沼气发酵的基本原理和工艺培训课件.pptx
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第3讲 沼气发酵原理及工艺
衡量反应器性能的一个重要指标。
2.2 影响沼气发酵的工艺因素
6）搅拌
搅拌的主要作用：增加微生物与有机物的接触，消除反应器内存在 的浓度梯度和温度梯度，从而加快发酵速度，提高产气量。
（1）为了给每个微生物平均地提供营养并且移去其新陈代谢产物，需要平缓的搅 拌；为了破坏包围在微生物周围的H2层对上述运动的阻碍，需要强烈的搅拌。 （2）使新投加的原料与反应器内的料液进行均匀的混合。 （3）搅拌会破坏污泥的结构，使存在互营联合关系的互营菌分离，阻碍了种间氢 转移，同时还可使污泥的絮凝态被破坏，从而使活性污泥的沉降性能下降，污泥 流失率增加。 （4）充足的搅拌可以阻止由于气体强烈释放而引起的泡沫的形成。 （5）搅拌可以破坏反应器内的温度梯度，并抑制分层现象。 （6）为了提高系统效率，必须将搅拌能耗降到最低。
乙酸 72%
代谢过程 Hydrolysis Acidogenesis H2-producing
acetogenesis Methanogenesis 菌群 Acidogens Methanogens
厌氧细菌分类(按底物利用情况)
产酸发酵细菌
产酸发酵菌 (AFB) 产氢产乙酸菌 (HPA) 同型产乙酸菌 (HOMA)
3、沼气发酵监控
3.1 为什么要监控
3.2 监控内容
基本监控 中等监控 全面监控
3.3 监控方法 （1）pH的 监测
（1）pH的 监测
pH是最常用的监测指标； pH不能反映厌氧发酵的快速失败问题
因为当发酵液具有的缓冲能力较强时，pH值的变化并不明显，一旦发现 pH有明显的下降，此时VFA已经过度积累，此时发酵失败的趋势已很难 扭转了。
2.2 影响沼气发酵的工艺因素
2） C/N
2.2 影响沼气发酵的工艺因素
6）搅拌
搅拌的主要作用：增加微生物与有机物的接触，消除反应器内存在 的浓度梯度和温度梯度，从而加快发酵速度，提高产气量。
（1）为了给每个微生物平均地提供营养并且移去其新陈代谢产物，需要平缓的搅 拌；为了破坏包围在微生物周围的H2层对上述运动的阻碍，需要强烈的搅拌。 （2）使新投加的原料与反应器内的料液进行均匀的混合。 （3）搅拌会破坏污泥的结构，使存在互营联合关系的互营菌分离，阻碍了种间氢 转移，同时还可使污泥的絮凝态被破坏，从而使活性污泥的沉降性能下降，污泥 流失率增加。 （4）充足的搅拌可以阻止由于气体强烈释放而引起的泡沫的形成。 （5）搅拌可以破坏反应器内的温度梯度，并抑制分层现象。 （6）为了提高系统效率，必须将搅拌能耗降到最低。
乙酸 72%
代谢过程 Hydrolysis Acidogenesis H2-producing
acetogenesis Methanogenesis 菌群 Acidogens Methanogens
厌氧细菌分类(按底物利用情况)
产酸发酵细菌
产酸发酵菌 (AFB) 产氢产乙酸菌 (HPA) 同型产乙酸菌 (HOMA)
3、沼气发酵监控
3.1 为什么要监控
3.2 监控内容
基本监控 中等监控 全面监控
3.3 监控方法 （1）pH的 监测
（1）pH的 监测
pH是最常用的监测指标； pH不能反映厌氧发酵的快速失败问题
因为当发酵液具有的缓冲能力较强时，pH值的变化并不明显，一旦发现 pH有明显的下降，此时VFA已经过度积累，此时发酵失败的趋势已很难 扭转了。
2.2 影响沼气发酵的工艺因素
2） C/N
沼气发酵的相关技术知识22页PPT
优点是需消化器容积小，投资少， 处理效果好；
缺点是产沼气量相对较少，起动漫， 管理复杂，运行费用稍高，一般适宜 于以废水达标排放，减少环境污染为 目的的地方。
7
3、家用沼气池的种类
1 固定拱盖水压式沼气池 3 无活动盖底层出料水压式沼气池
2 变型的水压式沼气池 4其他各种变型的水压式沼气池
8
4、常用反映原料有机物含量的指标
标。BOD/COD的值称为可被生化指标，用来衡量废弃物是否适宜于采用 生物化学法进行处理。比值越大，表示越容易被生化处理，一般认为 BOD/COD>0.3的废弃物才适用于采用生化处理。
9
第三章 沼气池的一般数据指标
1、沼气池尺寸大小
沼气池的大小，主要根据养殖畜禽的多少和用气量的大小来确定。 现在一般农户家庭四至五口人，建10立方米沼气池即可满足家庭做饭和 点两盏沼气灯的用气量。按每立方米沼气池容积，可处理1-1.5头成猪的粪便 ，10立方米可配套养10头至15头成猪。3立方米可处理1头牛的粪便，10立方 米沼气池可配套养3头成牛。有的农户养殖量大或想多用气，则可参照上述比 例，自己计算。
（1）总固体(total solid，TS)： 又称干物质，是指原料中除去水分以后剩下的物质。
（2）挥发性固体（volatile solid，VS）： 原料中总固体中除去灰分以后剩下的物质。
（3）化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）: 指用强氧化剂重铬酸钾，在强酸溶液中将有机物氧化为CO2、
H2O所消化的氧量，用CODCr 以一般写成COD，其单位为mg/L。 （4）生物需氧量（biochemical oxygen demand，BOD）： 指在有充足氧气存在的条件下，由于微生物的活动，降解有机
缺点是产沼气量相对较少，起动漫， 管理复杂，运行费用稍高，一般适宜 于以废水达标排放，减少环境污染为 目的的地方。
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3、家用沼气池的种类
1 固定拱盖水压式沼气池 3 无活动盖底层出料水压式沼气池
2 变型的水压式沼气池 4其他各种变型的水压式沼气池
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4、常用反映原料有机物含量的指标
标。BOD/COD的值称为可被生化指标，用来衡量废弃物是否适宜于采用 生物化学法进行处理。比值越大，表示越容易被生化处理，一般认为 BOD/COD>0.3的废弃物才适用于采用生化处理。
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第三章 沼气池的一般数据指标
1、沼气池尺寸大小
沼气池的大小，主要根据养殖畜禽的多少和用气量的大小来确定。 现在一般农户家庭四至五口人，建10立方米沼气池即可满足家庭做饭和 点两盏沼气灯的用气量。按每立方米沼气池容积，可处理1-1.5头成猪的粪便 ，10立方米可配套养10头至15头成猪。3立方米可处理1头牛的粪便，10立方 米沼气池可配套养3头成牛。有的农户养殖量大或想多用气，则可参照上述比 例，自己计算。
（1）总固体(total solid，TS)： 又称干物质，是指原料中除去水分以后剩下的物质。
（2）挥发性固体（volatile solid，VS）： 原料中总固体中除去灰分以后剩下的物质。
（3）化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）: 指用强氧化剂重铬酸钾，在强酸溶液中将有机物氧化为CO2、
H2O所消化的氧量，用CODCr 以一般写成COD，其单位为mg/L。 （4）生物需氧量（biochemical oxygen demand，BOD）： 指在有充足氧气存在的条件下，由于微生物的活动，降解有机
《沼气发酵原理》PPT课件
定的水分、温度和厌氧条件下，经 微生物发酵转换而成的一种方便、 清洁、优质、高品位的气体燃料。
一.沼气的概念与特性
❖ 沼气的来源 沼气发酵是自然界中普遍而典型
的物质循环过程，按其来源不同， 可分为天然沼气和人工沼气两大类。
一.沼气的概念与特性
❖ 沼气的成分
沼气主要成分是甲烷，其含量一般 为50%～70%。另外还含有二氧化 碳和少量的硫化氢、氢气、一氧化碳、 氮等气体；其中二氧化碳约占30%～ 40%，其他成分含量很少。
5.调节好发酵原料酸碱度
沼气发酵启动过程中，一旦发生酸化 现象，往往表现为所产气体长期不能点 燃或产气量迅速下降，甚至完全停止产 气，发酵液的颜色变黄。
6.启动与放气试火
选择晴天将预处理过的原料和准备好 的接种物混合在一起，立即投入池内， 并按浓度要求加水、封好活动盖。无拱 盖的沼气池将原料从水压间的出料口通 道投入池内。沼气池便开始启动。
(七) 持续的搅拌
静态发酵沼气池随着发酵 时间的推移，由下向上逐步 分成沉渣层、活性层、清液 层、浮渣层。
沼气池的静止状态
静态沼气池技术问题
●静态发酵导致池内原 料严重结壳、沉淀、分 层。 ●发酵间存在“微生物 贫乏区”、“发酵盲区” 和“料液短路”。 ●清渣困难，导致沼气 池因出料难而报废。 ●池温低，产气少，不 能全年用气。
6、启动与放气试火
初期所产生的气体主要是原料经酸化作用产生 的二氧化碳，同时池内还有大量空气，因而气 体中的甲烷含量低，通常不能燃烧。所以，当 沼气压力表上的水柱达到30~40厘米水柱时， 应放气试火。第一次排放的气体主要是二氧化 碳和空气，甲烷含量很少，一般点不着。当压 力表再次上升到20厘米以上水柱时，应进行 第二次放气，并开始试火，如果能点燃，说明 沼气发酵已经正常启动，以后即可使用。一般 封池3天后即可点燃。
一.沼气的概念与特性
❖ 沼气的来源 沼气发酵是自然界中普遍而典型
的物质循环过程，按其来源不同， 可分为天然沼气和人工沼气两大类。
一.沼气的概念与特性
❖ 沼气的成分
沼气主要成分是甲烷，其含量一般 为50%～70%。另外还含有二氧化 碳和少量的硫化氢、氢气、一氧化碳、 氮等气体；其中二氧化碳约占30%～ 40%，其他成分含量很少。
5.调节好发酵原料酸碱度
沼气发酵启动过程中，一旦发生酸化 现象，往往表现为所产气体长期不能点 燃或产气量迅速下降，甚至完全停止产 气，发酵液的颜色变黄。
6.启动与放气试火
选择晴天将预处理过的原料和准备好 的接种物混合在一起，立即投入池内， 并按浓度要求加水、封好活动盖。无拱 盖的沼气池将原料从水压间的出料口通 道投入池内。沼气池便开始启动。
(七) 持续的搅拌
静态发酵沼气池随着发酵 时间的推移，由下向上逐步 分成沉渣层、活性层、清液 层、浮渣层。
沼气池的静止状态
静态沼气池技术问题
●静态发酵导致池内原 料严重结壳、沉淀、分 层。 ●发酵间存在“微生物 贫乏区”、“发酵盲区” 和“料液短路”。 ●清渣困难，导致沼气 池因出料难而报废。 ●池温低，产气少，不 能全年用气。
6、启动与放气试火
初期所产生的气体主要是原料经酸化作用产生 的二氧化碳，同时池内还有大量空气，因而气 体中的甲烷含量低，通常不能燃烧。所以，当 沼气压力表上的水柱达到30~40厘米水柱时， 应放气试火。第一次排放的气体主要是二氧化 碳和空气，甲烷含量很少，一般点不着。当压 力表再次上升到20厘米以上水柱时，应进行 第二次放气，并开始试火，如果能点燃，说明 沼气发酵已经正常启动，以后即可使用。一般 封池3天后即可点燃。
第3章沼气发酵原理与设计
脂肪酸、醇类 脂肪酸、 2 产氢产乙酸菌 2 H2 ，CO2 3 同型产乙酸菌 CH3COOH 5 产甲烷菌
甲烷产量的70%
气化阶段
产甲烷菌4
甲烷产量的30%
CH4+ CO2
产甲烷 阶段
厌氧消化4阶段 厌氧消化 阶段
碳水化合物 水解菌 单糖 产酸菌 甲酸 产乙酸产氢菌 甲酸 产甲烷菌 H 2 / CO
世代时间只有26分钟，增殖速度最快的产甲烷菌。
表 1.2.1 メタン菌リスト（続き） 代謝基質 甲烷菌 形状 最适温度（℃） pH H2/CO2 甲酸盐 甲基化合物 酢酸盐 2-Pro/CO2 2-But./CO2 NT NT NT NT
其他
Methanococcus M.vannielii M.voltae M.maripaludis M.thermolithotrophicus M.jannaschii M.frisius M.deltae Methanoculleus M.bourgense M.marisnigri M.thermophilicum M.olentangyi Methanogenium M.cariaci M.liminatans M.tationis anophilum Methanomiocrobium M.mobile Methanolacinia M.paynteri
产甲烷菌群
反应链条各节的速 度应该尽可能相等
3.1.1 厌氧消化三阶段
按物性变化分段： 按物性变化分段： 复杂有机物 碳水化合物，蛋白质，脂类 碳水化合物，蛋白质， 液化阶段 1 水解 简单溶解性有机物 1 酸化阶段 1 发酵 1 产酸产氢 阶段 水解发酵 阶段 按降解机理分段： 按降解机理分段：
3) 产甲烷细菌
《沼气基本知识》课件
03
厌氧发酵过程中产生的沼气主要包括甲烷、二氧化 碳和少量硫化氢等气体。
厌氧发酵微生物
01 厌氧发酵微生物主要包括厌氧细菌、产甲烷菌等 。
02 厌氧细菌将复杂的有机物分解为简单的有机物， 产甲烷菌则将简单有机物转化为甲烷。
03 厌氧发酵微生物在厌氧环境中生存，对氧气敏感 ，需要在严格厌氧的环境中进行培养。
03
沼气发酵工艺
厌氧消化器类型
完全混合式厌氧消化器（CSTR ）
工作原理是原料与发酵后的沼液混合在一 起，具有较高的有机负荷率，适用于处理 含悬浮物高的原料。
推流式厌氧消化器（PFR）
工作原理是原料在反应器内沿一定方向流 动，适用于处理低悬浮物、高有机物含量 的原料。
升流式固体反应器（USR）
高效厌氧反应器（EGSB）
厌氧发酵过程
厌氧发酵过程可以分为水解、酸化、产氢产乙酸和甲烷化四个阶段。
水解阶段是将复杂有机物分解为简单的水溶性有机物；酸化阶段是将水溶性有机物转化为酸；产氢产乙 酸阶段是将酸转化为乙酸和氢气；甲烷化阶段是将氢气和二氧化碳转化为甲烷。
厌氧发酵过程中产生的沼气可以用于能源利用，如燃烧发电、供热等，同时也可以用于化工生产，如合 成氨、甲醇等。
为了保持反应器内的均 匀混合，需要定期搅拌
或混合。
定期排泥并回流部分沼 液以维持反应器的稳定
运行。
厌氧消化器启动与维护
01
启动前的准备
清洗和消毒反应器，准备接种污泥 和接种物。
监测与调整
定期监测沼气产量、沼液成分和发 酵产物，根据需要进行调整。
03
02
接种污泥
将接种污泥加入反应器中，启动厌 氧消化过程。
无毒无味
沼气无毒、无味，但其易燃易爆，需要在特定的条件下储 存和使用。
厌氧发酵过程中产生的沼气主要包括甲烷、二氧化 碳和少量硫化氢等气体。
厌氧发酵微生物
01 厌氧发酵微生物主要包括厌氧细菌、产甲烷菌等 。
02 厌氧细菌将复杂的有机物分解为简单的有机物， 产甲烷菌则将简单有机物转化为甲烷。
03 厌氧发酵微生物在厌氧环境中生存，对氧气敏感 ，需要在严格厌氧的环境中进行培养。
03
沼气发酵工艺
厌氧消化器类型
完全混合式厌氧消化器（CSTR ）
工作原理是原料与发酵后的沼液混合在一 起，具有较高的有机负荷率，适用于处理 含悬浮物高的原料。
推流式厌氧消化器（PFR）
工作原理是原料在反应器内沿一定方向流 动，适用于处理低悬浮物、高有机物含量 的原料。
升流式固体反应器（USR）
高效厌氧反应器（EGSB）
厌氧发酵过程
厌氧发酵过程可以分为水解、酸化、产氢产乙酸和甲烷化四个阶段。
水解阶段是将复杂有机物分解为简单的水溶性有机物；酸化阶段是将水溶性有机物转化为酸；产氢产乙 酸阶段是将酸转化为乙酸和氢气；甲烷化阶段是将氢气和二氧化碳转化为甲烷。
厌氧发酵过程中产生的沼气可以用于能源利用，如燃烧发电、供热等，同时也可以用于化工生产，如合 成氨、甲醇等。
为了保持反应器内的均 匀混合，需要定期搅拌
或混合。
定期排泥并回流部分沼 液以维持反应器的稳定
运行。
厌氧消化器启动与维护
01
启动前的准备
清洗和消毒反应器，准备接种污泥 和接种物。
监测与调整
定期监测沼气产量、沼液成分和发 酵产物，根据需要进行调整。
03
02
接种污泥
将接种污泥加入反应器中，启动厌 氧消化过程。
无毒无味
沼气无毒、无味，但其易燃易爆，需要在特定的条件下储 存和使用。
沼气工程技术与工艺 ppt课件
利用设施，包括沼渣、沼液综合利用和进一步处理装
置。
PPT课件
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六、沼气工程建设模式
沼气工程发酵流程图
PPT课件
18
循环系统
储 气 罐 脱水 脱硫
燃料
一级贮粪池 （调节池）
二级贮粪池 加热预混池
厌氧反应 器
保温
沉淀池（出料）
PPT课件
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应用模式
根据现场条件和对发酵残留物处理利用 方式和要求的不同，沼气工程可以有两 大类，即生态类型和环保类型。在实际 工程设计中，根据现场条件、沼气利用 和排放等方面的要求，可以选择模式。
生产用能
干式阻火器
湿式贮气柜
脱硫塔
汽水分离器
人工湿地
好氧塘 沼气
废水 沉砂集水池 水力筛网 水解酸化池
沼液 厌氧消化罐
兼氧塘
采用清洁 饲养工艺
水力筛网
沼渣
种植黑麦草
种植有机茶
种植秋玉米 优质粮田及 果园、蔬菜 等用肥
奶牛青饲料及优质产品
粪便
集粪池 混合
一次发酵 好氧搅拌
锯未 秸杆（粉碎）
腐熟 二次发酵
（方式） （ 需求和用途） （土地承载力）
n 以肥料为主
固体有机肥 （品种、市场） 鲜粪外售 （需求）
少量沼气 （利用方式）
n 以污水达标排放为主
少量沼气 （能量） 肥料生产 （品种、市场）
污水处理 （处理方式、排放标准）
PPT课件
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3、三沼的应用
沼气——已经开始注重集中供气系统的建设，利用增压和减压调节
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4.沼气的竣工
沼气池的气密性验收完成后，接着进行包括输配管
路的全系统气密性和防渗漏验收。单体验收和分段验 收合格后，进行全系统验收，确保全系统不渗水、不 漏气后，再进行沼气工程的发酵启动运行工作。
沼气发酵 PPT
沼液沼渣循环利用技术
在特色产业种植区，与发展无公害农产 品相结合，建立沼液沼渣为纽带的循环农业 生产模式，进一步延伸利用链条，增加附加 值。 有以下两种模式： 一、“四位一体”模式； 二、“畜-沼-果（菜）”模式。
“四位一体”模式
把沼气池建到冬暖式蔬菜大棚里，在大 棚一端养猪，猪圈下建沼气池，棚内种植瓜、 果、菜等高效作物。猪粪入池产生沼气，点 燃沼气可增加大棚的二氧化碳，沼液、沼渣 用作有机肥源。一般可增产10%～20%，种植 的产品质量可达到绿色食品或无公害食品标 准。
沼气发酵原料的特点
• 水生植物原料
农村的一些水生植物如水葫芦、水花生、 水草等，由于其繁殖速度快、产量高、组织 鲜嫩，能被沼气菌群分解利用，也是沼气发 酵的一种良好原料。
沼气发酵原料的特点
• 农产品加工的各种有机废物和废水
农产品加工的有机废物、废水如酸酒、 食品、屠宰废水等含有有机物成分，是沼气 发酵的好原料，但由于其来源不同，化学成 分、发酵产气潜力等差异较大，因而其发酵 工艺不尽相同。
在常规饲 养情况下，利用沼液作为添加 剂喂猪，是促进生猪生长的一项技术措施。 沼液不仅可促进生物能的转化，加快体内肝 糖、肥糖的积存，加快生长速度和提高饲料 转化率，而且可降低饲料消耗，是一项无害、 安全的实用技术。
沼液喂猪
• 饲喂技术
①饲喂沼液前，应对猪进行驱虫、健胃和防疫， 并把喂熟食改为喂生食；
报告人：周建峰
目录
• • • • 沼气发酵原料及特点 沼气发酵技术 沼气发酵的产物及利用 沼气发酵的前景
沼气发酵原料
沼气发酵原料的特点
• 富氮原料
富氮原料主要是指人、畜、家禽的粪便 等。这类原料经过动物肠胃系统的充分消化， 含有较多的低分子化合物和较高的含水量， 且颗粒较细，氮素含量较高，碳氮比一般都 小于25:1。富氮原料的产气特点是分解速度 快、发酵周期短、产气速度快，单位原料的 总产气量比农作物秸秆低，是目前农村沼气 发酵原料的主要来源之一。
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；
周孟津沼气发酵的基本原理和工艺-精PPT54页
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
周孟津沼气发酵的基本原理和工艺-精
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 Nhomakorabea儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
沼气发酵的基本原理和工艺培训课件(ppt52页)
控制产酸与产甲烷阶段的速度平衡一般是通过控制S和X 来实现，如： 消化器启动时：1 投入原料底物的浓度不能太高，尤其是葡
萄糖类等物质不能太多。 2 投入大量厌氧活性污泥，是消化器内一开
始就有很多产甲烷菌群。 消化器运行阶段：1 控制消化器负荷，即每单位体积消化器
每日投入有机物的量波动不能太大。 2 设法减少消化器出料是产甲烷菌的流失。
以上这些措施也要根原料的不同、不同的厌氧消化工艺 等因素相配合使用。
1.2 沼气发酵的条件
沼气发酵就是培养和积累厌氧消化细菌，使细菌具有良好的生活条 件；只有首先做到了这一点，才有可能得到较好的沼气生产率或污水净 化效率。微生物的生命活动要求多种条件，其中条件主要包括发酵原料、 厌氧活性污泥、消化器负荷、发酵温度、PH值、碳氮比、有害物的控制 及搅拌等。
1.2.1 沼气发酵原料：
发酵原料既是产生沼气的底物，又是沼气发酵细菌赖以 生存的养料来源
（1）原料类型
原料类型 可溶性的 低固体的
中固体的 高固体低木质的
高固体高木质的
固体物质含量 （%） 〈1
1-5
6-20 〉20
〉20
举例
酒精滤液， 豆制品废水 酒醪，丙丁 醪，鸡，猪 舍冲洗水 牛粪，马粪 玉米秸，生 物质垃圾 杂白场，锯
主要内容
1 沼气发酵基本原理 2 沼气发酵工艺装置
1 沼气发酵基本原理
1.1 沼气发酵细菌：目前公认的沼气发酵过程
复杂有机物（多糖、脂类、蛋白质等）
主
要
可溶性物质（糖类、脂酸、氨基酸等）
有
①
①
①
五
大
丙酸、丁酸等
菌
长链脂肪酸
②
②
群
相关主题
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①
五
大
丙酸、丁酸等
菌
长链脂肪酸
②
②
群
参
H2+CO2
③ CH3COOH
与
④
活
动
CH4H2O
⑤
CH4CO2
五大菌群：
①.发酵性细菌：一些不溶性物质被发酵性细菌所分泌的胞外酶水解为可 溶性的糖、肽、氨基酸和脂酸，再将吸入细胞，发酵为 乙酸、丙酸、丁 酸等和醇类及一定量的H2及CO2
以纤维素为例，反应过程如下： （C6H10O5）+ nH2O ——→ n(C6H12O6) 2 C6H12O6 ——→ CH3COOH + CH3CH2COOH + CH3CH2CH2COOH +3CO2 +3H2
10 74.2 40.7 63.7 34.4 75.9 48.2 46.2 75.0
Hale Waihona Puke 20 86.3 81.5 80.2 74.6 90.7 71.8 69.2 93.5
各原料气速率（%）
93.5
40
60
97.6
98.0
100
94.2
98.2
100
89.0
94.5
100
86.2
92.7
100
96.3
98.1
x 1000 3 22.4 373.31(1) 180
气体成分（%） 每kgTS产气量（L）
CH4
CO2
糖类
50
50
脂肪
72
28
蛋白
50
50
CH4 370 1040 490
沼气 740 1400 980
农村常用原料的产气量及产气速度
产气速率 发酵天数
猪粪 人粪 马粪 牛粪 玉米秸 麦秸 稻草 青草
沼气发酵的基本原理和工艺
全国大中型沼气工程技术培训班
周孟津 教授
首都师范大学生物系 2005-10-20
主要内容
1 沼气发酵基本原理 2 沼气发酵工艺装置
1 沼气发酵基本原理
1.1 沼气发酵细菌：目前公认的沼气发酵过程
复杂有机物（多糖、脂类、蛋白质等）
主
要
可溶性物质（糖类、脂酸、氨基酸等）
有
①
①
以上这些措施也要根原料的不同、不同的厌氧消化工艺 等因素相配合使用。
1.2 沼气发酵的条件
沼气发酵就是培养和积累厌氧消化细菌，使细菌具有良好的生活条 件；只有首先做到了这一点，才有可能得到较好的沼气生产率或污水净 化效率。微生物的生命活动要求多种条件，其中条件主要包括发酵原料、 厌氧活性污泥、消化器负荷、发酵温度、PH值、碳氮比、有害物的控制 及搅拌等。
生成CH4的主要反应如下： CH3COOH ——→CH4 + CO2
4H2 + CO2 ——→CH4 + 2H2O 4HCOOH ——→CH4 +3CO2 + 2H2O
4CH3OH ——→ 3CH4+ CO2 + 2H2O
五大菌群
各种发酵性细菌
玉米秸发酵时的发酵性细菌
五大菌群
食氢产甲烷菌
甲烷八叠球菌 甲烷丝菌
产酸与产甲烷的速度平衡
在稳定运行的厌氧消化器内，产酸与分解酸产生甲烷饿速度处于一 个相对平衡的状态，它们之间的平衡依赖于产酸菌和产甲烷菌的增长速 度。经大量试验公认下列计算细菌增长速度的公式（莫诺公式）：
上式中u与Ks均为常数，根据测定，在不同底物条件下， 各类群细菌u与Ks的值如下表：
从表中的一系列数据可以看出：裂解乙酸的产甲烷菌 可能出现的最大繁殖速度比葡萄糖酸化菌群要慢得多，这 种在繁殖速度上的差距，是构成产酸与产甲烷速度失调的 主要原因。
五大菌群：
③.耗氢产乙酸菌：它们既能利用H2+ CO2 生成乙酸，也能代谢糖类生 成乙酸。
2CO2 + 4H2 ——→ CH3COOH + 2H2O C6H12O6 ——→ 3CH3COOH
④.产甲烷菌（食氢、食乙酸）：它们在厌氧条件下将前三群细菌代谢的 终产物，在没有外源受氢体的情况下，把乙酸 和H2/CO2转化成CH4/ CO2。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。
在厌氧活性污泥中，细菌以菌胶团形式存在。产酸菌固定于菌胶 团内，或分散于菌胶团外。甲烷丝菌或多或少地分布于各种污泥的内 外，而甲烷八叠球菌则往往被网络其中，或游离存在。初形成的污泥 中，悬浮物质较多，细菌较少，因而产甲烷活性较低，发育良好的污 泥中细菌很多，特别是甲烷丝菌普遍分布，悬浮物质较少，并具有良 好的结构，因而产甲烷活性也较高。
100
85.9
91.8
100
84. 6
91.0
100
97.8
98.9
100
产气量 (m3/kgTS)
0.42 0.43 0.34 0.30 0.50 0.45 0.40 0.44
1.2.2 厌氧活性污泥
厌氧活性污泥是由厌氧消化菌与悬浮物质和胶体物质结合在一 起形成的具有很强分解有机物能力的凝絮体，颗粒体或附着膜。（见 后面图片展示）
控制产酸与产甲烷阶段的速度平衡一般是通过控制S和X 来实现，如： 消化器启动时：1 投入原料底物的浓度不能太高，尤其是葡
萄糖类等物质不能太多。 2 投入大量厌氧活性污泥，是消化器内一开
始就有很多产甲烷菌群。 消化器运行阶段：1 控制消化器负荷，即每单位体积消化器
每日投入有机物的量波动不能太大。 2 设法减少消化器出料是产甲烷菌的流失。
由于在厌氧消化过程中H2S的生成，使厌氧活性污泥呈现黑色， 发育良好的污泥呈油亮的黑色。在带有搅拌或悬浮固体较多的消化器 里，厌氧污泥呈絮状，黑色或灰黑色。在升流式厌氧污泥床（UASB） 消化器中，发育良好的污泥呈颗粒状，直径一般在3mm左右。
图片：
絮状污泥
颗粒污泥
厌氧活性污泥的形态
生物膜
厌氧活性污泥
1.2.1 沼气发酵原料：
发酵原料既是产生沼气的底物，又是沼气发酵细菌赖以 生存的养料来源
（1）原料类型
原料类型 可溶性的 低固体的
中固体的 高固体低木质的
高固体高木质的
固体物质含量 （%） 〈1
1-5
6-20 〉20
〉20
举例
酒精滤液， 豆制品废水 酒醪，丙丁 醪，鸡，猪 舍冲洗水 牛粪，马粪 玉米秸，生 物质垃圾 杂白场，锯
末
（2）有机物沼气产量的测定和计算 发酵原料的组分决定了沼气发酵时所产沼气的量和成分
碳水化合物的沼气产量计算公式
C6H12O6 ——3CH4+CO2
180g ： 3×22.4L
1000g ： x
在标准状态下每摩尔气体的体积均为22.4L
则每kg葡萄糖可产CH4及CO2均为x
主要有机物沼气产量与成分
②.产氢产乙酸菌：除甲酸、乙酸和甲醇外的物质均不能被产甲烷菌所 利用，所以必须由产氢产乙酸菌将其分解转化为乙 酸、氢和二氧化碳
反应过程如下： CH3CH2COOH + 2H2O ——→ CH3COOH + CO2 + 3H2 CH3CH2CH2COOH + 2H2O ——→ 2CH3COOH + 2H2