1、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,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、持久地产气。 (
2、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,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、牲畜和家禽的粪便。这类原料的碳氮比(含
3、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：,热性原料：纤维素含量高，疏松多孔，水分易蒸发，含水少，同时，粪中含有纤维细菌很多，能促进纤维素分解，在堆放过程中能产生高于50以上的高温，这一类肥料统称为热性原料。如：马粪、羊粪、纯猪粪、蚕粪、禽粪
4、、秸杆堆肥等。 冷性原料：也叫凉性原料。凡是堆制过程中不能产生高温，温度低于50者，统称为冷性原料。如：牛粪、人粪尿（或粪稀）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、半消化液和少量腐败生成物。70-80%水分，20%左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，混食者呈中性。,（1）人类尿的组成和性质,人类尿的成分：,人粪尿的成分含量看，含氮量均较高，而磷、钾较少，所以常
5、把人粪尿当作氮肥使用。,人尿： 含水量95%，以及可溶性氮化物和无机盐类。如尿素1-2%、NaCl 1%左右、氨基酸等，不含任何微生物，人尿属酸性反应。,（2） 家畜粪尿的成分和性质,成分： 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、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、镁等无机盐类。,畜粪中有机质较多，约为15-30%，羊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，猪
6、又次之，羊最少。,家畜粪的性质,猪粪： 由于饲料的多样化，猪粪中养分含量常不一致，氮素含量比牛粪高一倍，磷钾含量也高于牛粪和马粪，只是钙、镁、含量低于其它粪肥，猪粪C/N比值较低，且含有大量的氨化细菌，比较易于腐熟。,牛粪：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，通气性差，分解腐熟缓慢，发酵温度低，故称冷性发酵原料。,马粪：马对饲料的消化不及牛细致，所以，粪中纤维素含量高，疏松多孔，水分易于蒸发，含水分少，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，堆积时发热量大，所以称马粪为热性发酵原料。,羊粪：羊也是反刍动物，羊饮水少，肥质细密干燥，肥分浓厚，羊粪也
7、是热性发酵原料。,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，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。家禽尿一般呈碱性反应。,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
8、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
9、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，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
10、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，
11、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,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,(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
12、，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。 (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,沼气池
13、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
14、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,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
15、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，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
16、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
17、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
18、.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，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
19、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
20、水装置,3、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，是维持高产气率的重要技术措施。,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，
21、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
22、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
23、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；,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
24、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,简易温棚增温,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,6沼气池的养护,(1)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。,
