沼气发酵工艺类型

   　　对沼气发酵的工艺分类，从不同角度有不同的分类方法。规模化沼气工程，强调从工程的运行温度、工程运行的最终目标以及所选用的处理原料进行分类。按投料运行方式又可将沼气发酵分为半连续投料沼气发酵、连续投料沼气发酵和批量投料沼气发酵等。
　　由于小城镇环卫资源有限，垃圾的产量相对较少，一般日垃圾产量不超过50t，因而西部小城镇规模沼气工程主要属于中小型沼气工程。

　　沼气工程主要设备
　　在沼气发酵过程的预处理阶段，需要选用适宜的格栅及除杂物的分离设施。杂物分离设施可选用斜板振动筛或振动挤压分离机等。
　　中间阶段的消化器，是大中型沼气工程的关键设施。消化器是大中型沼气工程的核心处理装置，众多的设计者都努力在消化器结构形式上精心设计，以便提高处理负荷，同时又要追求适中的造价。
　　后处理阶段，单纯以环保为目标的工程，后处理装置是好氧处理设施。以能源环保相结合为目标的工程，消化液后处理包括固液分离机和沼渣干燥、成分调配和包装设施；沼液浓缩、成分调配等设施。
　　沼气集中供气的输配管路系统，主要由中、低压沼气管网、沼气压送站、调压计量站、沼气分配控制室及储气罐等组成。

　　沼气工程选址与总体设计
　　（1）根据从防止环境污染角度考虑的安全原则和从经济角度考虑的经济合理原则，沼气发酵工程的选址应符合下列要求：
　　①应符合小城镇建设总体规划及环境卫生专业规划。
　　②应具备满足工程建设的工程地质条件和水文地质条件。
　　③综合考虑运距对周围环境的影响，交通运输等的合理性，充分利用已建或拟建的垃圾处理（基础）设施，合理布局，有利于减少工程建设投资并利于实现综合处理。
　　④应与城镇规划居住区、公共设施保持一定的卫生防护距离，并在城镇夏季主导风向的下风向或侧风向，以减少沼气工程对周围环境产生的影响或对周围环境影响不超过国家相关规范、标准的要求。
　　⑤厂区防洪不低于城镇防洪标准。

   　　（2）沼气工程总体布置应满足下列要求
　　总体布置应满足沼气工程工艺的要求，布置紧凑，便于施工、运行和管理。应结合地形、气象和地质条件等因素，经过技术经济分析确定。
　　在满足工艺要求的同时，还应与周围的环境相协调，选用设备装置及构筑物平面布局与管路走向要合理，并符合防火相关条款规定。若以粪便为原料来源，在条件允许的前提下，还要适当考虑沼气工程生产规模扩展的可能性。

　　沼气发酵工艺条件
　　（1）沼气发酵原料
　　在沼气发酵过程中，发酵原料即是产生沼气的底物，又是沼气发酵细菌赖以生存的养料来源。西部小城镇地区各种农业剩余物，如猪、马、牛、羊等家畜及家禽的粪便等，各种农作物的秸杆、杂草、树叶等，以及农产品加工的废物、废水，如豆制品、淀粉等加工的废水都是良好的沼气发酵原料。
　　（2）沼气发酵过程的影响因素
　　沼气发酵微生物要求适宜的生活条件，对温度、酸碱度及其它各种环境因素都有一定的要求。在工艺上满足微生物的这些生活条件，才能达到发酵快、产气量高的目的。沼气池（或沼气发酵罐）发酵产气的好坏与发酵条件的控制密切相关。在发酵条件比较稳定的情况下产气旺盛，否则产气不好。因此，控制好沼气发酵的工艺条件是维持正常发酵产气的关键。
　　①严格的厌氧环境
　　沼气发酵微生物包括产酸菌和产甲烷菌两大类，它们都是厌氧性细菌，尤其是产生甲烷的甲烷菌是严格厌氧菌，对氧特别敏感。它们不能在有氧的环境中生存，哪怕微量的氧存在，生命活动也会受到抑制，甚至死亡。因此，建造一个不漏水、不漏气的密闭沼气池（罐），是人工制取沼气的关键。沼气发酵的起动或新鲜原料入池时会带进一部分氧，但由于在密闭的沼气池内，好氧菌和兼性厌氧菌的作用，迅速消耗了溶解氧，创造了良好的厌氧条件。
　　　　②发酵温度
　　沼气发酵微生物是在一定的温度范围进行代谢活动，可以在8～65℃产生沼气，温度高低不同产气速度不同。在8～65℃范围内，温度越高，产气速率越大，但不是线性关系。40～50℃是沼气微生物高温菌和中温菌活动的过渡区间，它们在这个温度范围内都不太适应，因而此时产气速率会下降。当温度增高到53～55℃时，沼气微生物中的高温菌活跃，产沼气的速率最快。沼气发酵温度突然变化，对沼气产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。一般常温发酵温度不会突变；对中温和高温发酵，则要求严格控制料液的温度。
　　　　③适宜的酸碱度
　　pH值是指消化器内料液的pH值，而不是发酵原料pH值。沼气微生物最适宜的pH值范围是6.8～7.5。一般来说，当pH值（＜6或＞8）时，沼气发酵就要受到抑制，甚至停止产气。建议采用测定挥发酸来控制投料量，这样可以做到精确管理。
　　在沼气工程中给消化器投料时，要根据pH值来控制投料量，若投料量过多，形成冲击负荷，会造成产酸过多。在间断投料时，料液的pH值应在7上下为宜，当pH低于6.8时，产甲烷菌的生命活动将受到抑制，正常发酵将遭到破坏。当消化器出现超负荷情况时，一方面停止进料，一方面在必要时可以投加碱性物质（如石灰水），提高消化器内的pH值，使发酵过程得到比较快的恢复。在投料以后pH值不应低于6.5。当pH值在低于6.0时，则应大量投入接种物或重新进行起动。
　　　　④碳、氮、磷的比例
　　发酵料液中的碳、氮、磷元素含量的比例，对沼气生产有重要的影响。研究工作表明，碳氮以20～30：1为佳；碳、氮、磷比例以10：4：0.8为宜。对于以生产农副产品的污水为原料的，一般氮、磷含量均能超过规定比例下限，不需要另外投加。但对一些工业污水，如果氮、磷含量不足，应补充到适宜值。
　　　　⑤适宜的料液浓度
　　料液中干物质含量的百分比为料液浓度。对沼气池内发酵料液浓度要求，随季节的变化而不同。在夏季，发酵料液浓度可以低些，要求浓度在6%左右；冬季浓度应高一些，为8%左右。发酵料液的浓度太低或太高，对产生沼气都不利。因为浓度太低时，即含水量太多有机物相对减少，会降低沼气池单位容积中的沼气产量，不利于沼气池的充分利用；浓度太高时，即含水量太少，不利于沼气细菌的活动，发酵料液不易分解，使沼气发酵受到阻碍，产气慢而少。因此，一定要根据发酵料液含水量的不同，在进料时加入相应数量的水，使发酵料液的浓度适宜，以充分合理地利用发酵料液和获得比较稳定的产气率。
　　⑥搅拌
　　搅拌的目的是使发酵原料分布均匀，防止大量原料浮渣结壳，增加沼气微生物与原料的接触面，提高原料利用率，加快发酵速度，提高产气量。机械搅拌，通过机械装置运转达到搅拌的目的。
常用的几种搅拌方法
　　⑦接种物
　　在发酵运行之初，要加入厌氧菌作为接种物（亦称为菌种）。在条件具备时，宜采用生态环境一致的厌氧污泥作为接种物。当没有适宜的接种物时，需要进行菌种富集和培养，即选择活性较强的污泥或是人畜粪便等，添加适量有机废水或作物秸秆等，装入可密封的容器内，在适宜的条件下，重复操作，扩大接种数量。沼气发酵是沼气微生物群分解代谢有机物产生沼气的过程，沼气微生物像其它生物一样，对环境有个适应范围。
　　⑧添加剂和抑制剂
　　许多物质可以加速发酵过程，而有些物质却抑制发酵的进行；还有些物质在低浓度时有刺激发酵作用，而在高浓度时产生抑制作用。沼气池内挥发酸浓度过高（中温发酵0.2%以上；高温发酵0.36%以上）时，对发酵有阻抑作用；氨态氮（NH3-N）浓度过高时，对沼气发酵菌有抑制和杀伤作用；各种农药，特别是剧毒农药，都有极强的杀菌作用，即使微量也可使正常的沼气发酵完全破坏。很多盐类，特别是金属离子，在适当浓度时能刺激发酵过程，当超过一定浓度时对发酵过程会产生强烈的抑制作用。

　　沼气工程劳动定员
　　　　劳动定员应按照定岗定员的原则，根据项目的工艺特点、技术水平、自动控制水平和管理的要求，合理确定。沼气工程工作制度，可根据工艺技术要求宜采用单班制。堆肥厂劳动定员可分为生产人员、辅助生产人员和管理人员。辅助生产人员可根据当地的社会化协作条件，逐步由社会化服务系统解决。

　　沼气工程运行管理
　　　　日常的管理可分为运行、控制、化验和机修等几部分。不论是运行的操作者，还是化验员都必须熟悉工艺流程和设备的操作规程；按时巡视检查并准确填写运行记录。一旦在巡视检查中发现异常现象，要及时上报并做好维修处理。每班记录应包括当班进料量、进料温度、pH值及每周一次的COD值、SS值等；还应该包括各个采样点以及排水处的这些数据。通过这些数据的监测，控制污泥的回流量、进料量和进料温度等，把上述参数列成表格，或通过这些数据分析pH值和温度的变化趋势，指导系统安全运行。