《沼气发酵原理》PPT课件.ppt

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1、沼气发酵基本知识,连云港市农村能源环境保护办公室路 辉电话：85191696电子信箱：,一、沼气的概念与特性二、沼气发酵基本原理三、沼气发酵基本条件四、沼气池的启动五、沼气池的日常管理六、常见故障及处理方法,沼气发酵基本知识,什么是沼气 沼气的来源 沼气的成分 沼气的性质,沼气的概念与特性,什么是沼气 沼气是人畜粪尿等有机物质在一定的水分、温度和厌氧条件下，经微生物发酵转换而成的一种方便、清洁、优质、高品位的气体燃料。,一.沼气的概念与特性,沼气的来源 沼气发酵是自然界中普遍而典型的物质循环过程，按其来源不同，可分为天然沼气和人工沼气两大类。,一.沼气的概念与特性,沼气的成分 沼气主要成分是甲

2、烷，其含量一般为50%70%。另外还含有二氧化碳和少量的硫化氢、氢气、一氧化碳、氮等气体；其中二氧化碳约占30%40%，其他成分含量很少。,一.沼气的概念与特性,沼气的性质,一.沼气的概念与特性,二.沼气发酵基本原理,沼气发酵是复杂的微生物学过程，只有有了大量的沼气微生物，并使各种类群的微生物得到最佳的生长条件，各种有机物原料才会在微生物的作用下转化为沼气。,二.沼气发酵基本原理,(一)沼气发酵微生物,沼气微生物,不产甲烷菌,产甲烷菌,发酵性细菌,产氢产乙酸菌,耗氢产乙酸菌,食氢产甲烷菌,食乙酸产甲烷菌,1.沼气微生物的种类,不产甲烷菌能将纤维、半纤维、淀粉、蛋白质、脂肪等复杂有机物分解成乙酸

3、、丙酸、丁酸等简单的小分子量的物质，为产甲烷菌提供基质。,不产甲烷菌,产甲烷菌是沼气发酵微生物的核心，它们严格厌氧，适宜在中性环境中繁殖，依靠乙酸、二氧化碳和氢生长，并以废物的形式排出甲烷。,产甲烷菌,2.沼气微生物的作用,不产甲烷菌为产甲烷菌提供营养不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的厌氧生态环境不产甲烷菌为甲烷菌清除有毒物质不产甲烷菌与甲烷菌共同维持环境中适宜的酸碱度,3.沼气微生物的特点,分布广，种类多繁殖快，代谢强适应性强，容易培养,二.沼气发酵基本原理,(二)沼气发酵过程,有机质 水解 产酸 产甲烷 沼气,沼气发酵过程,纤维素,蛋白质,脂 肪,纤维酶蛋白酶脂肪酶,双糖或单糖,多肽和氨基酸,

4、脂肪酸和甘油,第一阶段水解发酵,单 糖,氨基酸,脂肪酸,产酸菌,乙酸,丙酸CO2氢气,醇类,可溶性物质,简单化合物,第二阶段产酸,乙酸,丙酸,甲烷菌,甲烷二氧化碳,醇类,简单化合物,第三阶段-产甲烷,碳氮比适宜的发酵原料质优量足的菌种严格的厌氧环境适宜的发酵温度适宜的酸碱度适度的发酵浓度持续的搅拌,三.沼气发酵条件,(一)发酵原料,发酵原料按营养成分为富氮原料和富碳原料。,富氮原料通常指人、畜和家禽粪便，这类原料经过人和动物肠胃系统的充分消化，颗粒细小，含有大量低分子化合物和较高的含水量，做沼气原料，容易分解，产气很快，发酵期较短。,富 氮 原 料,富碳原料通常指秸秆等农作物的残余物，这类原料

5、富含纤维素、半纤维素、果胶以及难降解的木质素和植物蜡质。干物质含量高，质地疏松，比重小，厌氧分解慢，产气周期长。,富 碳 原 料,(二)质优足量的菌种,沼气发酵微生物是人工制取沼气的内因条件，一切外因条件都是通过这个基本的内因条件才能起作用。因此，沼气发酵的前提条件就是要接入大量含有这种微生物的接种物。,来源主要有：沼气池、湖泊、沼泽、池塘底部；阴沟污泥之中；积水粪坑之中；动物粪便及其肠道之中；屠宰场、酿造厂、豆制品厂、副食品加工厂等阴沟之中及人工厌氧消化装置之中。,(二)质优足量的菌种,农村沼气池一般加入接种物的量为总投料量的10%30%。在其他条件相同的情况下，加大接种物，产气快，气质好，

6、启动不宜出偏差。,(二)质优足量的菌种,沼气微生物的核心菌群产甲烷菌是严格的厌氧菌，只能在无氧的生态环境中生存和繁殖。所以，修建沼气池，要严格密闭，不漏水、不漏气。,(三)严格的厌氧环境,温度是制约沼气产量的重要因素，在10到60的范围内，沼气均能正常发酵产气。在这一温度范围内，一般温度愈高，微生物活动愈旺盛，产气量愈高。农村户用池受条件限制，一般采用常温发酵区。,(四)适宜的发酵温度,温度对产气率的影响,沼气微生物的生长、繁殖，要求发酵原料的酸碱度保持中性，或微偏碱性，过酸、过碱都会影响产气。,(五)适宜的酸碱度,测定表明，酸碱度在pH=68之间，均可产气，以pH=6.57.5最为适宜，pH

7、值在6以下、9以上时均不产气。,(五)适宜的酸碱度,一般沼气池在正常的发酵过程中,池内的酸碱度可自然进行调解。只有在配料和管理不当,使正常发酵工程受到破坏时,才可能出现有机酸大量积累,发酵料液过于偏酸的现象。,(五)适宜的酸碱度,农村沼气池的负荷一般用发酵原料的浓度来体现,适宜的干物质浓度为4%10%，即发酵原料含水量为90%96%。发酵浓度随温度的变化而变化,夏季%8%,秋冬季10%12%。,(六)适度的发酵浓度,静态发酵沼气池随着发酵时间的推移，由下向上逐步分成沉渣层、活性层、清液层、浮渣层。,(七)持续的搅拌,沼气池的静止状态,静态发酵导致池内原料严重结壳、沉淀、分层。发酵间存在“微生物

8、贫乏区”、“发酵盲区”和“料液短路”。清渣困难，导致沼气池因出料难而报废。池温低，产气少，不能全年用气。,静态沼气池技术问题,搅拌可以使发酵原料分布均匀，增加微生物与原料的接触面，增强微生物的活性，产气量可提高30%以上。,（七）持续的搅拌,四.沼气池的启动,1、加入丰富的接种物 为了加快沼气发酵启动的速度和提高沼气池产气量，要向沼气池加入含有丰富沼气细菌的物质，称为接种物（也叫活性污泥）。在一般的沼气发酵原料和水中，沼气细菌的含量很少，靠其自己繁殖，很难启动。所以在新池装料前，要收集老沼气池里的沼渣、沼液，另外粪坑的底脚黑色沉渣、塘泥、城镇污水沟的污泥，以及食品厂、酒厂、屠宰场的污水、污泥都

9、含有丰富的沼气细菌，是良好的接种物。收集以上某一种接种物的数量，要达到发酵原料的10%30%，把接种物和发酵原料均匀混合，一同加入池内。,1.加入丰富的接种物,如果接种物收集得很少，可以进行扩大培养，其操作方法是将所收集的接种物和大于接种物3倍的发酵原料均匀混合，厌氧富集培养，每天搅动一次，待正常产气时，就可以和发酵料混合入池，如第一次扩大培养不够，还可以继续扩大培养直到满足需要为止。,2.原料的预处理,当接种物用量小于10%或原料为风干粪、鲜人粪、羊粪、鲜禽粪时，在入池前必须预处理，在堆沤过程中，使发酵细菌大量生长繁殖，减缓酸化作用，还能防止料液入池后干粪飘浮于上层而结壳或产酸过多，使发酵受

10、阻。其方法采用池外堆沤：将干粪或鲜鸡粪等加水拌匀。加水量以料堆下部不出水为宜，料堆上加盖塑料膜。以便聚集热量和菌种的繁殖。气温在15左右时堆沤4天，气温在20以上堆沤23天。,3.选用优质发酵原料,为了保证沼气池正常启动和发酵有充足而稳定的发酵原料，在投料前，需要选择有机营养适合的牛粪、猪粪、羊粪或马粪做启动的发酵原料。因为这些粪把原料颗粒较细，含有较多的低分子化合物，氮素的含量高，其碳、氮比都小于25:1，都在适宜发酵碳、氮比之内。所以，选择以上粪便作为发酵原料启动快，产气好。不要单独用鸡粪、人粪和红薯渣启动，因为这类原料在沼气细菌少的情况下，料液容易酸化，使发酵不能正常运行。,4.掌握好发

11、酵浓度及加水量,家用沼气池发酵原料一般用总固体浓度来表示发酵料液浓度。它是指原料的总固体（或干物质）重量占发酵料液重量的百分比。测定发酵原料的水分及总固体，对计算发酵浓度有直接关系。,沼气池第一次投料量应为池子容积的80%，留下一点容积，正常后每天继续进料。8米3池子加6.46.8米3。如因原料暂时不足，一次性投料不能达到要求投料量时，其最小投料容积应该超过进、出料管下口上沿15厘米，以封闭发酵间。,4.掌握好发酵浓度及加水量,沼气池发酵浓度一般采用6%10%，在这个范围内，夏季由于气温高，原料分解快，料液浓度一般在6%，冬季由于原料分解慢一般在10%。沼气池初始启动料液浓度在%以下为好，浓度

12、过大会造成料液酸化，待沼气池能正常产气后再逐步加大浓度。,4.掌握好发酵浓度及加水量,产生沼气的原料必须有适量的水分，才有利于产气。另一方面，加入池内水的质量好坏、温度高低对启动快慢影响很大，应该尽量想办法采用温度较高的水，例如采用晒热的污水坑或池塘的水。不要把从井里抽出来的冷水直接加入池内造成池温下降，难以启动。不能使用含有毒性物质的废水。,4.掌握好发酵浓度及加水量,农村沼气池的负荷一般用发酵原料的浓度来体现,适宜的干物质浓度为4%10%，即发酵原料含水量为90%96%。发酵浓度随温度的变化而变化,夏季%8%,秋冬季10%12%。,在实际操作中可按表中方法加料、加水。,5.调节好发酵原料酸

13、碱度,在沼气发酵过程中，沼气细菌适宜在中性或微碱性的环境中生长繁殖。池中发酵液的酸碱度（也就是PH）以6.57.5为佳，过酸或过碱都不利于原料发酵和沼气的产生。一个启动正常的沼气池一般不需调节PH，靠其自动调节就可达到平衡。,沼气发酵启动过程中，一旦发生酸化现象，往往表现为所产气体长期不能点燃或产气量迅速下降，甚至完全停止产气，发酵液的颜色变黄。,5.调节好发酵原料酸碱度,6.启动与放气试火,选择晴天将预处理过的原料和准备好的接种物混合在一起，立即投入池内，并按浓度要求加水、封好活动盖。无拱盖的沼气池将原料从水压间的出料口通道投入池内。沼气池便开始启动。,6、启动与放气试火,初期所产生的气体主

14、要是原料经酸化作用产生的二氧化碳，同时池内还有大量空气，因而气体中的甲烷含量低，通常不能燃烧。所以，当沼气压力表上的水柱达到3040厘米水柱时，应放气试火。第一次排放的气体主要是二氧化碳和空气，甲烷含量很少，一般点不着。当压力表再次上升到20厘米以上水柱时，应进行第二次放气，并开始试火，如果能点燃，说明沼气发酵已经正常启动，以后即可使用。一般封池3天后即可点燃。,五.沼气池的日常管理,(一)要勤加料、勤出料（二）要经常搅拌发酵原料（三）要控制发酵浓度（四）要经常检查酸碱度（五）要加强越冬管理（六）要做好安全发酵（七）要做好安全管理,(一)勤加料、勤出料,加入沼气池的发酵原料，经沼气细菌发酵，产

15、生沼气，原料中的营养成分会逐渐地被消耗或转化，如果不及时补充新鲜原料，沼气细菌就会“吃不饱”、“吃不好”，产气量就会下降。为了保证沼气细菌有充足的食物、使产气正常持久，就要不断地补充新鲜原料，做到勤加料、勤出料。,(一)勤加料、勤出料,根据家用沼气池运行实践：在沼气池启动后，头一个月是产气最旺盛阶段，发酵原料也消耗得多，第二个月产气量开始下降，分解速度减慢，到第三个月沼气产量明显下降。所以，沼气池加新料一般要在产气量高峰没有下降以前加新料，即在启动后20天，最迟不得超过30天。不是三结合的沼气池启动运转2030天左右，应添加新料出旧料，每510天进出料一次，每次加料量占发酵料液的3%5%。,(

16、一)勤加料、勤出料,三结合或四结合沼气池，从启动开始就向池内进料，但应该对每天进料多少作一估计，一般存栏4头猪或12头牛，再加人粪尿入池发酵就可以满足需要，但要结合冲刷畜禽舍补充沼气池中的水量，以便保持发酵原料的浓度。如果进料量不足应补加青草或其他发酵原料。,(二)经常搅拌发酵原料,搅动方法有两种：第一种方法是用长柄的粪勺或其他工具从沼气池进料管伸入发酵间，来回拉动数十次，以搅拌池内的发酵液。第二种方法是从出料间舀出10桶沼液，向进料口冲入，使粪液流动，起到搅拌作用。,(三)要控制发酵浓度,沼气池内的发酵原料必须含有适量的水分，才有利于沼气细菌的正常生活和沼气生产。户用沼气池适宜的发酵浓度应该

17、控制在6%10%。,(四)要经常检查酸碱度,发酵原料是否酸化，必须用PH试纸测定。确定酸化后，可用三种方法调节：取出部分发酵原料，补充相等数量或稍多一些含氮多的发酵原料和水；将人、畜粪尿拌入草木灰，一同加到沼气池内，不但可以调节PH，而且还能提高产气率；加入适量的石灰澄清液，并与发酵液混合均匀，避免强碱对沼气细菌活性的破坏。,(五)要加强越冬管理,冬、春季气温低，沼气池内的温度下降，沼气产量受到一定影响，为了使冬春季产气好，必须加强越冬的管理。采取的主要措施是：在入冬前，沼气池要彻底换料一次。加足新料以保证冬季发酵需要的养料,促进甲烷菌的活动。发酵浓度可在8%左右，要加太阳晒过的温水以便提高池

18、温。,四结合模式的畜禽舍南屋面要和日光温室同时覆盖塑料薄膜；三结合模式南层面也要在入冬前覆盖塑料薄膜以便提前贮热相应增加池温。非三、四结合的沼气池进出料口要加盖。并在大于池体面积上边用塑料覆盖，上边堆码柴草或覆土或堆沤发酵原料。进行防寒。其覆盖的厚度要大于当地冻土层的30厘米。,(五)要加强越冬管理,(六)要做好安全发酵,不要向池内投入下列有害物质：各种剧毒农药，特别是有机杀菌剂、抗生素、驱虫剂等；重金属化合物、含有毒性物质的工业废水、盐类；刚消过毒的畜禽粪便；喷洒了农药的作物茎叶；能做土农药的各种植物如苦皮藤、桃树叶、百部、马钱子果等；辛辣物如葱、蒜、辣椒、韭菜、萝卜等的秸秆；电石、洗衣粉、

19、洗衣服水等都不能进入沼气池。,如果发现沼气细菌中毒，应该将池内发酵料液取出一半，再投入一半新料就能正常产气。,(六)要做好安全发酵,(七)要做好安全管理,沼气池的进、出料口要加盖，以防人、畜掉进去造成伤亡。每口沼气池都要安装压力表，经常检查压力表水柱变化。严禁在沼气池出料口或导气管口点火，以避免引起火灾或造成回火致使池内气体爆炸，破坏沼气池。,经常检查输气管道、开关、接头是否漏气，如果漏气要立即更换或修理，要打开门窗并切断气源，人也要立即离去，待室内无味时，再检修漏气部位。在输气管道最低的位置要安装凝水瓶（积水瓶）防止冷凝水聚集，堵塞输气管道。,(七)要做好安全管理,入池出料和维修人员进入沼气

20、池检修前，先把活动盖和进出料口盖揭开，清除池内料液，敞开12天，并向池内鼓风以排出残存的沼气，再用鸡、兔等小动物试验。如没有异常现象发生，在池外监护人员监护下方能入池。入池人员必须系安全带。如在入池后有头晕、发闷的感觉，应立即救出池外。禁止单人操作。入池操作，可用防爆灯或电筒照明，不要用油灯、火柴或打火机等照明。,(七)要做好安全管理,要注意的是：当发现有人中毒后，一定不要急着下池抢救，首先用鼓风机等多种方法向池内鼓风，使病人吸入新鲜空气。不懂得这一点，慌忙下去抢救，结果会造成多人连续中毒的事故。被抢救出的中毒病人，要尽快送到附近医院抢救治疗，不可耽误时间。,(七)要做好安全管理,六.常见故障

21、及处理方法,1、怎样检查输气管路是否漏气 将沼气池到灶具的输气管中的开关关上，再将连接炉具一端输气拔下，并堵严，然后将沼气池导气管一端的输气管拔开；向输气管内吹气或打气，U型压力表水柱达30厘米以上迅速关闭沼气池输送到炉具的管路之间的开关，观察压力表是否下降，3分钟后不下降，表明输气管不漏气。如果压力表下降,表明是漏气。若要判断哪些地方漏气可以再向管内吹气，使U型压力表水柱达30厘米以上,然后用小毛刷蘸肥皂水,往管路上刷，凡是冒气泡的地方,就是管路漏气的地方,应进行检修。,六.常见故障及处理方法,2、检查沼气池漏水、漏气 检查沼气池是否漏水、漏气的四种方法：目测法检查漏气 池内装水刻记法 采用

22、气压法检查漏气 用水压法检查漏气,六.常见故障及处理方法,3、怎样判断沼气池漏水或漏气 在试水试压时，当压力表上水柱上升到一定位置，如水柱先快后慢地下降说明是漏水，以较均匀速度下降是漏气。,六.常见故障及处理方法,4、新建沼气池已经检查不漏水、不漏气，为什么装料后总是不产气 出现这种情况，大体上有以下原因：装料时没有加入足够数量的接种物，池内产甲烷菌少，使沼气发酵不能进行；加入沼气池的料液水温低于12以下，抑制了甲烷菌的生命活动，如第一次加料时是寒冷季节，池温低，会造成长时间不产气；沼气池的发酵液浓度过大，初始所产的乙酸产甲烷菌吃不了使挥发酸大量积累导致料液酸化。,六.常见故障及处理方法,5、

23、装料后产气很少，或即使有气燃烧也不理想 这种情况多见于冬季气温低的时候。原因是：沼气池密封性不强，可能漏水或漏气；输气管道、开关等可能漏气；缺乏产甲烷菌种，不可燃气体成分多；配料过浓或青草太多，使挥发酸积累过多，抑制了产甲烷菌的生长；也可能是池温太低。,六.常见故障及处理方法,解决办法：新建沼气池及输气系统均应进行试压检查，必须达到质量标准，保证不漏水不漏气才能使用；排放池内不可燃气体；添加菌种，主要是加入活性污泥或者粪坑、老沼气池中的粪渣液，或换掉大部分料液；注意调节发酵液的PH为6.87.5。,六.常见故障及处理方法,6、开始产气很好，大约三四个月以后有明显下降，进出料口有鼓泡翻气现象 主

24、要是池内发酵原料已经结壳，沼气很难进入气箱，而从出料口翻出去。主要原因是加了部分草料造成的，一般利用纯人畜粪很少出现此种情况。解决办法是进行破壳，或安装抽粪器，经常搅拌。,六.常见故障及处理方法,7、原产气很好，后来产气量明显下降，或陡然不产气 这是开关或管路接头处松动漏气，或是管道开裂；活动盖被冲开；沼气池胀裂，漏水漏气；压力表中的水被冲走；用气后忘记关开关或开关关得不严；池内加入了农药等有毒物质，抑制或杀死了沼气细菌。处理办法是：先看活动盖上的水是否鼓泡，如不，对池和输气系统分别进行试压、检查，看是否漏气或漏水。如找出漏气处进行整修；换掉一部分或大部分旧料，添加新鲜原料。,六.常见故障及处

25、理方法,8、用气时开关一打开，压力表水柱上下波动是什么原因，出现以上情况的原因是：输气管路内有凝结水，特别是冬季这种现象多见。应放掉管道内的凝结水，并在输气管最低处安装积水瓶；输气管路漏气，可用前述检查输气管是否漏气的办法检查，如管道漏气，可从漏气处剪断再用接头连接好，如接头漏气时应拔出管子，在接头上涂上黄干油，再将管道套上并用扎线捆紧。,六.常见故障及处理方法,9、从水压间取肥时，压力表内水柱倒流入输气管内怎么办 这是由于开关、活动盖未打开时，在出料间里出肥过多，池内液面迅速下降，使其出现负压，把压力表内水柱吸入输气管中。因此，出料过多时应将输气管从导气管上拔下来，取完肥仍插好管道。或出多少料进多少，使液面保持平衡，防止出现负压。,谢 谢大家！,