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沼氣工程産氣效率不佳,是這幾點沒做到位!

  沼氣是一種可再生的清潔能源,是由有機質如人、牲畜、家禽的糞便和稭稈、雜草、秕殼等在适宜的溫度、水分、濕度下形成厭氧環境,經過微生物的生長發育、繁殖代謝作用産生甲烷和二氧化碳、水蒸汽、硫化氫、一氧化碳、氮氣等可燃燒性的混合氣體,沼氣發酵就是厭氧消化或厭氧發酵的過程。沼氣監測系統在其中所起的作用不容忽視。
  
  在實際運行過程中,沼氣的發酵過程常常達不到預期的效果,會出現供氣不足、時斷時續、長期不産氣等現象,為确保沼氣工程正常産氣,以下将對沼氣發酵微生物這個核心因素進行說明。
  
沼氣工程産氣效率不佳,是這幾點沒做到位!_湖北銳意自控
 
  一、保持沼氣發酵裝置内足夠數量的微生物
  
  微生物是沼氣發酵過程中生命活動的主體。在沼氣發酵系統中,微生物有兩種存在形式:一種是群體,另一種是個體。實驗表明,消化液中以個體存在的微生物數量并不多,對沼氣發酵過程所起的作用微不足道。決定沼氣發酵進程的主要是以群體形式存在的微生物,也就是通常所說的厭氧污泥。污泥濃度的大小對沼氣發酵裝置産氣效率的影響很大。一般人眼,污泥濃度越大(即單位有效容積中微生物量越多),發酵裝置的最大産氣效率也就越高。既然保持消化裝置内足夠多的微生物十分重要,那麼應該采取哪些措施來達到目的呢?
  
  1.加快厭氧微生物的生長速度
  
  沼氣發酵的第一、第二階段是不産甲烷菌活動的結果,第三階段是産甲烷菌作用所緻。産甲烷菌是一類嚴格的專性厭氧菌,對營養要求比較簡單,但對環境條件變化特别敏感,适應性差。另一方面,産甲烷菌繁殖的世代時間長,為4-8天,所以産甲烷菌既是左右沼氣發酵過程成敗的關鍵微生物,也是控制厭氧生物反應速率的主要微生物。如果能通過生物工程手段提高産甲烷菌繁殖速率,縮短其世代時間,那麼,在相同時間内,産甲烷菌增殖的數量将會更多,從而提高沼氣發酵效率,同時沼氣發酵裝置的啟動時間将會縮短。
  
  2.增加沼氣裝置滞留微生物的能力
  
  傳統沼氣發酵裝置難以滞留厭氧微生物,發酵裝置内微生物數量少,發酵效率低。在微生物生長繁殖速率不變的情況下,減少微生物排放速率,同樣可以達到積累、滞留微生物的目的。可以通過改變傳統沼氣發酵裝置的結構,安裝沼氣監測系統,裝設填料、回流污泥、培養顆粒污泥等措施,增加反應器滞留微生物的能力,保持沼氣發酵裝置内足夠數量的微生物,特别是産甲烷菌。
  
  二、提高厭氧微生物的活性
  
  沼氣發酵過程中,微生物的活性就是轉化有機物并生成沼氣的能力,即将有機物轉化成為甲烷、二氧化碳、硫化氫等的能力,可以用污泥比産甲烷活性、污泥負荷表示。提高厭氧微生物活性可以通過提高沼氣發酵微生物自身活力和創造适宜的環境條件來實現。
  
  1.高活性厭氧微生物的培育
  
  如果能采用常規選育或生物工程的辦法提高沼氣發酵微生物的自身活性,沼氣發酵效率将會得到極大提高。由于沼氣發酵系統是多菌種作用的混合培養系統,純培養條件下獲得的高活性菌株在投放到自然的沼氣發酵系統中,有可能不能适應混合培養環境而喪失其優勢。因此,通過常規選育或生物工程的發放培育高活性厭氧微生物的難度很大。
  
  2.創造适宜的環境條件
  
  ①滿足需要的微量元素
  
  沼氣發酵微生物需要一定量的微量元素,鎳、钴、钼、鐵、硒和鎢等是一些産甲烷菌所必需的物質,鋅、銅、錳是發酵性細菌必需的物質。
  
  ②合适的常量元素比例
  
  參與發酵的微生物不僅要從料液中吸收營養物質以取得能源,而且還要利用這些營養物質合成新的細胞。在讨論沼氣發酵微生物的營養物質時,一般都要重點考察氮和磷的配比。
  
  ③減少有毒物質的抑制
  
  在沼氣發酵過程中,一些原料中含有有毒、有害物質,經常造成産氣效率下降甚至運行失敗。特别是處理工業有機原料是,更需注意有毒、有害物質對沼氣發酵微生物的影響。最常見的抑制性物質為氨氮、硫化物、鹽類、重金屬以及某些人工合成物質。
  
  ④适宜的pH環境和溫度
  
  pH是沼氣發酵重要的影響因素。微生物對pH的波動十分敏感,即使是在其生長pH範圍内,pH的突然改變也會引起微生物活力明顯下降;合适的溫度也是影響微生物生命活動的重要因素,各種微生物都隻在在一定的溫度範圍生長。
  
  三、加強微生物與底物的傳質效果
  
  在沼氣發酵反應器中,生物化學反應依靠傳質才能進行,而傳質的産生必須通過基質與微生物之間的實際接觸。在沼氣發酵系統中,隻有實現基質與微生物之間充分而又有效的接觸,才能最大限度地發揮反應器的處理效能。
  
  基質與微生物之間的接觸,可以通過集中途徑實現。反應器的構造不同,實現接觸的方式也不一樣。歸納起來,大緻有三種接觸方式,即攪拌接觸、流動接觸、氣泡攪動接觸。對于溶解性發酵原料、連續進料沼氣發酵系統,為了強化接觸物質可采取有效的布水、合理利用沼氣的攪動、料液回流等措施。
  
  對于高固體發酵原料、分批進料沼氣發酵系統,機械攪拌是最有效的手段。攪拌混合不僅能加強微生物與底物的傳質效果,均勻分布進料底物,稀釋抑制物質濃度,而且還能發放至分層、沉澱以及浮渣形成,破除溫度分布梯度。
  
  結語:
  
  在對沼氣工程發酵過程的優化時,應當始終圍繞着沼氣厭氧發酵微生物來進行,具體則是通過保持沼氣發酵裝置中足夠的微生物數量,改善微生物生長繁殖的營養物質和環境條件增強微生物活性,加強微生物與基質的傳質效果等方面改進沼氣發酵過程的性能,進而提高整個沼氣工程的效率。
  
  此外,想要進一步提高運行效率,時刻掌握沼氣發酵設備的運行狀況,從而針對性地做出調整和控制,從而實現沼氣工程發酵過程的優化和同樣十分重要。随着沼氣工程的技術發展,通過沼氣監測系統即可實現實時智能監控和統一操作管理。
  
  湖北銳意自控系統有限公司開發的大中型沼氣監測系統Gasboard-9230可以實時獲取沼氣工程運行參數(溫度、壓力、pH、沼氣流量、成分數據等),是沼氣工程驗收、監督和運行的可靠數據來源,通過網絡傳輸至省、市縣和業主監測平台上,并根據已知數據指導确定大中型沼氣工程的運行參數,目前該監測方案廣泛應用于畜牧養殖戶、農業種植戶、餐廚垃圾處理場、污水處理場等大中型沼氣工程。
  
沼氣工程産氣效率不佳,是這幾點沒做到位!_湖北銳意自控
 
(參考資料:董宜勝《沼氣發酵菌種與發酵原料濃度對沼氣産氣的影響》,鄧良偉 等《沼氣工程》;圖片來源于網絡)


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