厌氧发酵制沼气课件

堆肥有机
厌 物微生物 氧 消 化 原 理
细胞物质 有机酸，醇类，O2， NH3，H2S等，能量， 微生物
细胞物质 CO2，CH4等，
能量
堆肥有机
厌 物(C、N、
氧 消
O、H、P、 S等)
化
细胞物质(微生物繁殖)
有机酸、醇类、 CO2 、 H2S 、 NH3 、 能量
细胞物质 CO2 、 CH4 等，能量
➢ 易操作，与好氧处理相比，厌氧消化处理不需要通风动 力，设施简单，运行成本低；
➢ 产物可再利用，用作农肥、饲料或堆肥化原料； ➢ 可杀死传染病细菌； ➢ 厌氧过程中会产生H2S等恶臭气体； ➢ 厌氧微生物的生长速率低，常规方法的处理效率低，设
备体积庞大；
厌氧消化原理
有机物厌氧消化一般可分为水解、产酸、产甲烷三个阶段，每一阶 段各有其独特的微生物类群起作用。水解阶段起作用的细菌称为发 酵细菌，产酸阶段起作用的细菌是醋酸分解菌。这两个阶段起作用 的细菌统称为不产甲烷菌。产甲烷阶段起作用的细菌是产甲烷细菌。
原
理
酸性发酵阶段
碱性发酵阶段
两段理论
发酵原料 生活垃圾、有机污泥、人畜粪便、农林废物。
常见发酵原料的理论产气量 甲烷产气量为： E=0.37A+0.49B+1.04C
式中E:每克发酵原料的理论产甲烷量，L; A、B、C：分别为每克发酵原料中碳水化合物、蛋白质、
脂肪类化合物的重量g。 二氧化碳理论产量为： D=0.37A+0.49B+0.36C
厌氧消化发展
➢ 我国厌氧消化技术的应用也有较长的历史。从50 年代末期，就在农村地区开始兴建沼气池。据报 道，目前全国建成的沼气池有700万个左右；有 5.2%的农村人口使用沼气能源照明和炊事。近20 年来，许多城市也相继建成了大型厌氧消化设施， 用来处理城市污泥和粪便。
厌氧消化技术的主要特点
➢ 过程可控性、生产过程全封闭； ➢ 资源化效果好，低品位的生物能转化为高品位的沼气；
➢ 化粪池
➢ 厌氧发酵历史：
➢ 1630年，欧洲海尔曼发现有机物腐烂过程中产生的一种可燃气体---沼气。
➢ 1896年，英国小城Exeter以污泥为原料建立厌氧消化池，沼气用于街道 照明。
➢ 19世纪80年代，中国广东沿海出现简易沼气发酵池，19世纪末出现瓦斯 库。
➢ 20世纪初，中国台湾罗国瑞从事天然瓦斯研究，于1920年建8m3小型沼 气池。
常见沼气发酵原料的组分和理论产气量
发酵料浆的配制
• 根据料浆中所要求的总固体百分含量，计算加水量。
MTSXXM10% 0
• 式中：MTS－沼气发酵料浆中总固体百分含量；
Байду номын сангаас
•
X－各种原料（包括水）的重量；
•
M－各种原料总固体的百分含量。
• 例题：人粪100kg，含总固体量20％；猪粪100kg，含总固 体量20％；稻草98.9kg，含总固体量90％。将其配置成总 固体含量为6％的发酵料浆，需加多少水（W）？
• 解：根据上6 式% 有 ：1 0 2% 0 0 1 0 2% 0 0 9.9 8 9% 0 1 0 10 0 9.0 9 8 W
• 原料的产气率和甲烷含量
常用总固体的量作原料单位表示原料的产气量。
• 原料的总固体百分含量和总固体量
M TS
W2 W1
100%
WTS W M TS
式中：MTS－发酵原料总固体百分含量， W1—发酵原料样品重量， W2—样品在105土2℃条件下烘干衡重量， W—发酵原料重量， WTS—发酵原料所含总固体量。
在水解阶段，发酵细菌对有机物进行体外酶解，使固体物质变成可 溶于水的物质，然后细菌再吸收可溶于水的物质，并将其酵解成为 不同产物。
在产酸阶段，产氢、产醋酸细菌把前一阶段产生的一些可溶性有机 物进一步分解成挥发性脂肪酸（丙酸、丁酸、乳酸、长链脂肪酸） 醇、酮、醛、CO2和H2等。
在产甲烷阶段，产甲烷菌将第二阶段的产物进一步降解成甲烷和 CO2，同时利用产酸阶段产生的H2将部分CO2转化成甲烷。
发酵原料
干稻草 鲜人粪 鲜猪粪
碳素占原料重量，%
42 2.5 7.8
氮素占原料的重 量，%
0.63 0.85 0.60
碳氮比(C：N)
67:1 3:1 13:1
K
Ci Xi
Ni Xi
K4% 2X12.5% 107 0 .8% 10 02:5 1 0.6% 3X10.8% 5100 0 .6% 100
➢ 20世纪50年代,中国推广沼气，有机废料厌氧消化产沼气有较大发展是进 20多年的事情。
➢ 70年代末、80年代初，中国农村沼气建设迅速发展。1996年底，全国建 池农户600万户以上，建成大中型沼气池460多座。仅大中型沼气池年处 理有机废物达3000万吨左右。
➢ 1980年，欧共体委员会曾经预测，欧洲10% --15%的能源将由新的替代 能源产品提供，使得厌氧消化技术的研究重新受到人们的注目。
• 例题：有1000kg猪粪，从中称取10g样品，在105℃烘至恒 重后的量为1.95g，求其总固体百分含量和总固体量。
• 解：
MTSW W1 210% 011.90510% 01.95% WTSWMTS10010.9% 519(k5g)
原料的碳氮比 混合原料碳氮比的计算
常用发酵原料的碳氮比
例：人粪和猪粪各100kg，配合成碳氮比为25：1的 混合发酵原料，需稻草多少kg？
8.2厌氧发酵制沼气
厌氧消化发展
➢ 厌氧消化是指在厌氧微生物的作用下，有控制地使废物中可生 物降解的有机物转化为CH4、CO2和稳定物质的生物化学过程。 由于厌氧消化可以产生以CH4为主要成分的沼气，故又称为甲烷 发酵
➢ 人类应用厌氧消化技术的历史十分悠久。早期大多是在农村利 用人畜粪便和一些农业废物进行小规模的厌氧发酵，产生的沼 气用于家庭取暖、照明和炊事等。厌氧消化技术最初的工业化 应用是作为粪便和污泥的减量化和稳定化手段得以实施的。厌 氧消化处理可以去除废物中30－50％的有机物，并使之稳定化。
X19.9 8(k)g
影响厌氧消化的因素
➢ 在有机物的厌氧消化过程中，各个不同反应的反应阶 段是相互衔接的，产甲烷菌、产酸菌和水解细菌的活 动处于动态平衡状态。厌氧消化过程应该对以下几个 因素加以控制。
影响厌氧消化的因素
（1）厌氧条件
厌氧消化最显著的一个特点是有机物在无氧的条件下被某种微生物 分解，最终转化成CH4、CO2。O2对产甲烷细菌有毒害作用，因此 需要严格的厌氧环境，判断厌氧程度可用氧化还原电位(Eh)表示， Eh应维持在-300mV左右