沼气发酵
沼气发酵
沼气发酵第一节概述一、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。
养殖场沼气发酵工艺
养殖场沼气发酵工艺养殖场沼气发酵工艺是一种利用生物发酵产生沼气的技术，广泛应用于养殖业中。
该工艺通过将养殖废弃物等有机废料投放到沼气池中，经过一系列生物化学反应，产生可用于燃料和肥料的沼气。
这种工艺不仅能够解决养殖废弃物的处理问题，还能够提供可再生能源和有机肥料，具有很高的经济和环境效益。
养殖场沼气发酵工艺的主要步骤包括沼气池的建设、有机废料的投放和沼气的收集利用。
首先，需要建设一个适宜的沼气池，通常采用圆形或方形的混合式沼气池。
沼气池的选址应远离居民区和水源，以免造成污染。
沼气池的建设包括挖掘坑穴、搭建沼气池结构和安装沼气收集系统等步骤。
投放有机废料是沼气发酵的关键步骤。
养殖场废弃物、粪便、剩余饲料等都可以作为有机废料投放到沼气池中。
在投放过程中，需要注意废料的比例和稀释情况。
过高的废料比例会导致沼气发酵过程中产生的温度过高，影响发酵效果；而过低的废料比例则会导致发酵速度过慢。
此外，投放废料时需要与沼气池中的发酵底物进行充分混合，以利于发酵反应的进行。
沼气的收集利用是养殖场沼气发酵工艺的最终目的。
沼气主要由甲烷和二氧化碳组成，可以作为燃料用于炉灶、发电机等设备，也可以用于养殖场的采暖。
沼气的收集需要安装沼气收集系统，包括沼气管道、沼气泵等设备。
沼气泵将沼气抽出沼气池并输送到使用地点，实现沼气的利用。
养殖场沼气发酵工艺有许多优点。
首先，它可以解决养殖废弃物处理的问题，减少环境污染。
其次，沼气作为可再生能源，减少了对传统能源的依赖，对环境友好。
同时，沼气中的二氧化碳可以用于植物的光合作用，提高农作物的产量。
此外，沼气还可以用作肥料，提高土壤的肥力。
养殖场沼气发酵工艺是一种经济、环保的废弃物处理和能源利用方式。
通过该工艺，可以将养殖废弃物转化为可再生能源和有机肥料，实现资源的循环利用。
养殖业在推广和应用这种工艺的过程中，不仅能够解决环境污染问题，还能够提高经济效益，实现可持续发展。
沼气发酵的原理与条件
沼气发酵的原理与条件目前，沼气池已经进入千家万户，成为农村家庭不可缺少的基础设施之一，为农民生活提供了优质生活燃料，为农村生产提供了高效有机肥料。
但是在实践中经常出现沼气池建好了，原料也装上了，就是产气不好，甚至有不产气的情况。
这是为什么呢？本人多年从事农村能源工作，在此想根据我工作、学习的体会与家有沼气池的农民朋友进行一下交流探讨。
首先让我们了解一下沼气发酵的原理和保证沼气发酵正进行的条件。
一、沼气发酵的原理沼气发酵是指各种有机物（如人畜粪便、秸秆、青草等）在厌氧（没有氧气）条件下，被各类沼气发酵微生物（也叫沼气细菌）分解转化，最终生成沼气的过程。
这是一个有多种沼气发酵微生物参加、非常复杂的生物学过程，在这一过程中，这些微生物按照各自的营养需要，起着不同的物质转化作用。
从复杂有机物的降解，到甲烷（沼气中主要的可燃成分，约占55—70%）的形成，就是由它们分工合作和相互作用来完成的。
这些微生物按其在沼气发酵中的作用可分为两类：一是不产甲烷菌。
它们能将复杂的大分子有机物变成简单的小分子量的物质。
它们的种类繁多，根据作用基质来分，有纤维分解菌、半纤维分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和一些特殊的细菌，如产氢菌、产乙酸菌等。
二是产甲烷菌。
它们是甲烷的生产者，是沼气发酵微生物的核心，它们严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感。
它们依靠二氧化碳和氢生长，并以废物的形式排出甲烷，是要求生长物质最简单的微生物。
在沼气池中，发酵原料生成沼气，是通过一系列复杂的生物化学反应来实现的，一般认为这个过程大体上分为三个阶段：1、水解发酵阶段。
固体的有机物通常不能进入微生物体内为微生物利用，只有将固体有机质水解成分子量较小的可溶性物质才可以进入微生物细胞内被进一步分解利用。
这个将不容于水的大分子物质变成能溶于水的小分子物质的过程，就叫做水解，它是由一些好氧和厌氧微生物完成的。
2、产酸阶段。
各种可溶性的物质在微生物的细胞内继续分解转化成低分子物质，同时也有一部分氢、二氧化碳等无机物释放出来，但这一阶段中的主要产物是乙酸，约占70%以上，所以称为产酸阶段。
沼气发酵的原料
沼气发酵的原料
沼气是一种可再生能源，它是通过有机物质在缺氧条件下发酵而产生的。
因此，沼气发酵的原料主要是有机物质，包括农业废弃物、家庭垃圾、畜禽粪便等。
农业废弃物是沼气发酵的主要原料之一。
农业废弃物包括玉米秸秆、稻草、麦秸、豆秸等，这些废弃物在农业生产中产生大量，如果不加以处理，会对环境造成污染。
将这些废弃物投入沼气池中，可以通过发酵产生沼气，既能减少污染，又能产生能源。
家庭垃圾也是沼气发酵的原料之一。
家庭垃圾中含有大量的有机物质，如果不加以处理，会对环境造成污染。
将家庭垃圾投入沼气池中，可以通过发酵产生沼气，既能减少污染，又能产生能源。
畜禽粪便也是沼气发酵的主要原料之一。
畜禽粪便中含有大量的有机物质，如果不加以处理，会对环境造成污染。
将畜禽粪便投入沼气池中，可以通过发酵产生沼气，既能减少污染，又能产生能源。
除了以上几种原料外，还有一些其他的有机物质也可以作为沼气发酵的原料，比如食品加工废弃物、城市污泥等。
这些有机物质在沼气发酵过程中可以产生沼气，既能减少污染，又能产生能源。
沼气发酵的原料主要是有机物质，通过将这些有机物质投入沼气池中，可以产生沼气，既能减少污染，又能产生能源，具有很高的经
济价值和环境价值。
沼气发酵的原理
沼气发酵的原理沼气发酵是一个复杂的微生物学过程，参加发酵的微生物数量巨大种类繁多，只有了解参加沼气发酵的多种微生物活动规律、生存条件及作用，并按照微生物的生存条件、活动规律要求，去修建沼气池，收集发酵原料，进行日常管理，使参加发酵的各种微生物得到最佳的生长条件，才能获得较多的产气量和沼肥，满足生产、生活需要。
1、什么叫沼气沼气发酵又叫厌氧消化，是指利用人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）的条件下，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，最终产生沼气的过程。
在这个过程中，微生物是最活跃的因素，它们把各种固体或是溶解状态的复杂有机物，按照各自的营养需要，进行分解转化，最终生成沼气。
沼气是一种混合气体，可以燃烧，因为这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气，它的主要成分是甲烷占55%-70%左右，二氧化碳占25%-40%左右，此外还有少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。
2、沼气发酵微生物在沼气发酵过程中，有发酵性细菌，产氢产乙酸菌，耗痒产乙酸菌、食氢产甲烷菌、食乙酸产甲烷菌等五大类微生物参加沼气发酵，它们在发酵过程中的作用及对生存条件的要求，有以下三个阶段。
（1）液化阶段在沼气发酵中首先是发酵性细菌群利用它所分泌的胞外酶，如纤维酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，对有机物进行体外酶解，也就是把禽畜粪便、作物秸秆、豆制品加工后的废水等大分子有机物分解成能溶于水的单糖、氨基酸、甘油和脂肪酸等小分子化合物，这个阶段叫液化阶段。
（2）产酸阶段这个阶段是三个细菌群体的联合作用，先由发酵性细菌将液化阶段产生的小分子化合物吸收进细胞内，并将其分解为乙酸、丙酸、丁酸、氢和二氧化碳等，再由产乙酸菌把发酵性细菌产生的内酸、丁酸转化为产甲烷菌可利用的乙酸，氢和二氧化碳。
另外还有耗氢产乙酸菌群，这种细菌群体利用氢和二氧化碳生成乙酸，还能代谢糖类生产乙酸，它们能转变多种有机物为乙酸。
液化阶段和产酸阶段是一个连续过程，统称不产甲烷阶段，在这个过程中，不产甲烷的细菌种类繁多，数量巨大，它们主要的作用是为产甲烷菌提供营养和为产甲烷菌创造适宜的厌氧条件，消除部分毒物。
农村沼气发酵过程
沼气发酵过程沼气发酵过程，实质上是微生物的物质代谢和能量转换过程。
在分解代谢过程中沼气微生物获得能量和物质，以满足自身生长繁殖，同时大部分物质转化为甲烷和二氧化碳。
科学测定分析表明：有机物约有90%被转化为沼气，10%被沼气微生物用于自身的消耗。
发酵原料生成沼气是通过一系列复杂的生物化学反应来实现的。
一、有机物转化为沼气的三个阶段几乎所有的有机物质都可以厌氧降解生成沼气。
固形有机物变为沼气的整个过程，可划分为液化、产酸和产甲烷三个阶段。
（一）液化阶段。
液化阶段也称水解阶段。
这一阶段是在微生物的作用下把不溶于水的固形有机物转变成可溶于水的物质。
许多微生物能分泌各种胞外酶，在胞外酶的作用下，固形有机物被水解成分子量较小的可溶性物质。
如纤维素酶、淀粉酶、蛋白质酶和脂肪酶等，通过对有机物质进行体外酶解，将多糖水解成单糖或二糖，蛋白质分解成多肽和氨基酸，脂肪分解成甘油和脂肪酸等。
这些分子量较小的可溶性物质就可以进入微生物细胞之内被进一步分解利用。
（二）产酸阶段。
第一阶段产生的各种可溶性物质（单糖、氨基酸、脂肪酸）进入细胞内后，在纤维素细菌、蛋白质细菌、脂肪细菌、果胶细菌等各种细菌胞内酶作用下继续分解代谢转化成低分子物质，如丁酸、丙酸、乙酸以及醇、酮、醛等简单的有机物质。
这个阶段主要是生成各种挥发性的脂肪酸，最主要的产物是乙酸，约占70%以上，同时也有部分氢（H2）、二氧化碳（CO2）、氨（NH4）和少量的其它产物。
所以称该阶段为产酸阶段。
液化阶段和产酸阶段是一个连续和交叉的过程。
它是在厌氧条件下，经过多种微生物的协同作用，将原料中的碳水化合物、蛋白质和脂肪等分解成简单的小分子化合物，同时产生二氧化碳和氢。
这二个阶段只产生合成甲烷的基质，如乙酸、丁酸、醇、CO2、H2等，不产生甲烷，因此也称为不产甲烷阶段。
不产甲烷阶段可以看成是一个原料加工阶段，即将复杂的有机物转变成可供产甲烷细菌利用的物质，满足产甲烷菌进行生命活动的需要。
沼气发酵工艺流程
沼气发酵工艺流程沼气发酵是一种利用有机废弃物产生沼气的生物发酵过程。
下面将介绍沼气发酵的工艺流程。
首先，选择合适的有机废弃物作为原料，比如农业废弃物、畜禽粪便等。
这些原料一般含有大量的有机物质，是生产沼气的良好来源。
接下来，将原料进行粉碎和混合处理。
这样可以增加原料的表面积，使其更容易受到微生物的降解。
同时，混合处理可以使不同种类的原料在发酵过程中相互补充，提高反应效果。
然后，将处理过的原料投入发酵罐中。
发酵罐通常是封闭式的容器，具有水密性和气密性，以防止氧气进入罐内，破坏发酵反应。
发酵罐内的温度、pH值等参数需要控制在适宜的范围内，以保证微生物的生长和产气。
在发酵罐内，有机物质会被厌氧微生物降解，产生沼气和有机肥。
发酵过程可以分为两个阶段，即酸化阶段和产气阶段。
在酸化阶段，有机物质被分解成低分子有机酸，如乙酸和丙酸等。
而在产气阶段，这些有机酸被进一步降解为甲烷、二氧化碳和微量的氢气。
沼气是主要产物，它是一种混合气体，主要由甲烷和二氧化碳组成。
甲烷是沼气的主要成分，具有高热值和可燃性，可以作为燃料用于发电、供热等。
而二氧化碳是沼气的次要成分，可以用于植物光合作用，促进植物生长。
最后，收集和利用沼气。
沼气可以通过管道输送到家庭、工厂等地方供应能源，也可以用于烹饪、供暖等。
在收集沼气的同时，还会产生沼渣，它是发酵过程中未被降解的有机物质、微生物残骸等混合物。
沼渣可以用作有机肥料，富含有机质和营养成分，对于土壤改良具有很大的作用。
综上所述，沼气发酵工艺流程主要包括原料处理、发酵罐发酵、沼气收集和沼渣利用等步骤。
通过科学合理的工艺流程，可以将有机废弃物转化为有价值的能源和肥料，具有很大的经济和环境效益。
高中生物-沼气发酵技术
【高中生物-沼气发酵技术】沼气发酵技术发展及应用现状沼气是沼气发酵微生物在厌氧环境下将农作物秸秆或者禽畜粪便等可降解的生物质经过厌氧消化生成的可燃气体。
其主要成分是甲烷和二氧化碳，其中甲烷约占45 %～70 %、二氧化碳约占25 %～55 %；此外，沼气还含有大约5 %的其他气体（如H2S、N2、H2、CO、NH3等）。
沼气是具有很高热值的清洁燃料，经过净化的沼气完全燃烧后只生成H2O 和CO2，不会对环境造成污染。
沼气发酵在农业和生态方面的综合利用具有很大的经济价值和社会效益。
1沼气发酵原理及影响因素1.1 沼气发酵原理沼气是生物质经过多种微生物联合厌氧消化作用而生成的可燃气体。
厌氧消化就是在无氧的条件下,由兼性厌氧菌和专性厌氧菌联合降解有机物，最终生成二氧化碳和甲烷等气体的过程。
人们对于沼气发酵过程的划分仍存在争议；目前主要认为，沼气发酵过程可分为水解液化、酸化和甲烷化三个阶段。
第一阶段为水解液化阶段，兼性厌氧菌和发酵性细菌将原料中较大分子的成分(如纤维素等)水解成可溶于水的有机酸和醇类等。
第二阶段为酸化阶段；产氢产乙酸菌将第一阶段生成的有机酸和醇继续分解成小分子物质，同时生成氢气和二氧化碳。
第三阶段为甲烷化阶段；产甲烷菌将第二阶段生成的小分子物质转化为甲烷和二氧化碳气体，即发酵的最终产物沼气。
1.2 沼气发酵的影响因素影响沼气发酵的因素很多，其中最主要的因素包括原料成分、原料预处理情况、接种物种类、进料浓度、发酵温度和pH。
原料成分的影响：能够用来发酵产沼气的生物质很多。
传统的沼气发酵原料主要包括以秸秆类物质为代表的农业废弃物、禽畜粪便和污水处理厂的厌氧活性污泥、以及生活垃圾等。
选择容易降解的原料(如人畜粪便等)可以加快发酵的启动过程和提高发酵效率。
若原料选择不当则容易造成发酵系统酸积累严重而发酵无法启动或启动后产气量不高等后果。
原料预处理的影响：原料预处理是利用物理、化学或者生物等方法使生物质中不易被降解的物质提前得到腐化分解，在进料后更快启动发酵。
生物质能工程-2 沼气发酵
➢ 多糖 → 可溶性糖 蛋白质→ 肽、氨基酸 脂类 → 脂肪酸
乙酸、丙酸、丁酸； 乙醇、丙醇、丁醇；
CO2 、H2 、NH3、H2S等
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沼气发酵过程
➢ 第二阶段：酸化阶段（产氢产乙酸） 上述发酵生成的中间产物在产氢产乙酸细菌体作用下， 转化为乙酸、氢、二氧化碳。
丙酸 丁酸 乙醇 乳酸
CH3CH2COOH + 2H2O → CH3COOH + CO2 + 3H2 CH3CH2CH2COOH + 2H2O → 2CH3COOH + 3H2 CH3CH2OH + H2O → CH3COOH + 3H2 CH3CHOHCOOH + H2O → CH3COOH + CO2 + 2H2
不产甲烷细菌（18个属，51种）
DOI：10.13344/j.microbiol.china.150993
产甲烷细菌（已分离鉴定70种左右）
截至2019年，已知有5目、12科、31属
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3.1 不产甲烷菌
乳酸杆菌
不产甲烷菌：
lactobasilo
将复杂的有机物变成简单的小分子量的物质。
种类
（3大类）
泥等 ➢ （4）水生材料废弃物原料：水葫芦、水花生、藻类等
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2 沼气发酵原料的表征参数
➢ （1）总固体（TS）
➢ （7）可消化性
➢ （2）挥发性固体（VS）
➢ （8）总有机碳（TOC）
➢ （3）悬浮固体（SS）
➢ （9）pH
➢ （4）挥发性悬浮固体（VSS） ➢ （10）碳氮比
➢ （5）化学需氧量（COD）
因子，即使存在微量的氧都会对产甲烷菌造成不利影响。
沼气发酵原理与条件
沼气发酵原理与条件一、沼气发酵原理沼气发酵是一个（微）生物作用的过程。
各种有机质，包括农作物秸秆、人畜粪便以及工农业排放废水中所含的有机物等，在厌氧及其他适宜的条件下，通过微生物的作用，最终转化成沼气，完成这个复杂的过程，即为沼气发酵。
（一）液化阶段农作物秸秆、人畜粪便、垃圾以及其他各种有机废弃物，通常是以大分子状态存在的碳水化合物，如淀粉、纤维素及蛋白质等。
他们不能被微生物直接吸收利用，必须通过微生物分泌的胞外酶（如纤维素酶、肽酶和脂肪酶等）进行酶解，分解成可溶于水的小分子化合物（即多糖水解成单糖或双糖，蛋白质分解成肽和氨基酸，脂肪分解成甘油和脂肪酸）。
这些小分子化合物进入到微生物细胞内，进行的一系列的生物化学反应，这个过程称为液化。
（二）产酸阶段液化完毕后，在不产甲烷微生物群的作用下，将单糖类、肽、氨基酸、甘油、脂肪酸等物质转化成简单的有机酸（如甲酸、乙酸、丙酸和乳酸等）、醇（如甲醇、乙醇等）以及二氧化碳、氢气、氨气和硫化氢等，由于其主要的产物是挥发性的有机酸（其中以乙酸为主，约占80%），故此阶段称为产酸阶段。
（三）产甲烷阶段产酸阶段完成后，这些有机酸、醇已经二氧化碳和氨气等物质又被产甲烷微生物群（又称产甲烷细菌）分解成甲烷和二氧化碳，或通过氢还原二氧化碳形成甲烷，这个过程称为产甲烷阶段。
这种以甲烷和二氧化碳为主的混合气体便称为沼气。
二、沼气发酵的工艺条件沼气发酵微生物要求有适宜的生活条件，对温度、酸碱度、氧化还原势及其他各种环境因素都有一定的要求。
在工艺上只有满足微生物的这些生活条件，才能达到发酵快、产气量高的目的。
实践证明，往往由于某一条件没有控制好而引起整个系统运行失败。
因此，控制好沼气发酵的工艺条件是维持正常发酵产气的关键。
（一）严格的厌氧环境沼气发酵微生物包括产酸菌和产甲烷菌两大类，他们都是厌氧性细菌，尤其是产生甲烷甲烷菌是严格厌氧菌，对氧特别敏感。
他们不能在有氧的环境中生存，哪怕只有微量的氧存在，微生物的生命活动也会受到抑制，甚至死亡。
厌氧沼气发酵原理公式
厌氧沼气发酵原理公式厌氧沼气发酵是一种利用微生物在无氧条件下分解有机物产生沼气的过程。
它是一种可持续发展的能源利用方式，可以解决有机废弃物处理和能源短缺的问题。
厌氧沼气发酵的原理可以用以下公式表示：有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪等） + 微生物→ 沼气 + 发酵液在厌氧沼气发酵过程中，有机物被微生物分解为沼气和发酵液。
微生物是厌氧沼气发酵的关键。
常见的厌氧沼气发酵微生物包括甲烷菌、乙酸菌、丙酸菌等。
厌氧沼气发酵的过程可以分为四个阶段：水解、酸化、产甲烷和稳定阶段。
在水解阶段，微生物将有机物分解成小分子的有机化合物，如葡萄糖、蛋白质和脂肪酸。
在酸化阶段，这些小分子有机化合物被进一步分解为低碳数的有机酸，如乙酸、丙酸和丁酸。
在产甲烷阶段，乙酸、丙酸和丁酸被甲烷菌进一步分解产生甲烷。
在稳定阶段，微生物继续分解残留的有机物，产生少量的甲烷和二氧化碳。
厌氧沼气发酵需要适宜的环境条件。
温度是影响厌氧沼气发酵的一个关键因素，通常在35℃到55℃之间为最适温度。
pH值也是一个重要参数，通常在6.5到8.5之间为最适pH值。
此外，沼气发酵还需要合适的碳氮比、营养物质和微量元素等。
厌氧沼气发酵的优点在于可以综合利用有机废弃物，减少环境污染。
同时，沼气可以作为一种清洁能源供应热能和发电。
此外，厌氧沼气发酵还可以产生有机肥料，用于农作物的生产，提高土壤肥力。
厌氧沼气发酵的应用领域广泛。
在农村地区，可以利用农业废弃物和畜禽粪便产生沼气，满足农户的能源需求。
在城市地区，可以利用食品废弃物、厨余垃圾和污水处理厂的污泥产生沼气，解决城市废弃物处理和能源供应的问题。
此外，沼气还可以应用于工业生产、温室农业和交通运输等领域。
厌氧沼气发酵是一种利用微生物分解有机物产生沼气的过程。
通过合适的环境条件和微生物的作用，有机物可以转化为沼气和发酵液。
厌氧沼气发酵具有可持续性和环保性，并可以综合利用有机废弃物，提供清洁能源和有机肥料。
它在农村和城市等领域具有广阔的应用前景。
沼气发酵是一个复杂的微生物学过程
沼气发酵是一个复杂的微生物学过程，参加发酵的微生物数量巨大，种类繁多，只有了解参加沼气发酵的多种微生物活动规律、生存条件及作用，并按照微生物的生存条件、活动规律要求，去设计沼气池，收集发酵原料，进行正常管理，使参加发酵的各种微生物得到最佳的生长条件，才能获得较多的产气量和沼肥，满足生产、生活需要。
我们现在推出的这两种池体就依据沼气发酵的基本原理设计的，所以它的产气量均高于其它类型的沼气池。
1、什么叫沼气沼气发酵又叫厌氧消化，是指利用人畜粪便、秸杆、污水等各种有机物在密封的沼气池内，在厌氧条件下（没有氧气），被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，最终产生沼气的过程，在这个过种中微生物是最活跃的因素，它们把各种固体或是溶解状态的复杂有机物，按照各自营养需要，进行分解转化，最终生成沼气。
沼气是种混合体，可以燃烧。
因为这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。
它的主要成份是甲烷占55%—70%左右，二氧化碳占25%—40%左右。
此外，还有少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。
2、沼气发酵微生物在沼气发酵过程中，有发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氧产乙酸菌、食氢产甲烷菌等五大类微生物参加沼气发酵。
它们在发酵过程中的作用及对生存条件的要求，有以下三个阶段：第一个阶段落：液化在沼气发酵中首先是发酵性细菌群利用它所分泌的胞外酶，如纤维酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，对有机物进行体外酶解，也就是把禽畜粪便、作物秸杆、豆制品加工后的废水等大分子有机物分解成能溶于水的单糖、氨基酸、甘油和脂肪等小分子化合物这个阶段叫液化阶段。
第二个阶段：产酸这个阶段是三个细菌群体的联合作用，先由发酵性细菌将液化阶段产生的小分子化合物吸收进细胞内，并将其分解为乙酸、丁酸、氢和二氧化碳等，再由产氢乙酸菌把发酵性细菌产生的丙酸、丁酸转化为甲烷菌可利用的乙酸、氢和二氧化碳。
另外，还有耗氧产乙酸菌群，这种细菌群体利用氧和二氧化碳生产乙酸，还能代谢糖类产生乙酸，它们能转变多种有机物为乙酸。
沼气发酵的影响因素
沼气发酵的影响因素沼气作为一种重要的生物质能，是可再生能源的重要组成部分。
沼气由于最初发觉于沼泽中，故名沼气。
沼气是利用粪便、农作物秸秆等有机物在厌氧的条件下，经过微生物生理代谢产生主要成分为CH4和CO2，还有少量的H2、H2S、CO等可燃性气体，属生物质能源。
通过厌氧发酵可杀死秸秆等发酵原料中的病源虫卵，故发酵后的沼液是很好的液体有机肥料，可以用沼液喷施蔬菜、果树和农作物，除具有良好肥效外，还有抗寒、抗病虫害和增产的作用。
沼渣是沼气发酵后剩余的半固体物质，其中含有丰富的有机质、腐殖酸、氨基酸、氮、磷、钾等微量元素；它可以作为土壤的改良剂，削减使用化学肥料带来的环境污染，促进生态农业建设。
开展沼气发酵的讨论有着重大的意义和作用。
1.温度沼气发酵受到温度和温度波动的影响。
沼气发酵可分为三个温度范围：50～65℃称高温发酵，20～45℃称中温发酵，20℃以下称低温发酵。
此外，随自然温度变化的发酵方式称常温发酵。
在同一温度类型条件下，由于沼气发酵微生物的代谢活动随着温度的上升而增加，在肯定的温度范围内，温度越高，发酵产气速率越快；短时间内若温度波动幅度过大时，可能导致停止产气。
许多讨论者对此进行了大量的讨论，Harremoes等通过分析试验结果，得出了以下结论：中温厌氧消化的最佳温度为30～40℃。
当温度在15℃以上时，厌氧发酵才能很好地进行。
温度在10℃以下，无论产酸菌还是产甲烷菌都都受到严峻抑制；温度在10℃以上，产酸菌首先开头活动，总挥发酸的产量直线上升；温度在15℃以上时，产甲烷菌的代谢活动才活跃起来，产气率明显提高，挥发酸含量快速下降，在气温下降时必需考虑保温。
1.酸碱度（PH值）通常沼气池中的产甲烷细菌相宜的PH值范围为6.5～7.8，PH值的变化会直接影响产甲烷菌的生存和代谢。
一般状况下，沼气池的PH值应维持在6.8～7.5之间，最好在7.2左右。
pH值在5.5以下，产甲烷菌的活动完全受到抑制，而pH值上升至8甚至8.5时，仍保持肯定的产气率。
沼气原理
4.沼气的物理、化学性质（4）
（6）爆炸极限：在常压下，标准沼 气与空气混合的比例在8.8﹪～24.4﹪， 在密闭的条件下，遇到火会迅速燃烧、 膨胀，发生爆炸。这是很危险的，但我 们也可以利用爆炸产生的推动力来带动 发电机组发电。
能源效应：8米3沼气池在全年可产沼气380～450米3，
解决农户 10～12 个月的生活燃料，节柴3吨，节电100可增收节支
1500 元； “四位一体”生态温室全年经济收入高达
8000元／亩。
生态效应：生态效应一口8m3的沼气池一年的产气能
量相当于3.5 亩薪炭林年生长量，或相当于125亩干旱草 地的年地表生物量。
2．沼气的产生
沼气是有机物质在厌氧环境 和一定的温度、酸碱度条件下， 经过沼气细菌的复杂生化作用而 产生的一种可燃气体。
3．沼气中的主要气体成分
1）甲烷 CH4 50％—70％，可燃成分； 2）二氧化碳 CO2 30％—45％； 3）硫化氢H2S 臭鸡蛋气味，腐蚀管道 和炉具，对人体有危害，但是借助其 独特的气味可以识别管道是否漏气； 4）氢气H2，含量很少，可燃成分.
沼气发酵基础知识
信阳市农村能源环境保护站
一、沼气发酵的基本概念
1.什么是沼气
沼气作为一种可燃性气体，由于这种气体 最先是在沼泽中发现的，所以称为“沼气”。通 俗上又叫“坑气”、“瓦斯”。 该气体广泛存在于自然界中，池塘、粪便 池、煤矿都能产生沼气。在一些生物体内也有 沼气产生，象牛、羊等反刍类动物的胃在食物 消化中也会产生沼气。
沼气发酵的基本原理
2.9 ：1
1.63
15.6：1
５、浓度 （１） 沼气发酵料液浓度：是指沼气发酵料液中发酵物 质的百分含量。 （２） 总固体浓度TS%： 采用发酵物质总固体（TS）表 示者称为总固体浓度TS%。是指原料中的总固体重量与发 酵料液重量的百分比。一般为６％～１１％ （３） 挥发性固体VS%： 采用挥发性固体VS表示者称挥 发性VS%浓度。
发酵细菌将水解产物吸收进细胞内，经细胞内复杂的酶系统 的催化转化，将小分子有机物进一步降解生成各种有机酸、醇、 酮等，如乙酸、丙酸、丁酸，长链脂肪酸等和乙醇等。同时，还 生成氢气和二氧化碳。
第二阶段：产氢产乙酸细菌将丙酸、丁酸和乙醇等分解，转化为乙 酸、H2和C02。
第三阶段：产甲烷细菌分解乙酸形成甲烷和二氧化碳，或利用氢还 原二氧化碳，形成甲烷，或转化甲酸形成甲烷。在形成的甲烷 中，约30%来自氢还原二氧化碳，70%来自乙酸的分解。因此， 乙酸（盐）的降解在甲烷形成过程中具有重要作用，是主要的代 谢途径。
几种原料碳氮比例 如表2所示
表2 农村常用沼气发酵原料的碳氮比
原料
炭 素 占 原 料 氮 素 占 原 料 炭氮比 重量（%） 重量（%）
鲜牛粪
7.3
鲜羊粪
16.0
鲜马粪
10.0
鲜猪粪
7.8
鲜人粪
2.5
鸡粪
22.5
0.29
25.0：1
0.55
29.0：1
0.42
24.0：1
0.60
13.0：1
0.85
• 人们对有机物厌氧消化（沼气发酵）的 认识不断深化：
• 一段说 • 两段说 • 三段说 • 四种群说
• 20世纪初，V．LOmdansky(1906)提出 了甲烷形成的一个阶段理论，即由纤维素 等复杂有机物经甲烷细菌分解而直接产生 CH4和CO2；
沼气发酵预处理
沼气池发酵原料的预处理
为确保新建沼气池的顺利启动，尽快产气，在初次装料时一定要把握好发酵原料的堆沤这个环节。
按照沼气发酵原理，沼气发酵原料在入池前必须进行预处理（堆沤）。
堆沤能起到发酵细菌的分解和繁殖、减缓酸化、提高发酵原料温度、富集菌种的作用。
初次启动时，料液浓度应控制在4%为宜，8立方米沼气池一般装料量按池容的85%计算，约需鲜猪粪3方或鲜牛粪2方。
一、堆沤方法
1.堆沤时将原料加水与接种物拌匀，加水量以料堆下部不出水为宜。
2.堆料时下铺、上盖塑料膜（以便增温，防止水分流失和蒸发），以便聚集热量加快菌种的繁殖。
二、堆沤时间
一般要求气温在零上15度左右，堆沤4天，零上20度以上堆沤2～3天（堆沤期间要注意料堆温度变化，及时补充水分，防止炭化）。
投料时选择晴天气温高时入池。
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第一章概论1.1引言沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。
由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。
人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条件下发酵，即被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。
沼气是一种混合气体，可以燃烧。
沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。
沼气是一种可持续利用的生态资源。
利用沼气，可以节省大量的秸秆、干草等物料，有助于发酵出更多动物饲料和制作更多的纸张；沼气还可以用来做饭、照明、发电等，大大的节省了农民家庭的开支，减少了生活负担；沼气剩下的沼渣和沼液可以当作有机肥料，用于农作物和田地的施肥，增强农作物的抵抗力，减少农作物的病虫发生率，促进营养成分的吸收，改善土壤的板结，持续的保肥保水。
沼气工程技术，是一项以开发利用养殖场粪污为对象，以获取能源和治理环境污染为目的，实现农业生态良性循环的农村能源工程技术。
它包括厌氧发酵主体及配套工程技术，主要是通过厌氧发酵及相关处理降低粪水有机质含量，达到或接近排放标准并按设计工艺要求获取能源—沼气：沼气利用产品与设备技术，主要是利用沼气或直接用于生活用能，或发电、或烧锅炉、或直接用于生产供暖、或作为化工原料等：沼肥制成液肥和复合肥技术，则主要是通过固液分离，添加必要元素和成份，使沼肥制成液肥或复合肥，供自身使用或销售。
1.2我国沼气工程发展现状随着城镇工业和农村集约化养殖业的发展, 生产过程中排出的各种有机废弃物的污染治理及其资源的综合利用, 已成为当今国际社会普遍关注的问题。
在过去20 多年里, 我国利用厌氧消化技术处理工农业有机废弃物取得了较好的能源、环保和经济效益, 并逐步形成了沼气一能源环保工程规模。
据报道, 全国现有大中型沼气工程60 0 多处, 总池容21 万多立方米, 年产沼气3 6 7 8万立方米, 年处工业废水和禽畜粪便能力达50 0 多万吨。
我们自19 9 2年开始收集大中型沼气工程资料, 并对近百座工程进行了书面调查或实地考察。
调查结果表明: “我国大中型沼气工程技术日趋成熟, 工程的整体技术水平和资源利用率近些年提高幅度较大, 各类的沼气工程, 都已从过去单纯追求能源效益, 转入注重发挥沼气技术多功能优势, 为配合菜篮子工程和改善农业生态环境, 为发展农村经济服务, 广泛地开展了沼气及发酵残余物在种植业和养殖业等生产方面的综合利用, “八五”期间建设的沼气工程与“六五”、“七五”期间作比较其工程运行稳定率提高了20 % 一3 0 %, 工程投资回收年限缩短了10 %一20 %。
当前, 大中型沼气工程存在的主要问题是: 有的工程处理技术不完善, 设备匹配不尽合理, 工程运转故障较多; 有的工程采用的厌氧消化工艺及装置与所处理的原料不相适应, 工程处理能力低, 经济效益差; 还有的工程由于原料不足, 造成设备利用率低。
认真分析总结大中型沼气工程现状, 提出巫待解决的主要技术和政策问题, 尽快完善综合系统的优化组合, 推出适合我国国情的沼气一环保、能源工程模式, 对沼气工程的稳步、持久地发展十分必要。
随着社会、经济的发展及人们生活水平的不断提高，人类对资源和能源的消耗也在不断地增加，这必将引发资源的短缺和环境的恶化。
能源问题已经成为当今世界各国都面临的关系国家安全和经济、社会可持续发展的重大问题，并已演变成全球关注的焦点。
伴随着全球环境问题的日益突出，世界各国政府和科学家都在寻求一种新的可再生清洁能源来替代石油、煤炭，以应对能源短缺问题。
我国作为一个经济快速发展的大国，又是一个人口大国，人均资源极其匮乏，面临着经济增长和环境保护的双重压力，因此探索新的可再生能源就显得尤为重要。
生物质能作为仅次于煤炭、石油和天然气的能源在整个能源系统中占有重要的地位，是人类赖以生存的重要能源。
目前，生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转化和生物化学转化 3 种途径。
生物质的直接燃烧是当前我国生物质能利用的主要方式。
生物质的热化学转换是指在一定的温度等条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，来生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。
生物质的生物化学转换包括生物质－乙醇转换和生物质－沼气转换等。
乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵来制取乙醇。
沼气转化则是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体( 沼气) 。
从生物质能源转化中得到的沼气，具有清洁、高效、安全和可再生四大特征。
因此，沼气工程作为一个有效处理有机废气物的环境工程，既是一个可提供干净、便利燃气的能源工程，又是一个实现废物资源化、生物质多层次利用和促进农业环境良性循环的生态工程，对于实现我国农业的可持续发展具有重要的意义。
1.3 我国沼气发展历程迄今，我国的沼气发展历程主要经历了4 个阶段: 初始发展阶段、技术成熟阶段、快速发展阶段和建管并重阶段。
从上世纪20 年代末至80 年代初为沼气工程的初始发展阶段，此阶段的沼气工程是作为一种能解决能源短缺的手段，但是由于技术不成熟，没有专业的施工队，多数沼气池质量问题突出，出现边建设边报废的情况。
从上世纪80 年代到上世纪末，在各级政府的大力支持和科研人员的共同努力下，开展了大量有关沼气发酵理论及应用技术的研究，完善了沼气的生产工艺。
在此阶段，我国沼气技术获得了重大突破，通过引进国外先进技术与自主研发相合，大中型沼气工程工艺技术日益成熟。
同时将沼气技术与农业生产密结合起来，经过多年的实践，形成了以南方“猪─沼─果”、北方“四位一体”和西北“五配套”( 在“猪─沼─果”的基础上增加太阳能暖圈和暖棚) 为代表的农村沼气发展模式，到2000 年底全国已有农村沼气池980 万个。
进入21 世纪后，农村沼气建设对促进农业结构调整、农业增效、农民增收和生态建设所起的作用日益突出，产生了良好的综合效益，沼气建设踏入了快速发展的阶段。
在此阶段国家对沼气建设的投资力度也逐步加大，仅中央便投资61． 2 亿元用于沼气建设和发展，支持户用沼气池建设1327 万个、各类沼气工程建设4258 处，到2006 年底，全国户用沼气累计达到2200 万户。
为了加强沼气建设的规范管理，自2007年以来，农业部和国家发展改革委员会先后共同印发了《全国农村沼气服务体系建设方案》和《关于进一步加强农村沼气建设管理的意见》，提出了“强化前期工作、明确管理责任、加快建设进度、严格资金管理、加强质量监管”等具体要求，以促进农村沼气的健康快速发展。
1.4我国沼气工程发展中存在的主要问题与发达国家相比，我国沼气工程的起步较晚，工艺设计及运行经验等方面相对不足，现有的沼气工程运转状况不尽如人意，并逐渐出现了一些需要解决的问题。
1.4.1 整体技术水平低，配套设施不完善我国沼气工程整体技术水平偏低，大部分沼气工程采用常规性厌氧发酵技术，由于集约化畜禽养殖大中型沼气工程一次性投资较大，部分养殖场和养殖专业户为节省资源，用两个以上的水压式家用沼气池串联进行粪便处理。
同时，配套设施不完善、可靠性差以及使用寿命短是我国沼气工程建设中存在的普遍问题。
1.4.2 沼液、沼渣得不到综合利用尽管各地政府正在大力开展“猪—沼—果( 菜、粮) ”、“四位一体”和“五配套”等循环经济模式，但仍有部分畜禽养殖场受到地理位置、交通条件或周边环境的限制，所产沼液、沼渣并未得到充分利用。
1.4.3 沼气工程用途单一目前，沼气工程多用于单一的粪污治理，尚未形成一条系统的产业链，沼气工程的诸多效益尚未完全体现，其潜能尚有待开发。
1.4.4 行业不规范，监管力度不够一是很多沼气工程设计施工未实现标准化，缺乏施工资格认证标准，无证设计和施工的现象普遍存在。
二是对大中型沼气工程的监测制度还未有效建立，有一些沼气工程由于缺少监测，出现了停止运行或者运行效果差等问题。
1.5 发展对策与措施1.5.1 加大政策扶持力度加大中央及各地财政支持力度，推行沼气建设以奖代补制度，积极协调农行、农村信用社等金融机构为建设沼气工程用户提供适量贷款，达到农户、银行“双赢”。
鼓励沼气工程综合利用将沼气工程从单一的粪污治理应用到秸秆气化处理、城市生活垃圾气化处理; 沼气应用从烧饭、点灯到发电上网、汽车燃料、提纯后与天然气管道入网等; 沼液、沼渣由简单的直接利用向加工成精装复合有机肥转变; 延伸沼气工程的应用领域，深化沼气工程的产业链发展。
1.5.2 加强沼气科研创新和人才培养支持各大院校和科研单位建立农村能源重点实验室，培养相关科技人才;支持产学研结合组建沼气技术研发中心，对关键技术，包括低温发酵技术与工艺、干发酵技术等进行研攻关，以及对沼液、沼渣商品化加工处理机械认定、搅拌器的研制、热电联产等进行系统优化研究，开发出更加适用的设备配件产品。
此外，各级沼气建设主管部门要进一步加大技术培训和指导的力度，对沼气生产工和技术人员要加强沼气建设规范和综合利用技术的培训与经验交流，相互借鉴学习。
1.5.3 强化管理，建立健全项目有效机制一是抓好项目申报，根据沼气发展规划，加强调研论证，科学编制项目文件，有计划、有重点地储备一批项目; 二是明确监管责任，各级监管部门应按照各自职责，选派业务骨干对项目进行专职监管，深入项目实施第一线，督导检查责任落实、建设进度、资金使用和工程质量等情况，并帮助项目实施单位解决实际问题和困难，对发现的问题要及时坚决整改; 三是加强质量管理，各应根据项目特点和本地实际，把好材料关和建设质量关，严格按照建设标准和规范施工。
1.6 展望影响沼气工程建设质量与发展的因素很多 , 装备可靠性差、产气率低、冬季稳定运行差等问题, 规模化沼气工程在工艺技术、池型结构和关键设备方面与欧洲沼气工程发达国家差距较大, 这些都制约着我国沼气工程的进一步扩大和发展。
针对目前存在的问题, 可以通过开展技术创新和技术集成, 对厌氧发酵的机理进行更深入的研究和探索, 同时加强厌氧发酵下游产品的综合利用, 组织科技力量对厌氧发酵装置结构进行优化, 解决罐内物料加热保温和混合均一化等问题, 研制成套设施与装备, 引进消化和自主创新并重, 实现沼气工程技术设备的国产化、产业化和技术升级是很好的途径。
我国沼气资源广泛, 潜力巨大, 促进沼气等可再生能源快速发展有助于实现能源长期战略替代, 也有助于加强环境保护。
我国已经通过立法, 将可再生能源开发利用列为能源发展的优先领域 , 并制定了可再生能源中长期发展规划, 沼气工程面临着广阔的发展空间与机遇。
通过提升我国沼气工程领域的自主创新能力和核心竞争力, 突破发展瓶颈, 加快发展培育生物燃气产业, 走出一条产业化发展之路, 将为发展清洁能源、改善民生与城乡统筹发展做出贡献。