重量在整个发酵过程中的产气量。
料液产气率：单位体积的发酵料液每天产沼气的数量
池容产气率：厌氧消化器单位容积每天生产沼气的多少，说明厌氧消化器被利用水平高低。（4）pH
通常厌氧发酵适宜的pH范围在6.0-6.8，pH过高或过低都会抑制厌氧微生物的生理活性，从而限制甲烷的产量。
（5）原料营养钵
厌氧微生物在生长繁殖过程中需按一定的比例摄取碳、氮磷以及其他微量元素。工程上主要控制的碳、氮磷比例不完全一致。（6）接种物
在发酵运行之初，要加入厌氧菌作为接种物。
（7）有毒物质
常见的有毒物质如S2-、SO42-、NH3、NH4+、CN-、Cl-、有机氯化物等。
（8）混合和搅拌
机械搅拌、水力搅拌和沼气搅拌。第三节沼气工程技术（二）大中型沼气工程的发展与现状1、大中型沼气工程国内概况2、大中型沼气工程国外概况二、常见的沼气发酵工艺及装置（1）水压式沼气池（2）浮罩式沼气池（3）强旋流液搅拌沼气池2、发酵工艺类型（3）干发酵工艺
池中的发酵原料的总含固量达到20-30%。
（4）两相发酵工艺
将沼气发酵的水解产酸阶段和产甲烷阶段分别在两个池中进行。（二）大中型沼气工程（2）接触式厌氧工艺厌氧接触法的特点（3）厌氧生物滤池厌氧滤池的优点（4）上流式厌氧污泥床UASB的特点（5）内循环厌氧反应器（IC反应器）（6）膨胀颗粒污泥床（7）折流式厌氧反应器（8）两相厌氧消化反应器（9）固定床反应器生物膜固定床反应器的优点可利用适合特殊废水处理的微生物。
降低毒性物质对生物的影响。
处理效率高、运行管理简单、应用范围广、耐冲击性强。2、发酵工艺类型（2）原料形态不同（3）两相发酵工艺（4）共发酵工艺第四节讨论与展望能保持正常运转的配套沼气工程不多，原因：
在反应罐内不能形成比较固定的厌氧颗粒污泥
物料的水解、酸化、产H2和产CH4等要求环境不同的过程混在一个反应罐内，互相牵制。
反应罐内物料基本无搅拌；
缺乏标准化的过程控制，操作凭经验；
物料干物质浓度过低；
运行温度一般低于中温发酵的要求。导致产气效率低，运行不稳定。
（二）产品利用率低，经济效益差（二）新型沼气原料的挖掘及沼气的高质化应用（一）新型沼气原料的挖掘2、新资源：专用能源作物（二）沼气高质化利用1、沼气压缩纯化车用燃料-瑞典与瑞士2、沼气发电-德国3、中国高质化利用沼气的尝试