農(nóng)村沼氣技術(shù)應(yīng)用的培訓(xùn)

1、農(nóng)村沼氣技術(shù)應(yīng)用的培訓(xùn)第一講 沼氣發(fā)酵基礎(chǔ)知識第一節(jié) 沼氣的概念與特性 一、什么是沼氣 二、沼氣的來源 三、沼氣的成分 四、沼氣的性質(zhì) 一、什么是沼氣 沼氣是各種有機物質(zhì)在一定的溫度、水分、酸堿度和隔絕空氣的條件下，經(jīng)過嫌氣性細菌的發(fā)酵作用，產(chǎn)生的一種可燃氣體。在含腐爛有機質(zhì)較多的沼澤、池塘、污水溝和糞坑里，經(jīng)?？梢钥吹接袣馀菝俺觥０堰@種冒出的氣泡收集起來，可以用火點燃。因為這種可燃氣體最初是在池沼中發(fā)現(xiàn)的，所以稱它為沼氣。 二、沼氣的成分 沼氣是一種混合氣體。它的主要成分是甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）和少量的硫化氫（H2S）、氫（H2）、一氧化碳（CO）、氮（N2）等氣體。其中甲烷約占

2、50-70%、二氧化碳約占30-40%，其他成分含量極少。 三、沼氣的性質(zhì) 沼氣的主要成分是甲烷，甲烷是一種簡單的碳氫化合物。它的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，不溶于水，比空氣輕一半，是一種無色、無味、無臭、無毒的可燃性氣體。沼氣未燃燒時略有蒜味或臭雞蛋氣味，是因為沼氣中含有少量硫化氫氣體的緣故。甲烷的分子式是CH4，是由一個碳原子和四個氫原子構(gòu)成的化合物，不含氮、磷、鉀等元素，所以在燃燒時不會把發(fā)酵原料中的肥分燒掉。 當(dāng)甲烷完全燃燒時，呈藍白色火焰，燃燒溫度可達1400，能夠產(chǎn)生大量的熱。每立方米甲烷氣體，完全燃燒時，發(fā)熱量為8717大卡。每立方米人工沼氣的發(fā)熱量為5000大卡左右。相當(dāng)于1公斤優(yōu)質(zhì)煤或

3、0.7公斤汽油的發(fā)熱量。沼氣是一種優(yōu)良的氣體燃料，不僅能用來燒菜、煮飯、點燈，還可以用作動力燃料，開動內(nèi)燃機。一立方米的人工沼氣，能供3-4口之家三餐飯菜的燃料，能使一盞60支光的沼氣燈照明6小時，能使一馬力的內(nèi)燃機工作2小時，能發(fā)電1.25度。第二節(jié) 沼氣發(fā)酵基本原理 一、什么是沼氣發(fā)酵 沼氣發(fā)酵又稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵和甲烷發(fā)酵，是指有機物質(zhì)（如人畜糞便、秸稈、雜草等）在一定的水分、溫度和厭氧的條件下，被種類繁多、數(shù)量巨大、且功能不同的各類微生物的分解代謝，最終形成甲烷和二氧化碳等混合氣體（沼氣）的復(fù)雜的生物化學(xué)過程。 只有了解參加沼氣發(fā)酵的多種微生物活動規(guī)律、生存條件及作用，并按照微生物

4、的生存條件、活動規(guī)律去修建沼氣池，收集發(fā)酵原料，進行日常管理，使參加發(fā)酵的各種微生物得到最佳的生長條件，才能獲得較多的產(chǎn)氣量和沼肥，滿足生產(chǎn)、生活的需要。二、沼氣發(fā)酵微生物（細菌） （一）沼氣微生物的種類 在沼氣發(fā)酵過程中，主要有：“發(fā)酵性細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、耗氧產(chǎn)乙酸菌、食氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸產(chǎn)甲烷菌”等五大菌群參與活動。五大菌群：.發(fā)酵性細菌：一些不溶性物質(zhì)被發(fā)酵性細菌所分泌的胞外酶水解為可 溶性的糖、肽、氨基酸和脂酸，再將吸入細胞，發(fā)酵為 乙酸、丙酸、丁 酸等和醇類及一定量的H2及CO2以纖維素為例，反應(yīng)過程如下： （C6H10O5）+ nH2O n(C6H12O6)2 C6H12O6 C

5、H3COOH + CH3CH2COOH + CH3CH2CH2COOH +3CO2 +3H2.產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌：除甲酸、乙酸和甲醇外的物質(zhì)均不能被產(chǎn)甲烷菌所 利用，所以必須由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將其分解轉(zhuǎn)化為乙 酸、氫和二氧化碳 反應(yīng)過程如下： CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + CO2 + 3H2 CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2五大菌群：.耗氫產(chǎn)乙酸菌：它們既能利用H2+ CO2 生成乙酸，也能代謝糖類生 成乙酸。 2CO2 + 4H2 CH3COOH + 2H2O C6H12O6 3CH3COOH .產(chǎn)甲烷菌（食氫、食乙酸）：它們在厭氧條件下

6、將前三群細菌代謝的 終產(chǎn)物，在沒有外源受氫體的情況下，把乙酸 和H2/CO2轉(zhuǎn)化成CH4/ CO2。產(chǎn)甲烷菌廣泛存在于水底 沉積物和動物消化道等極端厭氧的環(huán)境中。 生成CH4的主要反應(yīng)如下： CH3COOH CH4 + CO2 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O 4HCOOH CH4 +3CO2 + 2H2O 4CH3OH 3CH4+ CO2 + 2H2O 五大菌群：各種發(fā)酵性細菌 玉米秸發(fā)酵時的發(fā)酵性細菌 五大菌群：食氫產(chǎn)甲烷菌甲烷八疊球菌甲烷絲菌 （二）沼氣發(fā)酵微生物的作用 1、不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供營養(yǎng)； 2、不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧環(huán)境； 3、不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌清除

7、有毒物質(zhì)； 4、不產(chǎn)甲烷菌與產(chǎn)甲烷菌共同維持環(huán)境中適宜的酸堿度。 （三）沼氣發(fā)酵微生物的特點 1、分布廣，種類多 上至1.2萬米的高空，下至2千米的地層深處都有微生物的蹤跡；沼氣微生物在自然界分布也很廣，種類達200-300種。 2、繁殖快，代謝強 產(chǎn)酸菌在生長旺盛時，20分鐘或更短的時間內(nèi)就可以繁殖一代，產(chǎn)甲烷菌繁殖速度較慢，約為產(chǎn)酸菌的1/15。 3、適應(yīng)性強，容易培養(yǎng) 與高等生物相比，多種微生物適應(yīng)性較強，并且容易培養(yǎng)。例如，沼氣池里的微生物在10-60C條件下，都能進行沼氣發(fā)酵。三、沼氣發(fā)酵過程目前公認(rèn)的沼氣發(fā)酵過程復(fù)雜有機物（多糖、脂類、蛋白質(zhì)等）可溶性物質(zhì)（糖類、脂酸、氨基酸等）H

8、2+CO2CH3COOHCH4H2O丙酸、丁酸等長鏈脂肪酸CH4CO2 （一）液化（水解）階段 在沼氣發(fā)酵中首先是發(fā)酵性細菌群利用它所分泌的胞外酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，對有機物進行體外酶解，也就是把畜禽糞便、作物秸稈、豆制品加工后的廢水等大分子有機物分解成能溶于水的單糖、氨基酸、甘油和脂肪酸等小分子化合物。這個階段叫液化階段。 （二）產(chǎn)酸階段 這個階段是三個細菌群體的聯(lián)合作用，先由發(fā)酵性細菌將液化階段產(chǎn)生的小分子化合物吸收進細胞內(nèi)，并將其分解為乙酸、丙酸、丁酸、氫和二氧化碳等，再由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌把發(fā)酵性細菌產(chǎn)生的丙酸、丁酸轉(zhuǎn)化為產(chǎn)甲烷菌可利用的乙酸、氫和二氧化碳。另外還有耗氫產(chǎn)乙酸菌群，這

9、種細菌群體利用氫和二氧化碳生成乙酸，還能代謝糖類產(chǎn)生乙酸，它們能轉(zhuǎn)變多種有機物為乙酸。 液化階段和產(chǎn)酸階段是一個連續(xù)過程，統(tǒng)常稱之為不產(chǎn)甲烷階段，它是復(fù)雜的有機物轉(zhuǎn)化成沼氣的先決條件。在這個過程中，不產(chǎn)甲烷的細菌種類繁多、數(shù)量巨大，它們主要的作用是為產(chǎn)甲烷菌提供營養(yǎng)和為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧條件，消除部分毒物。 （三）產(chǎn)甲烷階段 在此階段中，產(chǎn)甲烷細菌群，可以分為為食氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸菌兩大類群，已研究過的就有70多種產(chǎn)甲烷菌。它們利用以上不產(chǎn)甲烷的三種菌群所分解轉(zhuǎn)化的甲酸、乙酸等簡單有機物分解成甲烷和二氧化碳，其中二氧化碳在氫氣的作用下還原成甲烷。這一階段叫產(chǎn)甲烷階段，或叫產(chǎn)氣階段。 產(chǎn)甲烷

10、菌的共同特征是： 生長緩慢。如甲烷八疊球菌在乙酸上生長其倍增時間為1-2天，甲烷菌絲倍增時間為4-9天。 嚴(yán)格厭氧。對氧氣和氧化劑非常敏感，在有空氣的條件下就不能生存或死亡。 只能利用少數(shù)簡單的化合物作為營養(yǎng)。 要求在中性偏堿和適宜溫度環(huán)境條件。 代謝活動主要終產(chǎn)物是甲烷和二氧化碳為主要成分的沼氣。第三節(jié) 沼氣發(fā)酵基本條件 沼氣發(fā)酵是由多種細菌群參加完成的，它們在沼氣池中進行新陳代謝和生長繁殖過程中，需要一定的生活條件，只有用人工為其創(chuàng)造適宜生長條件，使大量的微生物迅速的繁殖，加快沼氣池內(nèi)的有機物分解。因此，只有滿足微生物的生長條件和沼氣池正常運行條件才能獲得產(chǎn)氣率高、沼氣和有機沼肥多的效果。

11、 人工制取沼氣的基本條件是： 一、適宜的發(fā)酵原料 二、質(zhì)優(yōu)足量的菌種 三、嚴(yán)格的厭氧環(huán)境 四、適宜的發(fā)酵溫度 五、適度的發(fā)酵濃度 六、適宜的酸堿度 一、適宜的發(fā)酵原料 沼氣發(fā)酵原料是產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是沼氣發(fā)酵細菌賴以生存的養(yǎng)料來源。因為沼氣細菌在沼氣池內(nèi)正常生長繁殖過程中，必須從發(fā)酵原料里吸取充分的營養(yǎng)物質(zhì)，如水分、碳素、氮素、無機鹽類和生長素等到，用于生命活動，成倍繁殖細菌和產(chǎn)生沼氣。 有機物中的碳水化合物如秸稈中的纖維素和淀粉是細菌的碳素營養(yǎng)，有機物中的有機氮如人畜糞尿中的含氮物質(zhì)則是細菌的氮素營養(yǎng)。當(dāng)有機物被細菌分解時，其中一部分有機物的碳素和氮素被同化成菌體細胞，以及組成其他新的

12、物質(zhì)，另一部分有機物則被產(chǎn)酸細菌分解為簡單有機物，后經(jīng)甲烷菌的作用產(chǎn)生甲烷。因此，沼氣發(fā)酵時，原料不僅需要充足，而且需要適當(dāng)搭配。保持一定的碳氮比例（最適宜C/N=25：1），這樣才不會因缺碳素或缺氮素營養(yǎng)而影響沼氣的產(chǎn)生和細菌正常繁殖。 二、質(zhì)優(yōu)足量的沼氣菌種 制取沼氣必須有沼氣細菌才行。這和發(fā)面需要有酵母一樣。如果沒有沼氣細菌作用，沼氣池內(nèi)的有機物本身是不會轉(zhuǎn)變成沼氣的。所以沼氣發(fā)酵啟動時要有足夠數(shù)量含優(yōu)良沼氣菌種的接種物，這是制取沼氣的重要條件。 在農(nóng)村含有優(yōu)良沼氣菌種的接種物，普遍存在于糞坑底污泥、下水污泥、沼氣發(fā)酵的渣水、沼澤污泥、豆制品作坊下水溝中的污泥，這些含有大量沼氣發(fā)酵細菌的

13、污泥稱為接種物。沼氣發(fā)酵加入接種物的操作過程稱為接種，新建沼氣池第一次裝料，如果不加入足夠數(shù)量含有沼氣細菌的接種物，常常很難產(chǎn)氣或產(chǎn)氣率不高，甲烷含量低無法燃燒。另外，加入適量的接種物可以避免沼氣池發(fā)酵初期產(chǎn)酸過多而導(dǎo)致發(fā)酵受阻。 三、嚴(yán)格的厭氧環(huán)境 沼氣發(fā)酵中起主要作用的是厭氧分解菌和產(chǎn)甲烷菌。它們怕氧氣、在空氣中暴露幾秒鐘就會死亡，就是說空氣中的氧氣對它們有毒害致死的作用。因此，嚴(yán)格的厭氧環(huán)境是沼氣發(fā)酵的最主要條件之一。我們根據(jù)沼氣細菌怕空氣的特性，修建的沼氣池除進出料口外必須嚴(yán)格密閉，達到不漏水、不漏氣，保證沼氣細菌正常生命代謝活動和貯存沼氣。 四、適宜的發(fā)酵溫度 沼氣池內(nèi)發(fā)酵液的溫度，

14、對產(chǎn)生沼氣的多少有很大影響，這是因為在適宜的溫度范圍內(nèi)溫度越高，沼氣細菌的生長、繁殖越快，產(chǎn)沼氣就多；如果溫度不適宜，沼氣細菌生長發(fā)育慢，產(chǎn)氣就少或不產(chǎn)氣。所以，溫度是沼氣發(fā)酵的重要外因條件。 研究發(fā)現(xiàn)，沼氣細菌在10-60的范圍內(nèi)，均能正常發(fā)酵產(chǎn)氣（最適溫度為35）。低于10 或高于 60都嚴(yán)格抑制微生物生存、繁殖，影響產(chǎn)氣。人們把不同的發(fā)酵溫度區(qū)分為三個范圍，即常溫發(fā)酵區(qū)10-25、中溫發(fā)酵區(qū)25-35、高溫發(fā)酵區(qū)50-60。農(nóng)村戶用沼氣池，一般都采用常溫發(fā)酵，夏天溫度高產(chǎn)氣多，冬季池溫低產(chǎn)氣少（池溫低于10，產(chǎn)氣效果很差）。為了提高沼氣池溫度使沼氣池常年產(chǎn)氣，在北方寒冷地區(qū)多把沼氣池修建

15、在日光溫室內(nèi)或太陽能禽畜舍內(nèi)，使池溫增高，提高冬季的產(chǎn)氣量，達到常年產(chǎn)氣。 五、適度的發(fā)酵濃度 沼氣池中的料液在發(fā)酵過程中需要保持一定的濃度，才能正常產(chǎn)氣運行，如果發(fā)酵料液中含水量過少、發(fā)酵原料過多，發(fā)酵液的濃度過大，產(chǎn)甲烷菌又食用不了那么多，就容易造成有機酸的大量積累，結(jié)果使發(fā)酵受到阻礙。如果水太多，發(fā)酵液的濃度過稀，有機物含量少，產(chǎn)氣量就少。 農(nóng)村沼氣池的發(fā)酵料液濃度一般采用6-12%之間。在這個范圍內(nèi)，沼氣的初始啟動濃度要低一些便于啟動。夏季和初秋池溫高，原料分解快，濃度可適當(dāng)?shù)鸵恍?，一般控制?-8%；冬季、初春池溫低，原料分解慢，發(fā)酵料液濃度應(yīng)高些，一般保持在8-12%為宜。 六、適

16、宜的酸堿度 沼氣發(fā)酵細菌最適宜的pH為6.5-7.5，6.4以下7.6以上都對產(chǎn)氣有抑制作用。如果pH在5.5以下，就是料液酸化的標(biāo)志，其產(chǎn)甲烷菌的活動完全受到抑制。如沼氣池初始啟動時，投料濃度過高，接種物中的產(chǎn)甲烷菌數(shù)量又不足，或者在沼氣池內(nèi)一次加入大量的雞糞、薯渣造成發(fā)酵料液濃度過高，都會因產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷的速度失調(diào)而引起揮發(fā)酸(乙酸、丙酸、丁酸)的積累，導(dǎo)致pH下降。這是造成沼氣池啟動失敗或運行失常的主要原因。 在沼氣發(fā)酵過程中，pH變化規(guī)律一般是：在發(fā)酵初期，由于產(chǎn)酸細菌的迅速活動產(chǎn)生大量的有機酸，使pH下降；但隨著發(fā)酵繼續(xù)進行，一方面氨化細菌產(chǎn)生的氨中和了一部分有機酸，另一方面甲烷菌群利

17、用有機酸轉(zhuǎn)化成甲烷，這樣使pH又恢復(fù)到正常值。這樣的循環(huán)繼續(xù)下去使沼氣池內(nèi)的pH一直保持在7.0-7.5的范圍內(nèi)，使發(fā)酵正常運行。所以沼氣池內(nèi)的料液發(fā)酵時，只要保持一定的濃度、接種物和適宜的溫度，它就會正常發(fā)酵，不需要進行調(diào)整。第四節(jié) 沼氣池型與結(jié)構(gòu) 一、沼氣池類型 在我國,經(jīng)過100多年的發(fā)展歷程，形成了各種各樣的沼氣池。一般可按以下幾種方式進行分類： 1、按儲氣方式 有水壓式、浮罩式和氣袋式三大類，在實際應(yīng)用中，水壓式最為普遍，浮罩式次之。 2、按幾何形狀 有圓筒形、球形、橢球形、長方形、方形、拱形等多種形狀，其中，圓筒形池和球形池應(yīng)用最為普遍。 3、按建池材料 有混凝土結(jié)構(gòu)池、磚結(jié)構(gòu)池、

18、塑料（或橡膠）池、玻璃鋼池、鋼絲網(wǎng)水泥池、鋼結(jié)構(gòu)池等，在實際應(yīng)用中，最為普遍的是混凝土結(jié)構(gòu)池。 4、按沼氣池埋設(shè)位置 有地下式、半埋式和地上式，在實際應(yīng)用中以地下式為主。 5、按發(fā)酵溫度 有常溫發(fā)酵池、中溫發(fā)酵池和高溫發(fā)酵池。除此以外，也有按照發(fā)酵工藝進行分類的。二、沼氣池組成與功能 1、進料口和進料管 進料口位于畜禽舍地面下，由設(shè)在地下的進料管與發(fā)酵間連通。進料口將廁所、畜禽糞便污水通過進料管流入沼氣池發(fā)酵間。 進料管內(nèi)徑一般為200-300mm，采取直管斜插于池墻中部或直插與池頂部的方式與發(fā)酵間連通，目的是保持進料順暢、攪拌方便、施工方便。 2、發(fā)酵間和儲氣室 是沼氣池的主體，可分為發(fā)酵間和儲氣室。發(fā)酵原料在發(fā)酵間進行發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣溢出水面進入上部的削球形儲氣室儲