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。
沼气发酵的原理
沼气发酵的原理
沼气发酵是一种利用有机废弃物产生可燃气体的生物发酵过程。
它是一种清洁能源，可以替代传统的化石能源，对环境友好，具有
广阔的应用前景。
那么，沼气发酵的原理是什么呢？
首先，沼气发酵的原理基于微生物在无氧条件下对有机物质进
行分解产生沼气的过程。
在发酵过程中，主要参与的微生物包括厌
氧菌和厌氧古菌。
它们通过一系列的生物化学反应，将有机物质分
解成沼气的主要成分甲烷和二氧化碳，同时释放出能量。
其次，沼气发酵的原理涉及到发酵条件的控制。
发酵过程需要
一定的温度、PH值和营养物质等条件的支持。
一般来说，沼气发酵
的最适温度为35-40摄氏度，PH值在6.8-7.2之间，同时需要适量
的水分和氧气。
这些条件的控制对于发酵过程的稳定和高效至关重要。
此外，沼气发酵的原理还与发酵物质的选择有关。
一般来说，
适合进行沼气发酵的有机物质主要包括农业废弃物、畜禽粪便、食
品废弃物等。
这些有机物质含有丰富的碳水化合物，是微生物进行
发酵的理想底物。
最后，沼气发酵的原理还涉及到发酵过程的控制和管理。
在实际应用中，需要对发酵罐的结构设计、进料方式、搅拌方式等进行合理的设计和控制，以提高发酵效率和产气量。
总的来说，沼气发酵的原理是一种利用微生物对有机物质进行分解产生沼气的生物发酵过程。
通过对发酵条件、发酵物质的选择以及发酵过程的控制和管理，可以实现沼气的高效产生。
这种清洁能源具有重要的环境和经济意义，对于推动可持续能源的发展具有重要的意义。
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。
沼气发酵的条件与环境
沼气发酵的条件与环境沼气发酵是作物发酵中对于发酵环境与条件要求比较严格的一种发酵类型，下面小编就为大家仔细分析一下沼气发酵所需要的基本要求：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1m3 ／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.适宜的酸碱度(pH值)沼气发酵适宜的酸碱度为pH=6．5～7．5 。
pH值影响酶的活性，所以影响发酵速率。
3.适宜的干物质浓度沼气细菌不光要“吃”，还要“喝”。
沼气细菌在生长、发育、繁殖过程中，都需要足够的水分。
水是沼气细菌的重要组成部分，沼气池里有机物质的发酵必须要有适量的水分才能进行。
如果发酵料液中含水量过少，发酵原料过多，发酵液的浓度过大，甲烷菌又“吃”不了那么多，就容易造成有机酸的大量积累，不利于沼气细菌的生长繁殖，就会使发酵受到阻碍，同时也给搅拌带来困难。
如果水太多，发酵液过稀，单位容积内有机物含量少，产气量就少，不利于沼气池的充分利用，所以沼气池发酵液必须保持一定的干物质浓度。
根据多年实践，农村户用沼气池一般要求发酵原料的干物质浓度为6%～12%，在这个范围内，沼气池的初始浓度要低一些，这样便于启动。
夏季和初秋池温高，原料分解快，浓度可低一些，一般为6%～8%。
冬季、初春池温低，原料分解慢，干物质浓度应保持在10%～12%。
4.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。
同时配合金宝贝沼气发酵剂助剂的配合，可以提高沼气中菌种的活跃度，使菌种可以发酵效率大幅提高，进而提升沼气产量。
沼气发酵产物的利用技术
沼气发酵产物的利用技术沼气发酵是一种有效的可再生能源开发技术，是将沼气中的有机物变为有用的产物的方法。
沼气的发酵产物包括天然气、甲醇、乙醇、乙二醇、醋酸、酯、醛、醚、脂肪酸及其衍生物等。
尽管这些发酵产物有不同的性质和用途，但它们都可以用于生物柴油、原料化学品、建筑材料、农药、复合材料等领域。
甲醇是一种重要的沼气发酵产物，用于生物柴油、燃料添加剂、农药、润滑油、石油化学产品、聚合物等领域。
它可以直接开发或通过合成与其它化学物质结合，如乙醇、乙二醇、乙酸、醋酸等，用于各种不同的应用领域。
近年来，由于甲醇的使用，生物柴油技术得到了很大发展，特别是用于乙醇添加油，也可用于汽油和柴油的添加剂。
乙醇和乙二醇是另一种重要的沼气发酵产物，它们可以用于汽油，柴油及农药的添加剂。
除了甲醇和乙醇，醋酸也是一种重要的沼气发酵产物，可用于动物饲料、饮料原料以及建筑材料等行业。
与醋酸相比，醚及其衍生物是另一类重要的沼气发酵产物，这些物质具有良好的溶解性、抗菌性和保护膜效果，常被用于润滑油、塑料和木材等产品的添加剂。
另外，脂肪酸也是一种重要的沼气发酵产物。
脂肪酸可用作人工饲料中的脂肪源，也可作为润滑油、塑料添加剂和复合材料中的有机矿物油。
脂肪酸衍生物是非常重要的润滑油添加剂，可以降低润滑油的粘度，提高润滑效果。
在沼气发酵产物的开发和利用方面，已经有许多成功的例子，比如在中国的苏州市，经过改造的沼气发电站不仅可以产生电力，还可以生产乙醇、甲醇、乙二醇等沼气发酵产物。
此外，其他一些发展中国家也在努力发展技术，使用沼气发酵产物，以利用这种可再生能源。
从长远来看，沼气发酵是一种有效的可再生能源开发技术，可以为我们提供清洁可再生能源，而不会给我们的环境造成污染。
此外，沼气发酵的产物，如乙醇、甲醇、乙二醇、醋酸、醚及其衍生物等，也会为我们的工业和农业生产提供重要的原料，使我们能够建立一个实现可持续发展和可再生能源利用的社会。
总之，沼气发酵产物的利用技术已被广泛应用于实际工程中，而且其用途仍在不断扩展，为我们提供了一种可持续发展和可再生能源利用的有效解决方案。
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。
沼气发酵
提出微生物代谢途径的可能改善方向，为过程优 化奠定良好的基础。
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◆
生物反应器工程。包括生物反应过程的参数 检测与控制。生物反应器的形式、结构、操 作方式、物料的流动与混合状况，传递过程 特征等是影响生物反应器宏观动力学的主要 因素。在工程设计中，化学计量式、微生物 反应和传递现象都是需要解决的问题参数检 测与控制时发酵过程中最基本的手段，只有 及时检测各种反应组分浓度的变化，才有可 能对发酵过程进行优化，使微生物发酵在最 佳状态中进行。
五、沼气的净化、储存和输配
沼气发酵时会有水分蒸发进入沼气，由于微生物对蛋白质的分解或硫酸 盐的还原作用也会有一定量硫化氢（HS）气体生成并进入沼气。大型沼气工 程，特别是用来进行集中供气的工程必须设法脱除沼气中的水和HS。水的冷 凝会造成管路堵塞，有时气体流量计中也充满了水，脱水通常采用脱水装置 进行。HS是一种腐蚀性很强的气体，它可引起管道及仪表的快速腐蚀。HS本 身及燃烧时生成的SO对人体也有毒害作用。沼气的HS含量在1—12/m之间， 蛋白质或硫酸盐含量高的原料，发酵时沼气中的HS含量就较高。硫化氢的脱 除通常采用脱硫塔，内装脱硫剂进行脱硫。
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产甲烷阶段
由产甲烷菌将第二阶段分解出来的乙酸 等简单有机物分解成甲烷和二氧化碳，其中 二氧化碳在氢气的作用下还原成甲烷。这一 阶段叫产气阶段，或叫产甲烷阶段。
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整个发酵过程可分为：
一、原料的收集 二、原料的预处理
原料常混杂有生产作业中的各种杂物，为便于用泵输送及防止发酵过程 中出现故障，或为了减少原料中的浮沉固体含量，有的在进入消化器前还要 进行升温或降温等，因而要对原料进行预处理。
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产酸阶段
各种可溶性物质（单糖、氨基酸、脂肪酸）， 在纤维素细菌、蛋白质细菌、脂肪细菌、果胶细 菌胞内酶作用下继续分解转化成低分子物质，如 丁酸、丙酸、乙酸以及醇、酮、醛等简单有机物 质；同时也有部分氢(H2)、二氧化碳(CO2)和氨 (NH4)等无机物的释放。但在这个阶段中，主要 的产物是乙酸，约占70%以上，所以称为产酸阶 段。参加这一阶段的细菌称之为产酸菌。
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。
沼气发酵预处理
沼气发酵是一种利用有机废弃物，产生可再生能源的过程。
在沼气发酵过程中，预处理是一个至关重要的步骤。
预处理的目标是提高沼气发酵的效率，减少有机物的降解时间，以及减少沼气产生过程中产生的污染物，保护环境。
本文将介绍沼气发酵预处理的几种常用方法。
一、机械预处理：机械预处理是沼气发酵预处理中最常见的一种方法。
它包括粉碎、搅拌、搅拌等过程。
粉碎可以将有机物粉碎成较小的颗粒，增加其表面积，加快降解速度。
搅拌可以使废物均匀分布，促进微生物的生长和代谢。
除此之外，还可以使用振动装置来改善废物的物理特性，帮助微生物定居。
二、热处理：热处理是通过加热废物，提高废物温度来加速废物降解的过程。
热处理可以使废物中的有机物分解，并减少动植物病原体和杂草种子的数量。
常用的热处理方法包括蒸汽处理、热风处理和微波处理。
这些方法都能有效地提高沼气发酵的效率。
三、化学预处理：化学预处理是使用化学物质来改变废物的物理和化学特性。
常用的化学预处理剂包括酸类、碱类和氧化剂。
酸类可以将废物中的有机物分解成较小的分子，提高其可降解性。
碱类可以调整废物的pH值，提供良好的环境条件供微生物生长和代谢。
氧化剂可以增加废物中的氧气含量，促进沼气产生的反应。
四、生物预处理：生物预处理是使用某些可以降解有机物的微生物来处理废物。
常见的生物预处理方法包括厌氧消化和堆肥。
厌氧消化是一种用于处理高浓度有机废物的方法，其中微生物在缺氧条件下降解有机物产生沼气。
堆肥是一种将废物堆积在一起使其发酵降解的方法，其中微生物在有氧条件下降解有机物产生热能和肥料。
综上所述，沼气发酵预处理的方法有机械预处理、热处理、化学预处理和生物预处理。
这些方法可以单独使用，也可以组合使用，根据具体情况选择最适合的方法。
通过合理的预处理方法，可以提高沼气发酵的效率，减少废物的处理成本，并产生可再生能源，对环境保护具有积极意义。
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。
农村家用沼气发酵工艺规程
技术更新：及时更新沼气发酵技术，提高沼气发酵效率和质量
技术推广：通过宣传、示范等方式，推广沼气发酵技术
农村家用沼气发酵技术改进与发展趋势
提高发酵效率：通过优化发酵条件、改进发酵工艺等方式提高沼气产量
降低成本：采用低成本、易获取的原材料，降低发酵成本
提高安全性：改进发酵设备，提高沼气池的安全性，降低事故发生率
沼气池容量：，确保安全使用
沼气池结构：坚固、密封、耐腐蚀
农村家用沼气发酵技术培训与推广
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技术培训：提供沼气发酵技术培训，提高农民技术水平
技术支持：提供技术咨询、故障排除等服务，解决农民在沼气发酵过程中遇到的问题
发酵过程记录：记录发酵过程中的各项指标，以便分析与调整
监控指标：温度、pH值、气体成分等
调整方法：调整发酵原料配比、控制发酵温度、调整pH值等
沼气发酵产物可用于照明、取暖、做饭等
沼气发酵过程中产生的废渣可用于肥料
沼气发酵过程中产生的废水需经过处理后才能排放
沼气发酵过程中需注意安全，防止沼气泄漏和火灾事故
提高环保性：减少沼气发酵过程中的污染物排放，降低对环境的影响
提高沼气品质：改进发酵工艺，提高沼气纯度，降低杂质含量
提高沼气利用效率：推广沼气利用技术，提高沼气在农业生产和生活中的利用率
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前景展望：沼气发电、沼气提纯、沼气综合利用
技术发展趋势：智能化、自动化、高效化
技术改进：提高产气率、降低成本、提高安全性
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酸碱度：pH值在6.5-7.5之间
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。
沼气发酵的应用原理
沼气发酵的应用原理简介沼气发酵是一种利用微生物将有机废弃物转化为可再生能源的技术。
本文将解释沼气发酵的应用原理，并介绍该技术的几个重要应用领域。
原理沼气发酵利用厌氧微生物的作用将有机废弃物转化为沼气。
该过程分为四个主要阶段：1.水解阶段：有机废弃物被水解成较小的有机分子，包括蛋白质、脂肪和碳水化合物。
2.酸化阶段：水解产物被酸化菌转化为有机酸，主要是乙酸、丙酸和丁酸。
3.乙酸阶段：有机酸进一步转化为乙酸，产生二氧化碳和氢气。
4.甲烷阶段：乙酸被甲烷菌转化为甲烷和二氧化碳，生成的气体就是沼气。
应用领域沼气发酵技术在以下几个领域有着广泛的应用：农业废弃物处理农业废弃物，如畜禽粪便、农作物秸秆等，可以利用沼气发酵技术转化为沼气。
这不仅可以解决废弃物处理的问题，还可以为农户提供清洁能源，降低能源成本。
城市生活垃圾处理城市生活垃圾中含有大量的有机物，通过沼气发酵技术可以将其转化为沼气，用作能源供应。
这可以减少垃圾填埋的压力，降低环境污染。
工业有机废水处理工业生产中产生的有机废水经过沼气发酵处理，可以将有机物转化为沼气，同时净化废水。
这种方法不仅可以实现废物资源化，还可以节约能源和减少污染。
农田施肥沼气发酵后的废渣是一种有机肥料，可以用于农田施肥。
这不仅可以提高土壤肥力，还可以减少化学肥料的使用，降低农业对化石燃料的依赖。
优势和前景沼气发酵技术有着以下优势和广阔的前景：1.可再生能源：沼气是一种可再生能源，可以替代传统的化石燃料，减少碳排放。
2.废物处理：沼气发酵技术可以将大量的有机废物转化为沼气，解决废物处理的问题。
3.能源自给自足：利用沼气发酵技术可以为农户、工厂和城市提供清洁能源，降低能源成本。
4.农田施肥：废渣可以作为有机肥料，提高农田的肥力，减少对化学肥料的需求。
5.环境友好：沼气发酵技术可以减少垃圾填埋、污染物排放等对环境的负面影响。
6.经济效益：沼气发酵技术可以创造就业机会，并带动相关产业的发展。
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；
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1. 地球上甲烷的产生和分解循环 2. 沼气发酵原理 3. 沼气工程技术 4. 讨论与展望
第一节 地球上甲烷的产生和分解循环 一、地球上甲烷的循环过程
二、地球上甲烷的产生和分解过程
产甲烷菌主要有两种途径利用底物生成甲烷：
• 利用乙酸：H3C-COOH----CH4+CO2 • 利用氢和二氧化碳：4H2+CO2--CH4+2H2O
1、不产甲烷菌及其作用
（1）发酵性细菌 ➢发酵性细菌将可溶性物质吸收进入细胞后，
经发酵作用将其转化为乙酸、丙酸、丁酸 脂肪酸和醇类，同时产生一定数量的氢和 二氧化碳。 ➢参与水解反应的发酵性细菌是复杂的混合 菌群，种类繁多。
发酵性细菌的主要功能：
➢部分水解细菌分泌的胞外水解酶的催化作 用下，将大分子不溶性有机物水解成小分 子的水溶性有机物。
产甲烷菌具有以下特性
• 生长在严格厌氧环境 • 营养特性：利用简单的碳素化合物；利用
铵态氮为氮源；需要某些维生素和微量元 素。 • 偏中性的pH环境 • 生长繁殖缓慢
3、产甲烷细菌与不产甲烷菌的相互作用
① 不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖的底 物。
② 不产甲烷菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还 原电位。
第二节 沼气发酵原理
各种有机质（包括农作物秸秆、畜禽粪便 以及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，做种转化成沼气，完成这一复杂的 过程，即为沼气发酵。
一、沼气的理化性质
（1）甲烷
• 甲烷是无色、无味、可燃和微毒气体。 • 甲烷燃烧产生明亮的蓝色火焰，然而有可
➢第三阶段，产甲烷阶段。产甲烷菌利用乙 酸、乙酸盐、H2和CO2产生甲烷。
三、沼气发酵条件
1、严格的厌氧环境 ➢建造一个不漏水、不漏气的密闭沼气池。
是人工制取沼气的关键。 ➢厌氧程度用氧化还原电位来表示。
• 常温消化 • 中温消化 • 高温消化
2、发酵温度
3、发酵原料
（1）总固体和挥发性固体
➢ 总固体：又称干物质，是指发酵原料ห้องสมุดไป่ตู้去水分后 剩下的物质。测定方法：把样品放在105℃的烘 干箱中烘干至恒重，此时物质的质量就是该样品 的总固体重量。
主要反应过程
• 丙酸 CH3CH2COOH+2H2O---CH3COOH+CO2+3H2
• 丁酸 CH3CH2CH2COOH+2H2O---2CH3COOH+2H2
• 乙醇 CH3CH2OH+2H2O----CH3COOH+2H2 • 乳酸 CH3CHOHCOOH+H2O----
CH3COOH+CO2+H2
➢发酵细菌将水解产物吸入细胞内，经细胞 内复杂的酶系统的催化下将一部分有机物 转化为代谢产物，排入细胞外的溶液，成 为参与下一阶段生化反应的细菌菌群吸收 利用的基质。
（2）产氢产乙酸细菌
发酵性细菌将复杂有机物分解发酵产生的有 机酸和醇类，除乙酸、甲酸和甲醇外均不 能被产甲烷菌所利用，其余的发酵产物必 须由产氢、产乙酸菌将其分解转化成乙酸、 氢和二氧化碳。
③ 不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除了有毒物质。 ④ 产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除了
反馈抑制。 ⑤ 不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的
适宜pH。
（二）沼气产生的生理生化机理 1、两阶段理论
• 酸性发酵阶段：主要功能是复杂的有机物 如糖类、脂肪和蛋白质等，在产酸菌（厌 氧或兼性厌氧）的作用下被分解成低分子 的中间产物。
第一阶段 水解酸化阶段：复杂的大分子、 不溶性有机物在微生物胞外酶作用下水解 成简单的可溶性小分子有机物，然后这些 简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧 发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等挥 发性有机酸和醇类、醛类等。
➢第二阶段，产氢产乙酸阶段。产氢产乙酸 菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第一阶段 产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸 和醇类转化成乙酸、H2和CO2。
• 产甲烷阶段：又称碱性发酵阶段。产甲烷 菌（专性厌氧菌）利用前一阶段的中间产 物，并将其分解转化为CH4和CO2，同时系 统中有NH4+的存在，使发酵液的pH不断升 高。
2、三阶段理论
该理论认为产甲烷细菌只能利用一些简单有 机物作为基质，其中主要是一些简单的一 碳物质如甲酸、甲醇、甲基胺类以及H2、 CO2等，二碳物质中只有乙酸，而不能利用 其他二碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇 类。长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙 酸菌转化为乙酸、 H2、CO2等，才能被产 甲烷菌利用。
甲烷的消耗有两种途径，在大气中与对羟自 由基反应被清除，在土壤中被甲烷氧化菌 氧化。
三、地球上甲烷的产生和分解量
在自然环境条件下，甲烷含量应处于“源 汇”平衡的状态。但在过去200年中，大气 中甲烷含量增长了一倍多，对流层甲烷浓 度呈线性上升趋势。
四、地球上甲烷引起的温室效应
温室效应是指大气中能使太阳短波辐射达 到地面，但地表向外放出的长波热辐射却 被大气吸收，这样就使得地表与低层大气 温度增高。
产氢产乙酸菌主要有： ➢脱硫弧菌 ➢普通脱硫弧菌 ➢沃尔夫互营单胞菌 ➢沃林互营杆菌
（3）产氢产乙酸细菌
也称同型乙酸菌，这是一类既能自养生活 又能异氧生活的混合营养型细菌。它们既 能利用H2+CO2生成乙酸，也能代谢糖类产 生乙酸。 2CO2+4H2----CH3COOH+2H2O C6H12O6-----CH3COOH
常见的同型产乙酸细菌
• 伍迪乙酸梭菌 • 威林格乙酸梭菌 • 乙酸梭菌 • 威林格乙酸杆菌
2、产甲烷菌
产甲烷菌是一群形态多样，具有特殊细胞成 分，可以代谢H2和CO2及少数几种简单有 机物生成甲烷的严格厌氧古菌。 ➢食氢产甲烷菌 ➢是乙酸产甲烷菌
产甲烷菌在厌氧条件下将前三群不产甲烷 细菌代谢的产物，在没有外源氢受体的情 况下，把乙酸和H2/CO2---CH4、CO2和水， 使有机物在厌氧条件下的分解作用得以顺 利完成。
能偏绿。 CH4+O2=CO2+2H2O+890KJ
（2）二氧化碳 常温下是一种无色无味气体，密度比空气 略大，能溶于水。
（3）硫化氢 有毒气体，微量时具有恶臭，沼气中的臭 味主要来自硫化氢。
二、微生物学原理
（一）沼气产生中的厌氧微生物及其作用 五大生理类群的细菌参与发酵过程： ➢发酵性细菌 ➢产氢产乙酸菌 ➢耗氢产乙酸菌 ➢食氢产甲烷菌 ➢食乙酸产甲烷菌