污水处理沼气生产工艺流程

污水处理沼气生产工艺操作流程

沼气生产工艺流程图

沼气发酵基本原理

沼气发酵又称为厌氧消化，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）的复杂的生物化学过程。

沼气发酵过程一般要经历三个阶段，即液化阶段、产酸阶段和产甲烷阶段。

沼气发酵过程的液化阶段

用作沼气发酵原料的有机物种类繁多，如禽畜粪便、作物秸秆、食品加工废物和废水，以及酒精废料等，其主要化学成分为多糖、蛋白质和脂类。其中多糖类物质是发酵原料的主要成分，它包括淀粉、纤维素、半纤维素、果胶质等。这些复杂有机物大多数在水

中不能溶解，必须首先被发酵细菌所分泌的胞外酶水解为可溶性糖、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能被微生物所吸收利用。发酵性细菌将上述可溶性物质吸收进入细胞后，经过发酵作用将它们转化为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类及一定量的氢、二氧化碳。在沼气发酵测定过程中，发酵液中的乙酸、丙酸、丁酸总量称为中挥发酸(TVA)。蛋白质类物质被发酵性细菌分解为氨基酸，又可被细菌合成细胞物质而加以利用，多余时也可以进一步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氢等。蛋白质含量的多少，直接影响沼气中氨及硫化氢的含量，而氨基酸分解时所生成的有机酸类，则可继续转化而生成甲烷、二氧化碳和水。脂类物质在细菌脂肪酶的作用下，首先水解生成甘油和脂肪酸，甘油可进一步按糖代谢途径被分解，脂肪酸则进一步被微生物分解为多个乙酸。

沼气发酵过程的产酸阶段

（1）产氢产乙酸菌

发酵性细菌将复杂有机物分解发酵所产生的有机酸和醇类，除甲酸、乙酸和甲醇外，均不能被产甲烷菌所利用，必须由产氢产乙酸菌将其分解转化为乙酸、氢和二氧化碳。

（2）耗氢产乙酸菌

耗氢产乙酸菌也称同型乙酸菌，这是一类既能自养生活能异养生活的混合营养型细菌。它们既能利用H2+CO2生成乙酸，也能代谢产生乙酸。通过上述微生物的活动，各种复杂有机物可生成有机酸和H2／CO2等。

沼气发酵过程中的产甲烷阶段

（1）产甲烷菌的类群

产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大类群。在沼气发酵过程中，甲烷的形成是由一群生理上高度专业化的古细菌--产甲烷菌所引起的，产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌，它们是厌氧消化过程食物链中的最后一组成员，尽管它们具有各种各样的形态，但它们在食物链中的地位使它们具有共同的生理特性。它们在厌氧条件下将前三群细菌代谢终产物，在没有外源受氢体的情况下把乙酸和H2／CO2转化为气体产生CH4／CO2，使有机物在厌氧条件下的分解作用以顺利完成。

目前已知的甲烷产生过程由以上两组不同的产甲烷菌完成。

①由CO2和H2产生甲烷反应为：

CO2+4H2—CH4+ 2H2O

②由乙酸或乙酸化合物产生甲烷反应为： CH3COOH—CH4+CO2

CH3COONH4+ H2O—CH4+ NH4 HCO3

（2）产甲烷菌的生理特性

①产甲烷菌的生长要求严格厌氧环境。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。

②产甲烷菌食物简单产甲烷菌只能代谢少数几种碳素底物生成甲烷。

③产甲烷菌适宜生存在pH值中性条件下

④产甲烷菌生长缓慢

发酵温度

沼气发酵的温度范围一般在10~60℃之间，温度对沼气发酵的影响很大，温度升高沼气发酵的产气率也随之提高，通常以沼气发酵温度区分为：高温发酵、中温发酵和常温发酵工艺。

（1）高温发酵工艺

高温发酵工艺指发酵料液温度维持50~60℃的范围之间，实际控制温度多在

53±2℃，该工艺的特点是微生物生长活跃，有机物分解速度快，产气率高，滞留时间短。采用高温发酵可以有效地杀灭各种致病菌和寄生虫卵，具有较好的卫生效果，从除害灭病和发酵剩余物肥料利用的角度看，选用高温发酵是较为实用的。但要维持消化器的高温运行，能量消耗较大。一般情况下，只有在有余热可利用的条件下，可采用高温发酵工艺，如处理经高温工艺流程排放的酒精废醪、柠檬酸废水和轻工食品废水等。

（2）中温发酵工艺

中温发酵工艺指发酵料液温度维持在35±2℃的范围之间，与高温发酵相比，这种工艺消化速度稍慢一些，产气率要稍低一些，但维持中温发酵的能耗较少，沼气发酵能总体维持在一个较高的水平，产气速度比较快，料液基本不结壳，可保证常年稳定运行。

（3）常温发酵工艺

常温发酵工艺指在自然温度下进行沼气发酵，发酵温度受气温影响而变化，我国农村户用沼气池基本上采用这种工艺。其特点是发酵料液的温度随气温、地温的变化而变化，一般料液温度低于10℃以后，产气效果很差。其好处是不需要对发酵料液温度进行控制，节省保温和加热投资；其缺点是同样投料条件下，一年四季产气率相差较大。南方农村沼气池在地下，还可以维持用气量。北方的沼气池则需建在太阳能暖圈或日光温室下，这样可确保沼气池安全越冬，维持正常产气。