第3讲 沼气发酵原理及工艺.ppt

1. 沼气发酵原理（难点） 2. 沼气发酵工艺（重点） 3. 沼气发酵监控（重点） 1 、沼气发酵原理 复杂有机化合物 （碳水化合物、蛋白质、脂类等） （ 3 ）同型产乙酸 （ 4 ）产甲烷发酵 CH 4 + CO 2 （ 1 ）水解 简单有机化合物 （单糖和双糖、氨基酸、肽等） H 2 + CO 2 乙酸 （ 2 ）产酸发酵 挥发性脂肪酸和醇 （丙酸、丁酸和乙醇等） 1 、沼气发酵原理 复杂有机化合物 （碳水化合物、蛋白质、脂类等） 简单有机化合物 （单糖和双糖、氨基酸、肽等） 挥发性脂肪酸和醇 （丙酸、丁酸、戊酸和乙醇等） H 2 + CO 2 乙酸 CH 4 + CO 2 5% 20% 10% 35% 13% 17% 72% 28% （ 1 ）水解 （ 2 ）产酸发酵 （ 3 ）同型产乙酸 （ 4 ）产甲烷 代谢过程 ? Hydrolysis ? Acidogenesis ? H 2 -producing acetogenesis ? Methanogenesis 菌群 ? Acidogens ? Methanogens 厌氧细菌分类 ( 按底物利用情况 ) 产酸发酵细菌 ? 产酸发酵菌 (AFB) ? 产氢产乙酸菌 (HPA) ? 同型产乙酸菌 (HOMA) 产甲烷细菌 ? 氧化氢产甲烷菌 (HOM) ? 氧化氢利用乙酸产甲烷菌 (HOAM) ? 非氧化氢利用乙酸产甲烷菌 (NHOAM) 2 、沼气发酵工艺 2.1 沼气发酵工艺类型 工艺类型 温度 中温发酵 常温发酵 高温发酵 进出料方式 批量发酵 连续发酵 半连续发酵 料液浓度 湿发酵 干发酵 反应器类型 CSTR UASB ASBR …… 2.2 影响沼气发酵的工艺因素 （ 1 ）常温发酵，指在自然气温或水温条件下的沼气发酵工艺，适宜的 温度范围为 10 ～ 30 ℃。 （ 2 ）中温发酵，指发酵温度在 30 ～ 40 ℃条件下的沼气发酵工艺，适宜 温度为 35 ～ 38 ℃。 （ 3 ）高温发酵，指发酵温度在 50 ～ 60 ℃条件下的沼气发酵工艺，适宜 温度为 52 ～ 55 ℃。 1 ） 温度 2.2 影响沼气发酵的工艺因素 厌氧发酵微生物适宜的 C/N 范围为 20 ～ 30:1 对于木质纤维素等生物降解性差的原料 C/N 要低： ? Nyns 认为适宜的 C/N 比是 16 ～ 19:1 ? Kivaisi 认为适宜的 C/N 是 16.8 ～ 18:1 原因：木质素的存在会影响 N 的利用。 2 ） C/N 2.2 影响沼气发酵的工艺因素 产酸发酵细菌：大多数可以在 5.0 ～ 8.5 的 pH 范围内正常生长繁殖。 产甲烷菌： 6.5 ～ 7.8 ，这是通常情况下厌氧发酵所采用的 pH 值范围。 在自然发酵过程中 pH 值一般会被保持在中性附近，这主要归功于两个缓冲体系。 ? 二氧化碳 / 碳酸氢盐 / 碳酸盐缓冲体系 ; ? 氨－铵缓冲体系。 这两个缓冲体系的缓冲机理如下： CO 2 ?H 2 CO 3 ?H + +HCO 3 ? ?2H + +2CO 3 2? NH 3 ＋ H 2 O?NH 4 ＋ +OH - NH 3 ＋ H ＋ ? NH 4 ＋ 3 ） pH 2.2 影响沼气发酵的工艺因素 活性污泥对厌氧发酵过 程的影响突出表现在两 个方面，其一是它的活 性，常用污泥比产甲烷 活性表示，其二是其沉 淀性能，它是影响反应 器内污泥浓度的最为重 要的因素。 4 ）接种污泥 厌氧微生物 世代时间 产酸细菌 梭状芽孢杆菌（ Clostridia ） 24 ～ 36h 产乙酸菌 80 ～ 90h 产甲烷细菌 产甲烷八叠球菌（ Methanosarcina barkeri ） 5 ～ 16d 甲烷球菌属（ Methanococcus ） 约 10d 好氧微生物 大肠杆菌 （ Escherichia coli ） 20min 活性污泥微生物 2h 土壤微生物 1 ～ 5h 厌氧微生物与好氧微生物世代时间的对比 2.2 影响沼气发酵的工艺因素 反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物量，称为容积负荷 率，单位常用 kgCOD/m 3 · d 或 kgBOD/m 3