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沼气发酵原理及其应用前景 学院：材料与化工学院 专业班级：09生物工程2班 学号：20090412310040 指导教师：罗先群 姓名：郭晓明 时间：2012年月 1.3 沼气发酵过程中的产甲烷阶段 产甲烷菌 产甲烷菌的类群 产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大类群。在沼气发酵过程中,甲烷的形成是由一群生理上高度专业化的古细菌—产甲烷菌所引起的,产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌,它们是厌氧消化过程食物链中的最后一组成员,尽管它们具有各种各样的形态,但它们在食物链中的地位使它们具有共同的生理特性。它们在厌氧条件下将前三群细菌代谢终产物,在没有外源受氢体的情况下,把乙酸和H2/CO2转化为气体产物-CH4/CO2,使有机物在厌氧条件下的分解作用得以顺利完成。目前已知的甲烷产生过程由以上两组不同的产甲烷菌完成。 ①CO2和H2产生甲烷反应为:CO2+ 4H2→CH4+2H2O ②由乙酸或乙酸化合物产生甲烷反应为: CH3COOH→CH4+CO2 CH3COONH4+H2O→CH4+NH4++HCO3- 产甲烷菌的生理特性 ①产甲烷菌的生长要求严格厌氧环境 产甲烷菌广泛存在于水底沉积物和动物消化道等极端厌氧的环境中。 ②产甲烷菌食物简单 产甲烷菌只能代谢少数几种碳素底物生成甲烷。 ③产甲烷菌适宜生存在pH值中性条件下 产甲烷菌生长缓慢 二、沼气发酵的工艺 2.1 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1 m3/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。 2.2 适宜的发酵液浓度 发酵液的浓度范围是2%～30%。浓度愈高产气愈多。发酵液浓度在20%以上称为干发酵。农村户用沼气池的发酵液浓度可根据原料多少和用气需要以及季节变化来调整。夏季以温补料浓度为5～6%;冬季以料补温10～12%;曲流布料沼气池工艺要求发酵液浓度为5～8%。 2.3 发酵原料中适宜的碳、氮比例(C:N) 沼气发酵微生物对碳素需要量最多,其次是氮素,我们把微生物对碳素和氮素的需要量的比值,叫做碳氮比,用“C:N”来表示。目前一般采用C:N=25:1。但并不十分严格, 20:1、25:1、30:1都可正常发酵。 2.4 适宜的酸碱度(pH值) 沼气发酵适宜的酸碱度为pH=6.5～7.5。为什么酸碱度会影响沼气发酵呢?主要是因为pH值影响酶的活性。 2.5 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。 较低的氧化还原电位(厌氧环境) 沼气甲烷菌要求在氧化还原电位大于-330mv的条件下才能生长。这个条件即:严格的厌氧环境。所以,沼气池要密封。 三、沼气的应用前景 沼气作为能源利用已有很长的历史。我国的沼气生产最初主要为农村户用沼气池，20世纪70年代初,为解决农村的秸秆焚烧和燃料供应不足的问题,我国政府在农村大力推广沼气事业,沼气池产生的沼气用于农村家庭的炊事，后来逐渐发展到照明和取暖。目前，户用沼气在我国农村地区仍在广泛使用。我国的大中型沼气工程始于1936年，此后，大中型工业废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气工程的建立拓宽了沼气的生产和使用范围。随着我国经济发展，人民生活水平的提高，工业、农业、养殖业的发展，大中型废弃物发酵沼气工程仍将是我国可再生能源利用和环境保护的切实有效的方法。自80年代以来建立起的沼气发酵综合利用技术,即以沼气为纽带,物质多层次利用、能量合理流动的高效农业生产模式,已逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进农业可持续发展的有效方法[9]。通过沼气发酵综合利用技术,将沼气用于农户生活用能和农副产品生产、加工,沼液用于肥料、饲料、生物农药、培养料液的生产,沼渣用于肥料、饲料的生产,我国北方推广的塑料大棚、沼气池、禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”沼气生态农业模式、中部地区出现的以沼气为纽带的生态果园模式、南方建立的“猪-沼-果”模式、以及其他地区因地制宜建立的“养殖-沼气-种植”、“猪-沼-鱼”和“草-牛-沼”等模式都是以养殖业为龙头，以沼气为纽带,对沼气、沼液、沼渣的多层次综合利用的生态农业模式，沼气发酵综合利用生态农业模式的建立使农村沼气和农业生态紧密结合起来，是改善农村环境卫生的有效措施，是发展绿色种植业、养殖业的有效途径，已成为农村经济新的增长点。 沼气综合利用模式举例： 1、“粮→猪→沼→粮”模式。即用粮食作物秸秆配合饲料