沼气工程技术原理
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课程名称：《沼 气 工 程 设 计 与 施 工》
第二章 沼气工程技术原理
本章内容：
1 2 3 4 5
基本概念与参数 沼气发酵原理
沼气发酵的基本条件
几种常见厌氧反应器的原理及优缺点
作业、拓展及预习内容
第一节 基本概念与参数
1、原料有机物含量和沼气产量评价指标 （1）总固体（TS） 又称干物质浓度，指将一定量的原料放置在100~105℃烘箱内，烘干至恒 重，烘干物质占总重的百分比。单位：% （2） 悬浮固体含量（SS） 是指水中不能通过过滤器的固体物。测定方法：定量滤纸过滤水样，将 滤渣于100~105℃烘干称重得出。单位：g/L或mg/L （3）挥发性固体（VS）和挥发性悬浮固体（VSS） 将测过TS和SS的残留物进一步放于马弗炉中，于550±50 ℃灼烧至恒重 ，挥发部分占原烘干物的质量百分比。单位：% （4）总有机碳（TOC） 样品中有机碳（物质）的含量，CH4的物质来源。单位：mg/L或mg/kg；
第三节 沼气发酵的基本条件
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。 6、适宜的C/N比例 沼气发酵微生物对碳素需要量最多，其次是氮素。 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。 粪便属于富含氮（N）的原料，秸秆属于富含碳（C）的原料，因此， 可将秸秆、粪便按适当比例混合做发酵原料。
在一般的厌氧反应器中，约70%的甲烷由乙酸分解而来，其余30%的
甲烷大多来自H2对CO2的还原；
第三节 沼气发酵的基本条件
1、严格的厌氧环境 沼气发酵微生物当中产酸菌和产甲烷菌都是严格的厌氧性细菌，尤其是 产甲烷菌，对氧气特别敏感。它们不能在有氧的环境下生存，即使微量氧 存在，其生命活动也会受到抑制，甚至死亡。产甲烷菌要求在氧化还原电 位-330mv以下的环境生活，即：严格的厌氧环境。 2、适宜的发酵温度（8 ℃ ~65℃） 常温：10~30 ℃ 中温：35-45 ℃左右 高温：45-60 ℃左右 3、充足的发酵原料 原料是供给沼气发酵微生物进行正常生命活动所需的营养和能量，是 不断产生沼气的物质基础。
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
缺点： （1）消化器体积较大； （2）要有足够的搅拌，因此能耗较高； （3）生产用大型消化器难以做到完全混合； （4）底物流出该系统时未完全消化，微生物随 出料而流失； 三、塞流式反应器（PFR） 亦称推流式反应器，是一种长方形的非完全混 合消化器。高浓度悬浮固体原料从一端进入，从另
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。
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
二、全混式反应器（CSTR） 又名高速消化器，是在常规厌氧反应 器内安装了搅拌装置。 优点： （1）可进入高SS原料（TS20%）； （2）消化器内物料混合均匀，活性区 遍布整个消化器，增加了底物和微生物 的接触机会，效率高； （3）消化器内温度分布均匀； （4）进入消化器的物料能够迅速分散 ，保持较低的浓度水平； （5）避免了浮渣、结壳、堵塞、气体 逸出不畅和短流现象；
（4）在水力负荷较高或悬浮物较多时易流失活性污泥和微生物，运行技 术要求较高。
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
五、升流式反应器（ USR ） 是一种结构简单、适用于高悬浮固 体原料厌氧处理的反应器。 发酵原料从底部进入反应器，与反 应器内活性污泥接触，实现污染物的 快速降解。未被消化降解的固体颗粒 和活性污泥依靠自然沉降滞留在反映 其内，上清液从反应器上部溢出。 该反应器结构简单，无需搅拌，可 进入高悬浮固体发酵原料（TS＞12% 以上），而且不需出水回流和三相分 离器装置，特别适用于高浓度、高悬
第三节 沼气发酵的基本条件
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。（实物展示） 8、搅拌 搅拌的目的是使发酵原料分布均匀，增加沼气发酵微生物与原料的接触 ，加快发酵速度，提高产气量。同时也可防止大量原料浮渣结壳，致使原 料利用率降低，阻碍产生沼气的释放。
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。
第二节 沼气发酵原理
3、主要的沼气发酵理论： （1）二阶段理论 1936年由Barker首次提出，简要描述了沼气的发酵过程，该理论认为沼 气发酵可分为两个阶段，即产酸阶段和产甲烷阶段； 由于两阶段理论解释了沼气发酵的主要过程，而且对实际工程有很好的 指导作用，因此，目前应用仍较为广泛；
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
优点： （1）除三相分离器外，消化器结构简单，无搅拌装置及填料； （2）有机负荷大大提高； （3）颗粒污泥的形成使厌氧微生物天然固定化，增加了工艺的稳定性； （4）出水悬浮物含量低；
缺点：
（1）需要安装三相分离器； （2）需要安装布水装置；
（3）要求进水固体ห้องสมุดไป่ตู้浮物含量低；
第一节 基本概念与参数
（4）污泥停留时间（SRT） 单位生物量在处理系统中的平均停留时间。 （5）污泥体积指数（SVI） 曝气池出口处的混合液在静置30min后，每克悬浮固体所占的体积（mL ）。或单位体积水样在静置30min后，污泥的体积数（mL）。 是衡量污泥沉降性能的重要指标。 （6）污泥的比产甲烷活性 指单位质量的厌氧活性污泥产甲烷的最大速率。单位：m3· 4/（ CH
复杂有机物
（碳水化合物、蛋白质、脂类）
与Bryant等人提出三阶段理论同时，Zeikus等人提出了沼气发酵四阶段 理论，该理论在三阶段理论的基础上增加了耗氢产乙酸过程，即由耗氢产 、醇类 乙酸产乙酸菌把H ＋CO 脂肪酸（丙酸、丁酸、乳酸等） 转化为乙酸（CH3COOH），形成了水解阶段、
2 2
Ⅰ
发酵性细菌
kgVSS· d）。
该参数表示了厌氧活性污泥所具有的潜在产甲烷能力。
第二节 沼气发酵原理
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；
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
四、升流式厌氧污泥床反应器 （UASB） UASB是目前发展最快 的消化器，其特征是自下而 上流动的污水通过膨胀的颗 粒状污泥床被消化分解，整 个反应器分为三个区，即污 泥床、污泥层和三相分离器 。沼气工程发酵原料在污泥 床和污泥层去被消化分解， 产生的沼气随升流的固体、 液体在三相分离器区实现分 离并被收集。
第一节 基本概念与参数
（5）化学需氧量（COD） 指在一定条件下，水中的有机物被强氧化剂（重铬酸钾）完全氧化，消 耗氧化剂的量，以氧气（O2）表示。单位：mg/L
（6）生化需氧量（COD）
由于微生物活动，将水中的有机物氧化分解所消耗的氧的量。通常用在 20 ℃恒温培养5d，所消耗的溶解氧的量来衡量，用BOD5。 （7）BOD5/COD 反应水中有机物被微生物分解程度。0.3～0.4～0.58。 表2-1 BOD5/COD值与可生物降解性参考数据 （8）原料产气量（产气潜力）
（视频：沼气工程技术原理）
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
概念：大中型沼气工程所采用的工程主体即厌氧反应器。 经过近几十年国内外研究及工程实践，常规厌氧反应器、全混式反应器 、塞流式反应器、升流式厌氧污泥床反应器、升流式反应器等5种类型比 较适合于大中型沼气工程实际。 一、常规厌氧反应器 密闭池体，仅为沼气发酵提供厌氧环境，无 搅拌装置，结构简单。 原料自然沉降，从上到下依次分层为：浮渣 层、上清液层、活性层、沉渣层。 沼气发酵活动旺盛场所只限于活性层。 发酵效率低，造价低廉，应用广泛；多于常 温下运行，采用批量或半批量发酵工艺。
指单位质量或单位体积的原料，在适宜条件下经厌氧微生物完全消化所 产生的沼气量。
单位：L/（kg· TS）或L/（kg· VS） （9）产气速率 指单位时间的产气量。单位： L/h
第一节 基本概念与参数
（10）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 2、厌氧反应器的运行参数 （1）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 kgCOD/m3· d表示。沼气工程上常用kgTS/m3· d或kgVS/m3· d表示。
可溶性有机物
产 酸 阶 段
不溶性有机物
细菌细胞
有机酸、醇、 CO2、H2
其他产物
细菌细胞
CH4、CO2
产 甲 烷 阶 段
第二节 沼气发酵原理
（二）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，即水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段； （三）四阶段理论
第二节 沼气发酵原理
第二节 沼气发酵原理
（5）不产甲烷菌 在沼气发酵系统中，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。 二者的关系： 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；
一段流出，发酵原料在消化器内的流动呈活塞式推
移状态，随着料液的流动，原料依次经水解酸化阶 段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段被逐步降解。实 际应用中，为减少反应器占地及工程施工方便，常 采用消化器内设置挡板的方式。
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
优点： （1）不需搅拌，结构简单，能耗低； （2）除适用于高悬浮物的废物处理外，尤其适用于牛粪的消化； （3）运转方便，故障少，稳定性高； 缺点： （1）固体物质可能沉于底部，影响消化器的有效体积； （2）需要固体和微生物的回流作为接种物； （3）由于反应器体积/面积的比值较小，难以保持温度恒定； （4）易产生结壳；
（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。
第二节 沼气发酵原理
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
容积负荷是消化器设计和运行的重要参数。
（2）厌氧反应器污泥负荷 指每千克厌氧活性污泥每天所承受的有机物的量，单位： kgCOD/（VSS· d）。是衡量厌氧活性污泥活性（对有机物分解能力）的 重要指标。 （3）水力滞留时间（HRT） 指进入消化器的水在反应器内的平均停留时间，单位d或h。
HRT（d）=消化器有效容积（m3）/每天进料量（m3）
Ⅱ 产氢产乙酸细菌 发酵（或酸化）阶段、产乙酸阶段、产甲烷阶段；
乙 酸
Ⅳ 耗氢产乙酸细菌 Ⅲ 产甲烷细菌
H2＋CO2
CH4＋CO2
第二节 沼气发酵原理
产甲烷阶段的生化过程： 乙酸 H2＋CO2 甲酸 甲醇 CH3COOH＝CH4 ＋CO2 H2 ＋CO2 ＝CH4 ＋H2O 4HCOOH ＝CH4 ＋ 3CO2＋ 2H2O 3CH3OH ＝3CH4 ＋ CO2＋ 2H2O
第二章 沼气工程技术原理
本章内容：
1 2 3 4 5
基本概念与参数 沼气发酵原理
沼气发酵的基本条件
几种常见厌氧反应器的原理及优缺点
作业、拓展及预习内容
第一节 基本概念与参数
1、原料有机物含量和沼气产量评价指标 （1）总固体（TS） 又称干物质浓度，指将一定量的原料放置在100~105℃烘箱内，烘干至恒 重，烘干物质占总重的百分比。单位：% （2） 悬浮固体含量（SS） 是指水中不能通过过滤器的固体物。测定方法：定量滤纸过滤水样，将 滤渣于100~105℃烘干称重得出。单位：g/L或mg/L （3）挥发性固体（VS）和挥发性悬浮固体（VSS） 将测过TS和SS的残留物进一步放于马弗炉中，于550±50 ℃灼烧至恒重 ，挥发部分占原烘干物的质量百分比。单位：% （4）总有机碳（TOC） 样品中有机碳（物质）的含量，CH4的物质来源。单位：mg/L或mg/kg；
第三节 沼气发酵的基本条件
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。 6、适宜的C/N比例 沼气发酵微生物对碳素需要量最多，其次是氮素。 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。 粪便属于富含氮（N）的原料，秸秆属于富含碳（C）的原料，因此， 可将秸秆、粪便按适当比例混合做发酵原料。
在一般的厌氧反应器中，约70%的甲烷由乙酸分解而来，其余30%的
甲烷大多来自H2对CO2的还原；
第三节 沼气发酵的基本条件
1、严格的厌氧环境 沼气发酵微生物当中产酸菌和产甲烷菌都是严格的厌氧性细菌，尤其是 产甲烷菌，对氧气特别敏感。它们不能在有氧的环境下生存，即使微量氧 存在，其生命活动也会受到抑制，甚至死亡。产甲烷菌要求在氧化还原电 位-330mv以下的环境生活，即：严格的厌氧环境。 2、适宜的发酵温度（8 ℃ ~65℃） 常温：10~30 ℃ 中温：35-45 ℃左右 高温：45-60 ℃左右 3、充足的发酵原料 原料是供给沼气发酵微生物进行正常生命活动所需的营养和能量，是 不断产生沼气的物质基础。
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
缺点： （1）消化器体积较大； （2）要有足够的搅拌，因此能耗较高； （3）生产用大型消化器难以做到完全混合； （4）底物流出该系统时未完全消化，微生物随 出料而流失； 三、塞流式反应器（PFR） 亦称推流式反应器，是一种长方形的非完全混 合消化器。高浓度悬浮固体原料从一端进入，从另
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。
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
二、全混式反应器（CSTR） 又名高速消化器，是在常规厌氧反应 器内安装了搅拌装置。 优点： （1）可进入高SS原料（TS20%）； （2）消化器内物料混合均匀，活性区 遍布整个消化器，增加了底物和微生物 的接触机会，效率高； （3）消化器内温度分布均匀； （4）进入消化器的物料能够迅速分散 ，保持较低的浓度水平； （5）避免了浮渣、结壳、堵塞、气体 逸出不畅和短流现象；
（4）在水力负荷较高或悬浮物较多时易流失活性污泥和微生物，运行技 术要求较高。
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
五、升流式反应器（ USR ） 是一种结构简单、适用于高悬浮固 体原料厌氧处理的反应器。 发酵原料从底部进入反应器，与反 应器内活性污泥接触，实现污染物的 快速降解。未被消化降解的固体颗粒 和活性污泥依靠自然沉降滞留在反映 其内，上清液从反应器上部溢出。 该反应器结构简单，无需搅拌，可 进入高悬浮固体发酵原料（TS＞12% 以上），而且不需出水回流和三相分 离器装置，特别适用于高浓度、高悬
第三节 沼气发酵的基本条件
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。（实物展示） 8、搅拌 搅拌的目的是使发酵原料分布均匀，增加沼气发酵微生物与原料的接触 ，加快发酵速度，提高产气量。同时也可防止大量原料浮渣结壳，致使原 料利用率降低，阻碍产生沼气的释放。
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。
第二节 沼气发酵原理
3、主要的沼气发酵理论： （1）二阶段理论 1936年由Barker首次提出，简要描述了沼气的发酵过程，该理论认为沼 气发酵可分为两个阶段，即产酸阶段和产甲烷阶段； 由于两阶段理论解释了沼气发酵的主要过程，而且对实际工程有很好的 指导作用，因此，目前应用仍较为广泛；
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
优点： （1）除三相分离器外，消化器结构简单，无搅拌装置及填料； （2）有机负荷大大提高； （3）颗粒污泥的形成使厌氧微生物天然固定化，增加了工艺的稳定性； （4）出水悬浮物含量低；
缺点：
（1）需要安装三相分离器； （2）需要安装布水装置；
（3）要求进水固体ห้องสมุดไป่ตู้浮物含量低；
第一节 基本概念与参数
（4）污泥停留时间（SRT） 单位生物量在处理系统中的平均停留时间。 （5）污泥体积指数（SVI） 曝气池出口处的混合液在静置30min后，每克悬浮固体所占的体积（mL ）。或单位体积水样在静置30min后，污泥的体积数（mL）。 是衡量污泥沉降性能的重要指标。 （6）污泥的比产甲烷活性 指单位质量的厌氧活性污泥产甲烷的最大速率。单位：m3· 4/（ CH
复杂有机物
（碳水化合物、蛋白质、脂类）
与Bryant等人提出三阶段理论同时，Zeikus等人提出了沼气发酵四阶段 理论，该理论在三阶段理论的基础上增加了耗氢产乙酸过程，即由耗氢产 、醇类 乙酸产乙酸菌把H ＋CO 脂肪酸（丙酸、丁酸、乳酸等） 转化为乙酸（CH3COOH），形成了水解阶段、
2 2
Ⅰ
发酵性细菌
kgVSS· d）。
该参数表示了厌氧活性污泥所具有的潜在产甲烷能力。
第二节 沼气发酵原理
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；
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
四、升流式厌氧污泥床反应器 （UASB） UASB是目前发展最快 的消化器，其特征是自下而 上流动的污水通过膨胀的颗 粒状污泥床被消化分解，整 个反应器分为三个区，即污 泥床、污泥层和三相分离器 。沼气工程发酵原料在污泥 床和污泥层去被消化分解， 产生的沼气随升流的固体、 液体在三相分离器区实现分 离并被收集。
第一节 基本概念与参数
（5）化学需氧量（COD） 指在一定条件下，水中的有机物被强氧化剂（重铬酸钾）完全氧化，消 耗氧化剂的量，以氧气（O2）表示。单位：mg/L
（6）生化需氧量（COD）
由于微生物活动，将水中的有机物氧化分解所消耗的氧的量。通常用在 20 ℃恒温培养5d，所消耗的溶解氧的量来衡量，用BOD5。 （7）BOD5/COD 反应水中有机物被微生物分解程度。0.3～0.4～0.58。 表2-1 BOD5/COD值与可生物降解性参考数据 （8）原料产气量（产气潜力）
（视频：沼气工程技术原理）
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
概念：大中型沼气工程所采用的工程主体即厌氧反应器。 经过近几十年国内外研究及工程实践，常规厌氧反应器、全混式反应器 、塞流式反应器、升流式厌氧污泥床反应器、升流式反应器等5种类型比 较适合于大中型沼气工程实际。 一、常规厌氧反应器 密闭池体，仅为沼气发酵提供厌氧环境，无 搅拌装置，结构简单。 原料自然沉降，从上到下依次分层为：浮渣 层、上清液层、活性层、沉渣层。 沼气发酵活动旺盛场所只限于活性层。 发酵效率低，造价低廉，应用广泛；多于常 温下运行，采用批量或半批量发酵工艺。
指单位质量或单位体积的原料，在适宜条件下经厌氧微生物完全消化所 产生的沼气量。
单位：L/（kg· TS）或L/（kg· VS） （9）产气速率 指单位时间的产气量。单位： L/h
第一节 基本概念与参数
（10）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 2、厌氧反应器的运行参数 （1）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 kgCOD/m3· d表示。沼气工程上常用kgTS/m3· d或kgVS/m3· d表示。
可溶性有机物
产 酸 阶 段
不溶性有机物
细菌细胞
有机酸、醇、 CO2、H2
其他产物
细菌细胞
CH4、CO2
产 甲 烷 阶 段
第二节 沼气发酵原理
（二）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，即水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段； （三）四阶段理论
第二节 沼气发酵原理
第二节 沼气发酵原理
（5）不产甲烷菌 在沼气发酵系统中，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。 二者的关系： 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；
一段流出，发酵原料在消化器内的流动呈活塞式推
移状态，随着料液的流动，原料依次经水解酸化阶 段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段被逐步降解。实 际应用中，为减少反应器占地及工程施工方便，常 采用消化器内设置挡板的方式。
第四节 几种常见反应器的原理及优缺点
优点： （1）不需搅拌，结构简单，能耗低； （2）除适用于高悬浮物的废物处理外，尤其适用于牛粪的消化； （3）运转方便，故障少，稳定性高； 缺点： （1）固体物质可能沉于底部，影响消化器的有效体积； （2）需要固体和微生物的回流作为接种物； （3）由于反应器体积/面积的比值较小，难以保持温度恒定； （4）易产生结壳；
（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。
第二节 沼气发酵原理
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
容积负荷是消化器设计和运行的重要参数。
（2）厌氧反应器污泥负荷 指每千克厌氧活性污泥每天所承受的有机物的量，单位： kgCOD/（VSS· d）。是衡量厌氧活性污泥活性（对有机物分解能力）的 重要指标。 （3）水力滞留时间（HRT） 指进入消化器的水在反应器内的平均停留时间，单位d或h。
HRT（d）=消化器有效容积（m3）/每天进料量（m3）
Ⅱ 产氢产乙酸细菌 发酵（或酸化）阶段、产乙酸阶段、产甲烷阶段；
乙 酸
Ⅳ 耗氢产乙酸细菌 Ⅲ 产甲烷细菌
H2＋CO2
CH4＋CO2
第二节 沼气发酵原理
产甲烷阶段的生化过程： 乙酸 H2＋CO2 甲酸 甲醇 CH3COOH＝CH4 ＋CO2 H2 ＋CO2 ＝CH4 ＋H2O 4HCOOH ＝CH4 ＋ 3CO2＋ 2H2O 3CH3OH ＝3CH4 ＋ CO2＋ 2H2O