技师培训201205

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1、沼气生产工培训（技师）第八章小型沼气工程运行第一节、沼气发酵原理掌握沼气发酵微生物在水解－产酸－产甲烷过程中的基本功能。利用微生物代谢作用来生产各种产品的工艺过程称为发酵。沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵或甲烷发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）的复杂的生物化学过程。沼气发酵是一个复杂的微生物学过程，了解这一过程中各类微生物的作用及其活动规律，才能把沼气发酵建立在科学的基础之上。只有有了大量的沼气微生物，并使各种类

2、群的微生物得到最佳的生长条件，各种有机物原料才会在微生物的作用下转化为沼气。一、沼气发酵的微生物类群沼气发酵是一种极其复杂的微生物和化学过程，这一过程的发生和发展是五大类群微生物生命活动的结果。它们是：发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌。这些微生物按照各自的营养需要，起着不同的物质转化作用。从复杂有机物的降解，到甲烷的形成，就是由它们分工合作和相互作用而完成的。在沼气发酵过程中，五大类群细菌构成一条食物链，从各类群细菌的生理代谢产物或它们的活动对发酵液酸碱度（pH）的影响来看，沼气发酵过程可分为产酸阶段和产甲烷阶段。前三群细

3、菌的活动可使有机物形成各种有机酸，因此，将其统称为不产甲烷菌。后二群细菌的活动可使各种有机酸转化成甲烷，因此，将其统称为产甲烷菌。1.不产甲烷菌在沼气发酵过程中，不能直接产生甲烷的微生物统称为不产甲烷菌。不产甲烷菌能将复杂的大分子有机物变成简单的小分子量的物质。它们的种类繁多，现已观察到的包括细菌、真菌和原生动物三大类。2.产甲烷菌 在沼气发酵过程中，利用小分子量化合物形成沼气的微生物统称为产甲烷菌。如果说微生物是沼气发酵的核心，那么产甲烷菌又是沼气发酵微生物的核心，产甲烷菌是一群非常特殊的微生物。它们严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感，适宜在中性或微碱性环境中

4、生存繁殖。产甲烷菌的种类很多。产甲烷菌生长缓慢，繁殖倍增时间一般都比较长，长者达4～6天，短者3小时左右，大约为产酸菌繁殖倍增时间的15倍。由于产甲烷菌繁殖较慢，在发酵启动时，需加人大量甲烷菌种。产甲烷菌在自然界中广泛分布，如土壤中，湖泊、沼泽中，反刍动物（牛羊等）的肠胃道，淡水或碱水池塘污泥中，下水道污泥，腐烂秸秆堆，牛马粪以及城乡垃圾堆中都有大量的产甲烷菌存在。14在沼气发酵过程中，不产甲烷菌与产甲烷菌相互依赖，互为对方创造维持生命活动所需的物质基础和适宜的环境条件；同时又相互制约，共同完成沼气发酵过程。它们之间的相互关系主要表现在下列几个方面：1.不产

5、甲烷菌为产甲烷茵提供营养。原料中的碳水化合物、蛋白质和脂肪等复杂有机物不能直接被产甲烷菌吸收利用，必须通过不产甲烷菌的水解作用，使其形成可溶性的简单化合物，并进一步分解，形成产甲烷菌的发酵基质。这样，不产甲烷菌通过其生命活动为产甲烷菌源源不断地提供合成细胞的基质和能源。另一方面，产甲烷菌连续不断地将不产甲烷菌所产生的乙酸、氢和二氧化碳等发酵基质转化为甲烷，使厌氧消化中不致有酸和氢的积累，不产甲烷菌也就可以继续正常的生长和代谢。由于不产甲烷菌与产甲烷菌的协同作用，使沼气发酵过程达到产酸和产甲烷的动态平衡，维持沼气发酵的稳定运行。2.不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜

6、的厌氧生态环境。在沼气发酵启动阶段，由于原料和水的加人，在沼气池中随之进人了大量的空气，这显然是对产甲烷菌有害的，但是由于不产甲烷菌类群中的好氧和兼性厌氧微生物的活动，使发酵液的氧化还原电位（氧化还原电位愈低，厌氧条件愈好）不断下降，逐步为产甲烷菌的生长和产甲烷菌创造厌氧生态环境。3.不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质。在以工业废水或废弃物为发酵原料时，其中往往含有酚类、苯甲酸、氰化物、长链脂肪酸和重金属等物质。这些物质对产甲烷菌是有毒害作用的。而不产甲烷菌中有许多菌能分解和利用上述物质，这样就可以解除对产甲烷菌的毒害。此外，不产甲烷菌发酵产生的硫化氢（H2S

7、）可以与重金属离子作用，生成不溶性的金属硫化物而沉淀下来，从而解除了某些重金属的毒害作用。4.不产甲烷茵与产甲烷菌共同维持环境中适宜的酸碱度。在沼气发酵初期，不产甲烷菌首先降解原料中的淀粉和糖类等，产生大量的有机酸。同时，产生的二氧化碳也部分溶于水，使发酵液的酸碱度（pH）下降。但是，由于不产甲烷菌类群中的氨化细菌迅速进行氨化作用，产生的氨（NH3）可中和部分有机酸。同时，由于甲烷菌不断利用乙酸、氢和二氧化碳形成甲烷，而使发酵液中有机酸和二氧化碳的浓度逐步下降。通过两类群细菌的共同作用，就可以使pH稳定在一个适宜的范围。因此，在正常发酵的沼气池中，pH始终能

8、维持在适宜的状态而不用人为的控制。二、沼气发酵微生物