低温条件下甲烷发酵处理措施.ppt

低温条件下甲烷发酵处理措施 温度对厌氧消化技术的影响 影响厌氧消化过程的因素很多，如温度、浓度、接种物及 pH 值等，反应机理非常复杂。早在 20 世纪30 年代，就对厌氧微生物和产气条件之间的关系进行了系统研究，发现在厌氧消化过程中，沼气池内的发酵温度是影响沼气产生和产气率高低的关键因素。温度对厌氧消化技术的影响主要表现在以下三个方面: 1) 温度对微生物宏观活性的影响; 2) 温度对厌氧反应动力学参数的影响; 3) 温度突变对厌氧反应器运行效果的影响等。 北方低温厌氧消化产沼气存在的问题 1.发酵温度条件的制约 黑龙江省农村户用沼气的应用多采用自然温度发酵，致使厌氧发酵过程中产沼气微生物菌群活性显著降低，有机物降解更为困难，导致很低的产气率，甚至发酵终止停止产气． 在温度低于17 ℃ 时，甲烷菌几乎停止产甲烷代谢。 由于受环境温度影响很大，一些地区的沼气池冬季池容产气率还不到 0. 1 m3·d－ 1，原料降解率小于 30%，且沼气池难以越冬，经常造成次年池体漏气，即使利用燃池技术给池体进行加温并采取相应的保温措施，其池容产气率也仅能达0. 3 ～ 0. 4 m3·d － 1 ，相比中、高温发酵产气率相差极大，严重挫伤了农民使用沼气能源的积极性，极大限制了黑龙江省沼气能源的应用推广，远落后于南方各省份。 2.发酵工艺及发酵技术落后 黑龙江省自发展沼气应用，一直立足于农村户用型沼气的推广，基本采用的都是自然温度混合批次发酵工艺或半连续发酵工艺，未对整个发酵过程进行工艺的优化和种群的调控． 因此，不能对厌氧发酵过程中一些关键环节进行必要的监管和调控，无法调节整个工艺体系的运行参数，提供给产甲烷菌群适合的生长代谢环境，最终导致菌群代谢失衡，活性降低，产气率也就随之降低． 此外，对于高效厌氧消化装置的研究也仅局限于实验室，如影响常温、中温厌氧发酵产沼气的影响因素及各种发酵工艺的研究，包括单相搅拌混合发酵工艺、两相发酵工艺的研究． 此外，对于以纤维素和木质素为主要成分秸秆类物质发酵产沼气的技术研究更是进展缓慢．由于缺乏高效的秸秆资源化技术，农村大量的秸秆资源基本被用于直接燃烧来解决吃饭、取暖的“两把火”问题，利用的热效率仅有 10% ～ 30%，并且严重污染环境，如转化为沼气能源燃烧利用有效热值可提高到 64%。现有的一些关于厌氧消化秸秆类底物产沼气的研究主要停留在各秸秆类生物质预处理方式上，以达到缩短厌氧发酵过程的水解、酸化时间，包括物理、化学和生物法等。 但还未针对秆类物质为底物的高效厌氧消化工艺进行深入研究及低温高效秸秆类底物降解菌群选育及开发，这些正是制约我省秸秆类生物质沼气能源化利用的主要原因。 3.低温发酵机理研究不足 目前对于沼气发酵微生物的研究主要集中在微生物的分子生物学水平、沼气发酵添加剂的研究以及厌氧消化动力学模型的建立等方面，我国自 20 世纪 90 年代开始了针对低温微生物资源的调查与研究工作，中科院以及国家海洋局也在低温微生物、酶类及低温菌株的分子鉴定方面进行了研究，成功筛选出低温菌株并进行了分子生态学分析。 但针对低温沼气发酵微生物生长代谢机理的研究还很少，尤其是在整个低温沼气发酵过程中功能菌群的演替规律及影响微生物生长代谢的限制因子等方面。 温度对沼气产量的影响 一般说,沼气细菌在8℃~60℃的温度范围内都能进行发酵。通常按温度把沼气发酵划分为三个发酵区,即常温发酵区: 10℃~20℃;中温发酵区：28℃~38℃;高温发酵区: 46℃~60℃。在影响沼气发酵的各种因素中,温度对产气量的影响尤为明显。在温度为15℃~40℃的范围内,随着温度的增高产气率相应的增高,表1给出了沼气发酵温度、发酵时间与有机物产气率的关系。 通过研究温度对不同原料沼气发酵产生的影响后发现,沼气发酵存在两个产气的高峰区: 一个温度介于30℃~40℃间; 另一个温度介于50℃~60℃之间,这是由于不同的微生物类群参与发酵作用的结果。 中温发酵和高温发酵对温度要求比较严格,不能有太大的波动,否则将影响产气率。在恒温发酵时, 1小时内温度上下波动不宜超过2℃~3℃。短时间内沼气池温度升降5℃,沼气产气率明显下降,波动幅度过大时甚至停止产气,因此要保持沼气稳定高产,发酵温度必须接近恒定。 我国农村的沼气池基本建在地下,随着一年四季气温的变化,池温变化较大,产气率也随之变化,严重影响人们稳定利用沼气的需要。因此,保持池体温度适宜并且恒定,是沼气推广利用的关键技术,尤其在寒冷的北方地区冬季,如何保持沼气池温是值得研究的问题,这个问题的解决将促进沼气在北方地区的推广和利用。 低温解决措施 适宜的温度是保证厌氧发酵正常进行的条件，但低温是影响我国寒冷区域冬春季厌氧生物降解的关键生态因子。当温度低于 10 ℃ 时，常规厌氧