沼气与沼气发酵ppt课件.ppt

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1、生物质能工程第二章沼气与沼气发酵本章主要内容第1节沼气的基本性质与沼气发酵原理沼气的基本性质与用途沼气发酵原理第2节沼气发酵的主要影响因素沼气发酵原料的配比沼气发酵原料的产气特性沼气发酵工艺条件第3节沼气发酵工艺类型第1节沼气发酵与沼气发酵微生物1.1概念：沼气与厌氧发酵沼气沼气是有机物质厌氧发酵的产物,是一种可燃的混合气体。其主要成分是甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2），以及少量的氮、氢、氧、氨、一氧化碳（CO）和硫化氢（H2S）等气体。沼气厌氧发酵是指有机物（如农作物秸杆、人畜粪便，垃圾以及有机废弃物等）在厌氧条件下，被沼气微生物分解代谢，

2、最后形成以CH4和CO2为主的混合气体，是一个生物化学过程。沼气的主要成分气源沼气成分体积分数％CH4CO2COH2N2CmHnO2H2S污水处理厂53.6～58.230.18～31.41.32～1.61.79～6.50.7～9.50.421.6～3.19小型沼气池57.2～6731.5～38.140.31.41.88～3.50.039～1.6260.23～1.80.021～0.1生活垃圾填埋气602612521.52.5厌氧发酵产沼气53～7030～47000.2000～10000ppm垃圾填埋气35～6515～5000～35～4000～50～1

3、00ppm1.2沼气的基本性质与用途常温常下是无色气体，因含有少量H2S而有臭鸡蛋气味。主要成分是甲烷，故其理化性质也与甲烷类似。甲烷的热值相当高，最高燃烧温度可达1400℃，是一种优质的气体燃料；沼气中因含有较多不可燃的CO2和其他气体，热值相应降低，最高燃烧温度1200℃；甲烷比空气轻得多，而沼气比空气轻6%～8%，在0℃时的密度为1.19～1.22kg/m3，在空气中容易扩散；甲烷的临界液化温度低而临界液化压力高－－沼气很难液化；甲烷在水中的溶解度很低，常温常压下单位体积的水只能溶解0.03单位体积的甲烷－－可用排水法收集沼气和水封法贮存

4、沼气。沼气的用途：(1)燃烧供热。(2)沼气发电及热电联产。(3)沼气燃料电池。(4)代用管道天然气和用作汽车燃料。(5)用作化工生产原料。燃烧供热以沼气为中心的生态模式沼气发电及热电联产沼气机车1.3.1沼气发酵微生物存在：甲烷菌在自然界分布广泛，如湖泊、沼泽、土壤中，池塘污泥中，下水道污泥、腐烂秸杆堆以及城乡垃圾堆中等；一些高等动植物体内。沼气发酵微生物种类根据最适生长温度，可划分为中温菌群(30～40℃)和高温菌群(55～60℃)。1.3沼气发酵原理不产甲烷细菌（18个属，51种）产甲烷细菌（3个目、7个科、19个属）好氧菌专性厌氧菌（数量最

5、大）兼性厌氧菌（1）不产甲烷菌不产甲烷菌：将复杂的有机物变成简单的小分子量的物质。不产甲烷细菌按照在生长过程中对氧气的要求分好氧菌、专性厌氧菌和兼性厌氧菌3类。其中专性厌氧菌数量最大，是在不产甲烷阶段起主要作用的菌类。作用：沼气发酵原料中所含的碳水化合物、蛋白质和脂肪等有机物，通过不产甲烷菌的液化作用形成可溶性的简单化合物，进入细胞内进行各种分解作用，形成有机酸、醇、酮以及二氧化碳、氢气、氨气和硫化氢等产物。产甲烷菌不能直接利用原料中的有机物，只有通过不产甲烷菌的作用，将有机物降解为简单的小分子化合物后才能被产甲烷菌利用。（2）产甲烷菌：属于水生

6、古细菌门，不能利用糖类等有机物作为能源和碳源，大多数产甲烷菌能够利用硫化物，许多产甲烷菌的生长还需要生物素。对氧和氧化剂非常敏感，只能利用比较简单的有机化合物和无机化合物，而且生长缓慢。产甲烷菌中存在对氧极为敏感的F420因子，即使存在微量的氧都会对产甲烷菌造成不利影响。所有产甲烷菌都能利用氢气和二氧化碳产生甲烷，其中绝大多数还能利用甲酸、甲醇和乙酸。在自然界沼气发酵中，乙酸是产甲烷的关键性物质，大约70%的甲烷来自于乙酸。马泽氏甲烷八叠球菌甲烷菌的繁殖倍增时间一般都比较长，达4～6d。产甲烷菌有八叠球状、杆状、球状和螺旋状4种形态史氏甲烷短杆菌亨

7、氏甲烷螺菌布氏甲烷杆菌马泽氏甲烷八叠球菌⑶沼气发酵微生物之间的关系①不产甲烷菌为产甲烷菌提供生长活动所需的物质和养分；产甲烷菌帮助不产甲烷菌为其生化反应解除反馈抑制。②不产甲烷菌为产甲烷菌创造适合其生长和产甲烷的厌氧环境。③不产甲烷菌与产甲烷菌共同调节维持沼气池中的pH值，使其保持在一个适宜的状态。1.3.2沼气发酵原理沼气发酵过程，实质上是微生物的物质代谢和能量转换过程，有机物约有90%被转化为沼气，10%被沼气微生物用于自身的消耗。1979年，M.P．Bryant根据大量科学事实，提出三阶段厌氧发酵理论。第一阶段：液化阶段由微生物的胞外酶，对有

8、机物质进行体外酶解，把固体有机物转变成可溶于水的物质。这些水解产物可以进入微生物细胞，并参与细胞内的生物化学反应。第二阶段