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1、沼气发酵与科学管理沼气发酵与科学管理一、创造适宜的产气条件 二、沼气的净化三、沼气池的科学管理第五篇第五篇一、创造适宜的产气条件 (一) 创造一个严格的厌氧环境 分解有机物质产生沼气的细菌，是厌氧性细菌，整个生命活动(包括生长、发育、繁殖、代谢等)都不需要空气。相反，空气中的氧气还会使其生命活动受到抑制，甚至死亡。而有机物质的分解，在有氧的情况下，产生二氧化碳；在无氧的情况下，产生甲烷。因此，农户必须给沼气创造一个严格的厌氧环境。 (1)首先建造个不漏水、不漏气的密闭沼气发酵池，是农村沼气的首要条件。这样，既可以满足发酵原料发酵和贮气的需要，同时也能保证产沼气细菌在厌氧条件下正常生活，实现正常
2、、持久地产气。 (2)沼气池在第一次投料时，要加满水再封盖，以便把空气全部排净。然后，随着产气的增多，把多加的水从水压间取出。取出水的体积为沼气池主池容积的10为宜。这种做法可使沼气池提前23天产沼气。 (3)沼气池活动盖要严格密封，而且要加固，一定要防止池内沼气压力大时，顶得沼气活动盖出现裂缝，出现漏气。 (4)沼气池的进出料管下口上沿要距拱脚30厘米，避免沼气池产气达到最大量时(沼气池内最大气压限制为12000帕)，沼气从进出料口溢出。(二)发酵原料合理搭配预处理发酵原料合理搭配预处理 1、沼气发酵原料的分类 据沼气发酵原料的化学性质和来源，可以分为以下几类： 富氮原料。在农村主要是指人、
3、牲畜和家禽的粪便。这类原料的碳氮比(含碳量与含氮量之比)一般都小于25：1。 富碳原料。在农村主要指各种农作物秸秆、杂草等。这类原料的碳氮比一般都在30：1以上，主要由木质素、纤维素、半纤维素、果胶和蜡质等化合物组成。其特点是碳素含量较高，产气周期较长，但分解速度较慢。 另外，水生植物也是沼气发酵的好原料。主要包括水葫芦、水花生、水白菜及其他水草、藻类。 其他类型的发酵原料。如城市生活污水、有机垃圾、废渣和污泥等。按发热性质可分为：按发热性质可分为： 热性原料：热性原料：纤维素含量高，疏松多孔，纤维素含量高，疏松多孔，水分易蒸发，含水少，同时，粪中含有纤水分易蒸发，含水少，同时，粪中含有纤维细
4、菌很多，能促进纤维素分解，在堆放维细菌很多，能促进纤维素分解，在堆放过程中能产生高于过程中能产生高于5050以上的高温，这一以上的高温，这一类肥料统称为热性原料。如：马粪、羊粪、类肥料统称为热性原料。如：马粪、羊粪、纯猪粪、蚕粪、禽粪、秸杆堆肥等。纯猪粪、蚕粪、禽粪、秸杆堆肥等。 冷性原料：冷性原料：也叫凉性原料。凡是堆制过也叫凉性原料。凡是堆制过程中不能产生高温，温度低于程中不能产生高温，温度低于5050者，统者，统称为冷性原料。如：牛粪、人粪尿（或粪称为冷性原料。如：牛粪、人粪尿（或粪稀）等。稀）等。 2、主要沼气发酵原料的组成和性质 人粪：是食物不消化的部分，混有各种消化液、人粪：是食物
5、不消化的部分，混有各种消化液、半消化液和少量腐败生成物。半消化液和少量腐败生成物。70-80%70-80%水分，水分，20%20%左左右的有机物质和少量无机物质。右的有机物质和少量无机物质。 主要成分是纤维素、半纤维素、脂肪和脂肪主要成分是纤维素、半纤维素、脂肪和脂肪酸、蛋白质、肽、氨基酸、各种酶、胆质和各种酸、蛋白质、肽、氨基酸、各种酶、胆质和各种无机化合物，同是还含有大量已死的和活着的微无机化合物，同是还含有大量已死的和活着的微生物。具有臭味物质如吲哚、丁酸、硫化氢等。生物。具有臭味物质如吲哚、丁酸、硫化氢等。一般呈中性反应，但肉食者，呈碱性，混食者呈一般呈中性反应，但肉食者，呈碱性，混食
6、者呈中性。中性。 （1）人类尿的组成和性质）人类尿的组成和性质 人类尿的成分：人类尿的成分： 人粪尿的成分含量看，含氮量均较人粪尿的成分含量看，含氮量均较高，而磷、钾较少，所以常把人粪高，而磷、钾较少，所以常把人粪尿当作氮肥使用。尿当作氮肥使用。 人尿：人尿： 含水量含水量95%95%，以及可溶性氮化物，以及可溶性氮化物和无机盐类。如尿素和无机盐类。如尿素1-2%1-2%、NaClNaCl 1%1%左右、氨基酸等，不含任何微生左右、氨基酸等，不含任何微生物，人尿属酸性反应。物，人尿属酸性反应。 （2） 家畜粪尿的成分和性质家畜粪尿的成分和性质 成分：成分： 粪是饲料经家禽消化器官消化后，没有被
7、吸收利用粪是饲料经家禽消化器官消化后，没有被吸收利用而排出体外的物质。主要有纤维素、半纤维素、木质素、而排出体外的物质。主要有纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、氨基酸、有机酸、酶和各种无机盐类。蛋白质、氨基酸、有机酸、酶和各种无机盐类。 尿是饲料中的营养成分被消化吸收，进入血液，经过尿是饲料中的营养成分被消化吸收，进入血液，经过新陈代谢后，以液体排出体外的部分。尿的成分都是水溶新陈代谢后，以液体排出体外的部分。尿的成分都是水溶性物质，主要有尿素、尿酸、马尿酸以及钾、钠、钙、镁性物质，主要有尿素、尿酸、马尿酸以及钾、钠、钙、镁等无机盐类。等无机盐类。畜粪中有机质较多，约为畜粪中有机质较多，约为1
8、5-30%，羊，羊粪尿中氮磷钾含量最高，猪、马次之，粪尿中氮磷钾含量最高，猪、马次之，牛最差。以排泄量论，牛最多，马次之，牛最差。以排泄量论，牛最多，马次之，猪又次之，羊最少。猪又次之，羊最少。 家畜粪的性质家畜粪的性质 猪粪：猪粪： 由于饲料的多样化，猪粪中由于饲料的多样化，猪粪中养分含量常不一致，氮素含量比养分含量常不一致，氮素含量比牛粪高一倍，磷钾含量也高于牛牛粪高一倍，磷钾含量也高于牛粪和马粪，只是钙、镁、含量低粪和马粪，只是钙、镁、含量低于其它粪肥，猪粪于其它粪肥，猪粪C/N比值较低，比值较低，且含有大量的氨化细菌，比较易且含有大量的氨化细菌，比较易于腐熟。于腐熟。 牛粪：牛粪：牛是
9、反刍动物，饲料经胃中反复消化粪质牛是反刍动物，饲料经胃中反复消化粪质细蜜，牛饮水多，粪中含水量较高，通气细蜜，牛饮水多，粪中含水量较高，通气性差，分解腐熟缓慢，发酵温度低，故称性差，分解腐熟缓慢，发酵温度低，故称冷性发酵原料。冷性发酵原料。 马粪：马粪：马对饲料的消化不及牛细致，所马对饲料的消化不及牛细致，所以，粪中纤维素含量高，疏松多以，粪中纤维素含量高，疏松多孔，水分易于蒸发，含水分少，孔，水分易于蒸发，含水分少，同时粪中高温纤维细菌很多，能同时粪中高温纤维细菌很多，能促进纤维素分解腐熟，分解快，促进纤维素分解腐熟，分解快，堆积时发热量大，所以称马粪为堆积时发热量大，所以称马粪为热性发酵原
10、料。热性发酵原料。 羊粪：羊粪：羊也是反刍动物，羊饮水少，肥质细密干羊也是反刍动物，羊饮水少，肥质细密干燥，肥分浓厚，羊粪也是热性发酵原料。燥，肥分浓厚，羊粪也是热性发酵原料。 含有多量的马尿酸，尿素含量则比人含有多量的马尿酸，尿素含量则比人尿少。家禽尿液成分比较复杂，分解缓慢，尿少。家禽尿液成分比较复杂，分解缓慢，必须经过腐解，转变为碳酸铵后，才能被必须经过腐解，转变为碳酸铵后，才能被土壤吸附或被作物吸收利用。家禽尿一般土壤吸附或被作物吸收利用。家禽尿一般呈碱性反应。呈碱性反应。家畜尿的性质：家畜尿的性质：3、搭配沼气发酵原料的原则 目前，农村沼气发酵大多采用混合原料入池发酵(一般为农作物秸
11、秆和人、畜粪便等)。因此，掌握农村沼气原料的配料原则，对科学配料，提高沼气的产气量和产气速度十分必要。一般原则是： 适当多加产甲烷多的发酵原料。这样有利于提高甲烷的产量和甲烷在沼气中的含量。 将发酵速度快与慢的原料合理搭配进料。这种搭配有利于产气均衡、持久。 要注意含碳素原料和含氮素原料的合理搭配。沼气发酵需要有合适的碳氮比。 另外，各种发酵原料产生沼气的量、产生沼气中甲烷的含量，以及产气持续时间也是不同的。 4、沼气发酵原料的合理配比 发酵原料的碳氮比 实践证明，发酵原料碳氮比过高，新池发酵启动较慢，会一定程度上影响产气效果。根据目前农村沼气发酵原料多以农作物秸秆和人畜粪便为主的情况，农村户
12、用沼气池发酵原料的碳氮比以2030：1为适宜。特殊情况时，碳氮比最低应控制在13：1以上，最高控制在40：1以下。发酵原料的浓度 沼气发酵中保持适宜的发酵料液浓度，对提高产气量，维持产气高峰十分重要。发酵原料浓度是指原料的干物质重量占发酵原料的重量的百分比。 农村户用沼气池在装入发酵原料时，体积大约可按以下比例配制：人粪便占10，牲畜粪便、秸秆及青草类占40，水占50(不包括气箱部分)。 8米3沼气池发酵原料配比示意图 在我国农村，虽然各地的地理位置、气候、温度都有所不同，但总的讲，农村户用沼气的发酵料液浓度还是以610为宜。一般来说，北方地区适当高些，南方地区可低些。夏季气温高，原料分解快，
13、发酵料液浓度可适当低一些，一般以6左右为好；冬季气温低，原料分解较慢，应适当提高发酵料液浓度，通常以10为佳。 “三结合”沼气池，由于粪便天天连续进入沼气池，第一次投料浓度可掌握在4左右。 粪便与秸秆的配比 人畜粪便和秸秆是农村最多的发酵原料。由于目前农村大都采用秸秆和粪便混合的发酵原料，所以，明确农村沼气池粪便与秸秆的适宜比例就有很现实的意义。 多年经验表明，农村沼气用人畜粪便和秸秆作为混合原料，第一次投料启动时，粪与秸秆比对产气效果影响很大。一般粪与秸秆比应掌握在2：1以上，不宜小于1：1。5、沼气发酵原料的预处理 原料堆沤的作用 发酵原料预先沤制后进沼气池，可使沼气池加快产气，且沼气中的
14、甲烷含量也高。具体讲，秸秆类原料预先堆沤，有以下好处： 在堆沤过程中，可以促进发酵细菌大量生长繁殖，起到增加富集菌种的作用；原料堆沤的作用堆沤原料进沼气池后，可起到减缓酸化的作用，有利于沼气发酵过程中的酸化和产甲烷的平衡；发酵原料经堆沤后，纤维素变松散，扩大了纤维素分解菌与纤维素的接触面，可加速对纤维素的分解速度，加速沼气的发酵；堆沤的纤维素原料，会增加含水量，不易造成浮面结壳；原料堆沤后体积缩小，便于装池。 堆沤的方法和程序堆沤的方法和程序 首先将秸秆用粉碎机磨碎或铡成3厘米左右，铺10厘米厚左右，泼2的石灰澄清液和1左右的粪水(与秸秆的重量比)，同时补充一些清水(最好是污水)。直到原料吸够
15、水后再铺第二层，依次再铺第三层、第四层。堆好后用塑料膜覆盖。气温较高的季节堆沤23天；气候较低季节，一般堆沤57天，即可入池发酵。 (三)启动沼气发酵要有充足的菌种启动沼气发酵要有充足的菌种 (1)沼气发酵菌种的作用 有机物在厌氧条件下发酵产生甲烷，是由多种微生物来完成的。池内微生物的多少，直接决定着沼气的发酵速度和发酵的质量，因此，在沼气池投料启动运行时，增加足够的发酵菌种极为重要，有利于加快沼气的产生和气质的提高。(2)沼气发酵菌种的来源 老沼气池的沼渣、沼液，城市下水道的污泥，湖泊、池塘、粪坑底部的污泥，屠宰场、食品加工厂的污泥、沉渣都含有大量微生物，这些都可做农村沼气的发酵接种物。 (
16、3)接种物的富集培养 如果菌种不足，为了在短时间内获得数量多、质量好的接种物，可以人工对接种物进行富集培养。夏季培养57天，春秋季710天，就可加入沼气池作接种物。 (4)接种数量 对农村沼气池来说，接种数量(即接种物的体积)一般应占发酵料液的1015，当采用老沼气池发酵液作为接种物时，接种数量应占总发酵料液的30。 (四)保证沼气发酵的适宜温度保证沼气发酵的适宜温度 沼气池内的发酵温度对微生物菌群的生长影响很大，因而，直接影响着沼气的产气量和产气率。当温度适宜时，细菌生命力旺盛，发酵加快，沼气产生得多，含甲烷率也高。沼气发酵的温度范围较大，一般在860C条件下都能产生沼气。 沼气发酵，可分为
17、高温发酵、中温发酵和常温发酵三种类型。1、高温发酵 适宜温度为4755C，沼气池产气率为225米3米3日(即沼气池1米3容积、1日产沼气的数量)。高温发酵一般用来处理发酵企业排出的有机废水、废物，酒厂排出的酒糟等。其温度因在70以上，在这种环境下的沼气发酵不需要外部补充热量来提高发酵温度。 2、中温发酵 适宜温度为3035，沼气池产气率为115米3米3日。中温发酵一般用来处理城市污泥，工业有机废水、废物，大、中型畜禽养殖场的牲畜粪便等。3、常温发酵 农村户用沼气池由于建在室外，埋于地下，沼气池的运转和产气量直接受外界的气温、地温影响，所以，农村户用沼气称为常温发酵。农村户用沼气池夏秋季节一般可
18、保持在1027，平均产气率可达01502米3米3日。 温度对产气率的影响(五) 控制好适宜的酸碱度控制好适宜的酸碱度 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，池中发酵料液的酸碱度以pH78为宜(可用pH试纸测定)，过酸(pH小于7)或过碱(pH大于8)都不利于沼气细菌的生长繁殖，进而影响原料的发酵和沼气的产生。农村户用沼气池在发酵过程中，池内酸碱度先由高 到低，然后又升高，最后达到自然平衡，即达到中性或微碱性。 沼气池投料后，池内酸碱度达到正常值所需要的时间长短，与发酵温度、浓度等因素有密切关系。夏季发酵温度在2427时，6天内酸碱度就能达到中性，而秋季气温在1820时，
19、则需要1418天才能达到中性。 沼气发酵过程中池内的酸碱度有一个自然平衡过程，一般不需要进行调节。但在料液浓度偏高或管理不当，挥发酸(即有机酸)大量积累、酸碱度低时，则需要采取一些技术措施进行调节。沼气细菌对酸碱度适宜范围 从向沼气池内投入原料和接种物，到沼气池正常产生沼气的过程称为沼气池发酵启动。（六）快速启动启动配料比例1 添加充足的接种物 为了加快沼气发酵的启动速度和提高沼气池产气量而向沼气池加入的富含沼气微生物的物质，统称接种物。 新池启动需添加10%30%的接种物。农村来源广、使用方便的接种物是沼渣和沼液。接种物和原料分层加入以利启动。接种物数量和来源2 选择优质原料 启动原料优选纯
20、净牛粪，或一半牛马粪+一半猪粪，忌用鸡粪和人粪。启动原料数量 8立方米户用沼气池启动原料需要2立方米，10 立方米户用沼气池启动原料需要2.53立方米。 启动前，原料进行池外堆沤（夏季35天，春秋季68天），堆沤时，在粪堆上泼水，保持湿润，并加盖塑料薄膜，以聚集热量和富集菌种。启动原料处理 3 启动水温检控 启动水温应控制在20以上,秋冬季节启动，原料需要充分堆沤，加入池内的水要加热到35以上。启动水量检控 新池启动，加入水量为池容的2/3左右，水位控制在零压面位置。启动水质检控 用晒热的污水坑或池塘的水启动新池，切忌将从井里抽出来的冷水直接加入池内。4 低负荷启动 按6%的低浓度启动，正常产
21、气后，逐步加大到设计负荷。 负荷过重，酸化速度过快，数量较少的产甲烷菌不能分解过量有机酸，容易形成有机酸积累，使启动失败。低负荷启动5 原料酸碱度检控 启动原料最适宜酸碱度为pH=7.0，启动过程一旦发生酸败, 表现为所产气体长期不能点燃，发酵液的颜色变黄。原料酸碱度调节 当pH值降到6.0以下时，可增加接种物，也可加入草木灰或石灰澄清液，将 pH 值调节到6.5以上，以顺利启动。6密封好活动盖 将粘土锤碎、过筛后，按351 的重量比与石灰粉干拌均匀，加水拌和揉搓成为面团状。 用水冲洗蓄水圈，将揉好的石灰胶泥，均匀地铺在活动盖口表面上，再把活动盖装在胶泥上，用脚踏紧，使之紧密结合。再加水养护，
22、保持密封。活动盖密封方法7 放气试火 沼气池启动初期，所产气体主要是二氧化碳，因气体中的甲烷含量低，通常不能燃烧。 当沼气压力达到40厘米时，应放气试火。所产气体中的甲烷含量为30%时，所产生的沼气即可点燃使用。放气试火二、沼气的净化 沼气池流入管道，首先经过冷凝水和脱硫装置，其目的是净化沼气。 1、净化H2S气体2、对冷凝水的净化3、对二氧化碳的净化1、净化H2S气体 沼气发酵过程中，微生物在对蛋白质等分解过程中会产生一定量的硫化氢气体，并进入沼气。由于它是一种腐蚀性很强的气体，能引起管道及仪表的快速腐蚀，本身及燃烧后生成的二氧化硫对人体有一定毒害作用，因此，农村户用沼气池应安装脱硫装置进行
23、脱硫净化。2、对冷凝水的净化 沼气是高湿度的混合气。沼气自消化池进入管道时，温度逐渐降低，管道中会产生大量含杂质的冷凝水。冷凝水长期积累在管路中会影响沼气的输送。沼气管道最靠近消化池的位置，沼气温降值最大，产生的冷凝水最多，可在此处 (沼气管路的最低处) 加一个集水器，管路中冷凝的水就会流入集水器，然后及时放出。手动排除冷凝水装置自动排除冷凝水装置3 3、对二氧化碳的净化、对二氧化碳的净化 净化沼气中的二氧化碳气体，可在输气管路的首端加一个装置，装入生石灰水，待二氧化碳气体流经装置时，就会与石灰水钙化产生沉淀。 沼气池装入原料和菌种，启动使用后，加强日常管理，控制好发酵过程条件，是维持高产气率
24、的重要技术措施。三、沼气池科学管理三、沼气池科学管理 要使沼气池经久不衰地产气好，产气旺，必须把沼气池当做有生命的生物体看待，不能当做垃圾坑。沼气池管理理念 加强吐故纳新 加入沼气池的发酵原料，经沼气细菌分解，逐渐被消耗或转化。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，并进行正常的新陈代谢，使产气正常而持久，要不断地补充新鲜原料，做到勤加料，勤出料。勤加料 勤出料改变平时管理不良习惯应当注意的是: 目前农村大多数建池户都是以生产用肥代替出料，不用肥则不出料，这种状况应当改变。沼气池及时出料是保持长其均衡产气的最基本也是最有效的手
25、段。 强化搅拌经常进行搅拌也是保持长期均衡产气的最基本最有效的手段。 强化搅拌 搅拌能使原料与沼气细菌充分接触，促进沼气细菌的新陈代谢，生长繁殖，提高产气率。 搅拌可以打破上层结壳，使中、下层所产生的附着在发酵原料上的沼气，由小气泡聚积成大气泡，并上升到气箱。强化搅拌强化搅拌 搅拌可以使沼气细菌的生活环境不断更新，有利于它们获得新的养料。 设置有强制回流装置的新池型，每天用活塞在抽渣管中上下抽动10分钟，进行强制回流搅拌。户用沼气池搅拌方法 按季节调节浓度 沼气细菌的生命活性随温度变化而变化，因此，变温发酵工艺的负荷应随季节变化而变化。 适宜的浓度：夏季6%8%；冬季10%12%。浓度过高过低
26、都不利于沼气细菌的活动和沼气的产生。按季节调节浓度 随时检控pH值 户用沼气池发酵初期，由于接种物不足，常会使酸化速度大大超过甲烷化速度，造成挥发酸大量积累。 发酵原料是否酸化，一般用pH 值测定仪或pH试纸测定。pH值检测方法 取出部分发酵原料，补充相等数量的接种物。加草木灰调节pH值。加入适量的石灰澄清液。酸化调节方法5.沼气池大换料每年或二年结合“模式”换茬生产进行一次大换料，即从沼气池中取出与总量2/33/4的旧料。大出料应做到以下几点：大出料前20天左右停止进料；备足新的发酵原料；出料主要是清 除难以消化的残渣和沉积的泥沙等；保留20%30%含有大量沼气微生物的污性泥和料液作为菌种；
27、沼气池大换料大出料不宜在低温季节进行，特别是冬季不宜大出料，因为低温下出料，沼气池很 难再 启动；大出料以后应迅速检修沼气池，因为沼气池使用一段时间后，气箱容易发生溶蚀性渗漏；大出料后，还应对沼气池进行密封养护，以提高气箱密闭性能。常用的方法是：大出料后应立即装料装水。 6 .加强越冬管理 沼气池越冬管理，用通俗的话概括就是“吃饱肚子，盖暖被子”，“池内增温，池外保温”。 “吃饱肚子”就是在入冬前，多出一些陈料，多进一些牛、马粪等热性原料，防止沼气池“空腹”过冬。沼气池越冬管理 “盖暖被子”就是入冬前，将太阳能暖圈顶面用塑料薄膜覆盖，露地沼气池用塑料大棚或秸秆覆盖保温。沼气池越冬管理简易温棚增
28、温太阳能猪舍正面立体图和侧截面图太阳能猪舍正面立体图和侧截面图太阳能猪舍、沼气池剖面图太阳能猪舍、沼气池剖面图6沼气池的养护 (1)(1)保湿养护保湿养护 水泥结构沼气池，建成后一定要进行7天以上的保湿养护。这是因为水泥是一种喜湿性建筑材料，干燥不利于水泥凝固，发生漏气漏水现象。(2)防止空池 新建或大出料后的沼气空池，经检查验收合格后，应抓紧时间填料、装水或覆盖湿土，切记不可空池晾晒，否则池子水泥会干裂、内外压力失去平衡和地下水压力等原因损坏池墙，压坏池底，发生沼气池漏水漏气现象。 (3)防腐蚀 腐蚀：受料液酸碱的侵蚀，沼气池使用多年后，部分池子的水泥和粉刷材料脱落，密封性受到破坏，发生沼气渗漏现象。 修复：大换料发现池壁腐蚀时，应洗刷干净池壁，将受腐蚀的池壁交替方向粉刷34遍水泥浆。
