《微生物能源》PPT课件

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④保持适当的料液浓度
❖ 在沼气发酵过程中，控制适当的料液浓度，可以有 效地提高产气率，料液太稀和太浓对产气都不利。 料液含水太多会降低沼气池单位容积产气率，不能 充分利用沼气池的有效容积；料液中含水过少，则 会造成有机酸的大量积累，使发酵作用受到阻碍。 沼气发酵液的浓度应随季节变化而有所不同。春、 秋季节发酵液浓度应稍大，为10％～15％；夏季发 酵液浓度可以低一点，为8％～9％；冬季寒冷，发 酵液浓度应在15％～20％。对农村家用沼气池来说， 沼气发酵最合适的料液浓度是7％～9％。
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❖ 近年来我国随着国民经济的快速发展，已建成大、 中型沼气池近千座，形成年产沼气数亿立方米的能 力。由于这些气源相对稳定、供气量大(如规模较大 的污水处理厂、垃圾填埋场一般日产沼气为1万m3 以上，中型的沼气工程日产气也可达数千立方米)， 采用燃气装置进行沼气发电，是国际上趋同的技术 路线。
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❖ 产甲烷阶段。经过前两个阶段的分解作用后，有 机溶液中产甲烷的基质已很丰富以及产氨细菌的 活动，使氨态氮浓度不断增高，使发酵液中的氧 化还原电势降低。为产甲烷细菌提供了适宜的环 境条件，促使产甲烷细菌迅速生长繁殖，将乙酸、 甲酸、甲醇、氢气及二氧化碳等转化为甲烷。产 甲烷菌的营养物质与产甲烷基质都是来自各类分 解菌对有机物进行分解而形成的代谢产物。分解 菌不断地提供乙酸、H2、CO2和NH3等基质，产 甲烷菌则利用这些物质进行代谢活动并产生甲烷， 使产甲烷菌与不产甲烷菌的生长和产甲烷与产酸 都达到平衡。
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②发酵原料应保持合适的碳氮比
❖ 发酵原料是产生沼气的物质基础，产沼气细菌从 原料中需吸取的主要营养物质是碳元素、氮元素 和一些无机盐等。碳元素多来源于碳水化合物， 是细菌进行生命活动的主要能量来源；氮元素多 来源于蛋白质、亚硝酸盐和氨等无机盐类，是制 造细菌细胞结构、细菌细胞原生质和遗传物质的 主要成分。在细菌的生命活动中，其利用碳素的 速度比其利用氮素的速度快20～30倍，因此，发 酵液中碳素和氮素应维持适当的比例。试验证明， 在其他条件都具备的情况下，碳／氮=(20～30)／ 1是满足正常发酵的最佳比例，而碳氮比高于或低 于这一比例，都会使发酵速度下降。
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（ 2） 沼气制取的基本条件
保证沼气池能够持续产气要满足以下基本条件： ①保证沼气池的密闭性 ❖ 在有机物质发酵产生沼气的过程中，起主导作用 的厌氧细菌(群)需要严格厌氧，不能在有氧环境 中生存，所以沼气池应保证严格的密闭性。当沼 气池施工完毕，池体各部位达到一定强度后，应 检验沼气池是否漏水和漏气。
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❖ 从环保角度讲，沼气中的甲烷是一种作用强烈的温 室气体，其导致温室效应的效果是二氧化碳的32倍， 因此，有效控制沼气排放已成为环保领域关注的重 要问题之一。从能源角度讲，沼气是性能良好的燃 料，燃气热值约为21．98MJ／m3(甲烷含量60%、 二氧化碳等其他含量为40％)时，属中等热值燃料， 因此，开发利用沼气不仅有助于温室效应的减轻和 生态良性循环，而且可替代部分石油、煤炭等化石 燃料。
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（一）沼气发酵原理及发酵条件
1. 原理
❖ 沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵或甲烷发酵， 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 生物化学过程。
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③保持适宜和稳定的发酵温度
❖ 沼气发酵是一种喜温发酵，温度对沼气的产生有 很大影响。产甲烷菌的生长和繁殖对温度要求较 高，最适宜温度绝大多数在30℃以上，理想的温 度为35℃，沼气的发酵温度范围为8～60℃，在 此范围内，沼气产量可随着温度的升高而增加。 沼气发酵温度可分为高温、中温和低温三类。一 般认为45～60℃为高温发酵，30～45℃为中温发 酵，而农村家用沼气池多采用低温发酵(也叫常温 发酵或自然发酵)，温度为8～25℃。常温发酵的 产气量往往随气温变化而变化，很不稳定。
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（1） 沼气发酵的三个阶段
❖ 液化阶段。在液化阶段，复杂有机物(纤维素、蛋 白质、脂肪等)在兼性微生物及少数厌氧微生物的 酶催化作用下降解至基本结构单位或简单有机酸、 醇等。
❖ 产酸阶段。液化产物被微生物吸收到菌体内，并 在胞内酶的催化作用下，将它们转化为低分子化 合物，如乙酸、丙酸、丁酸及乳酸等，还有乙醇、 甲醇以及氢等。乙酸数量最大，约占80％。
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❖ 观察池内各部位的抹灰层有无开裂和脱落现象，表 面有无蜂窝和明显毛细孔，并敲击表面有无空洞声。 若有蜂窝和明显毛细孔，应继续刷浆，孔洞和开裂 部位要敲掉重做。此外，还应注意导气管和池体连 接必须牢固。总之，修建一个严格密闭、隔绝空气 的沼气池，以保证严格的厌氧环境，对沼气池稳定 产气十分关键。
第六章 微生物在能源上的应用
第一节 沼气发酵 第二节 乙醇发酵 第三节 煤炭脱硫 第四节 微生物絮凝剂
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第一节 沼气发酵
❖ 沼气多产生于污水处理厂、垃圾填埋场、酒厂、食 品加工厂、养殖场等。沼气是在厌氧条件下由有机 物经多种微生物的分解与转化作用后产生的可燃气 体，属于生物质能范畴，主要成分是甲烷和二氧化 碳，其中甲烷含量约为50％～70％，二氧化碳含量 为30％～40％(容积比)，还含有少量的硫化氢、氮、 氧、氢等气体，约占总含量的10％～20％。甲烷在 空气中遇火燃烧，转变成二氧化碳和水，并释放出 热量，其化学反应方程式为： CH4+202=2H2O+CO2+890kJ／mol
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❖ 另外，厌氧细菌不能承受过度的温度波动，一天 内允许的温度波动不能超过1℃。在农村，采取将 沼气池建在地下的方法，沼气池内的温度波动可 保持在这个范围内。春季和冬季的环境温度低， 对沼气池可采取一些保温措施，如在沼气池周围 设置保温层，在沼气池上覆盖保温材料(作物秸秆 和杂草等)，还可利用太阳能加热等。