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    沼氣發酵的影響因素

       日期:2015-09-24     來源:論文網    瀏覽:101    評論:0    

      沼氣作為一種重要的生物質能,是可再生能源的重要組成部分。沼氣由于最初發現于沼澤中,故名沼氣。沼氣是利用糞便、農作物秸稈等有機物在厭氧的條件下,經過微生物生理代謝產生主要成分為CH4和CO2,還有少量的H2、H2S、CO等可燃性氣體,屬生物質能源。通過厭氧發酵可殺死秸稈等發酵原料中的病源蟲卵,故發酵后的沼液是很好的液體有機肥料,可以用沼液噴施蔬菜、果樹和農作物,除具有良好肥效外,還有抗寒、抗病蟲害和增產的作用。沼渣是沼氣發酵后剩余的半固體物質,其中含有豐富的有機質、腐殖酸、氨基酸、氮、磷、鉀等微量元素;它可以作為土壤的改良劑,減少使用化學肥料帶來的環境污染 ,促進生態農業建設。開展沼氣發酵的研究有著重大的意義和作用。

      1.溫度

      沼氣發酵受到溫度和溫度波動的影響。沼氣發酵可分為三個溫度范圍:50~65℃稱高溫發酵,20~45℃稱中溫發酵,20℃以下稱低溫發酵。此外,隨自然溫度變化的發酵方式稱常溫發酵。在同一溫度類型條件下,由于沼氣發酵微生物的代謝活動隨著溫度的上升而增加,在一定的溫度范圍內,溫度越高,發酵產氣速率越快;短時間內若溫度波動幅度過大時,可能導致停止產氣。很多研究者對此進行了大量的研究,Harremoes等通過分析實驗結果,得出了以下結論:中溫厭氧消化的最佳溫度為30~40℃。當溫度在15℃以上時,厭氧發酵才能很好地進行。溫度在10℃以下,無論產酸菌還是產甲烷菌都都受到嚴重抑制;溫度在10℃以上,產酸菌首先開始活動,總揮發酸的產量直線上升;溫度在15℃以上時,產甲烷菌的代謝活動才活躍起來,產氣率明顯提高,揮發酸含量迅速下降,在氣溫下降時必須考慮保溫。

      1.酸堿度(PH值)

      通常沼氣池中的產甲烷細菌適宜的PH值范圍為6.5~7.8,PH值的變化會直接影響產甲烷菌的生存和代謝。一般情況下,沼氣池的PH值應維持在6.8~7.5之間,最好在7.2左右。pH值在5.5以下,產甲烷菌的活動完全受到抑制,而pH值上升至8甚至8.5時,仍保持一定的產氣率。產酸菌的pH值范圍為4.0~7.0,在超過甲烷菌的最佳pH值范圍,酸性發酵可能超過甲烷發酵,造成反應器內“酸化”現象的發生。

      影響pH值變化的因素主要有以下幾點:一是發酵原料的pH值;二是在厭氧發酵啟動時,投料濃度過高,接種物中的產甲烷菌數量不足,以及在消化器運行階段突然升高負荷,都會因產酸與產甲烷的速度失調而引起揮發酸的積累,導致pH值下降,這往往是造成厭氧發酵啟動失敗或終止的主要原因。

      在厭氧發酵過程,如果pH值過高,可適當投入石灰水、Na2CO3溶液加以中和,也可靠停止進料產酸作用下降、產甲烷作用相對增強,使積累于發酵液內的有機酸逐漸分解,pH值則逐漸恢復正常。如果pH值降至6.0以下,則應在調整pH值的同時,大量投入接種污泥,以加快pH值恢復。為防止沼氣發酵酸化作用的發生,應加強對pH值的檢測,如果所產氣體中CO2比例突然升高或發酵中揮發酸含量突然上升,都是pH值要下降的預兆,這是應采取措施減少進料,降低消化器負荷,即可避免酸化現象,如果等到pH值下降后,再進行補救則難的多。

      1.氧氣含量

      沼氣發酵啟動和投料時帶入的一部分氧氣對沼氣發酵危害不大,不會破壞沼氣發酵的正常進行。這是因為沼氣池中存在一部分好氧菌和兼性菌,帶入的氧氣很快會被不產甲烷細菌中的好氧菌或兼性菌消耗掉,使池內保持厭氧環境,同時這一部分氧氣也使好氧菌、兼性菌與厭氧菌保持著動態的平衡關系,但為了保持好的厭氧環境,發酵過程中必須不漏氣。

      1.沼氣發酵原料的碳氮比

      發酵原料的碳氮比(C/N),是指原料中有機碳含量和氮含量的比例關系。沼氣發酵微生物需要的一定的碳、氮、磷等營養物質,才能正常生長和進行生命活動。碳元素為微生物生命活動提供能量,是形成甲烷的重要物質;氮元素也是構成微生物細胞的主要元素。這三種營養元素之間的比例,不論是好氧發酵還是沼氣發酵,氮與磷的比例是確定值,為5:1。碳與氮的比值則范圍較寬,以往的實踐認為發酵原料的C/N以(13~30:1)為宜,大于30:1效果不佳,小于13:1還可正常發酵。但是,實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行[55]。所以,正常的沼氣發酵要求合適的碳氮比,但不嚴格,要重視沼氣池的啟動和培養好相適應的菌種,提高沼氣發酵細菌的適應能力。

      在沼氣發酵過程中,細菌不斷將有機碳素轉化為CH4和CO2,產生的沼氣放出,同時將一部分碳素和氮素合成細胞物質,多余的氮素物質則被分解以NH4HCO3的形式溶于發酵液中。經過這樣一輪的分解,C/N值下降一次,生成的細胞物質死亡后又被用作原料。要想消化器內的C/N值適宜,進料的C/N值則可更高些。因為厭氧細菌生長緩慢,同時死亡的老細胞又可作為氮素的來源,所以污泥在消化器內滯留期越長,對投入氮素的需求越少。

      1.沼氣發酵接種物

      沼氣發酵細菌的多少和質量的高低直接影響沼氣發酵、產氣速率和沼氣的質量。沼氣發酵能否快速啟動與高質量和大量的接種物有關。如果沼氣發酵啟動時的接種物不夠,可能會出現啟動緩慢,經過很長時間,產氣速率仍然較低的情況;接種物質量較差,產甲烷細菌數量較少,活性較低,此時水解性細菌和產氫產酸細菌很快繁殖,而產甲烷細菌繁殖較慢,導致不產甲烷作用較快,產甲烷與不產甲烷過程的平衡失調,就可能造成有機酸的緩慢積累,發酵液pH值下降,沼氣池酸化,出現產氣慢和沼氣中甲烷含量低且質量差的情況。

     
    標簽: 沼氣發酵
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