重庆市沼气发酵技术培训班(一)

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1、重庆市沼气技术培训班沼气发酵原理及条件 李 志重庆市农业局 联系电话：023-89133397 绪绪 言言 沼沼气气的的生生成成是是一一种种古古老老的的生生物物现现象象，是是自自然然界界中中普普遍遍发发生生的的生生物物降降解解有有机机物物的的过过程程，而而不不是是人人类类发发明明的一项技术。的一项技术。 据据资资料料显显示示, ,人人们们发发现现沼沼气气至至今今约约有有20002000多多年年的的历历史史。但但是是，采采用用人人工工方方法法，把把沼沼气气收收集集起起来来或或根根据据沼沼气气产产生生的的原原理理，模模拟拟自自然然环环境境，建建造造沼沼气气池池制制取取沼沼气气并并加加以以综综合合利

2、利用用，还还是是近近几几十十年年逐逐步步发发展展起起来来的的一一项项利国利民的建设事业。利国利民的建设事业。 绪绪 言言n n沼气建设事业的发展概况沼气建设事业的发展概况n n沼气发酵技术的作用沼气发酵技术的作用n n沼气建设的重要意义沼气建设的重要意义 绪绪 言言 沼气建设事业的发展概况沼气建设事业的发展概况一、国外沼气建设事业发展概况一、国外沼气建设事业发展概况二、中国沼气建设事业发展概况二、中国沼气建设事业发展概况 绪绪 言言 沼气建设事业的发展概况沼气建设事业的发展概况一、国外沼气建设事业发展概况一、国外沼气建设事业发展概况据资料记载，早在意大利的古罗马帝据资料记载，早在意大利的古罗马

3、帝国时期，有人发现池塘中有可燃气国时期，有人发现池塘中有可燃气体冒出到现在已有体冒出到现在已有20002000多年历史多年历史 。16671667年，席勒将这种气体称为沼泽气。年，席勒将这种气体称为沼泽气。18661866年认识到沼气是微生物在无氧环年认识到沼气是微生物在无氧环境中分解纤维素产生的气体。境中分解纤维素产生的气体。 绪绪 言言 沼气建设事业的发展概况沼气建设事业的发展概况二、中国沼气建设事业发展概况二、中国沼气建设事业发展概况二、中国沼气建设事业发展概况二、中国沼气建设事业发展概况第一个发展时期第一个发展时期第一个发展时期第一个发展时期 ( 1930 ( 1930 ( 1930

4、( 1930年前后年前后年前后年前后) ) ) ) 首次试点首次试点首次试点首次试点第二个发展时期（第二个发展时期（第二个发展时期（第二个发展时期（ 1958 1958 1958 1958前后前后前后前后) ) ) ) 起步发展起步发展起步发展起步发展, , , ,技术不成熟技术不成熟技术不成熟技术不成熟第三个发展时期（第三个发展时期（第三个发展时期（第三个发展时期（19701978197019781970197819701978年年年年) ) ) ) 出现建设热潮出现建设热潮出现建设热潮出现建设热潮, , , ,技术仍不成熟技术仍不成熟技术仍不成熟技术仍不成熟第四个发展时期（第四个发展时期（

5、第四个发展时期（第四个发展时期（1978197819781978至今至今至今至今) ) ) ) 稳步健康发展稳步健康发展稳步健康发展稳步健康发展, , , ,技术逐渐成熟技术逐渐成熟技术逐渐成熟技术逐渐成熟第一个阶段第一个阶段第一个阶段第一个阶段(1978(1978(1978(19781990199019901990年年年年) ) ) )能源需求阶段能源需求阶段能源需求阶段能源需求阶段第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段 （199120199120199120199120世纪末世纪末世纪末世纪末 ）效益吸引阶段）效益吸引阶段）效益吸引阶段）效益吸引阶段第三阶段第三阶段第三阶段第三阶段 （ 21 2

6、1 21 21世纪之初）小康必须阶段世纪之初）小康必须阶段世纪之初）小康必须阶段世纪之初）小康必须阶段 l l第一个发展时期第一个发展时期第一个发展时期第一个发展时期 （ 1930 1930年前后年前后年前后年前后, ,首次试点）首次试点）首次试点）首次试点） l l 1929 1929年夏季，台湾的罗国瑞先生在汕头开年夏季，台湾的罗国瑞先生在汕头开年夏季，台湾的罗国瑞先生在汕头开年夏季，台湾的罗国瑞先生在汕头开设了我国第一个沼气商号设了我国第一个沼气商号设了我国第一个沼气商号设了我国第一个沼气商号“ “中国天然气瓦斯行中国天然气瓦斯行中国天然气瓦斯行中国天然气瓦斯行” ”。l l 从从从从1

7、9301930年起，罗国瑞先后在十几个省建立年起，罗国瑞先后在十几个省建立年起，罗国瑞先后在十几个省建立年起，罗国瑞先后在十几个省建立了分行，沼气池的修建遍及了分行，沼气池的修建遍及了分行，沼气池的修建遍及了分行，沼气池的修建遍及1313个省，所用池型个省，所用池型个省，所用池型个省，所用池型与我国目前使用的水压式沼气池基本相似，均与我国目前使用的水压式沼气池基本相似，均与我国目前使用的水压式沼气池基本相似，均与我国目前使用的水压式沼气池基本相似，均为混凝土结构，至今有的沼气池还可以使用。为混凝土结构，至今有的沼气池还可以使用。为混凝土结构，至今有的沼气池还可以使用。为混凝土结构，至今有的沼气

8、池还可以使用。l l 绪 言 沼气建设事业的发展概况 l l第二个发展时期（第二个发展时期（ 1958前后前后 起步发展起步发展,技术技术不成熟）不成熟）l l 湖北省开始兴办沼气，沼气池型结构为湖北省开始兴办沼气，沼气池型结构为混凝土长方形。在安徽省阜阳县设计了另一混凝土长方形。在安徽省阜阳县设计了另一种浮罩式沼气池，开展了种浮罩式沼气池，开展了 发酵池和发酵工发酵池和发酵工艺的研究，为在我国发展沼气事业奠定了基艺的研究，为在我国发展沼气事业奠定了基础。但是，由于严格厌氧微生物技术上的困础。但是，由于严格厌氧微生物技术上的困难未能突破，理论研究未能深入下去，修建难未能突破，理论研究未能深入下

9、去，修建的沼气池又缺乏正确的技术管理，留下来能的沼气池又缺乏正确的技术管理，留下来能够使用的沼气池为数很少。够使用的沼气池为数很少。绪 言 沼气建设事业的发展概况 第三个发展时期（第三个发展时期（第三个发展时期（第三个发展时期（1970197819701978年年年年, ,出现建设热潮出现建设热潮出现建设热潮出现建设热潮, ,技术仍不成技术仍不成技术仍不成技术仍不成熟）熟）熟）熟） 这一时期，由于国际能源出现危机，我国能源短缺、这一时期，由于国际能源出现危机，我国能源短缺、这一时期，由于国际能源出现危机，我国能源短缺、这一时期，由于国际能源出现危机，我国能源短缺、生态恶化的问题也日趋严重。在这

10、种情况下，四川省中生态恶化的问题也日趋严重。在这种情况下，四川省中生态恶化的问题也日趋严重。在这种情况下，四川省中生态恶化的问题也日趋严重。在这种情况下，四川省中江县龙台区部分农民为解决生活能源短缺，重新办起了江县龙台区部分农民为解决生活能源短缺，重新办起了江县龙台区部分农民为解决生活能源短缺，重新办起了江县龙台区部分农民为解决生活能源短缺，重新办起了沼气，并获得了很好的效果，受到了国务院有关部门的沼气，并获得了很好的效果，受到了国务院有关部门的沼气，并获得了很好的效果，受到了国务院有关部门的沼气，并获得了很好的效果，受到了国务院有关部门的高度重视高度重视高度重视高度重视绪 言 沼气建设事业的

11、发展概况 这一时期的特点是：来势猛，速度快，不到10年全国农村沼气池就发展到700多万个。但由于技术不成熟，沼气池是老式的“远、大、深”池子，加上急于求成、土法上马等原因，建成的沼气池使用年限很短，导致大量沼气池成为“怄气池” ，曾一度引起一些人对沼气技术的疑虑,严重地影响了沼气建设的发展。 绪 言 沼气建设事业的发展概况 l l第四个发展时期（第四个发展时期（1979至今稳步健康发至今稳步健康发展展)l l 第一个阶段第一个阶段(19791990年能源需求阶段年能源需求阶段)l l 为全面贯彻为全面贯彻“以经济建设为中心以经济建设为中心”的方的方针，国家科委在杭州召开了能源工作座谈针，国家科

12、委在杭州召开了能源工作座谈会。经过这次会议，农村能源的严重性和会。经过这次会议，农村能源的严重性和紧迫性受到政府和社会各界的关注。加大紧迫性受到政府和社会各界的关注。加大了科技投入和技术创新力度，使我国农村了科技投入和技术创新力度，使我国农村能源建设由自发的单项技术开发利用发展能源建设由自发的单项技术开发利用发展到了有组织、有计划、多项技术的综合开到了有组织、有计划、多项技术的综合开发利用阶段。发利用阶段。绪 言 沼气建设事业的发展概况 1984年，国家正式以中华人民共和国国家标准颁布了全国通用的农村家用水压式沼气池标准图集、农村家用水压式沼气池质量检查验收标准、农村家用水压式沼气池施工操作规

13、程（GB 4750-4752-84）。绪 言 沼气建设事业的发展概况 这一阶段我国沼气建设沼气建设逐步走上依靠科学技术，保证建设质量，重视经济效益，建管并重，稳步发展的道路。形成了以能源、环境保护和生态农业为目标的发展方向。沼气池为“圆、小、浅”池子。此时，还研究出了隧道式沼气池、上流式沼气池、折流式沼气池等大中型处理城市污水、粪便和工业废水的沼气池，取得了显著的环境效益、能源效益和社会效益。 绪绪 言言 沼气建设事业的发展概况沼气建设事业的发展概况 第二阶段第二阶段 （199120世纪末效益吸引阶段）世纪末效益吸引阶段） 90年代初，可持续发展提到了世界各年代初，可持续发展提到了世界各国发展

14、战略的高度。为适应能源、环境国发展战略的高度。为适应能源、环境和生态建设可持续发展的需要，有效地和生态建设可持续发展的需要，有效地推动了管理的规范化和现代化。沼气建推动了管理的规范化和现代化。沼气建设以效益吸引农户，开展以沼气为纽带设以效益吸引农户，开展以沼气为纽带的综合利用技术，近的综合利用技术，近10年时间，全国发年时间，全国发展农村户用沼气池近展农村户用沼气池近800万个。万个。绪 言 沼气建设事业的发展概况 至此我国沼气从无到有，经历了从老式的远、大、深，到圆、小、浅，到小型高效“三结合”一体化；从分散建设到集中建设，形成规模；从过去的三合土到钢筋混凝土；从土模拱顶到砖拱顶、钢模拱顶的

15、应用。并探索出了以沼气为纽带的生物质能综合开发利用的全面发展格局。由此形成了我国农村经济发展和改善生态环境的新亮点。 绪 言 沼气建设事业的发展概况第三阶段第三阶段 （ 21世纪之初，小康必须阶段）世纪之初，小康必须阶段） 我国开始全面建设小康社会。根据可再生我国开始全面建设小康社会。根据可再生能源发展战略，以及农业结构调整需要，农能源发展战略，以及农业结构调整需要，农业部提出了在农村实施以沼气建设为纽带的业部提出了在农村实施以沼气建设为纽带的“生态家园富民计划生态家园富民计划”重大决策，注入大量资重大决策，注入大量资金予以支持，为沼气建设提供了良好的发展金予以支持，为沼气建设提供了良好的发展

16、机遇。期间，于机遇。期间，于2002年新颁布了中华人民共年新颁布了中华人民共和国国家标准户用沼气池标准图集和国国家标准户用沼气池标准图集（GB/T 4750-2002）。）。绪 言 沼气建设事业的发展概况n n “生态家园富民计划生态家园富民计划”，指的是以沼，指的是以沼气建设为核心，在广大农村实现气建设为核心，在广大农村实现“家居温家居温暖清洁化、庭院经济高效化、农业生产暖清洁化、庭院经济高效化、农业生产无害化无害化”的目标，最终达到农户基本生活、的目标，最终达到农户基本生活、生产单元内部生态良性循环、发展现代生产单元内部生态良性循环、发展现代农业、增加农民收入、提高农民生活质农业、增加农民

17、收入、提高农民生活质量多重效益的目的。因此，我国沼气的量多重效益的目的。因此，我国沼气的开发和利用如雨后春笋，发展势头越来开发和利用如雨后春笋，发展势头越来越好。越好。 绪 言 沼气建设事业的发展概况 绪 言n沼气发酵技术的作用沼气发酵技术的作用n一一 、生产沼气、生产沼气提供清洁能源，提供清洁能源，缓解缓解n 燃料困难燃料困难n二、二、 扩大肥源扩大肥源提高造肥质量，提高造肥质量，发展发展n 农业生产农业生产n三、杀灭虫卵三、杀灭虫卵改善卫生条件，保改善卫生条件，保护护n 生态环境生态环境一 、生产沼气提供清洁能源，缓解 燃料困难 农村办沼气，可为农村提供清洁廉价的能源，对缓解农村燃料困难，

18、提高生活质量有重要作用。 绪绪 言言沼气发酵技术的作用沼气发酵技术的作用图1 沼气清洁卫生效能高 二、二、 扩大肥源扩大肥源提高造肥质量，发展提高造肥质量，发展 农业生产农业生产 过过去去农农民民往往往往把把农农作作物物的的秸秸秆秆当当燃燃料料烧烧掉掉。建建了了沼沼气气池池后后，就就可可以以将将其其作作为为发发酵酵原原料料，投投入入沼沼气气池池后后，既既产产气气又又造造肥肥。沼沼气气肥肥是是一一种种优优质质有有机机肥肥，含含有有N、P、K等等多多种种营营养养成成分分，肥肥效效较较高高，既既能能有有效效地地促促进进农农作作物物增增产产，又又可可降降低低生生产产成成本本，减减少污染。少污染。 绪绪

19、 言言沼气发酵技术的作用沼气发酵技术的作用图2 施用沼肥增产效果示意图 三、杀灭虫卵三、杀灭虫卵改善卫生条件，保护改善卫生条件，保护 生态环境生态环境 农村办沼气，人畜粪便、杂草、垃圾农村办沼气，人畜粪便、杂草、垃圾等入池发酵，有利于除虫灭病，改善农村等入池发酵，有利于除虫灭病，改善农村卫生条件。据卫生部门化验，粪液中的寄卫生条件。据卫生部门化验，粪液中的寄生虫卵，经过沼气池发酵后，出料时比进生虫卵，经过沼气池发酵后，出料时比进料前减少了料前减少了95%。在沼气池内血吸虫卵。在沼气池内血吸虫卵14-37天死亡，副伤寒杆菌天死亡，副伤寒杆菌3天就被杀灭。天就被杀灭。 绪绪 言言沼气发酵技术的作用

20、沼气发酵技术的作用图3 沼气发酵对寄生虫卵的杀灭效果 上述说明，农村沼气发酵技术具有产气、造肥、杀灭虫卵三大功能,即三大直接作用。通过沼气的综合利用能够显示出更多的间接作用：1、“一气”（沼气）带“三料”（燃料、肥料、饲料）2、“三料”兴“五业”（农、林、牧、副、渔业）3、“五业”出“效益”（经济效益、环境效 益、社会效益） 绪绪 言言沼气发酵技术的作用沼气发酵技术的作用 1、“一气”（沼气）带“三料”（燃料、肥料、饲料） 通过办沼气，基本解决了燃料困难；能产沼肥，养分齐全，可代替化肥；节约的农作物秸秆，增加了饲料来源。 绪绪 言言沼气发酵技术的作用沼气发酵技术的作用2 2、“ “三料三料三料

21、三料” ”兴兴兴兴“ “五业五业五业五业” ”（农、林、牧、副、渔业）（农、林、牧、副、渔业）（农、林、牧、副、渔业）（农、林、牧、副、渔业）（1 1）沼沼沼沼肥肥肥肥，养养养养分分分分齐齐齐齐全全全全，可可可可杀杀杀杀蚜蚜蚜蚜虫虫虫虫可可可可用用用用于于于于改改改改土土土土增增增增产产产产，发展农业；发展农业；发展农业；发展农业； （2 2）沼沼沼沼气气气气，作作作作生生生生活活活活燃燃燃燃料料料料使使使使用用用用，清清清清洁洁洁洁卫卫卫卫生生生生，无无无无烟烟烟烟无无无无灰，有利于封山育林；灰，有利于封山育林；灰，有利于封山育林；灰，有利于封山育林；（3 3）使使使使用用用用沼沼沼沼气气气

22、气，节节节节约约约约的的的的秸秸秸秸秆秆秆秆可可可可还还还还田田田田，并并并并可可可可作作作作饲饲饲饲料料料料发展畜牧业；发展畜牧业；发展畜牧业；发展畜牧业；（4 4）利利利利用用用用沼沼沼沼气气气气，作作作作为为为为热热热热源源源源，为为为为菇菇菇菇房房房房、蚕蚕蚕蚕房房房房、药药药药房房房房、孵孵孵孵化化化化室室室室进进进进行行行行 、育育育育秧秧秧秧、孵孵孵孵化化化化蚕蚕蚕蚕卵卵卵卵、禽禽禽禽、蛋蛋蛋蛋，发发发发展展展展多种经营、副业生产；多种经营、副业生产；多种经营、副业生产；多种经营、副业生产；（5 5）所所所所产产产产沼沼沼沼液液液液，可可可可作作作作为为为为饲饲饲饲料料料料添添添

23、添加加加加剂剂剂剂养养养养猪猪猪猪、养养养养鱼鱼鱼鱼，还还还还可可可可用用用用来来来来防防防防治治治治蚜蚜蚜蚜虫虫虫虫或或或或作作作作为为为为诱诱诱诱杀杀杀杀害害害害虫虫虫虫的的的的光光光光源源源源使使使使用用用用（只诱不杀）。（只诱不杀）。（只诱不杀）。（只诱不杀）。 绪绪 言言沼气发酵技术的作用沼气发酵技术的作用3 3、“五五业业”出出“效效益益”（经经济济效效益益、环环境境效效 益、社会效益）益、社会效益） 农农村村办办沼沼气气是是一一项项重重要要的的能能源源建建设设、肥肥料料建建设设、环环境境保保护护和和卫卫生生建建设设。农农村村办办沼沼气气，对对促促进进农农业业生生产产，改改善善人人

24、民民生活，建设小康社会都有着积极的作用。生活，建设小康社会都有着积极的作用。 绪绪 言言沼气发酵技术的作用沼气发酵技术的作用绪言绪言n n沼气建设的重要意义沼气建设的重要意义n n一、沼气建设能有效地实现有机废物资一、沼气建设能有效地实现有机废物资n n 源化源化达到农业生产无害化达到农业生产无害化n n二、沼气建设能逐步地实现农村燃料燃二、沼气建设能逐步地实现农村燃料燃n n 气化气化达到家居温暖清洁化达到家居温暖清洁化n n三、沼气建设能迅速地加强生态环境建三、沼气建设能迅速地加强生态环境建n n 设设 达到庭院经济高效化达到庭院经济高效化一、沼气建设能有效地实现有机废物一、沼气建设能有效

25、地实现有机废物 资源化资源化达到农业达到农业生产无害化生产无害化 人类在生产和生活过程中，都会有废物生成，人们人类在生产和生活过程中，都会有废物生成，人们对废物的认识可分为三个阶段：对废物的认识可分为三个阶段： 一是早期，人类居住分散，生产活动以农业为主，一是早期，人类居住分散，生产活动以农业为主，所生成的废物对环境影响不大，并可循环利用，因而所生成的废物对环境影响不大，并可循环利用，因而未引起人们的注意。未引起人们的注意。 二是后来，随着人口的增长和居住的集中，所生成二是后来，随着人口的增长和居住的集中，所生成的废物污染了环境，引起了人们的注意，开始设法对的废物污染了环境，引起了人们的注意，

26、开始设法对废物进行处理，例如，城市修建污水处理厂和垃圾处废物进行处理，例如，城市修建污水处理厂和垃圾处理站等。理站等。 三是近年来，人们开始认识到废物也是一种资源，三是近年来，人们开始认识到废物也是一种资源，大多数废物可以作为资源而加以再利用。将有机废物大多数废物可以作为资源而加以再利用。将有机废物作为沼气发酵原料来生产沼气，就是一个很好的证明。作为沼气发酵原料来生产沼气，就是一个很好的证明。 绪言绪言沼气建设的重要意义沼气建设的重要意义二、沼气建设能逐步地实现农村燃料燃气化达到家居温暖清洁化 沼气建设可提供方便而清洁的生活能源，改善农户居住环境，提高人们的生活水平。 经沼气发酵后所产生的有机

27、肥料又是生产绿色食品的肥源。 绪言绪言沼气建设的重要意沼气建设的重要意义义 绪言绪言沼气建设的重要意沼气建设的重要意义义 三、沼气建设能促进多种经营三、沼气建设能促进多种经营达到庭院达到庭院经济高效化经济高效化 将沼气发酵副产物沼液、沼渣进行综将沼气发酵副产物沼液、沼渣进行综合利用，推广合利用，推广“猪猪沼沼果果”、“猪猪沼沼鱼鱼”等模式，可促进种植业、养殖业、加等模式，可促进种植业、养殖业、加工业多种经营的发展，提高经济效益。工业多种经营的发展，提高经济效益。 上述说明，沼气发酵技术能有效地将有机废物变成燃气和肥料，解决农民燃料短缺和有机肥料不足等问题，因而可有效地保护山林植被，增加土壤有机

28、肥养分，减少水土流失，并可因减少烧煤和柴而减轻大气污染。而且有助于山川变绿、河水变清、天空变蓝，促进生态农业的可持续发展。 绪言绪言沼气建设的重要意沼气建设的重要意义义第一章 沼气发酵原理及条件第一节第一节 沼气发酵的原理沼气发酵的原理第二节第二节 沼气发酵条件沼气发酵条件沼气发酵原理及条件第一节第一节 沼气发酵的原理沼气发酵的原理沼气的基本概念沼气的基本概念沼气发酵的过程（三阶段发酵沼气发酵的过程（三阶段发酵理论）理论）沼气发酵的微生物沼气发酵的微生物沼气发酵的特点沼气发酵的特点沼气发酵的分类沼气发酵的分类 沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理 一、基本概念一、基本概念 (一一)沼气的概念沼气

29、的概念 沼气是有机物在厌氧条件下经微生物的作用沼气是有机物在厌氧条件下经微生物的作用而生成的一种可燃性气体。主要成分是甲烷而生成的一种可燃性气体。主要成分是甲烷和二氧化碳，其中甲烷含量占和二氧化碳，其中甲烷含量占5070% ,平平均均60%左右左右;二氧化碳占二氧化碳占40%左右。此外还有左右。此外还有氢气、硫化氢、一氧化碳、氮气和氨等。由氢气、硫化氢、一氧化碳、氮气和氨等。由于最先发现于沼泽，故称为沼气。于最先发现于沼泽，故称为沼气。 沼气可分为天然沼气和人工沼气两大类。沼气可分为天然沼气和人工沼气两大类。 1、沼气的物理性质 沼气是无色气体、有轻微的臭鸡蛋味，燃烧后臭鸡蛋味消除。 沼气发酵

30、原理及条件 沼气发酵的原理沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理2、沼气的化学性质 沼气是一种可燃性混合气体。由于在沼气中含有少量的硫化氢（H2S），因此在燃烧前有一定的臭味。但与氧气混合燃烧后就会生成无臭、无毒的氧化物释放到大气中去。 2H2S + 3O2 2H2O + 2SO2 硫化氢 氧气 水 二氧化硫 沼气中的甲烷（沼气中的甲烷（沼气中的甲烷（沼气中的甲烷（CH4CH4），是一种最简），是一种最简），是一种最简），是一种最简单的有机化合物。具有易燃性、与一定量单的有机化合物。具有易燃性、与一定量单的有机化合物。具有易燃性、与一定量单的有机化合物。具有易燃性、与一定量的空气混合可以燃烧并产生

31、大量热量。的空气混合可以燃烧并产生大量热量。的空气混合可以燃烧并产生大量热量。的空气混合可以燃烧并产生大量热量。 CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 212.6 CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 212.6 千卡千卡千卡千卡 甲烷甲烷甲烷甲烷 氧气氧气氧气氧气 二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳 水水水水 热热热热 量量量量 沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理（二）沼气发酵的基本概念 沼气发酵，又称厌氧消化。它是指：各种有机物在厌氧条件下，经各类沼气发酵微生物分解转化，最终生成混合气体（沼气）的过程，在这里讲的是人工制取沼气的过程 微 生 物 （C5H10O5）n+nH2O

32、 3nCH4+3nCO2+热量 分解发酵 有机物 水 甲烷 二氧化碳沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理 二、沼气发酵过程二、沼气发酵过程二、沼气发酵过程二、沼气发酵过程三阶段发酵理论三阶段发酵理论三阶段发酵理论三阶段发酵理论 沼气发酵过程：主要有二阶段理论、三阶段理论。但沼气发酵过程：主要有二阶段理论、三阶段理论。但沼气发酵过程：主要有二阶段理论、三阶段理论。但沼气发酵过程：主要有二阶段理论、三阶段理论。但比较完善，被公认的观点是三阶段理论。比较完善，被公认的观点是三阶段理论。比较完善，被公认的观点是三阶段理论。比较完善，被公认的观点是三阶段理论。 沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理沼气发酵的

33、三阶段理论：沼气发酵的三阶段理论： 液液化化（水水解解）阶阶段段：指指大大分分子子有有机机固固形形物物液液化化，如如多多糖糖、蛋蛋白白质质、脂脂肪肪被被分分解解为为可可溶溶性性的的糖糖、肽肽、氨基酸和脂肪酸等小分子物质。氨基酸和脂肪酸等小分子物质。 酸酸化化（产产酸酸）阶阶段段：可可溶溶于于水水的的物物质质，进进入入微微生生物物细细胞胞，液液化化产产物物转转变变成成小小分分子子化化合合物物，主主要要是是乙乙酸等挥发酸酸等挥发酸 。 气气化化（产产甲甲烷烷）阶阶段段：简简单单的的小小分分子子有有机机物物转转变变成成甲烷、二氧化碳和水。甲烷、二氧化碳和水。沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理复杂有机

34、物（多糖、脂类、蛋白质类）可溶性物质（多糖、脂类、蛋白质类）丙酸、丁酸等长链脂肪酸H2+CO2CH3COOHCH4、H2OCH4、CO2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图4 沼气发酵过程中五群细菌的作用示意图 三、参与沼气发酵的微生物三、参与沼气发酵的微生物（一）发酵性细菌：参与沼气发酵第一阶段（一）发酵性细菌：参与沼气发酵第一阶段发酵过程，约有几百种，发酵过程，约有几百种， 按其结构特征分按其结构特征分为细菌、真菌和原生动物。为细菌、真菌和原生动物。（二）产酸菌：主要包括产氢产乙酸菌群、（二）产酸菌：主要包括产氢产乙酸菌群、耗氢产乙酸菌群，参与沼气发酵第二阶段产耗

35、氢产乙酸菌群，参与沼气发酵第二阶段产酸过程。酸过程。 由于以上两类菌群不直接产生甲烷，统称由于以上两类菌群不直接产生甲烷，统称为不产甲烷菌。为不产甲烷菌。沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理 不产甲烷菌的作用：不产甲烷菌的作用：1、为产甲烷菌提供营养。、为产甲烷菌提供营养。2、为产甲烷菌创造适宜的氧化还原条件。、为产甲烷菌创造适宜的氧化还原条件。3、为产甲烷菌消除部分有毒物。、为产甲烷菌消除部分有毒物。4、参与产酸过程，并和产甲烷菌一起，共、参与产酸过程，并和产甲烷菌一起，共 同维持发酵同维持发酵 液液 的的 pH值。值。沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理 （三）产甲烷菌：主要包括食氢产甲烷菌和

36、食乙酸（三）产甲烷菌：主要包括食氢产甲烷菌和食乙酸（三）产甲烷菌：主要包括食氢产甲烷菌和食乙酸（三）产甲烷菌：主要包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大菌群，参与沼气发酵第三阶段产甲产甲烷菌两大菌群，参与沼气发酵第三阶段产甲产甲烷菌两大菌群，参与沼气发酵第三阶段产甲产甲烷菌两大菌群，参与沼气发酵第三阶段产甲烷过程。到目前为止已分离出烷过程。到目前为止已分离出烷过程。到目前为止已分离出烷过程。到目前为止已分离出7070多种，其中我国多种，其中我国多种，其中我国多种，其中我国已分离出近已分离出近已分离出近已分离出近2020种种种种沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理 产甲烷菌的特性及作用：产甲烷菌的特

37、性及作用： 1、甲烷菌的基本形态：球状、杆状、螺、甲烷菌的基本形态：球状、杆状、螺 旋状。旋状。 2、甲烷菌的主要生理特性、甲烷菌的主要生理特性 3、产甲烷菌的作用、产甲烷菌的作用 4、不产甲烷菌与产甲烷菌的增长速度决、不产甲烷菌与产甲烷菌的增长速度决 定产酸与产甲烷的速度平衡。定产酸与产甲烷的速度平衡。沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理 沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理1、甲烷菌的基本形态：球状、杆状、螺 旋状。图5 产甲烷菌类群形态示意图巴氏甲烷八叠球菌奥氏纤维素甲烷芽孢杆菌及氢发酵菌的显微照片（放大750倍）产甲烷细菌的几种形态弱氧化甲烷杆菌及丙酸甲烷杆菌显微照片食氢产甲烷菌食乙酸产甲

38、烷菌（10000）图6 食氢、食乙酸产甲烷菌 沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理沼气发酵的原理沼气发酵的原理沼气发酵的原理2 2、甲烷菌的主要生理特性、甲烷菌的主要生理特性、甲烷菌的主要生理特性、甲烷菌的主要生理特性(1)(1)要求厌氧条件严格：是绝对严格的厌氧型细菌，安要求厌氧条件严格：是绝对严格的厌氧型细菌，安要求厌氧条件严格：是绝对严格的厌氧型细菌，安要求厌氧条件严格：是绝对严格的厌氧型细菌，安置于空气中，仅置于空气中，仅置于空气中，仅置于空气中，仅2 2分钟就会死亡。分钟就会死亡。分钟就会死亡。分钟就会死亡。 (2)(2)只能代谢少数几种底物生成甲烷只能代谢少数几种底物生成甲烷只能代谢

39、少数几种底物生成甲烷只能代谢少数几种底物生成甲烷 （H2/CO2H2/CO2、甲酸、甲醇、乙酸等）、甲酸、甲醇、乙酸等）、甲酸、甲醇、乙酸等）、甲酸、甲醇、乙酸等）(3)(3)要求较高的温度：其范围在要求较高的温度：其范围在要求较高的温度：其范围在要求较高的温度：其范围在10 6010 60之间之间之间之间(4)(4)要求中性和微碱性环境：要求中性和微碱性环境：要求中性和微碱性环境：要求中性和微碱性环境：p p为为为为6.87.46.87.4。(5)(5)繁殖速度比较慢：大多数微生物是繁殖速度比较慢：大多数微生物是繁殖速度比较慢：大多数微生物是繁殖速度比较慢：大多数微生物是 20 20分钟分钟

40、分钟分钟左右繁殖一代，而甲烷菌是繁殖一代需要左右繁殖一代，而甲烷菌是繁殖一代需要左右繁殖一代，而甲烷菌是繁殖一代需要左右繁殖一代，而甲烷菌是繁殖一代需要2525天，天，天，天，平均是平均是平均是平均是4 4天一代，有的达半月以上。天一代，有的达半月以上。天一代，有的达半月以上。天一代，有的达半月以上。 沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理沼气发酵的原理沼气发酵的原理沼气发酵的原理3 3、产甲烷菌的作用、产甲烷菌的作用、产甲烷菌的作用、产甲烷菌的作用（1 1）裂解乙酸产生甲烷。）裂解乙酸产生甲烷。）裂解乙酸产生甲烷。）裂解乙酸产生甲烷。（2 2）为不产甲烷菌生化反应解除反馈抑制。）为不产甲烷菌生化

41、反应解除反馈抑制。）为不产甲烷菌生化反应解除反馈抑制。）为不产甲烷菌生化反应解除反馈抑制。（3 3）和不产甲烷菌一起，共同维持发酵液）和不产甲烷菌一起，共同维持发酵液）和不产甲烷菌一起，共同维持发酵液）和不产甲烷菌一起，共同维持发酵液 的的的的pHpH值。值。值。值。 沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理沼气发酵的原理沼气发酵的原理沼气发酵的原理4 4、不产甲烷菌与产甲烷菌的增长速度决定产酸与产甲烷的速、不产甲烷菌与产甲烷菌的增长速度决定产酸与产甲烷的速、不产甲烷菌与产甲烷菌的增长速度决定产酸与产甲烷的速、不产甲烷菌与产甲烷菌的增长速度决定产酸与产甲烷的速度平衡。度平衡。度平衡。度平衡。（1 1

42、）在正常运行的沼气发酵系统中，不产甲烷菌与产甲烷菌）在正常运行的沼气发酵系统中，不产甲烷菌与产甲烷菌）在正常运行的沼气发酵系统中，不产甲烷菌与产甲烷菌）在正常运行的沼气发酵系统中，不产甲烷菌与产甲烷菌相互依赖，相互制约使产酸与产甲烷的速度处于一个相对平相互依赖，相互制约使产酸与产甲烷的速度处于一个相对平相互依赖，相互制约使产酸与产甲烷的速度处于一个相对平相互依赖，相互制约使产酸与产甲烷的速度处于一个相对平衡状态，在发酵液内既无过多的有机酸积累，又可以保持较衡状态，在发酵液内既无过多的有机酸积累，又可以保持较衡状态，在发酵液内既无过多的有机酸积累，又可以保持较衡状态，在发酵液内既无过多的有机酸积

43、累，又可以保持较高的甲烷产率。高的甲烷产率。高的甲烷产率。高的甲烷产率。（2）控制产酸和产甲烷的速度平衡的方法： 投入原料底物的浓度不能太高 投入大量的厌氧活性污泥 沼气发酵原理及条件沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理沼气发酵的原理 总之，在沼气发酵过程中，五大类微生物构成一条食物链，有机物经微生物分解，最终生成了CH4、CO2和H2O，大部分有机物经厌氧消化而去除，只有小部分难以降解的物质及微生物细胞以厌氧污泥的形式残存。沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理n n四、沼气发酵的特点四、沼气发酵的特点n n（一）沼气发酵是一种严格的厌氧消化过程（一）沼气发酵是一种严格的厌氧消化过程n n（二）（

44、二） 沼气发酵的参与微生物多种多样。沼气发酵的参与微生物多种多样。 n n（三）沼气发酵是一种喜温发酵。（三）沼气发酵是一种喜温发酵。n n（四）沼气发酵的原料种类丰富（四）沼气发酵的原料种类丰富,来源广泛。来源广泛。 n n（五五）沼沼气气发发酵酵产产物物（CH4、CO2）自自动动从从发发酵酵液中分离出来。液中分离出来。 n n（六）沼气发酵微生物自身耗能少。（六）沼气发酵微生物自身耗能少。沼气发酵原理及条件沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理沼气发酵的原理五、沼气发酵的分类（一）按投料的方式分 连续发酵 半连续发酵 批量发酵（二）按发酵的温度分 高温发酵 中温发酵 常温发酵沼气发酵原理及条件沼气发酵原理及条件 沼气发酵的原理沼气发酵的原理沼气发酵的原理沼气发酵的原理