文档介绍：第一讲 1 、沼气的产生沼气是多种有机质在一定温度、湿度、酸碱度及厌氧条件下, 经微生物分解代谢所产生的一种可燃性混合气体。沼气的产生过程称为沼气发酵,国际上统称厌氧消化。地球上每年由光合作用生成 4× 10 11 吨有机物, 其中约 5% 以不同形式在厌氧条件下被微生物分解生成沼气。 2 、沼气工程的概念①最初是指以粪便、秸秆等农业废弃物为原料, 以沼气生产为目标的系统工程。单纯追求能源生产。目前已拓展为以各种有机废弃物厌氧发酵为手段,以追求能源为目标,最终实现沼气、沼液、沼渣的综合利用。②沼气工程是以农业废弃物和有机垃圾的厌氧消化为主要技术环节, 集污水处理、沼气生产、资源化利用为一体的系统工程。 3 、发展沼气的意义减少碳排放,保护生态环境;为农村(城市)提供清洁、可再生能源(资源) ;合理处置农业有机废弃物资源; 改善农村卫生条件, 提高农民生活水平; 开展综合利用, 调整农业生产模式, 发展“生态高值”农业; 减少农业生产投资, 增加农民收入; 带动沼气及相关产业发展; 缓解能源供应紧张局面等。第二讲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 CH 4和 CO 2 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; (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。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、 H 2和 CO 2 (3 )耗氢产乙酸菌将H 2和 CO 2 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 H 2 /CO 2 转化为沼气。(5 )不产甲烷菌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。 3 、产甲烷菌和不产甲烷菌的微生态关系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; 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。 4 、沼气的主要成分甲烷( CH 4) 50%~70% , 二氧化碳( CO 2) 30%~40% , 其余为少量的硫化氢(H 2S)、氮气(N 2)、氢气( H 2 )和一氧化碳( CO )等气体,共约占 5% 。 PS : 标准沼气是指甲烷含量 60% ,二氧化碳含量 40% 的沼气。 5 、沼气的特性沼气是一种高热值的燃料,每立方米沼气的热值约为 20000~22000 千焦,约合 5000 大卡。相当于 立方米煤气、 立方米天然气或 公斤标准煤。沼气燃烧时最高温度可达到 1200 ℃。沼气热值: 20000~22000kJ/m 3, 约沼气热值: 5000 大卡; 煤气热值: 15000kJ/m 3, 3580 大卡; 天然气: 37000~39000kJ/m 3, 9300 大卡; 液化石油气: 50000kJ/m 3, 11900 大卡; 6 、沼气发酵的三阶段理论 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(液化) 阶段、产酸阶段和产甲烷阶段; 7 、产甲烷阶段甲烷产生的生化过程乙酸 CH 3 COOH = CH 4+ CO 2 H 2+ CO 2H 2+ CO 2= CH 4+H 2O 甲酸 4HCOOH = CH 4+ 3CO 2+ 2H 2O 甲醇 3CH 3 OH = 3CH 4+ CO 2+ 2H 2O 在一般的厌氧反应器中,约72% 的甲烷由乙酸分解而来, 其余 28% 的甲烷大多来自 H 2对 CO 2 的还原; 8 、不同有机物厌氧发酵产甲烷的生化过程蛋白质多肽蛋白胨氨基酸 NH N 纤维素淀粉脂肪蛋白酶蛋白酶肽酶纤维素酶纤维二糖麦芽糖淀粉酶麦芽糖酶纤维二糖