1、二、發醇原料堆肥原料都可以作沼氣發酵原料。（一）常見沼氣發酵原料的理論產氣量計算沼氣發酵原料的理論產氣量，可先分別測定每種發酵原料中碳水化合物、蛋白質、脂類化合物的含量，然后依據下式計算甲烷的產量（E）：E 0.37A十 0.49B十1.04C式中：E每克發酵原料的理論產甲烷量，L；A 、 B、C分別為每克發酵原料中碳水化合物、蛋白質、脂類化合物的重量然后，再依下式計算二氧化碳的理論產量（D）：D 0.37A 十 0.49B 十 0.36Cg。式中： D每克發酵原料的理論二氧化碳產量，L 。研究人員通過測定和用上式計算得出常用沼氣發酵原料的組分和理論產氣量列于表9-5。（二）原料的產氣率和甲烷

2、含量沼氣發酵原料產生率是指單位重量的原料在發酵過程中產生的沼氣量。我國通常用原料所含總固體（ T S）的量作原料單位表示原料的產氣量。表 9-6 列出了常用沼氣發酵原料以及原料中主要化學成分（碳水化合物、蛋白質和脂類）的沼氣產氣率和甲烷含量。（三）原料的總團體百分含量和總固體量原料的總固體百分含量和總固體量可按下式計算：W2M TS100%W1WTSW ?MTS式中： M TS 發酵原料總固體百分含量；W1 發酵原料樣品重量；W2 樣品在105± 2條件下烘干衡重量；W 發酵原料重量；WTS 發酵原料所含總固體量。表 9-5 農村常見沼氣發酵原料的組分和理論產氣量1 每克干重物的組分

3、（g）理論產氣量（ L / g）發酵原料碳水化合物蛋白質脂類化合物甲烷二氧化碳水葫蘆0.60730.11670.03860.32200.2958水花生0.59630.09720.0.02710.29640.2780玉米秸0.62630.06330.04630.31090.2794麥草0.63960.02980.02340.27560.2597稻草0.60260.03160.03210.27180.2500人糞0.41570.17530.08140.32440.2690豬糞0.42040.11480.06030.27450.2335精選文庫雞糞0.47030.08820.04550.26450.

4、2332馬糞0.45360.09460.02830.24360.2244牛糞0.27040.10460.05280.20620.1703原料總固體包括揮發性固體和灰分。在揮發性固體中， 含有原料可轉化成甲烷的有機物。因此，用原料的揮發性固體的重量作原料計量單位所表示的原料產氣率更為準確。揮發性固體的含量可用發酵原料總固體中揮發性固體的百分含量或者發酵原料中的揮發性固體含量表示。它們可按下列各式計算：W2 W3100%M VSW2M 'VSW2W3100%W1WVSWTS ?MVSW?M'VS式中： W3 樣品的總固體在550 ± 20灼燒至恒重后的重量（灰分）；M V

5、S 發酵原料總團體中揮發性固體的百分含量；M ' VS 發酵原料中揮發性固體物質的百分含量；WVS 發酵原料所含揮發性固體的量；WTS、W 、W1、W2與前同。表 9-6 常用發酵原料的產沼氣率原料名稱每噸干物質產生的甲烷含量產氣持續時間沼氣量（ m3 ）（%）（ d）牲畜廄肥2602805060-豬糞5616560牛糞2805990馬糞2003006090人糞2405030青草6307060亞麻梗3595990玉米桿2505390麥秸34259-松樹葉3106965雜樹葉21029458-馬鈴薯梗葉2602806060谷殼6516290-2精選文庫向日葵梗30058-廢物污泥6405

6、0-酒廠廢水30060058-碳水化合物75049-脂類化合物140072-蛋白質98050-原料總固體包括揮發性固體和灰分。在揮發性固體中， 含有原料可轉化成甲烷的有機物。因此，用原料的揮發性固體的重量作原料計量單位所表示的原料產氣率更為準確。揮發性固體的含量可用發酵原料總固體中揮發性固體的百分含量或者發酵原料中的揮發性固體含量表示。它們可按下列各式計算：W2 W3100%M VSW2M 'VSW2W3100%W1WVSWTS ?MVSW?M'VS式中： W3 樣品的總固體在550 ± 20灼燒至恒重后的重量（灰分）；M VS 發酵原料總團體中揮發性固體的百分含量；

7、M ' VS 發酵原料中揮發性固體物質的百分含量；WVS 發酵原料所含揮發性固體的量；WTS、W 、W1、W2與前同。（四）原料的碳氮比如同好氧微生物一樣，厭氧微生物對原料的碳氮重量比也有一定要求。表97 列出了一些常用沼氣發酵原料的碳氮比。由表可以看出， 其差異比較大。 比值大的為貧氮原料，如作物的秸桿、葉、莖等；比值小的為富氮原料，如人畜糞便。厭氧發酵原料的適宜碳氮比為20： 130： 1，碳氮比達到35： 1 時，產氣量明顯下降。表 9-7 常用厭氧發酵原料的碳氮比原 料碳素占原料重量（ % ）氮素占原料重量（ %）碳氮比（ C：N）干麥秸460.5387：1干稻草420.636

8、7：1玉米稈400.7553：1落 葉411.0041：1大豆莖411.3032：1野草140.5426：1花生莖110.5919：1-3精選文庫鮮羊糞160.5529：1鮮牛糞7.30.2925：1鮮馬糞100.4224：1鮮豬糞7.80.6013：1鮮人糞2.50.853：1鮮人尿0.40.930.43：1為使發酵過程有一個較高的產氣量， 可將貧氮原料與富氮原料適當配合成具有適宜碳氮比的混合原料。1.混合原料碳氮比的計算依據表 97 的數據和下式可以粗略計算混合原料的碳氮比，或按要求的碳氮比計算搭配原料的數量。C1X1C2X2C3 X3Ci X iCXKN2X2N3X3N i X iNXN

9、1 X1式中： K 混合原料的碳氮比；C 、 N 分別為原料中碳、氮含量，X 原料的重量，kg 。2.發酵料漿的配制計算原料配制成料漿，可根據料漿中所要求的總固體百分含量計算加水量。M TSXM100%X式中： M TS 沼氣發酵料漿中總固體百分含量；X 各種原料（包括水）的重量；M 各種原料總固體的百分含量。三、發酵工藝和影響發酵的因素（一） 發酵工藝沼氣發酵工藝類型較多，我國農村較普遍采用的是下述兩種工藝。1.自然溫度半批量投料發酵工藝這種工藝的發酵溫度隨自然溫度變化而變化。所用原料主要為秸桿和糞便， 采用半批量，方式投料，基本流程見圖 9-11。這種發酵工藝的發酵期因季節和農業用肥情況而

10、定，一般為 5 個月左右， 運行中要求定期補充新鮮原料，以免造成產氣量下降，該工藝主要缺點是出料操作勞動量大。加活性污泥定期出料送農田原料選擇原料預處理配料入池發酵產氣大出料圖 9-11 自然溫度半批量投料發酵工藝流程2.自然溫度連續投料發酵工藝這種工藝是在自然溫度條件下，定時定量投料和出料。日前， 一些大中型沼氣工程均采用這-4精選文庫種發酵工藝。工藝控制的基本參數包括進料濃度、水力滯留時間、發酵溫度。沼氣發酵池的發酵容積、水力滯留時間和進料總固體百分濃度關系式如下：V0Vi ? HRTW ? 1 ? HRTS0D式中： V0 發酵池有效容積，m；Vi 每天進科體積，m3 d；HRT 水力滯

11、留時間，d；W 每天投料總固體量，kg d；S0 進料總固體百分濃度；D 進料比重，kgm3 。若每天處理1000kgTS ，按上式計算，V0 與 HRT 、 S0 的關系，示于表 9-8（設 D 1000kg/m 3）。該表說明，在連續發酵工藝中，當每天處理的總固體量相同時，料液濃度和水力滯留時間不同，要求發酵裝置的有效容積也不相同，且變化幅度較大。目前， 還沒有找到一個可供實際設計采用的較佳參數公式。因此， 許多沼氣工程， 多是根據實地試驗或經驗來進行設計。 根據一些地區的情況和實踐， 可供選擇的水力滯留時間大都在 4060 天，進料總固體濃度為 6.0% 左右。這種工藝在我國農村有較好的

12、發展前景。表 9-8V0、 HRT 與 S0關系S0 (%)Vi (m3/d)HRT (d)V0 ( m3)5202040052015300812.520250812.530375（二）影響發酵的因素為保證厭氧發酵正常進行， 除根據發酵過程控制投料負荷外， 還需對下面一些影響發辭酵的因素進行控制。1.溫度溫度對有機物的分解速度影響較大，溫度增高， 產氣量增大。 沼氣發酵通常采用三種發酵溫度，即低溫發酵、中溫發酵和高溫發酵。低溫發酵過程，溫度隨氣候變化，大多處于20以下，產氣量不高（表 9 9），不易達到殺滅病源微生物的目的。中溫發酵過程，發酵液溫度控制在 37左右，這是甲烷茵的第一個最佳活性溫

13、區。高溫發酵過程，發酵液溫度控制在 53左右，此時是甲烷菌的第二個最佳活性溫區。以高溫發酵產氣率最高，但料漿和發酵設備要求加熱保溫，給管理帶來一些復雜問題。中溫發酵產氣率雖然低于高溫發酵，但高于低溫發酵。-5精選文庫表 9-9 我國農村沼氣池不同溫度的產氣量原 料溫度（）產氣量（ m3/m 3（池容）?d）稻草 +豬糞 + 青草29310.55稻草 +豬糞 + 青草24260.21稻草 +豬糞 + 青草16200.10稻草 +豬糞 + 青草12150.07稻草 +豬糞 + 青草8 以下微量2.pH 值甲烷菌要求的pH 值范圍很窄， pH 為 7.0 左右，故一般都是使發酵過程維持在6.8 7.

14、5之間。在正常的發酵過程，依靠原料本身可以維持發酵所需的pH 值，但在突然增加進料，或由于改變原料等會沖擊負荷，使發酵系統酸化，發酵過程受到抑制。為使發酵保持在最佳pH 范圍，可加石灰調節，也可通過調整原料的碳氮比進行調節。3.攪拌高溫發酵要求對物料攪拌，以保證發酵裝置有較高的池容產氣率（表910）和不致出現局部酸積累。攪拌方式有機械攪拌、充氣攪拌和充液攪拌三種。表 9-10 立式沼氣池、臥式沼氣池攪拌與不攪拌的比較試驗組別平均日產氣臥式攪拌組比池容產氣率氣體成分（ %）（L ）其他各組提高（ m3/m3 ?d）CH42CO（%）臥式攪拌臥式不攪拌立式攪拌立式不攪拌11200.7059.031

15、.5104.57.180.6659.832.3100.511.140.6360.827.27745.450.4662.828.5四、發酵裝置水壓式沼氣池我國沼氣發酵池類型較多，其中，水壓式沼氣池是在農村推廣的主要池型，已有60年以上歷史和運行經驗，特別受到發展中國家的歡迎，被譽為“中國式沼氣池”。（）結構與工作原理水壓式沼氣池的結構和工作原犁示于圖 9-12。這是一種埋設在地下的立式圓筒形發酵池，池蓋和池底是具有一定曲率半徑的殼體，主要結構包括加料管、發酵間、出料管、水壓間、導氣管幾個部分。-6精選文庫圖 9 12 水壓式沼氣池工作原理示意圖（ a） 1-加料管； 2-發酵向（貯氣部分） ；3

16、-池內液面 OO；4- 出料間液面（ b）1- 加料臂； 2-發酵間貯氣部分 ；3-池內料液液面 A A ；4- 出料間液面 B 一 B（ c） 1-加料管； 2-發酵間（貯氣部分） ；3-池內料液液面 A A ；4- 出料間液面 B B；5-導氣管； 6-沼氣輸氣管； 7-控制閥圖（ a）是啟動前狀態。此時，發酵間與水壓間的液面處在同一水平，稱為初始工作狀態，發酵間的液面為OO 水平，發酵間內尚存的空何（V0 ）為死氣箱容積。圖（ b）是啟動后狀態。此時，發酵池內發酵產氣，發酵間的氣壓隨產氣量增加而增大，造成水壓間液面高于發酵間液面。當發酵間內貯氣量達到最大量（V 貯 ）時，發酵間的液面下降

17、到可下降的最低位置AA 水平，水壓間的液面上升到可上升的最高位BB 水平。這時，稱為極限工作狀態。極限工作狀態時兩液面的高差最大，稱為極限沼氣壓強，其值可用下式表示：HH1H2（ 9 18）式中： H 1 發酵間液面最大下降值；H 2 水壓間液面最大上升值；H 沼氣池最大液面差。圖（ c）表示使用沼氣時，發酵間壓力減小，水壓間液體被壓回發酵間。這樣，不斷產氣和不斷用氣，發酵間和水壓間液面總是在初始狀態和極限狀態間不斷上升或下降。（二）設計1.設計參數-7精選文庫設計水壓式沼氣池時，需掌握的主要參數如下：（ 1）氣壓： 7480Pa（即 80cm 水柱）為宜。（ 2）池容產氣率：池容產氣率系指每

18、立方米發酵池容積1 晝夜的產氣量，單位為m3沼氣（ m3 池容· d）。我國通常采用的池容產氣率包括0.15、 0.2、 0.25 和 0.3 幾種。（ 3）貯氣量：貯氣量系指氣箱內的最大沼氣貯存量。農村家用水壓式沼氣池的最大貯氣量以 12 小時產氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。（ 4）池容： 池容系指發酵間的容積。農村家用水壓式沼氣池的池容積有4、6、8、10m3等幾種。（ 5）投料率：投料率系指最大限度投入的料液所占發酵間容積的百分比，一般在8595之間為宜。2.發酵間的設計水壓式沼氣池發酵間的設計可按下列步驟進行：（ 1）確定池容用氣水平家庭人口數池容預計池容產氣率（ 9

19、 19）（ 2）確定貯氣量貯氣量池容產氣率池容1 9 202(3)計算圓筒形發酵間容積：團筒形發酵間由池蓋、池身、池底組成（圖9 13）。三個部分的容積計算公式如下：V1f1 (3R 2f12 )f12 (r1f 1 )（ 9-21）63V2f 2 (3R2f 2 2 )f 2 2 (r2f 2 )（ 9-22）63V3R2 H（ 9-23）圖 9-13 圓筒形沼氣池池體幾何尺寸式中： V1 、 V2 、 V3 分別為池蓋容積、池底容積、積；池身容積；f 1 ， f 2 分別為池蓋矢高、池底矢高；-8精選文庫r1 池蓋曲率半徑，它與其他尺寸的關系式為：r11 (R2f1 2 )9-24）2 f

20、1r2 池底曲率半徑，它與其他尺寸的關系式為：r21(R 2f 2 2 )（ 9-25）2 f2R 池體內徑；H 池身高度；圓周率，取 3.14。綜合園形沼氣池的內力結構計算、材料用量計算和施工、管理、使用技術等各種因素，f 11f 21和池身高 HD一般認為，當池蓋矢跨比5，池底矢跨比8（對于 4、6、 8、DD2.510m3 容積的小型沼氣池可取H1m）時，沼氣池的尺寸比較合理。這樣，一旦發酵間某一尺寸被確定以后，即可算出其他部分的尺寸。此外，還可以用合理尺寸比例，來確定已知容積的發酵間各部分尺寸。（ 4）確定進出料管安裝位置：水壓式沼氣池進出料管的水平位置，一般都確定在發酵間直徑的兩端。

21、進出料管的垂直位置一般都確定在發酵間的最低設計液面高度處。該位置的計算方法如下：計算死氣箱拱的矢高：即池蓋拱頂點到發酵間的最高液面。O O 位置的距離，如圖 9 14 所示。其中，死氣箱拱的矢高（f 死 ）可按下式計算：圖 9-14 死氣箱矢高1-活動蓋； 2-導氣管； 3-蓄水圈； 4- 死氣箱； 5-固定拱蓋f 死h1h2h3（ 926）式中： h1 池蓋拱頂點到活動蓋下緣平面的距離（計算過程略去），對 65cm 直徑的活動蓋，該值在1015cm 之間；-9精選文庫h2 導氣管下露出長度，取35cm ；h3 早氣管下口到O O 液面距離，一般取2030cm。計算死氣箔容積（V死 ）V死2f

22、死）f死（ r13式中： V死 、 f 死 、 r1 分別為死氣箱容積、死氣箱矢高、池蓋曲率半徑。求投料率：根據死氣箱容積，可計算出沼氣池投料率，公式是：VV死（ 9-28）投料率100%V式中： V 、 V死 分別為沼氣池容積和死氣箱容積m3。計算最大貯氣量（V死 ）V貯池容池容產氣率1（9-29）2計算氣箱總容積（ V氣 ）V氣V死V貯（ 930）式中： V氣 、 V死 、 V貯 分別為沼氣池氣箱總容積、死氣箱容積和有效氣箱容積（最大貯氣量）。計算池蓋容積（V1 ）V1f 1 (3R2f12 )6式中： V1 、 f1 、 R 分別為池蓋容積、池蓋矢高和池體內徑。計算發酵間最低液面位AA

23、：對一股沼氣池來說，V氣 均大于 V1，也就是說AA 液面位置在圓筒形池身范圍內。此時，要確定進、 出料管的安裝位置，應按下式先算出氣箱在圓筒形池身部分的容積（ V筒 ）：V筒V氣V1 ，（932）由于 V筒R2h筒-10精選文庫V筒因此， h筒2R式中： h筒 圓筒形池身內氣箱部分的高度；R 圓筒形池身半徑。AA 液面位在池蓋與池身交接平面以下h筒 的位置上。這個位置也就是進出料管的安裝位置。3.水壓間的設計水壓間的設計包括確定以下三個尺寸：（ 1）水壓間的底面標高：此標高應確定在發酵間初始工作狀態時的液面位O O 水平。（ 2）水壓間的高度（H ）：此高度應等于發酵悶最犬液位下降值（H 1

24、 ）與水壓間液面最大上升值（H2）之和，即H=H1+H2。（ 3）水壓間容積：比容積等于池內最大貯氣量。五、城市污水污泥與糞便的厭氧發酵處理（）污水污泥厭氧消化處理：本世紀 20 年代，一些工業發達國家，為提高污水沉淀和污泥厭氧發酵效率，研究出將沉淀與發酵裝置分建的工藝， 發展起來污泥消化池。 它的結構、 工作原理和容積設計計算等，在本課程的前置課“廢水處理”中已經作了介紹，本書不擬再作論述。（二）糞便厭氧發酵處理1.糞便厭氧發淬處理衛生標準糞便厭氧發酵的目的是實現無害化。我國1987 年頒布的糞便無害化衛生標準中，除包括本章第一節提到的高溫堆肥的衛生標準外，還包括糞便沼氣發酵衛生標準。該標準

25、規定沼氣發酵溫度為53°± 2，持續 2 天，糞大腸菌值，常流發酵為10-1，高溫發彈為10-l 10 -2。由于常溫沼氣發酵，難以達到無害化，故該標準中又窺定沼氣渣必須經無害化處理后，才允許用作農肥。2.糞便厭氧發酵處理工藝城鎮糞便， 根據人口聚居抉況，有兩種厭氧發酵處理工藝：化糞池處理和厭氧發酵池處理。（ 1）化糞池：化糞池也叫腐化池，是上個世紀末發展起來的糞便發酵處理系統。由于糞便發酵產生難聞臭氣， 故只在農村分散弧立的建筑中使用。 由于它管理方便， 不需要消耗能源，故近年來，又受到城鎮的關注，用來處理糞便和污水?；S池的工作原理： 圖 9 15 是化糞池工作示意圖。

26、 它兼有污水沉淀和污泥發酵雙重作用。 糞水流入化糞池后，速度減慢。在一個標準化糞池中，糞水停留時間為12 24 小時，比重大的懸浮固體下沉到池底?；S池大約可將70%的懸浮固體抑留下來。被抑留的懸浮固體受厭氧菌的分解作用， 產生氣體上浮， 將分解后的疏松物質牽引到液面， 形成一層浮渣皮。浮渣中的氣體逸散后，懸浮固體再次下沉成為污泥。如此反復分解、消化，浮渣和污泥逐漸液化，最終，容積只有原懸浮固體的1%。-11精選文庫圖 9-15 化糞池沖廁所水和生活污水經化糞池沉淀和厭氧分解，排出的污水中懸浮物一般可降到140150ppm，每毫升內細菌約為12000 個，生化需氧量（BOD ）可下降 60%左右，有的可下降 8090% ，只是 pH 值偏堿，呈還原性，可排入下水道?；S池容積及其計算公式：化糞池容積按其應接納的糞便污水量和污水在池內的停留時間計算確定。目前，化糞池的發展是趨向大型化，最小者不小于4 噸，液體容量不小于2.8 噸。其容積（ V ）可根據下式求算：100%PW（ 9 33）V E (Q ?Tq S ? TS ? C ?PW '100%式中： E 服務人口，人；Q 每人每天污水量，L；Tq 污水在池內停留時間，一般取0.5 1.0d，S 每人每天污泥量，一般取0.8 1.0L ；TS 清泥周期，一般按100360d ；C 污泥消化體積減小系數，一般為0.7