影響沼氣發(fā)酵的5大原因探析

時(shí)間：2017-03-17作者：湖北銳意自控系統(tǒng)有限公司瀏覽：102

沼氣是利用糞便、農(nóng)作物秸稈等**物在厭氧的條件下，經(jīng)過(guò)微生物生理代謝產(chǎn)生主要成分為CH4和CO2，還有少量的H2、H2S、CO等可燃性氣體，屬生物質(zhì)能源。開(kāi)展沼氣發(fā)酵的研究有著重大的意義和作用，本文就沼氣發(fā)酵的影響因素進(jìn)行了探討。

1.溫度
沼氣發(fā)酵可分為三個(gè)溫度范圍：50～65℃稱高溫發(fā)酵，20～45℃稱中溫發(fā)酵，20℃以下稱低溫發(fā)酵。此外，隨自然溫度變化的發(fā)酵方式稱常溫發(fā)酵。

沼氣發(fā)酵受到溫度和溫度波動(dòng)的影響。在同一溫度類型條件下，由于沼氣發(fā)酵微生物的代謝活動(dòng)隨著溫度的上升而增加，在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度越高，發(fā)酵產(chǎn)氣速率越快；短時(shí)間內(nèi)若溫度波動(dòng)幅度過(guò)大時(shí)，可能導(dǎo)致停止產(chǎn)氣。

很多研究者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，Harremoes等通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出了以下結(jié)論：中溫厭氧消化的較佳溫度為30～40℃。當(dāng)溫度在15℃以上時(shí)，厭氧發(fā)酵才能很好地進(jìn)行。溫度在10℃以下，無(wú)論產(chǎn)酸菌還是產(chǎn)甲烷菌都都受到嚴(yán)重抑制；溫度在10℃以上，產(chǎn)酸菌首先開(kāi)始活動(dòng)，總揮發(fā)酸的產(chǎn)量直線上升；溫度在15℃以上時(shí)，產(chǎn)甲烷菌的代謝活動(dòng)才活躍起來(lái)，產(chǎn)氣率明顯提高，揮發(fā)酸含量迅速下降，在氣溫下降時(shí)必須考慮保溫。 

2.酸堿度（PH值）
通常沼氣池中的產(chǎn)甲烷細(xì)菌適宜的PH值范圍為6.5～7.8，PH值的變化會(huì)直接影響產(chǎn)甲烷菌的生存和代謝。一般情況下，沼氣池的PH值應(yīng)維持在6.8～7.5之間，較好在7.2左右。

pH值在5.5以下，產(chǎn)甲烷菌的活動(dòng)完全受到抑制，而pH值上升至8甚至8.5時(shí)，仍保持一定的產(chǎn)氣率。產(chǎn)酸菌的pH值范圍為4.0～7.0，在**過(guò)甲烷菌的較佳pH值范圍，酸性發(fā)酵可能**過(guò)甲烷發(fā)酵，造成反應(yīng)器內(nèi)“酸化”現(xiàn)象的發(fā)生。 

影響pH值變化的因素主要有以下幾點(diǎn)：一是發(fā)酵原料的pH值；二是在厭氧發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)，投料濃度過(guò)高，接種物中的產(chǎn)甲烷菌數(shù)量不足，以及在消化器運(yùn)行階段突然升高負(fù)荷，都會(huì)因產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷的速度失調(diào)而引起揮發(fā)酸的積累，導(dǎo)致pH值下降，這往往是造成厭氧發(fā)酵啟動(dòng)失敗或終止的主要原因。 

在厭氧發(fā)酵過(guò)程，如果pH值過(guò)高，可適當(dāng)投入石灰水、Na2CO3溶液加以中和，也可靠停止進(jìn)料產(chǎn)酸作用下降、產(chǎn)甲烷作用相對(duì)增強(qiáng)，使積累于發(fā)酵液內(nèi)的**酸逐漸分解，pH值則逐漸恢復(fù)正常。

如果pH值降至6.0以下，則應(yīng)在調(diào)整pH值的同時(shí)，大量投入接種污泥，以加快pH值恢復(fù)。為防止沼氣發(fā)酵酸化作用的發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)pH值的檢測(cè)，如果所產(chǎn)氣體中CO2比例突然升高或發(fā)酵中揮發(fā)酸含量突然上升，都是pH值要下降的預(yù)兆，這是應(yīng)采取措施減少進(jìn)料，降低消化器負(fù)荷，即可避免酸化現(xiàn)象，如果等到pH值下降后，再進(jìn)行補(bǔ)救則難的多。

厭氧消化器

3.氧氣含量
沼氣發(fā)酵啟動(dòng)和投料時(shí)帶入的一部分氧氣對(duì)沼氣發(fā)酵危害不大，不會(huì)破壞沼氣發(fā)酵的正常進(jìn)行。這是因?yàn)檎託獬刂写嬖谝徊糠趾醚蹙图嫘跃瑤氲难鯕夂芸鞎?huì)被不產(chǎn)甲烷細(xì)菌中的好氧菌或兼性菌消耗掉，使池內(nèi)保持厭氧環(huán)境，同時(shí)這一部分氧氣也使好氧菌、兼性菌與厭氧菌保持著動(dòng)態(tài)的平衡關(guān)系，但為了保持好的厭氧環(huán)境，發(fā)酵過(guò)程中必須不漏氣。 

4.沼氣發(fā)酵原料的碳氮比
發(fā)酵原料的碳氮比（C/N），是指原料中**碳含量和氮含量的比例關(guān)系。沼氣發(fā)酵微生物需要的一定的碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，才能正常生長(zhǎng)和進(jìn)行生命活動(dòng)。碳元素為微生物生命活動(dòng)提供能量，是形成甲烷的重要物質(zhì)；氮元素也是構(gòu)成微生物細(xì)胞的主要元素。這三種營(yíng)養(yǎng)元素之間的比例，不論是好氧發(fā)酵還是沼氣發(fā)酵，氮與磷的比例是確定值，為5：1。碳與氮的比值則范圍較寬，以往的實(shí)踐認(rèn)為發(fā)酵原料的C/N以（13～30：1）為宜，大于30：1效果不佳，小于13：1還可正常發(fā)酵。但是，實(shí)際上以人糞便為主要原料（C/N=3.9：1）的沼氣池也能很好的運(yùn)行。所以，正常的沼氣發(fā)酵要求合適的碳氮比，但不嚴(yán)格，要重視沼氣池的啟動(dòng)和培養(yǎng)好相適應(yīng)的菌種，提高沼氣發(fā)酵細(xì)菌的適應(yīng)能力。 

在沼氣發(fā)酵過(guò)程中，細(xì)菌不斷將**碳素轉(zhuǎn)化為CH4和CO2，產(chǎn)生的沼氣放出，同時(shí)將一部分碳素和氮素合成細(xì)胞物質(zhì)，多余的氮素物質(zhì)則被分解以NH4HCO3的形式溶于發(fā)酵液中。經(jīng)過(guò)這樣一輪的分解，C/N值下降一次，生成的細(xì)胞物質(zhì)死亡后又被用作原料。要想消化器內(nèi)的C/N值適宜，進(jìn)料的C/N值則可較高些。因?yàn)閰捬跫?xì)菌生長(zhǎng)緩慢，同時(shí)死亡的老細(xì)胞又可作為氮素的來(lái)源，所以污泥在消化器內(nèi)滯留期越長(zhǎng)，對(duì)投入氮素的需求越少。 

5.沼氣發(fā)酵接種物
沼氣發(fā)酵細(xì)菌的多少和質(zhì)量的高低直接影響沼氣發(fā)酵、產(chǎn)氣速率和沼氣的質(zhì)量。沼氣發(fā)酵能否快速啟動(dòng)與高質(zhì)量和大量的接種物有關(guān)。

如果沼氣發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)的接種物不夠，可能會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)緩慢，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間，產(chǎn)氣速率仍然較低的情況；接種物質(zhì)量較差，產(chǎn)甲烷細(xì)菌數(shù)量較少，活性較低，此時(shí)水解性細(xì)菌和產(chǎn)氫產(chǎn)酸細(xì)菌很快繁殖，而產(chǎn)甲烷細(xì)菌繁殖較慢，導(dǎo)致不產(chǎn)甲烷作用較快，產(chǎn)甲烷與不產(chǎn)甲烷過(guò)程的平衡失調(diào)，就可能造成**酸的緩慢積累，發(fā)酵液pH值下降，沼氣池酸化，出現(xiàn)產(chǎn)氣慢和沼氣中甲烷含量低且質(zhì)量差的情況。

近年來(lái)，隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)朝著智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用不僅有效地推進(jìn)了沼氣工程監(jiān)測(cè)信息化的進(jìn)程，同時(shí)也為厭氧發(fā)酵的研究，沼氣工程的高效運(yùn)行提供了技術(shù)支撐。


沼氣工程運(yùn)行管理智能監(jiān)控

沼氣工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在預(yù)處理單元采集水量、溫度和物料TS濃度等參數(shù)；在厭氧發(fā)酵單元采集溫度、壓力，PH值和物料TS濃度等參數(shù)并安裝過(guò)載報(bào)警裝置；在沼氣輸配氣單元采集沼氣成分、流量、貯氣容積和壓力等參數(shù)并安裝沼氣泄漏和過(guò)載報(bào)警裝置；在污水處理單元安裝COD，BOD，總P和總N等環(huán)保指標(biāo)監(jiān)測(cè)裝置；在沼肥生產(chǎn)單元安裝N,P,K和微量元素檢測(cè)儀器；在沼氣站采集現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度和風(fēng)速等環(huán)境條件。

系統(tǒng)將上述參數(shù)轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)雙絞線或無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)傳輸至DTU(數(shù)據(jù)傳輸單元)，DTU將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)，再通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)或者3G網(wǎng)絡(luò)將IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器，管理人員通過(guò)電腦或LED大屏在線監(jiān)控、調(diào)取數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)分析等。

沼氣工程物聯(lián)網(wǎng)在提高沼氣工程管控水平和生產(chǎn)效率上具有顯而易見(jiàn)的積極作用。沼氣工程物聯(lián)網(wǎng)對(duì)沼氣工程生產(chǎn)全程進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)和*咨詢系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備問(wèn)題，排除運(yùn)行故障，通過(guò)智能化管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料、輸配氣、沼肥生產(chǎn)和污水處理等環(huán)節(jié)自動(dòng)化控制，能提高產(chǎn)氣量、提升沼肥生產(chǎn)質(zhì)量和污水處理效果，實(shí)現(xiàn)沼氣工程管理科學(xué)化、控制自動(dòng)化、運(yùn)行智能化，節(jié)約勞動(dòng)成本，降低能耗，提高沼氣工程生產(chǎn)效率。


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