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  • 文章来源: / 作者: / 发布时间:2017-10-03
  • (1) 适宜的发酵温度
      下图为沼气发酵中食物链和能量的分配图:
      沼气是由意大利物理学家A.沃尔塔于1776年在池沼泽发现的。1916年俄国人Β.П.奥梅良斯基分别出了第一株甲烷菌(但不是纯种)。我国于1980年初度分别甲烷八叠球菌成功。现在世界上已分别出的甲烷菌种近20株。
      2.3.2 产甲烷菌的生理特性
      2. 沼气发酵的原理 (联想 微生物生长代谢)
      燃料电池不受卡诺循环约束,能量转换功率高,洁净、无污染、噪声低,模块结构、积木性强、比功率高,既可 以集中供电,也适宜涣散供电。 燃料电池将是21世纪最有协作力的高效、清洁的发电办法 ,它将在洁净煤燃料电站 、电动汽车、移动 电源、不持续电源、潜艇及空间电源等方面 ,有着广泛的运用远景和庞大的潜在市场。
      一个完好的大中型沼气发酵工程 ,无论其规划巨细,都包括了如下的工艺流程:原料(废水)的收集、预处理、消化器(沼气池)、出料的后处理和沼气的净化与储存 等,如下图所示 :
      发酵性细菌将杂乱有机物分化发酵所孕育发作的有机酸和醇类,除甲酸、乙酸和甲醇外 ,均不能被产甲烷菌所操作,必需由产氢产乙酸菌将其分化转化为乙酸、氢和二氧 化碳。
      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养分型细菌。它们既能操作 Hz+c0z生 成 乙酸 ,也能代谢孕育发作乙酸。通过上述微生物的活 动,各种杂乱有机物可生成有机酸和Hz/c0z等。
      (6) 较低的氧化恢复电位(厌氧环境)
      3.1 沼气发酵的根本工艺流程

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      沼气燃烧发电是跟着大型沼气池建立和沼气综合操作的一向展开而出现的一项沼气操作技能,它将厌氧发酵处理孕育发作的沼气用于带动机上,并装有综合发电安顿,以孕育发作电能和热能。沼气发电具有创效、节能、安详和环保等特点,是一种分布广泛且价廉的分布式动力。
      关于以农业为主的我国,沼气技能在农业范畴正阐扬着很大的效果,现在,国家拟定法律法规中有许多展开乡村沼气的有关政策规定,并在全国各地大力鞭笞大中型沼气工程建立,并且进一步前进想象、工艺和 自动控制技能程度。大约到2015年 ,处理工业有机废水的大中型沼气工程达2500座 ,形成年 消费沼气才调40亿立方米 ,相当于 343万吨标准煤 ,年处理工业有机废水37500万立方米 。农业废弃物沼气工程到2015年累计建成近4100个,形成年消费沼气才调4.5亿立方米 ,相当于58万吨 标准煤 ,年处理 粪便 量1.23亿吨 ,从而处置赏罚赏罚全国集约化养殖场的污染管理问题 ,使粪便得到资源化操作。  
      ①水解效果:由棱菌属、拟杆菌属等细菌将碳水化合物和蛋白质等大分子有机质降解为小分子有机化合物,如葡萄糖、氨基酸等;
      沼气发酵微生物是一个统称,包括发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌、食乙酸产甲烷菌五大类群。五大类群细菌构成一条食物链,从各群细菌的生理代谢产品或它们的活动对发酵液pH值的影响来看,沼气发酵进程可分为水解、产酸和产甲烷阶段。前三类群细菌的活动可使有机物形成各种有机酸,因此,将其统称为不产甲烷菌。后二类群细菌的活动可使各种有机酸转化成甲烷,因此,将其统称为产甲烷菌。(1)不产甲烷菌
      ① 产甲烷菌的生长要求严格厌氧环境
      ④ 产甲烷菌生长缓慢
      沼气的主要身分是甲烷。沼气由50%~80%甲烷(CH4)、20%~40%二氧化碳(CO2)、0%~5%氮气(N2)、小于1%的氢气(H2)、小于0.4%的氧气(O2)与0.1%~3%硫化氢(H2S)等气体组成 。因为沼气含有少量硫化氢,所以略带臭味。其特性与天然气相似。空气中如含有8.6~20.8%(按体积计)的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。
      3 . 发酵工艺
      沼气发酵微生物对碳素必要量最多,其次是氮素,我们把微生物对碳素和氮素的需 要量的比值,叫做碳氮比,用 C:N来暗示。现在一般接收C:N=25:1。但并不十 分严格,20:1、25:1、30:1都可正常发酵 。
      沼气发酵
      2.3.1 产甲烷菌的类群
      沼气燃料电池是最新出现的一种清洁、高效、低噪音的 电安顿 ,与沼气发电机发电比较,不只出电功率和能量操作率高,并且振荡和噪音小,排出的氮氧化物和硫化物浓度低 ,因此是很有展开出路的沼气操作工艺,将沼气用于燃料 电池发电,是有用操作沼气 资源的一条重要途。我国的燃料电池研究始于1958年。但是 ,因为多年来在燃料电池研究方面投入资金数量很少,就燃料电池技能的总体程度来看,与兴隆国家尚有较大距离。燃料电池的出现与展开,将会给便 携式电子办法带来一场深化 的革新,并且还会涉及到汽车业、住宅以及社会各方面的集中供电系统 。
      自80年代以来建设起的沼气发酵综合操作技能沼气为纽带,物质多条理操作、能量合 理活动的高效农产模 式 ,巳逐步成为我国乡村地区操作沼气技能促进可连续展开的有用办法。通过沼气发酵综合操作技能沼气用于农户生活用能和农副产品消费、加工 ,沼液用料、饲料、生物农药 、造就料液 的消费,沼渣用于肥料、的消费,我 国北方推行的塑料大棚、沼气池、禽畜舍和相联合的“四位一体 ”沼气生 态农业方式、中部地区的以沼气为纽带的生态果园方式、南方建设的“猪一果”方式 、以及其他地 区当场取材建设的“养殖一沼气植”、“猪一沼一鱼”和 “草一牛一沼” 等方式都是以业为龙头,以沼气为纽带,对沼气、沼液、沼渣的多条理操作的生态农业方式,沼气发酵综合操作生态农业模建设使乡村沼气和农业生态紧密联合起来,是改善乡村环境卫生的有用门径,是展开绿色种植业、养殖业的有用门路 ,已成为乡村经济新的增长点。
      (4) 适宜的酸碱度(pH值)
      1 沼气发酵微生物(联想 细菌之间的联系:促进、抑制、协作等)
      沼气的发现与沼气发酵的展开
      沼气作为动力操作已有很长的前史。我国的沼气开始主要为乡村户用沼气池,20世纪70年代初,为处置赏罚赏罚的秸秆燃烧和燃料供给.不足的问题,我国政府在乡村推行沼气事业,沼气池孕育发作的沼气用于乡村家庭的膳食来逐步展开到照明和取暖。现在,户用沼气在我国乡村仍在广泛运用。我国的大中型沼气工程始于1936年,此后,大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、都会废物沼气的建设拓宽了沼气的消费和运用范围。跟着我国经济发人民生活程度的前进,工业、农业、养殖业的展开,大废弃物发酵沼气工程仍将是我国可再生动力操作和环护的真实有用的办法。
      ① 由C02和H2孕育发作甲烷反应为 :C02+4H4—CH4+ H20
      (一)三阶段实践
      2.2.2 耗氢产乙酸菌
      沼气发酵适宜的酸碱度为pH=6.5~7.5 。pH值响酶的活性,所以影响发酵速率。
      ⑤不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同保持环境中适宜的pH值

    沼气  
      2沼气发电技能
      CH3C00H—CH4+CO2 ; CH 3COONH4+ H20—CH4+ NH4 HCO3
      产甲烷菌是沼气发酵的主要身分--甲烷的孕育发作者。是沼气发酵微生物的中心,它们严格厌氧,对氧和氧化剂非常敏感,最适宜的pH值范围为中性或微碱性。它们依托二氧化碳和氢生长,并以废物的形式排出甲烷,是要求生长物质最简略的微生物。
      2.3 沼气发酵进程中的产甲烷阶段
      燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能, 直接转化为电能的安顿。当源源一向地从外部向燃料电池供 给燃料和氧化剂 时,它能够连续 发电。依照 电解质的差异,燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)等。
      (3) 发酵原猜中适宜的碳、氮比例(C:N)
      2.2 沼气发酵进程的产酸阶段
      ③ 产甲烷菌适宜保存在pH值中性条件下
      有人按生物化学转化进程(如下图)将发酵进程分为:
      ②不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化恢复电位条件
      沼气发电在兴隆国家已遭到广泛器重和活跃推行。生物质能发电并网在西欧一些国家占动力总量的10%支配。
      4污染管理
      (2)适宜的发酵液浓度
      (2)产甲烷菌
      在沼气发酵进程中,不产甲烷细菌和产甲烷细菌之间,彼此依靠,互为对方创造与保持生命活动所必要的优秀环境条件,但它们之间又彼此制约,在发酵进程中总处于均衡情况。它们之间的主要联系表现在下列几方面:
      沼气池的温度条件分为:①常温发酵 (也称为低温发酵)10℃~30℃,在这个温度条件下,产气率可为0.15~0.3 m3/m3•d。② 中温发酵 30℃~ 45℃,在这个温度条件下,池容产气率可达1m3 /m3•d支配。③高温发酵45℃~ 6O℃,在这个温度条件下,池容产气率可达2~2.5 m3/m3•d支配。沼气发酵最经济的温度条件是35℃ ,即中温发酵。
      (二)四类群实践
      (阐明:① I、I I为三阶段实践,②I、II、II、IV、为四类群实践 )
      ②发酵效果:由梭菌属、拟杆菌属及其他细菌(如乳酸菌类、丙酸杆菌属)进一步将水解的产品降解为小分子的醇类、有机酸类、二氧化碳、氢气、氨气等;
      产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大类群。在沼气发酵进程中,甲烷 的形成是由一群生理上高度专业化的古细菌一产甲烷菌所引起的,产甲烷菌包括食 氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌,它们是厌氧消化进程食物链中的终究一组成员,尽 管它们具有各种千般的形状,但它们在食物链中的位置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品,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-CO4/CO2,使有机物在厌氧条件下的分化效果以顺利完成。现在已知的甲烷孕育发作进程由以上两组差异的产甲烷菌完成。
      沼气发酵又称厌氧消化 ,是指各种有机物在厌氧条件下 ,被各类沼气发酵微生物 分化转化 ,终究生成沼气的进程。现在为我们所公认的沼气发酵的进程如图所示:
      3沼气燃料电池技能
      沼气甲烷菌要求在氧化恢复电位大于一330mv的条件下威力生长。这个条件即:严 格的厌氧环境。所以,沼气池要密封。
      2.1 沼气发酵进程的液化阶段
      世界上第一个沼气发作器(又称自动净化器)是由法国L.穆拉于1860年将简易沉淀池改善而成的。1925年在德国、1926年在美国分别缔造了备有加热设备及集气安顿的消化池,这是现代大、中型沼气发作安顿的原型。第二次世界大战后,沼气发酵技能曾在西欧一些国家得到展开,但因为廉价的石油很多涌入市场而遭到影响。后跟着世界性动力危机的出现,沼气又从头引起人们器重。1955年新的沼气发酵工艺流程──高速率厌氧消化工艺孕育发作。它冲破了传统的工艺流程,使单位池容积产气量(即产气率)在中温下由每天1立方米容积孕育发作0.7~1.5立方米沼气,前进到4~8立方米沼气,停留时间由15天或更长的时间缩短到几天以致几个小时。
      ② 由乙酸或乙酸化合物孕育发作甲烷反应为:
      3.2 沼气发酵工艺的根本条件 (联想微生物造就条件和造就基的制备)
      沼气发酵中菌种数量多少,质量好坏直接影响着沼气的产量和质量。一般要求抵达 发酵料液总量的10~30%,威力担保正常启动和旺盛产气。
      ② 产甲烷菌食物简略产甲烷菌只能代谢少量几种碳素底物生成甲烷。
      发酵液的浓度范围是2~30% 。浓度愈高产气愈多。发酵液浓度在20%以上称为干发酵。乡村户用沼气池的发酵液浓度可根据原料多少和用气必要以及季节革新来调 整。夏日以温补料浓度为5~6%;冬天以料补温10~ 12%。
      ③不产甲烷细菌为产甲烷细菌革除了有害物质
      产甲烷菌广泛存在于水底堆积物和动物消化道等极点厌氧的环境中。
      2.2.1 产氢产乙酸菌
      (5) 足够量的菌种
      沼气发酵微生物之间的生态联系
      我国沼气发电有30多年的前史,在“十五”期间研制出20~600kW纯燃沼气发电机组系列产品,气耗率0.6~0.8m0/kw h(沼气热值 ~>21MJ/m0)。但国内沼气发电研究和运用市场都还处于不完善阶段,出格是适用于我国宽广乡村地区小型沼气发 电技能研究更少,我国乡村偏远地区还有许多处所严重缺电,如牧区、海岛、偏远山区等高压输电较为困难,而这些地区却有着丰盛的生物质原料。如能当场取材地展开小沼电站,则可扬长避短当场供电。
      根据发酵原料和发酵条件的差异,所接收的发酵工艺也多种多样。
      1沼气传统操作和综合操作技能
      ①不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所必要的基质
      ④产甲烷细菌又为不产甲烷细菌的生化反应解除了反应抑制
      ④产甲烷效果:由产甲烷细菌将前3阶段所孕育发作的氢气、二氧化碳以及甲酸、乙酸、甲醇和甲胺类等转化为甲烷。产甲烷细菌形状多样,但生理特性却大略相同,在缺氧条件下,均以甲烷为主要代谢产品。
      沼气的操作及远景
      用作沼气发酵原料的有机物品种繁多,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,其主要化学身分为多糖、蛋白质和脂类。此中多糖类物质是发酵原料的主要身分,它包括淀粉、纤维素、半纤维 素、果胶质等。这些杂乱有机物大大都在水中不能溶解,必需首要被发酵细菌所排泄的胞外酶水解为可溶 性糖、肽、氨基酸和脂肪酸后,威力被微生物所吸收操作。发酵性细菌将上述可溶 性物质吸收进入细胞后,通过发酵效果将它们转化为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类及必定量的氢、二氧化碳。在沼气发酵测定进程中,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化为氨基酸,又可被细菌组成细胞物质而加以操作,多余时也能够进一步被分化生成脂肪酸、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,而氨基酸分化时所生成的有机酸类,则可持续转化而生成甲烷、二氧化碳和水。脂类物质在细菌脂肪 酶的效果下,首要水解生成甘油和脂肪酸,甘油可进一步按糖代谢门路被分化,脂肪酸则进一步被微生物分化为多个乙酸。
      沼气的主要身分甲烷是一种志向的气体燃料,它无色无味,与适量空气混合后即对燃烧。每立方米纯甲烷的发热最为 34000焦耳,每立方米沼气的发热量约为20800-23600焦耳。即1立方米沼气彻底燃烧后,能孕育发作相当于0.7千克无烟煤提供的热量。与其它燃气比较,其抗爆性能较好,是一种很好的清洁燃料。沼气除直接燃烧用于膳食、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外,还可作内燃机的燃料以及消费甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气安顿发酵后排出的料液和沉渣,含有较丰盛的养分物质,可用作肥料和饲料。
      我国于20世纪20年代初期由罗国瑞在广东省潮梅地区建成了第一个沼气池,随之创立了中华国瑞瓦斯总行,以推行沼气技能。现在我国乡村户用沼气池的数量达 1300万座。而高速率厌氧消化工艺消费性实验安顿已在糖厂和酒厂正常运转。
      不产甲烷菌能将杂乱的大分子有机物变成简略的小分子量的物质。它们的品种繁多,根据效果基质来分,有纤维分化菌、半纤维分化菌、淀粉分化菌、蛋白质分化菌、脂肪分化菌和一些特殊的细菌,如产氢菌、产乙酸菌等。
      ③产乙酸和产氢效果:把发酵效果所孕育发作的小分子醇类和一些脂肪酸降解为乙酸、甲酸、二氧化碳和氢。人们对这类细菌了解尚少,以致连种、属都还没有清晰。但已必定这类细菌所孕育发作的氢对其自身进一步生长繁衍有抑制效果。因此,产乙酸和氢的细菌,必需与能操作氢的细菌,如产甲烷细菌和伍氏乙酸杆菌等共同保存;
    沼气,望文生义就是池沼里的气体。人们常常看到,在池沼泽、污水沟或粪池里,有气泡冒出来,假设我们划着火柴,可把它点着,这就是自然界天然发作的沼气。沼气,,是各种有机物质,在阻隔空气(恢复条件),并必适宜的温度、湿度下,通过微生物的发酵效果孕育发作的一种可燃烧气体。