《沼气工程技术》复习提纲

第一讲1、沼气的产生沼气是多种有机质在一定温度、湿度、酸碱度及厌氧条件下，经微生物分解代谢所产生的一种可燃性混合气体。

沼气的产生过程称为沼气发酵，国际上统称厌氧消化。

地球上每年由光合作用生成4×1011吨有机物，其中约5%以不同形式在厌氧条件下被微生物分解生成沼气。

2、沼气工程的概念①最初是指以粪便、秸秆等农业废弃物为原料，以沼气生产为目标的系统工程。

单纯追求能源生产。

目前已拓展为以各种有机废弃物厌氧发酵为手段，以追求能源为目标，最终实现沼气、沼液、沼渣的综合利用。

②沼气工程是以农业废弃物和有机垃圾的厌氧消化为主要技术环节，集污水处理、沼气生产、资源化利用为一体的系统工程。

3、发展沼气的意义减少碳排放，保护生态环境；为农村（城市）提供清洁、可再生能源（资源）；合理处置农业有机废弃物资源；改善农村卫生条件，提高农民生活水平；开展综合利用，调整农业生产模式，发展“生态高值”农业；减少农业生产投资，增加农民收入；带动沼气及相关产业发展；缓解能源供应紧张局面等。

第二讲沼气发酵是一个由多种类群细菌参与完成的，通过分解有机物并产生以CH4和CO2为主要产物的，复杂的微生物学过程。

1、沼气发酵的特点沼气发酵是一个复杂的生物化学过程，具有以下特点：（1）参与发酵微生物种类繁多，混菌发酵。

（2）发酵原料复杂，来源广泛，可处理高浓度有机废水（COD大于50000mg/L）；（3）厌氧发酵自身能耗低，相同条件下仅为好氧分解的1/30~1/20；（4）沼气发酵装置（厌氧反应器）种类繁多，条件适合，均可产气；（5）产甲烷菌要求氧化还原电位-330mv以下，即严格厌氧环境。

2、参与沼气发酵的细菌（沼气发酵的微生物类群）（1）发酵性细菌水解纤维素、蛋白质、脂类为可溶性糖类、肽、氨基酸和脂肪酸等。

水解菌（大多为厌氧菌，也有兼性菌）：梭状芽孢杆菌、拟杆菌、丁酸菌、嗜热双歧杆菌、产气梭状芽孢杆菌、产琥珀酸梭状菌、北京丙酸杆菌和产氢螺旋体等。

（2）产氢产乙酸菌将上述分解物（主要为有机酸）进一步分解为乙酸、H2和CO2（3）耗氢产乙酸菌将H2和CO2合成为乙酸，以及代谢糖类产生乙酸。

（4）产甲烷菌甲烷形成是由一群生理上高度专化的细菌——产甲烷菌所引起的。

产甲烷菌是厌氧消化过程中所形成的食物链中的最后一组成员。

将乙酸和H2/CO2转化为沼气。

（5）不产甲烷菌沼气发酵系统中不直接产生甲烷的微生物，主要包括一些好氧菌、兼性厌氧菌和专性厌氧菌。

主要作用为将复杂的大分子有机物降解成简单小分子有机物。

3、产甲烷菌和不产甲烷菌的微生态关系①不产甲烷菌为产甲烷菌提供食物；②不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的厌氧环境；③不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质；④产甲烷菌为不产甲烷菌清除代谢废物，解除反馈抑制；⑤不产甲烷菌与产甲烷菌共同维持发酵环境的pH值。

4、沼气的主要成分甲烷（CH4）50%~70%，二氧化碳（CO2）30%~40%，其余为少量的硫化氢（H2S）、氮气（N2）、氢气（H2）和一氧化碳（CO）等气体，共约占5%。

PS：标准沼气是指甲烷含量60%，二氧化碳含量40%的沼气。

5、沼气的特性沼气是一种高热值的燃料，每立方米沼气的热值约为20000~22000千焦，约合5000大卡。

相当于1.45立方米煤气、0.69立方米天然气或0.714公斤标准煤。

沼气燃烧时最高温度可达到1200℃。

沼气热值：20000~22000kJ/m3，约沼气热值：5000大卡；煤气热值：15000kJ/m3，3580大卡；天然气：37000~39000kJ/m3，9300大卡；液化石油气：50000kJ/m3，11900大卡；6、沼气发酵的三阶段理论1979年，Bryant等人提出，将沼气发酵过程分成由三大代谢类群微生物引起的三阶段理论，即水解（液化）阶段、产酸阶段和产甲烷阶段；7、产甲烷阶段甲烷产生的生化过程乙酸CH3COOH＝CH4＋CO2H2＋CO2H2＋CO2＝CH4＋H2O甲酸4HCOOH ＝CH4＋3CO2＋2H2O甲醇3CH3OH ＝3CH4＋CO2＋2H2O 在一般的厌氧反应器中，约72%的甲烷由乙酸分解而来，其余28%的甲烷大多来自H2对CO2的还原；8、不同有机物厌氧发酵产甲烷的生化过程C1-水解产酸阶段产氢产酸阶段产甲烷阶段第三讲（1）严格厌氧环境；（2）适宜、稳定的发酵温度（8 ℃ ~65℃）常温：10~20 ℃；中温：20-45 ℃，35±2℃为宜；高温：45-65 ℃，55±2℃为宜（3）适宜的发酵原料粪便、秸秆等农业有机废弃物及酒糟、糖渣、高浓度有机肥水等工业有机废弃物，但应控制有毒及抑制厌氧微生物活动的原料进入。

（4）适宜的料液浓度（以TS浓度计算）沼气发酵可在2～30%的范围内运行。

浓度在20%以下称湿发酵，以上称为干发酵；夏季及南方地区气温较高，料液浓度可以低一些，6%~8%即可；冬季及北方地区气温较低，料液浓度要求高一些，一般可达10%~12%。

（5）中性略偏碱的pH值沼气微生物最适宜的pH值范围是6.8~7.5，即中性稍偏碱。

（6）合适的C/N比例一般认为最佳的碳氮比为25：1，但并不十分严格，20：1到40：1的范围内都可正常发酵。

（7）足量、优质的接种物（活性污泥）引入产甲烷菌群，实现快速启动及正常产气的基础。

一般要求接种物达到发酵料液总量的10～30%，才能保证正常启动和旺盛产气。

常用的接种物来源包括：①正常使用的沼气工程内的活性污泥及沼液；②使用多年的厕所底泥；③阴沟底泥；④沤制半年以上的各种粪便的底泥；⑤人工厌氧堆沤方法制备的接种物。

厌氧消化过程生成的H2S使污泥呈黑色，因此发育良好的污泥一般为油亮的黑色。

一般采用每克VSS的每天最大甲烷产量750mL的污泥作为标准厌氧活性污泥。

（8）合理的搅拌搅拌有利于发酵原料与沼气发酵微生物充分接触，混合均匀，促进传质；有利于产生沼气及时逸出，具有破壳作用；搅拌可明显提高沼气工程产气效率，对各规模沼气工程均十分重要。

（9）合理的消化器有机负荷：需根据不同发酵阶段、原料类型、工程效率等来确定。

第四讲1、固体物（1）总固体（TS）：是悬浮固体（SS）和溶解固体（DS）的总和，以单位质量样品在100-105℃蒸发干后残留物的重量表示，单位%。

悬浮固体（SS），指样品经离心或过滤后得到的悬浮物经蒸发后所剩余固体物质的量；（2）挥发性固体（VS）：表示样品中悬浮物、胶体和溶解性物质中有机物的量。

它是总固体（TS）在550 ℃-600℃灼烧2小时（至恒重）后损失的量。

单位%。

2、化学需氧量（COD）COD是指水样中能被化学氧化剂氧化的物质，在规定条件下进行化学氧化过程中所消耗的氧的数量，以每升水样中消耗氧的毫克数表示。

常用的化学氧化剂有重铬酸钾和高锰酸钾。

单位mg/L，一般表示为：COD Cr3、生化需氧量（BOD5）BOD5指水样中微生物分解有机物过程中所消耗的水中溶解氧的量，以每升水样消耗溶解氧的毫克数表示。

一般都以20℃条件下，培养5天所消耗的氧来表示。

4、挥发性有机酸（VFA）VFA是厌氧消化过程中重要的中间产物，甲烷菌主要利用VFA生成甲烷，只有少部分甲烷由CO2和H2生成，但CO2和H2的生成也经过高分子有机物形成VFA的中间过程。

VFA在厌氧反应器中的积累能反映出甲烷菌的不活跃状态或反应器操作条件的恶化，较高的VFA（如乙酸）对甲烷菌有抑制作用。

因此反应器运行中，出水VFA是重要的监控制指标。

5、酸碱度（pH值）酸碱度是指溶液（发酵料液）中氢离子（H+）的浓度的负对数，用pH值来表示。

6、水力停留时间（HRT）水力滞留时间（HRT）是指进入沼气池的原料在沼气池内的平均停留时间，单位天。

（农村户用沼气池HRT一般为45-60天）HRT（d）=消化器有效容积（m3）/每天进料量（m3）7、污泥停留时间（SRT）也称为泥龄，至活性污泥在反应器内的平均停留时间。

SRT=反应器内污泥总量/排出反应器的污泥量。

8、微生物停留时间（MRT）MRT指从微生物细胞的生成到被置换出消化器的平均时间。

沼气工程实际中，采取可能的措施，尽可能做到：MRT> SRT >HRT9、原料产气率是指单位原料在一定条件下的产气量。

原料产气率是衡量原料分解好坏的一个重要指标。

农村沼气原料产气率的单位通常用“m3/kg（TS）”表示原料产气率有理论值、实验值和生产运行值三类。

不同原料产气量及产气速率随时间变化表10、容积负荷消化器单位体积每天所承受（能消化分解）的有机物的量，通常以kgTS/m3·d表示，即每天每立方米沼气池能够消化分解的干物质量；容积负荷是消化器设计和运行的重要参数。

11、池容产气率指单位时间、单位发酵罐容积的产气量。

单位：m3/m3·d；是衡量沼气池发酵水平和产气效率的重要指标，与发酵原料入池量、原料种类、厌氧消化器规模、消化时间、温度等有关。

第五讲1、户用沼气池的池型结构及运行原理①水压式沼气池的结构②水压式沼气池运行原理：水压式沼气池中，当发酵产生沼气逐步增多时，气压随之增高（沼气压力的大小可由安装于输气管线路上的压力表或压力计显示），出料间液面和池内液面形成压力差，因而将发酵间内的料液压到出料间，直至内外压力平衡为止。

当用户使用沼气时，池内气压下降，出料间中的料液便压回发酵间内，以维持内外压力新的平衡。

这样，不断地产气和用气，使发酵间和出料间的液面不断升降，气压水、水压气，始终维持压力平衡的状态。

2、户用沼气的池型介绍根据GB/T 4750-2002 户用沼气池标准图集；农村户用水压式沼气池按照建池材料分，主要有：砖砌沼气池、砖砌玻璃钢拱盖沼气池；砖混沼气池、砖混玻璃钢拱盖沼气池；混凝土板预制件沼气池；混凝土现浇沼气池和商品化沼气池（玻璃钢沼气池、工程塑料沼气池、红泥塑料沼气池等）等五大类型。

3、农村户用沼气池的选址和平面布局①池址宜选择在土质坚实、地势高、地下水位低、背风向阳、出料方便和周围没有遮阳建筑物的地方，尽量远离树木和公路。

不要在低洼、排水不便的地方建池。

②对于农村户用沼气池，考虑到物料来源、运行和管理方便，应尽可能将沼气池、畜禽舍、厕所三者结合起来修建，即“三结合”建池，通过沼气池建设实现厨房、厕所、圈舍的环境改善，即常说的“一池三改”。

另外，沼气池应尽可能建造在靠近用气的地方，以便节约输气管，保证沼气压力及稳定供给。

“三结合”建池示意图③建池池址要尽量避开竹林和树林，以防树根、竹根侵入池体内破坏池体，引起漏水、漏气。

当池基靠近房屋时，应根据开挖深度采取相应的保护和加固措施，防止损伤房屋地基基础。

另外，池址应该避开古墓、溶洞、滑坡、流砂等软地基地段。

④建设规模要与养殖规模相适应。