《固体废弃物处理与处置》.doc

第十章 沼气发酵 第一节 概 述 一、定义：沼气发酵 二、沼气的组成 第二节 沼气发酵的微生物学过程 一、沼气发酵的微生物种类 二、沼气发酵过程的三个阶段 第三节 沼气发酵原料的分类与特性 一、按原料来源分 二、按原料的形态分 第四节 描述沼气发酵过程用控制条件的常用参数 一、 进料浓度 二、沼气池有机负荷率 三、池容产气率 四、原料产气率 五、水力滞留期（HRT） 六、有机物去除率 第五节 沼气发酵的工艺学 沼气发酵的优缺点 一、沼气发酵的工艺条件及其控制 二、发酵工艺类型 三、农村沼气池运行的几个问题 第六节、我国农村家用沼气池的设计与建造 一、基本结构 二、设计参数的确定 三、施工程序 第七节 沼气发酵产物的综合利用 一、沼气综合利用的物质基础 二、沼气综合利用 三、沼液的综合利用 四、沼渣的综合利用 　 　 第一节 概 述 　 一、定义： 沼气发酵，又称厌氧发酵或厌氧消化，是指有机物质（如作物秸杆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥及城市生活污水和工业有机废水等）在厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类微生物的分解代谢，最终产生沼气的过程。 二、沼气的组成： 沼气是由微生物产生的一种可燃性混合气体，其主要成分是甲烷(CH4)，大约占60%，其次是二氧化碳(CO2)大约占35%，此外还有少量其它气体，如水蒸气、硫化氢、一氧化碳、氮气等。不同条件下产生的沼气，其成分有一定的差异。例如人粪、鸡粪、屠宰废水发酵时，所产生的甲烷含量可达70%以上，农作物秸杆发酵所产生的沼气中甲烷含量一般为55%左右。 　 　 　 　 　 　 　 第二节 沼气发酵的微生物学过程 　 一、沼气发酵的微生物种类： 第一类叫发酵细菌。包括各种有机物分解菌，它们能分泌胞外酶，主要作用是将复杂的有机物分解成较为简单的物质。例如多糖转化为单糖，蛋白质转化为肽或氨基酸，脂肪转化为甘油和脂肪酸。第二类叫产氢产乙酸细菌。其主要作用是前一类细菌分解的产物进一步分解成乙酸和二氧化碳。第三类细菌称产甲烷菌。它们的作用是利用乙酸、氢气和二氧化碳产生甲烷。在实际的发酵过程中这三类微生物既相互协调，又相互制约，共同完成产沼气过程。 　 　 　 二、沼气发酵过程的三个阶段 第一阶段是含碳有机聚合物的水解。纤维素、半纤维素、果胶、淀粉、脂类、蛋白质等非水溶性含碳有机物，经细菌水解发酵生成水溶性糖、醇、酸等分子量较小的化合物，以及氢气和二氧化碳； 第二阶段是各种水溶性产物经微生物降解形成甲烷底物，主要是乙酸、氢气和二氧化碳； 第三阶段是产甲烷菌转化甲烷底物生成CH4和CO2。另外，在沼气发酵过程中还存在某些逆向反应，即由小分子合成大分子物质的微生物过程。 　 　 　 　 第三节 沼气发酵原料的分类与特性 自然界中几乎所有的有机物质都可作为沼气发酵的原料。人工制取沼气的主要原料是畜禽粪便污水、食品加工业、制药和化工废水、生活污水等。在农村，也用农作物秸杆制取沼气。但由于其来源和形成过程不同，它们的化学成分和结构也迥然不同，由此造成原料的发酵性能差异相当大 一、按原料来源分： 1．农村发酵原料 富N原料。通常是指人、畜和家禽粪便，也包括青草等碳氮比低的原料。其含氮量高，碳氮比多在25∶1以下，即在沼气发酵的适宜的碳氮比范围内或以下。这类原料中粪便经过了人和动物的胃肠系统的充分消化，一般颗粒细小，含有大量的低分子化合物─—人和动物未吸收的中间产物，含水量较高。因此，在进行沼气发酵时不必预处理，就容易厌氧分解，产气速度快，发酵周期较短。 富C原料。我国农村的另一大类发酵原料是秸杆和秕壳等农作物的残余物。这类原料富含纤维素、半纤维素、果胶以及难降解的木质素和植物蜡质，含碳量高，其碳氮比多在40∶1以上，比沼气发酵适宜的碳氮比高，称富碳原料。这些物质的厌氧分解，比富N的粪便原料慢得多，发酵周期较长。秸秆类富C原料一般干物质含量比富N原料高，且比重小，进沼气池后容易飘浮形成死区─—浮壳层。为了提高原料的产气速率和利用率，这类原料在发酵前一般需要预处理 　 2．城镇有机废物废水 主要包括人粪尿、生活污水、有机垃圾、有机工业废水、废渣和污泥等。 3．水生植物 主要包括水葫芦、水花生、水浮莲和其它水草和藻类等。这些水生植物利用太阳能的能力很强，繁殖速度快、产量高。由于组织鲜嫩，容易厌氧分解，作沼气原料，产气快、周期短。但水葫芦、水花生、水浮莲等水生植物体内有气室，直接进沼气池，容易飘浮。因此，用作沼气发酵原料时，宜稍晾干或堆沤2天后入池，效果较好。 　 　 　 　 　 二、按原料的形态分： 1．固体原料 秸杆类、城市有机垃圾等都是固形物，其干物质含量比较高。它们主要可用于干发酵、坑填发酵。我国农村还将秸杆用作水压式沼气池的