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影响沼气发酵的原因有哪些

2017-3-18 13:59:32     作者:Admin   【 】 浏览:  评论:0

1.温度

    沼气是利用粪便、农作物秸秆等有机物在厌氧的条件下,经过微生物生理代谢产生主要成分为CH4和CO2,还有少量的H2、H2S、CO等可燃性气体,属生物质能源。开展沼气发酵的研究有着重大的意义和作用,本文就沼气发酵的影响因素进行了探讨。

    沼气发酵可分为三个温度范围:50~65℃称高温发酵,20~45℃称中温发酵,20℃以下称低温发酵。此外,随自然温度变化的发酵方式称常温发酵。

    沼气发酵受到温度和温度波动的影响。在同一温度类型条件下,由于沼气发酵微生物的代谢活动随着温度的上升而增加,在一定的温度范围内,温度越高,发酵产气速率越快;短时间内若温度波动幅度过大时,可能导致停止产气。

    很多研究者对此进行了大量的研究,Harremoes等通过分析实验结果,得出了以下结论:中温厌氧消化的最佳温度为30~40℃。当温度在15℃以上时,厌氧发酵才能很好地进行。温度在10℃以下,无论产酸菌还是产甲烷菌都都受到严重抑制;温度在10℃以上,产酸菌首先开始活动,总挥发酸的产量直线上升;温度在15℃以上时,产甲烷菌的代谢活动才活跃起来,产气率明显提高,挥发酸含量迅速下降,在气温下降时必须考虑保温。

2.酸碱度(PH值)

    通常沼气池中的产甲烷细菌适宜的PH值范围为6.5~7.8,PH值的变化会直接影响产甲烷菌的生存和代谢。一般情况下,沼气池的PH值应维持在6.8~7.5之间,最好在7.2左右。

    pH值在5.5以下,产甲烷菌的活动完全受到抑制,而pH值上升至8甚至8.5时,仍保持一定的产气率。产酸菌的pH值范围为4.0~7.0,在超过甲烷菌的最佳pH值范围,酸性发酵可能超过甲烷发酵,造成反应器内“酸化”现象的发生。

    影响pH值变化的因素主要有以下几点:一是发酵原料的pH值;二是在厌氧发酵启动时,投料浓度过高,接种物中的产甲烷菌数量不足,以及在消化器运行阶段突然升高负荷,都会因产酸与产甲烷的速度失调而引起挥发酸的积累,导致pH值下降,这往往是造成厌氧发酵启动失败或终止的主要原因。

    在厌氧发酵过程,如果pH值过高,可适当投入石灰水、Na2CO3溶液加以中和,也可靠停止进料产酸作用下降、产甲烷作用相对增强,使积累于发酵液内的有机酸逐渐分解,pH值则逐渐恢复正常。

    如果pH值降至6.0以下,则应在调整pH值的同时,大量投入接种污泥,以加快pH值恢复。为防止沼气发酵酸化作用的发生,应加强对pH值的检测,如果所产气体中CO2比例突然升高或发酵中挥发酸含量突然上升,都是pH值要下降的预兆,这是应采取措施减少进料,降低消化器负荷,即可避免酸化现象,如果等到pH值下降后,再进行补救则难的多。

3.氧气含量

    沼气发酵启动和投料时带入的一部分氧气对沼气发酵危害不大,不会破坏沼气发酵的正常进行。这是因为沼气池中存在一部分好氧菌和兼性菌,带入的氧气很快会被不产甲烷细菌中的好氧菌或兼性菌消耗掉,使池内保持厌氧环境,同时这一部分氧气也使好氧菌、兼性菌与厌氧菌保持着动态的平衡关系,但为了保持好的厌氧环境,发酵过程中必须不漏气。

4.沼气发酵原料的碳氮比

    发酵原料的碳氮比(C/N),是指原料中有机碳含量和氮含量的比例关系。沼气发酵微生物需要的一定的碳、氮、磷等营养物质,才能正常生长和进行生命活动。碳元素为微生物生命活动提供能量,是形成甲烷的重要物质;氮元素也是构成微生物细胞的主要元素。这三种营养元素之间的比例,不论是好氧发酵还是沼气发酵,氮与磷的比例是确定值,为5:1。碳与氮的比值则范围较宽,以往的实践认为发酵原料的C/N以(13~30:1)为宜,大于30:1效果不佳,小于13:1还可正常发酵。但是,实际上以人粪便为主要原料(C/N=3.9:1)的沼气池也能很好的运行。所以,正常的沼气发酵要求合适的碳氮比,但不严格,要重视沼气池的启动和培养好相适应的菌种,提高沼气发酵细菌的适应能力。

    在沼气发酵过程中,细菌不断将有机碳素转化为CH4和CO2,产生的沼气放出,同时将一部分碳素和氮素合成细胞物质,多余的氮素物质则被分解以NH4HCO3的形式溶于发酵液中。经过这样一轮的分解,C/N值下降一次,生成的细胞物质死亡后又被用作原料。要想消化器内的C/N值适宜,进料的C/N值则可更高些。因为厌氧细菌生长缓慢,同时死亡的老细胞又可作为氮素的来源,所以污泥在消化器内滞留期越长,对投入氮素的需求越少。

5.沼气发酵接种物

    沼气发酵细菌的多少和质量的高低直接影响沼气发酵、产气速率和沼气的质量。沼气发酵能否快速启动与高质量和大量的接种物有关。

    如果沼气发酵启动时的接种物不够,可能会出现启动缓慢,经过很长时间,产气速率仍然较低的情况;接种物质量较差,产甲烷细菌数量较少,活性较低,此时水解性细菌和产氢产酸细菌很快繁殖,而产甲烷细菌繁殖较慢,导致不产甲烷作用较快,产甲烷与不产甲烷过程的平衡失调,就可能造成有机酸的缓慢积累,发酵液pH值下降,沼气池酸化,出现产气慢和沼气中甲烷含量低且质量差的情况。

    近年来,随着监测技术朝着智能化和网络化的方向发展,物联网技术的应用不仅有效地推进了沼气工程监测信息化的进程,同时也为厌氧发酵的研究,沼气工程的高效运行提供了技术支撑。

    沼气工程监测系统在预处理单元采集水量、温度和物料TS浓度等参数;在厌氧发酵单元采集温度、压力,PH值和物料TS浓度等参数并安装过载报警装置;在沼气输配气单元采集沼气成分、流量、贮气容积和压力等参数并安装沼气泄漏和过载报警装置;在污水处理单元安装COD,BOD,总P和总N等环保指标监测装置;在沼肥生产单元安装N,P,K和微量元素检测仪器;在沼气站采集现场温度、湿度和风速等环境条件。

    系统将上述参数转化成数据信号,通过双绞线或无线路由节点传输至DTU(数据传输单元),DTU将串口数据转换为IP数据,再通过GPRS网络或者3G网络将IP数据传输到后台服务器,管理人员通过电脑或LED大屏在线监控、调取数据、统计分析等。


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