第九章厭氧過程與沼氣技術(shù)有機物在厭氧和其他適宜條件下，經(jīng)沼氣微生物分解代謝，產(chǎn)生以甲烷和二氧化碳為主體的混合氣體，稱為沼氣。而有機物是覆蓋地表植被在陽光作用下的產(chǎn)物，從光合作用的角度來說，沼氣是一種可再生能源。§9.1厭氧過程的基本原理早在19世紀人們就已經(jīng)知道沼氣的產(chǎn)生是一個微生物學(xué)過程。1965年美國微生物學(xué)家Hungate教授創(chuàng)立了嚴格厭氧微生物培養(yǎng)技術(shù)，人們逐步開始認識到沼氣發(fā)酵的本質(zhì)，揭示了沼氣發(fā)酵的微生物學(xué)原理:沼氣發(fā)酵過程由多個生理類群的微生物在無氧條件下共同參與完成，是微生物為適應(yīng)缺氧環(huán)境，利用不同類群的不同分解作用，構(gòu)成完整的生化反應(yīng)系列，逐步將有機質(zhì)降解，最終形成甲烷、氫氣和二氧化碳，即沼氣。§招氣的理化性質(zhì)沼氣是一種混合氣體，其中主要成分是甲烷（CH4），占總體積的50%~70%，其次是二氧化碳（CO2）占25%~45%。除此之外，還含有少量的氮氣（N2）、氫氣（H2）、氧氣（O2）、氨氣（NH3）、一氧化碳（CO）和硫化氫(H2S)等氣體。甲烷（CH4）、氫氣(H2)和一氧化碳（CO）是可以燃燒的氣體，主要是利用這部分氣體的燃燒來獲得能量。甲烷與沼氣的主要理化性質(zhì)如表9-1所示。表9-1甲烷與沼氣的主要理化性質(zhì)l)甲烷甲烷是一種飽和烴類，由4個氫原子和1個碳原子組成，分子式為CH4。常溫時呈氣態(tài)，無色、無味、無嗅，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。相對分子質(zhì)量16.043，容重Y=0.717kg/m3(標準狀態(tài))，相對密度0.555(與空氣相比)。純甲烷燃燒時，呈淺藍色火焰，每單位體積的甲烷需2個單位體積的氧，即約10個單位體積的空氣。因此，燃燒時必須供給充足的空氣。CH4+2O2——CO2+2H2O+890kJ(9-1)測得純甲烷火焰的最高溫度約2000℃(2)二氧化碳對于水的溶解度極大，20℃時，100體積的水可吸收約87.8體積二氧化碳（已換算成標準狀態(tài))，40℃時可吸收約53體積二氧化碳。可以利用石灰水來吸收沼氣中的二氧化碳，形成碳酸鈣沉淀，提高沼氣中甲烷含量和熱值。(3)硫化氫有毒氣體，微量時具有惡臭，沼氣中的臭味主要來自硫化氫。一般沼氣中含萬分之幾的硫化氫。經(jīng)燃燒后，硫化氫被氧化成硫或二氧化硫，失去臭味，毒性減輕。§厭氧沼氣發(fā)醉的主要反應(yīng)歷程沼氣發(fā)酵是一個(微)生物學(xué)的過程。各種有機質(zhì)，包括農(nóng)作物秸稈、人畜糞便以及工農(nóng)業(yè)排放廢水中所含的有機物等，在厭氧及其他適宜的條件下，通過微生物的作用，最終轉(zhuǎn)化為沼氣，完成這個復(fù)雜的過釋，即為沼氣發(fā)醉。沼氣發(fā)酵主要分為液化、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷三個階段進行，如圖9-1所示。1.液化階段農(nóng)作物秸稈、人畜糞便、垃圾以及其他各種有機廢棄物，都是以大分子狀態(tài)存在的碳水化合物，如淀粉、纖維素及蛋白質(zhì)等口它們不能被微生物直接吸收利用，必須通過微生物分泌的胞外酶又如纖維素酶、肽酶和脂肪酶等、作用，進行酶解，把以上物質(zhì)分解成可溶于水的小分子化合物，即多糖分解成單糖或二糖；蛋白質(zhì)分解成膚和氨基酸；脂肪分解成甘油和脂肪酸這些小分子化合物才能進人到微生物細胞內(nèi)，進行以后的一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，這個過程稱為液化。2.產(chǎn)酸階段在產(chǎn)酸微生物群的作用下將單糖類、肽、氨基酸、甘油、脂肪酸等物質(zhì)轉(zhuǎn)化成簡單的有機酸(如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和乳酸)、醇〔如甲醇、乙醇等)以及二氧化碳、氫氣、氨氣和硫化氫等。其中主要的產(chǎn)物是揮發(fā)性有機酸.以乙酸為主，約占80%，故稱為產(chǎn)酸階段。3.產(chǎn)甲烷階段隨后，這些有機酸、醇以及二氧化碳和氨氣等物質(zhì)又被產(chǎn)甲烷微生物群（又稱產(chǎn)甲烷細菌)利用。產(chǎn)甲烷細菌分解乙酸、醇等形成甲烷和二氧化碳，這種以甲烷和二氧化碳為主的混合氣體便稱為沼氣。事實上，在發(fā)醉過程中，上述三個階段的界線和參與作用的沼氣微生物都不是截然分開的。尤其是液化和產(chǎn)酸兩個階段，許多參與液化的微生物也會參與產(chǎn)酸過程，所以，有的學(xué)者把沼氣發(fā)酵基本過程分為產(chǎn)酸(含液化階段)和產(chǎn)甲烷兩個階段。§沼氣發(fā)酵的微生物類群1.發(fā)酵性細菌復(fù)雜有機物如纖維素、蛋白質(zhì)、脂類等不能溶解于水.必須首選被發(fā)酵性細菌所分泌的胞外酶水解為可溶性糖類、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能為微生物所利用。發(fā)酵性細菌將上述可溶性物質(zhì)吸收進細胞內(nèi)，經(jīng)發(fā)酵分解，將它們轉(zhuǎn)化為乙酸、丙酸、丁酸等和醇類及一定量H2、CO2。參與這一水解發(fā)酵過程的微生物種類繁多，已研究過的就有幾百種，包括梭狀芽抱桿菌、擬桿菌、丁酸菌、嗜熱雙歧桿菌、產(chǎn)氣梭狀芽抱桿菌、產(chǎn)琥珀酸梭菌、北京丙酸桿菌和產(chǎn)氫螺旋體等。這些細菌多數(shù)為厭氧菌，也有兼性厭氧菌。2.產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌發(fā)酵性細菌將復(fù)雜有機物分解發(fā)酵所產(chǎn)生的有機酸和醇類，除甲酸、乙酸和甲醇外均不能被產(chǎn)甲烷菌直接利用，必須由產(chǎn)乙酸菌將其他有機酸和醇類分解轉(zhuǎn)化為乙酸、H2及CO2。經(jīng)研究表明，上述反應(yīng)過程在標準狀況下不但不能產(chǎn)生能量，反而消耗能量，因而反應(yīng)不能發(fā)生。由于技術(shù)上的困難，有關(guān)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的報道不多，布賴恩特實驗室報道了兩個分別代謝丙酸鹽和丁酸鹽的共培養(yǎng)物。其中的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌分別為沃氏互營桿菌和沃氏互營單胞菌。我國也分離到了沃氏夫氏互營單胞菌，并對其與甲烷菌互營聯(lián)合條件下降解丁酸鹽的反應(yīng)進行了研究。3.耗氫產(chǎn)乙酸菌耗氫產(chǎn)乙酸菌原稱同型產(chǎn)乙酸菌，這是一類混合營養(yǎng)型細菌，它們既能代謝H2和CO2生成乙酸，也能代謝糖類產(chǎn)生乙酸。這些菌在沼氣發(fā)酵過程中的重要性還未被廣泛地研究，有人估計由這些菌形成的乙酸在一個40℃的牛糞消化器中只占總乙酸合成的1%~2%,在一個60℃的同樣消化器中占3%~4%。已分離到的耗氫產(chǎn)乙酸菌有伍德乙酸桿菌、威林格乙酸桿菌、嗜熱自養(yǎng)梭菌等多種，這些菌在厭氧消化中的作用在于增加了形成甲烷的直接前體物質(zhì)—乙酸，同時由于它們在代謝H2/CO2時要消耗氫，而在代謝有機物時不產(chǎn)氫，可使厭氧消化系統(tǒng)保持低的氫分壓，有利于沼氣發(fā)酵的正常進行。但它們在代謝有機物時，其生長速度比水解發(fā)酵菌要慢得多，在代謝H2/CO2時也不如產(chǎn)甲烷菌生長快，因此它們在沼氣發(fā)酵過程中的作用可能并不重要。4.產(chǎn)甲烷菌在沼氣發(fā)酵過程中，甲烷的形成是由一群生理上高度專化的細菌—產(chǎn)甲烷菌所引起。產(chǎn)甲烷菌是厭氧消化過程中所形成的食物鏈中的最后一組成員，盡管它們具有各種各樣的形態(tài)，但它們在食物鏈中的地位使它們具有共同的生理特性。它們在厭氧條件下，將前三群細菌和代謝的終產(chǎn)物，在沒有外源受氫體的情況下，把乙酸H2/CO2轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)物(CH4/CO2)，使厭氧消化系統(tǒng)中有機物的分解作用得以順利進行。有的產(chǎn)甲烷菌除代謝甲酸、甲醇、乙酸和氫產(chǎn)生甲烷外，還可代謝甲胺、二甲胺和三甲胺產(chǎn)生甲烷。近來發(fā)現(xiàn)，個別菌株可代謝乙醇/CO2、丙醇/CO2、異丙醇/CO2。及異丁醇/CO2產(chǎn)生甲烷。但利用放射性同位素標記的底物研究表明在厭氧消化器中約有2/3的甲烷是由乙酸裂解形成的，而其余的大多數(shù)是來自H2和CO2的還原。因此，乙酸是厭氧消化器中最重要的產(chǎn)甲烷前體物質(zhì)。產(chǎn)甲烷菌廣泛存在于水底沉淀物和動物消化道等極端厭氧的環(huán)境中。產(chǎn)甲烷菌對氧高度敏感，使其成為難于研究的細菌之一。例如甲烷八疊球菌暴露于空氣中時會很快死亡，其數(shù)量半衰期僅為4min。在厭氧污泥的微生態(tài)顆粒中，產(chǎn)甲烷菌在顆粒核心，很容易得到低氧化還原電位環(huán)境保護。據(jù)美國Oregon產(chǎn)甲烷菌收藏巾心布恩(Boone)報道，該中心已收藏產(chǎn)甲烷菌215株，分屬于3目、6科、16屬、55種口我國也分離到了十幾株產(chǎn)甲烷菌。根據(jù)它們所利用的主要產(chǎn)甲烷前體物質(zhì)的不同，可分為食氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸產(chǎn)甲烷菌兩個類群食氫產(chǎn)甲烷菌包括甲烷桿菌目和甲烷球菌目的全部及甲烷微菌目的一些屬，它們除以H2/CO2生成甲烷外，多數(shù)還可利用甲酸鹽生成甲烷。如甲烷桿菌屬、甲烷短桿菌屬、甲烷球菌屬和甲烷螺菌屬等，是消化器中H2的主要消耗者。食乙酸產(chǎn)甲烷菌主要為甲烷八疊球菌屬和甲烷毛發(fā)菌屬。相對于其他菌來說，食乙酸產(chǎn)甲烷菌的代謝和生長速率緩慢，是沼氣發(fā)酵過程的限速步驟，也是發(fā)醉液因乙酸積累導(dǎo)致酸化的主要原因。通過對以上沼氣發(fā)酵各微生物類群的討論，可以認識到沼氣發(fā)酵過程是多種細菌協(xié)同完成的微生物學(xué)過程。因此，要提高沼氣發(fā)酵的效率首選應(yīng)注意所進原料與微生物之間的一致性，這在利用難降解有機物為原料時尤其重要。例如。用河底污泥作為接種物來處理含酚廢水，則啟動慢，其原因是需要一定時間使與進料相適應(yīng)的微生物群體繁殖起來。其次要注意活性污泥中產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量，特別是食乙酸產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量口因為在通常情況下發(fā)酵性細菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的繁殖速度較快，而產(chǎn)甲烷菌特別是食乙酸產(chǎn)甲烷菌繁殖較慢，在沼氣池啟動和運轉(zhuǎn)過程中往往成為限制因子。此外，為厭氧消化微生物創(chuàng)造良好生長條件，如合適的溫度、pH等，防止有毒物質(zhì)的進人，特別是控制負荷以維持酸化和甲烷化速度的平衡，都是消化器正常運轉(zhuǎn)的重要因素。§沼氣發(fā)酵工藝條件沼氣發(fā)酵微生物要求適宜的生活條件，對溫度、酸堿度、氧化還原勢(見下面解釋)及其他各種環(huán)境因素都有一定的要求。在工藝上滿足微生物的這些生活條件，以達到發(fā)酵旺盛、產(chǎn)氣量高的目的。沼氣池(或沼氣發(fā)酵罐)發(fā)酵產(chǎn)氣的好壞與發(fā)酵條件的控制密切相關(guān)。在發(fā)酵條件比較穩(wěn)定的情況下產(chǎn)氣旺盛一否則產(chǎn)氣不好。實踐證明往往由于某一條件沒有控制好而引起整個系統(tǒng)運行失敗。比如原料干物質(zhì)濃度過高時，產(chǎn)酸量增加，有機酸的大量積累會抑制產(chǎn)氣過程。因此，控制好沼氣發(fā)酵的工藝條件是維持止常發(fā)酵產(chǎn)氣的關(guān)鍵。1.嚴格的厭氧環(huán)境沼氣發(fā)酵微生物包括產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌兩大類，它們都是厭氧性細菌，尤其是產(chǎn)甲烷菌是嚴格慶氧菌，對氧特別敏感。它們不能在有氧的環(huán)境中生存，即使有微量的氧存在，生命活動也會受到抑制，甚至死亡。因此，建造一個不漏水、不漏氣的密閉沼氣池(罐),是人工制取沼氣的關(guān)鍵。這不僅是滿足裝入發(fā)酵原料的需要，更重要的是保證沼氣細菌在厭氧條件下生活，達到正常產(chǎn)氣的目的。厭氧程度一般用氧化還原電位來表示。氧化還原電位(ORP,Eh,Rh)又稱為氧化還原勢。由于沼氣發(fā)酵過程是由一系列氧化還原反應(yīng)來實現(xiàn)，因此沼氣發(fā)酵和環(huán)境的氧化還原電位有密切的關(guān)系。沼氣發(fā)酵的起動或新鮮原料人池時，帶進一部分氧，造成了沼氣池內(nèi)較高的氧化還原勢。但由于在密閉的沼氣池內(nèi)，好氧菌和兼性厭氧菌(此類菌在有氧氣或無氧氣環(huán)境里都能生存與活動)的活動，迅速消耗了溶解氧，使沼氣池的氧化還原勢逐漸降低，從而創(chuàng)造了良好的氧化還原勢條件。2發(fā)酵溫度沼氣發(fā)酵微生物是在一定的溫度范圍進行代謝活動的，可以在8~65℃產(chǎn)生沼氣，溫度高低不同產(chǎn)氣速度不同。在8-65℃范圍內(nèi)，溫度越高，產(chǎn)氣速度越快，但不是線性關(guān)系。40~50℃是沼氣微生物高溫菌和中溫菌活動的過渡區(qū)間，它們在這個溫度范圍內(nèi)都不太適應(yīng)，因而此時產(chǎn)氣速度會下降。當溫度增高到53~55℃時，沼氣微生物中的高溫菌活躍，產(chǎn)沼氣的速度最快。沼氣發(fā)醉溫度突然變化。對沼氣產(chǎn)量有明顯影響.溫度突變超過一定范圍時，則會停止產(chǎn)氣。在進行中高溫發(fā)酵時，要篩選、培養(yǎng)菌種。一般常溫發(fā)酵溫度不會突變；對中溫和高溫發(fā)酵，則要求嚴格控制料液的溫度。產(chǎn)氣的一個高峰在35℃左右，另一個更高的高峰在54℃左右。前者叫中溫發(fā)酵.后者叫高溫發(fā)酵，如圖9-2所示。在這兩個最適宜的發(fā)酵溫度中，是由兩個不同的微生物群參與作用的。圖9-2發(fā)酵溫度、負荷與沼氣產(chǎn)量的關(guān)系常溫發(fā)酵，在發(fā)酵過程中基本上不進行溫度控制.發(fā)酵料液的溫度隨自然溫度有規(guī)律地進行變化。其優(yōu)點是設(shè)備簡單，無需加溫便于推廣；缺點是產(chǎn)氣率低.尤其是冬季經(jīng)常由于溫度過低，而影響產(chǎn)氣或停止運行。高溫和中溫發(fā)酵處理原料效率高，處理時間短，產(chǎn)氣量高。但缺點是設(shè)備比較復(fù)雜，需要消耗大適的能量用于加溫和保溫。3.發(fā)酵原料原料(有機物)是供給沼氣發(fā)酵微生物進行正常生命活動所需的營養(yǎng)和能量，是不斷生產(chǎn)沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)剩余物、秸稈、雜草、樹葉等豬、牛、馬、羊、雞等家畜家禽的糞便，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有機廢水廢物(如豆制品的廢水、酒糟和糖渣等)，還有水生植物都是用來進行沼氣發(fā)酵的原料。為了確切地表示固體或液體中的有機物含量，一般采用總固體(TS)和揮發(fā)性固體(VS)來描述原料或發(fā)酵殘渣的有機質(zhì)含量。原料中水分、TS、VS和灰分之間的組成關(guān)系如圖9-3所示。總固體(TS)，又稱干物質(zhì)，是指發(fā)酵原料除去水分以后剩下的物質(zhì)。測定方法為：把樣品放在105℃的烘干箱中烘干至恒重，此時物質(zhì)的質(zhì)量就是該樣品的總固體質(zhì)量。干物質(zhì)含量的計算式(9-2)式中TS一樣品的干物質(zhì)含量，%；Wd一樣品中干物質(zhì)質(zhì)量，mg；Ws—樣品總質(zhì)量，mg。揮發(fā)性固體(VS)，是指原料總固體中除去灰分以后剩下的物質(zhì)。在沼氣發(fā)酵過程中，沼氣微生物只能利用原料中的揮發(fā)性固體，而灰分是不能被利用的。測定方法為:將原料總固體樣品在500-550℃總固體中揮發(fā)性固體含量計算式:(9-3)式中VS一樣品的揮發(fā)性固體含量，%Wd—樣品中干物質(zhì)質(zhì)量，mgWh—樣品灰分質(zhì)量，mg。在厭氧處埋有機廢水的情況下，絕大部分有機質(zhì)都是以溶解態(tài)存在于廢水中，且揮發(fā)性很強，在樣品烘干過程中會揮發(fā)逸出。所以。不能用TS和VS來描述樣品的有機質(zhì)含量，一般采用化學(xué)需氧量(COD)和生化需氧量(BODs)來描述。化學(xué)需氧量(COD)，是指在強酸井加熱條件下，用重鉻酸鉀作為氧化劑處理水樣時所消耗氧化劑的量，以氧(mg/L)來表示。化學(xué)需氧量反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度，水中還原性物質(zhì)包括有機物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等。水被有機物污染是很普遍的，因此化學(xué)需氧量也作為有機物相對含量的指標之一，但只能反映能被氧化的有機物污染不能反映多環(huán)芳烴、PCB、二惡英類等的污染狀況。通常采用高錳酸鉀法或重鉻酸鉀法來測定。CODCr是我國實施排放總量控制的指標之一。測定結(jié)果以下式計算:CODCr(mg/L)=(V0—V1)c╳8╳1000/V(9-4)式中c——硫酸亞鐵錢標準溶液的濃度，mol/L；V0——滴定空白時硫酸亞鐵鍍標準溶液用量，ml；V1——滴定水樣時硫酸亞鐵鍍標準溶液的用量，ml；V——水樣的體積，ml；8——氧（1/2O）摩爾質(zhì)量，g/mol。BOD(生化需氧量)是指在規(guī)定條件下微生物分解存在于水中的某些可氧化物質(zhì)，特別是有機物所進行的生物化學(xué)過程中消耗溶解氧的量。此生物氧化全過程進行的時間很長，如在20℃培養(yǎng)時，完成此過程需100多天。目前國內(nèi)外普遍規(guī)定(20士1)℃培養(yǎng)5d，分別測定樣品培養(yǎng)前后的溶解氧，二者之差即為BOD5值，以氧(mg/L)表示。測定結(jié)果數(shù)據(jù)一般按下式計算出BOD值BOD5(mg/L)=[(c1-c2)-f1(B1-B2)]/f2(9-5)式中B1——稀釋水（或接種稀釋水)在培養(yǎng)前的溶解氧濃度，mg/L；B2一一稀釋水(或接種稀釋水)在培養(yǎng)后的溶解氧濃度，mg/L；C1一一水樣在培養(yǎng)前的溶解氧濃度，mg/L；C2——水樣在培養(yǎng)后的溶解氧濃度，mg/L；F1一一稀釋水(或接種稀釋水)在培養(yǎng)液中所占比例；F2一水樣在培養(yǎng)液中所占比例。F1、f2的計算:如培養(yǎng)液的稀釋比為3%,即3份水樣，97份稀釋水，則f1=0.97，f2=0.034.料液濃度料液中干物質(zhì)含量的百分比為料液濃度。反應(yīng)器內(nèi)發(fā)酵料液濃度隨季節(jié)的變化而要求不同。一般在夏季，發(fā)醉料液濃度可以低些，要求濃度在6%左右；冬季濃度應(yīng)高一些，為8%左右。發(fā)酵料液的濃度太低或太高，對產(chǎn)生沼氣都不利。因為濃度太低時，即含水量太多，有機物含量相對減少，會降低沼氣池單位容積中的沼氣產(chǎn)量，不利于沼氣池的充分利用；濃度太高時，即含水量太少，不利于沼氣細菌的活動，發(fā)酵料液不易分解，使沼氣發(fā)醉受到阻礙。產(chǎn)氣慢而少。因此，一定要根據(jù)發(fā)酵料液含水量的不同，在進料時加人相應(yīng)數(shù)量的水，使發(fā)酵料液的濃度適宜，以充分合理地利用發(fā)酵料液和獲得比較穩(wěn)定的產(chǎn)氣率。配制發(fā)酵料液的濃度，要根據(jù)發(fā)醉原料的含水量(見表9-2)和不同季節(jié)所要求的濃度，再加人一定量的水。表9-2常用發(fā)酵原料的含水量在沼氣池池容一定時，發(fā)酵原料在池內(nèi)停留時間與發(fā)酵原料濃度的關(guān)系，可用下式表示：（9-6）式中d―發(fā)酵原料在池內(nèi)停留時間，d；V一沼氣池池容，m3；W—每天投料量，即發(fā)酵原料量+配制水量，m3/d。由上式可以看出，在沼氣池容積一定時，如果發(fā)酵原料在沼氣池內(nèi)停留的時間過短，表示加水量過多，發(fā)酵料液過稀，未經(jīng)充分發(fā)酵就被排出，這不但影響產(chǎn)氣，還浪費了發(fā)酵原料；如果發(fā)酵原料在池內(nèi)停留時間過長，表示加水量太少，發(fā)酵料液過濃，使有機酸聚積過多，發(fā)酵受阻，產(chǎn)氣率降低。5.產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速度與產(chǎn)氣率有機物質(zhì)是沼氣發(fā)酵微生物的主要營養(yǎng)物質(zhì)，是產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。一般認為，自然界的有機物質(zhì)除礦物油和木質(zhì)素外，都能被微生物發(fā)酵產(chǎn)氣沼氣，但不同有機物質(zhì)的產(chǎn)氣量是不同的，如表9-3和圖9-4所示。這些有機物質(zhì)中有一部分比較容易消化，容易分解產(chǎn)氣;而另一些則較難分解產(chǎn)氣。因此，各種有機物質(zhì)的產(chǎn)氣速度相差很大、如表9-4所示，產(chǎn)氣快慢很不一致。像酒精糟液、酵母廠廢水、抗生素廠廢水、制醬油的廢水、制豆腐的廢水、洗毛的廢水和紙漿廢水等都含有不同量的蛋白質(zhì)、類脂和碳水化合物。這些物質(zhì)是產(chǎn)氣沼氣的好原料，比天然有機物質(zhì)(主要是指地球上的光合作用產(chǎn)物)易于分解。表9-3發(fā)酵原料的產(chǎn)沼氣量圖9-4幾種有機物質(zhì)產(chǎn)氣量的比較(江蘇武進沼氣研究所)表9-4幾種有機物質(zhì)的產(chǎn)氣速度注：1.發(fā)酵溫度30℃2.批量發(fā)酵為了使天然有機物質(zhì)易于分解，以加強發(fā)酵菌的營養(yǎng)，要求培養(yǎng)基(為沼氣微生物提供生存營養(yǎng)的固性物質(zhì))有較大的反應(yīng)表面，所以必須將含有不溶性物質(zhì)的原料粉碎。產(chǎn)氣率分為原料產(chǎn)氣率、料液產(chǎn)氣率、池容產(chǎn)氣率幾種。（1）原料產(chǎn)氣率是指單位原料重量在整個發(fā)酵過程中的產(chǎn)氣量口說明在一定的發(fā)酵條件下，原料被利用水平的高低，或發(fā)酵原料的產(chǎn)沼氣能力。原料產(chǎn)氣率的表示方法有三種：（9-7）（9-8）（9-9）式中—發(fā)酵原料總固體產(chǎn)氣率，m3/kg；一發(fā)酵原料揮發(fā)性固體產(chǎn)氣率，m3/kg；—有機廢水單位COD產(chǎn)氣率，m3/kg；Vg—沼氣產(chǎn)量，m3；TS一發(fā)酵原料總固體量，kg；VS—發(fā)酵原料揮發(fā)性固體量，kg；COD—用化學(xué)需氧量表示的有機物量，kg。采用哪種方法表示，要根據(jù)測試手段的實際條件而選取。（2）料液產(chǎn)氣率是指單位體積的發(fā)酵料液每天產(chǎn)沼氣的數(shù)量。料液中所含原料種類和質(zhì)量(料液濃度)不同，產(chǎn)氣率差異較大。料液產(chǎn)氣率不能說明原料的利用水平的高低，也不能說明消化器容積被利用的水平，在大中型沼氣工程中不宜被采用。（3）池容(對大中型沼氣工程而言，池容也為罐容)產(chǎn)氣率是指消化器單位容積每天生產(chǎn)沼氣的多少，其表示單位為m3/(m3·d)，池容產(chǎn)氣率說明消化器被利用水平高低。用原料產(chǎn)氣率和池容產(chǎn)氣率去評價兩種原料或兩個裝置被利用水平時，還要考慮兩者的發(fā)酵條件和生產(chǎn)狀況，因為原料發(fā)酵好壞與接種物、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、料液濃度等因素有關(guān)。各種原料實例產(chǎn)氣量與理論產(chǎn)氣量之間有一定差異。豬糞、牛糞實際產(chǎn)氣量約占理論計算值的70%，稻草僅占44%左右。而從工程的角度，常把去除1kgCODcr(用重鉻酸鉀法測定原料中有機物含量的化學(xué)耗氧量)產(chǎn)甲烷0.35m36.酸堿度酸堿度是指溶液中氫離子(H+)濃度。溶液中氫離子多。呈酸性；氫離子少，則呈堿性。pH是酸堿度大小的表示單位。沼氣微生物最適宜的pH范圍是6.8～7.5。這里的pH是指消化器內(nèi)料液的pH，而不是發(fā)酵原料的pH。一般來說，當pH<6或pH>8時，沼氣發(fā)酵就要受到抑制，甚至停止產(chǎn)氣。在大中型沼氣工程中給消化器投料時，要根據(jù)pH來控制投料量，若投料量過多，形成沖擊負荷(見下面解釋)，會造成產(chǎn)酸過多。一般在間斷投料時，料液的pH應(yīng)在7上下為宜，在投料以后pH不應(yīng)低于6.5。一般在6.0以下，則應(yīng)大量投人接種物或重新進行啟動。建議采用測定揮發(fā)酸來控制投料量，這樣可以做到精確管理。以酒精廢謬間斷投料(每次投料10%)為例，投料前發(fā)酵液的揮發(fā)酸以650mg/L以下為宜；超過800mg/L就要加以注意或適當減少投料；超過1000mg/L，將會造成酸積累，直至料液酸化。應(yīng)大量減少投料或停止投料，待揮發(fā)酸量下降以后再恢復(fù)投料。投料負荷與pH、有機酸濃度有密切關(guān)系。投料負荷與指單位時間，每單位消化器容積所承受基質(zhì)(料液)中有機物的數(shù)量口控制投料負荷與pH的控制密切相關(guān)。裝置超負荷運轉(zhuǎn)，容易造成有機酸大量積累，使消化液pH迅速下降。當pH<6.8時，產(chǎn)甲烷菌的生命活動將受到抑制，正常發(fā)酵將遭到破壞。當消化器出現(xiàn)超負荷情況時，一方面停止進料，一方面在必要時可以投加堿性物質(zhì)〔如石灰水)，提高消化器內(nèi)的pH，使發(fā)酵過程得到比較快的恢復(fù)。因此，在發(fā)酵過程中對pH的監(jiān)控是很重要的。發(fā)酵原料、發(fā)酵工藝和消化器結(jié)構(gòu)的不同。其最適投料負荷也不同。負荷量的大小不但與甲烷菌的生物量和生化活性有密切關(guān)系，還必須結(jié)合pH和有機酸的變化、有機物的去除率、產(chǎn)氣率及沼氣中甲烷等含量等綜合指標來擇優(yōu)選定。當利用含有大量有機酸的廢水為原料進行沼氣發(fā)酵時，雖然原料的pH較低，但在原料進入消化器后有機酸會很快被利用，消化器內(nèi)仍能保持正常的pH。因此，使用含有機酸的廢水為發(fā)酵原料時，pH可適當放寬，只要適當控制進料負荷，發(fā)醉過程即可正常運行。酸性原料進、出料pH的變化列于表9-5中。需要強調(diào)的是，pH的變化是由于被消化物組分瞬時變化而使兩個階段之間出現(xiàn)不平衡所引起的，若不平衡已經(jīng)出現(xiàn)才通過人工措施調(diào)整pH，則不能很快消除已經(jīng)產(chǎn)生的酸對產(chǎn)甲烷菌的毒害。因此，最好的辦法是對進料進行預(yù)處理或在啟動初期進行人工調(diào)整。為了能準確、及時地控制pH，對沼氣工程還應(yīng)該做到：在消化器內(nèi)的不同部位設(shè)置取樣點，定期或不定期測定pH，及時了解變化；根據(jù)生產(chǎn)控制的各項指標，及時預(yù)測pH變化動向。經(jīng)驗表明，一旦料液pH下降至6，所需恢復(fù)時間很長.有時不得不重新投人接種物。7.碳、氮、磷比例發(fā)酵料液中的碳、氮、磷元素含量的比例，對沼氣生產(chǎn)有重要的影響。研究工作表明，碳氮比以(20～30):1為佳；碳、氮、磷比例以10:4:0.8為宜。對于以生產(chǎn)農(nóng)副產(chǎn)品的污水為原料的，一般氮、磷含量均能超過規(guī)定比例下限，不需要另外投加。但對一些工業(yè)污水，如果氮、磷含量不足，應(yīng)補充到適宜值。8.添加劑和抑制劑沼氣發(fā)酵的正常進行與刺激物和抑制物有著密切的關(guān)系。很多物質(zhì)可以加速發(fā)酵過程，而另一些物質(zhì)卻抑制發(fā)酵的進行;還有些物質(zhì)在低濃度時有刺激發(fā)酵作用，而在高濃度時產(chǎn)生抑制作用。為了提高產(chǎn)氣量，保證沼氣發(fā)酵的正常進行，尋找各種發(fā)酵刺激物和控制發(fā)酵抑制物是很必要的。沼氣發(fā)酵微生物的生命活動受很多因素的影響，很多物質(zhì)都可抑制這些微生物的生命活動。沼氣池內(nèi)揮發(fā)酸濃度過高(中溫發(fā)酵2000×10-6以上；高溫發(fā)酵3600×10-6上)時，對發(fā)酵有阻抑作用；氨態(tài)氮(NH3-N)濃度過高時，對沼氣發(fā)酵菌有抑制和殺傷作用；各種農(nóng)藥，特別是劇毒農(nóng)藥，都有極強的殺菌作用，即使微量也可使正常的沼氣發(fā)酵完全破壞。其他很多鹽類，特別是金屬離子，超過一定濃度時都有強烈的抑制作用。例如100～200mg/L鈉、200～400mg/L鉀、100～200mg/L鈣和75～150mg/L鎂能刺激發(fā)酵過程。而濃度增加至鈉為3500～5500mg/I.、鉀為2500～4500mg/L、鈣為2500～4500mg/L和鎂為1000～1500mg/L時，則產(chǎn)生中等強度的抑制。當濃度更大時，即鈉為8000mg/L、鉀12000mg/L、鈣為8000mg/L和鎂為3000mg/L時，對發(fā)酵過程產(chǎn)生強烈抑制作用。9.攪拌攪拌的目的是使發(fā)酵原料分布均勻，增加沼氣微生物與原料的接觸面，加快發(fā)酵速度，提高產(chǎn)氣量。同時也可防止大量原料浮渣結(jié)殼，致使原料利用率降低，使產(chǎn)生的沼氣釋放困難。攪拌的方法有三種:(1)機械攪拌通過機械裝置運轉(zhuǎn)達到攪拌的目的，如圖9-5所示。(2)氣攪拌將沼氣從池底部沖進去，產(chǎn)生較強的氣體回流，達到攪拌目的，如圖9-6所示。(3)液攪拌從沼氣池的出料間將發(fā)酵液抽出，然后又從進料管沖入沼氣池內(nèi)，產(chǎn)生較強的液體回流，達到攪拌目的，如圖9-7所示。在設(shè)計攪拌裝置的時候，應(yīng)該注意攪拌速度的控制。沼氣池內(nèi)的物質(zhì)移動速度不要超過0.5m/s，因為這個速度是沼氣微生物生命的臨界速度。10.接種物有機物厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，是由多種厭氧菌參與完成的。在發(fā)酵初期加人厭氧菌作為接種物(亦稱為菌種)，其菌種多少，直接影響產(chǎn)氣的快慢。條件具備時，采用生態(tài)環(huán)境一致的厭氧污泥作為接種物；不具備這樣條件時，需要進行菌種富集和培養(yǎng)。菌種富集和培養(yǎng)，是選擇活性較強的污泥，或是污水溝底正在發(fā)泡的污泥，或是從沼氣池(罐)底部取出的污泥，或是污水處理廠排出的污泥，或是人畜糞便等添加適量(菌種量的5%～10%)、有機廢水或作物桔稈，裝入要密封的容器內(nèi)，在適宜的溫度(常溫15～25℃，中溫35℃，高溫54℃)條件下，厭氧培養(yǎng)7～8d,控制其pH=6.8～7.5，再加人適量的有機廢水，重復(fù)操作，逐漸擴大。沼氣發(fā)酵是沼氣微生物群分解代謝有機物產(chǎn)生沼氣的過程，沼氣微生物像其他生物一樣，對環(huán)境有個適應(yīng)范圍。上述各項是沼氣微生物群維持正常活動所必需的條件，只有滿足這些條件要求，沼氣發(fā)酵方能正常運行下去。如果希望沼氣工程在運行中始終保持產(chǎn)氣旺盛的狀態(tài)，必須使上述條件都處于最佳范圍，為沼氣微生物群創(chuàng)造一個適宜的生活環(huán)境，以達到較高產(chǎn)氣量的目的。除了上述條件之外，沼氣發(fā)酵所選用的消化器結(jié)構(gòu)形式也很重要，其結(jié)構(gòu)形式應(yīng)該使每次進到消化器內(nèi)的料液與消化器內(nèi)的活性污泥充分混合接觸，也應(yīng)該使消化器每次溢流排走的消化液所含活性污泥盡可能減少，也就是使消化器沉淀區(qū)的活性污泥截留沉淀下來。§9.2小型戶用沼氣池我國是發(fā)展中國家，農(nóng)村人口眾多，小型沼氣池的發(fā)展對解決農(nóng)村能源、生態(tài)建設(shè)和改善農(nóng)民生活等方面發(fā)擇了巨大作用。現(xiàn)在，我國小型沼氣技術(shù)及其利用，從技術(shù)水平到使用范圍，乃至應(yīng)用數(shù)量，在國際上都處于領(lǐng)先地位。我國小型沼氣技術(shù)的研究與應(yīng)用，經(jīng)過了漫長的歲月，其發(fā)展歷程大體可劃分為4個階段。1.起步階段我國沼氣的研究起始于20世紀初期，經(jīng)過近20年的研究，解決了兩個關(guān)鍵技術(shù)問題:一是沼氣的儲氣技術(shù)，解決方法是用水壓式儲氣法，這種方法一直沿用到今天;另一關(guān)鍵技術(shù)是沼氣池的密封技術(shù)，主要采用水泥沙漿密封，建有一套嚴格的操作程序。沼氣進人實用階段是20世紀30年代，當時利用沼氣的目的僅僅是點燈煮飯。沼氣池的建造由“中人國瑞瓦斯全國總行”負責，采用的沼氣池是由羅國瑞發(fā)明的水壓式沼氣池，這種結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有沼氣池雖有所不同，但其水壓儲氣方式今天仍然為絕大多數(shù)小型沼氣池所采用。由于造價太高和抗日戰(zhàn)爭爆發(fā)，公司倒閉，中國早期沼氣利用也告結(jié)束。2.探索階段20世紀70年代初，中國農(nóng)村一些地方農(nóng)戶生活用能出現(xiàn)嚴重短缺。在當時條件下靠商品能源沒法解決這一問題，于是沼氣應(yīng)用重新得到重視，一些地方將發(fā)展沼氣列人了政府的議事日程，建立了相應(yīng)的機構(gòu)。政府支持以解決能源為主，以小型沼氣為重點是這一時間沼氣發(fā)展的主要特點。這一時期存在的主要問題是：①沒有對沼氣本身的技術(shù)進行系統(tǒng)研究.沼氣池建造技術(shù)未過關(guān)；②沒有很好地組織沼氣知識的普及工作；③片面強調(diào)建池數(shù)量要多，速度要快，成本要低。由于存在這些問題，雖然建池數(shù)量發(fā)展很快，但質(zhì)量得不到保證，大多數(shù)沼氣池使用不長時間就報廢了。這一階段雖然出了一些問題，但為后來的發(fā)展提供了經(jīng)驗。3.發(fā)展階段20世紀80年代初期，為適應(yīng)沼氣發(fā)展的需要，國家建立了一批沼氣研究機構(gòu)。如1980年成立了農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所，后成為聯(lián)合國亞太區(qū)域沼氣培訓(xùn)中心。一批省級能源研究所設(shè)立了沼氣研究室，如湖北、山東、河北等省，一些大學(xué)也參與了沼氣研究。在科研方面，國家除了安排年度的沼氣科研計劃外，從第六個國民經(jīng)濟發(fā)展五年計劃開始，國家把沼氣研究列人了重大攻關(guān)內(nèi)容。沼氣研究內(nèi)容包了厭氧微生物、沼氣發(fā)酵工藝、沼氣池的建造、沼氣利用及有關(guān)一設(shè)備。此外，與沼氣有關(guān)的其他相關(guān)領(lǐng)域也受到重視，例如沼氣發(fā)酵的衛(wèi)生效果、沼氣發(fā)酵料液的肥效和使用方法等。這一時期在全面總結(jié)我國沼氣應(yīng)用的教訓(xùn)與經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對小型沼氣池進行了全面、系統(tǒng)的研究，基本目標是保證質(zhì)量、降低成本。在不斷深入探索中，形成了具有中國特色的發(fā)酵工藝、適合不同情況的水壓式沼氣池池型。規(guī)范了建池技術(shù)，完善了與沼氣池配套的灶具、燈具和輸氣管路。小型沼氣池采用和土磚等建筑材料，采用水壓式儲氣方式是最具有中國特色的，它們的采用使小型沼氣池達到了優(yōu)質(zhì)與低成本的目標。技術(shù)成熟的集中體現(xiàn)是國家頒布了《中國水壓式沼氣池標準圖集》、《中國水壓式沼氣池驗收標準》、《小型沼氣灶》等一系列國家標準，出版了一批沼氣技術(shù)書籍和適合不同對象的培訓(xùn)教材，如《中國沼氣工藝學(xué)》、《中國農(nóng)村沼氣技術(shù)》等。這一時期中國與國際間沼氣技術(shù)交流非常頻繁，國內(nèi)沼氣界基本掌握世界沼氣工程技術(shù)的進展情況，及時吸收國外經(jīng)驗，結(jié)合國內(nèi)實際情況，加以運用。4.推廣沼氣綜合利用階段進人20世紀90年代，中國沼氣已有了二十幾年的豐富經(jīng)驗。此外，市場經(jīng)濟正逐步取代計劃經(jīng)濟，農(nóng)村缺柴少燒的局面已從根本上得到解決，農(nóng)村對優(yōu)質(zhì)燃料的需求增加，整個社會的環(huán)保意識加強。在農(nóng)村，如何提高農(nóng)戶的經(jīng)濟收人已成為各級政府的主要目標，提出了發(fā)展“三高農(nóng)業(yè)”，改變和調(diào)整農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等一系列措施。這一背景對沼氣技術(shù)的進步也起到了推動作用。該進步主要表現(xiàn)在沼氣技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，與環(huán)境、生態(tài)、廢棄物綜合利用等領(lǐng)域的緊密結(jié)合并日益發(fā)揮出更大作用。據(jù)統(tǒng)計，到2002年底，全國小型沼氣池保有量為1000萬個，年產(chǎn)沼氣近3×108§9.2.11.水壓式沼氣池水壓式沼氣池在國內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。它主要由發(fā)酵間、進料營和水壓間三部分組成（見圖9-8）。發(fā)酵間中的虛線表示下部固、液混合料的液面，液面上的空間為儲氣室。在沼氣池正常產(chǎn)氣與向外供氣過程中，這個液面的上下位置經(jīng)常是變動的，即儲氣室的容積與料液所占的容積是相對變化的，但二者之和永遠是發(fā)酵間的容積。當儲氣室中氣體壓力增大時，下面的一部分料液被擠入水壓間〔和進料管)，液面下降;儲氣室中氣體壓力減小時，水壓間(和進料管)里的一部分料液又返回到發(fā)酵間內(nèi)，液面上升。主酵間、水壓間和進料管，三者相當于一個"液體連通器"。(1)水壓式或沼氣池供氣原理沼氣發(fā)酵產(chǎn)出的沼氣，由導(dǎo)氣管輸送給燃用器具，沼氣只有具備一定壓力時，才能保證燃具的正常燃燒。水壓式沼氣池儲氣室的氣壓是靠水壓間與發(fā)酵間的液面高度差來實現(xiàn)的，故稱為"水壓式"沼氣地。兩個液面的高度差值，即為儲氣室內(nèi)以水柱高度表示的壓力值。其供氣原理如圖9-8所示。=1\*GB3①產(chǎn)氣前[圖9-8（a）]，發(fā)酵原料未產(chǎn)氣時，儲氣室內(nèi)的氣體沒有壓力，此時的發(fā)酵間液面、水壓間液面和進料管液面處于同一水平面位置。=2\*GB3②產(chǎn)氣不供氣[圖9-8(b)]，料液發(fā)酵產(chǎn)氣，儲存在儲氣室內(nèi).隨氣量的增多，壓力升高，氣體擠壓發(fā)酵間的液面，迫使水壓間(和進料管)液面上升，發(fā)酵間液面下降，氣體的壓力大小決定了液面的高差值。=3\*GB3③產(chǎn)氣同時供氣[圖9-8(c)]，用氣時打開閥門1，隨著儲氣室氣體的減少，壓力降低，水壓間(和進料管)的液面下降，發(fā)酵間的液面上升。當氣量與供給燃具的用氣量相等時，發(fā)酵間液面與水壓間(和進料管〉液面.維持在一個相對穩(wěn)定的高度差上。當發(fā)酵液料不產(chǎn)氣時，水壓間(和進料管)的液面回落，同時發(fā)酵間的液面上升，直到三個液面達到同一個高度的水平面為止。(2)標準型水壓式沼氣池1984年國家發(fā)布、1985年實施了“農(nóng)村小型水壓式沼氣池標準圖集”。明確了3種標準池型(圖9-9)，即圓筒形、球形和橢球形。其中圓筒形沼氣池[圖9-9(a)]主要由圓筒形池身、削球殼地蓋及池底的發(fā)酵間，進料管及圓形水壓間三部分組成。球形沼氣池[圖9-9(b)]。由球形發(fā)酵間、進料及矩形或扇形水壓間三部分組成。橢球形沼氣池[圖9-9(c)]主要由橢球形發(fā)酵間，進料管及矩形或扇形水壓間三部分組成。3種池型的共同特點是：儲氣室在發(fā)酵間內(nèi)，發(fā)酵間的容積分別為4m3、6m3、8m3、10m3，用戶自己選定。水壓間設(shè)計可分別按產(chǎn)氣率0.15m3(m3?d)、0.20m3(m3?d)、0.25m3(m習慣上，有人把水壓間、出料口這部分稱為出料間；把進料口、進料管這部分稱為進料間。(3)設(shè)攪拌裝置的水壓式沼氣池農(nóng)村小型沼氣池經(jīng)常出現(xiàn)料液分層和結(jié)殼現(xiàn)象。料液結(jié)殼與分層一直是困擾沼氣用戶的一大難題。分層，下面干上面稀，不利發(fā)酵.影響產(chǎn)氣；結(jié)殼，發(fā)酵產(chǎn)出的沼氣不能順利地進人儲氣室。轉(zhuǎn)向從水壓間、進料口冒出，造成氣源的浪費。下面列舉的實例.是為克服上述問題對水壓式沼氣池運行情況的改進。圖9-10所示是湖南省岳陽縣農(nóng)村能源技術(shù)服務(wù)站研制的水壓式沼氣池破殼攪拌裝置。它主要由兩部分組成：①破殼籠破殼籠為鐵絲焊接而成。當沼氣池的儲氣室內(nèi)氣壓上升時，池內(nèi)液面下降，液面的浮渣層由于受到破殼籠的阻攔而破裂；當氣軍內(nèi)氣壓下降時，池內(nèi)液面上升，浮渣層同樣受到破殼籠的作用而破碎。因此，破殼籠具有自動破殼的功能。同時，破殼；籠還具有防止浮渣堵塞導(dǎo)氣管的作用。②攪拌器攪拌器既可旋轉(zhuǎn)義可上下移動。攪拌的主要日的是防止料液分層，使原料和接種物充分接觸，增加微生物與原料的接觸面，加快發(fā)酵速度，提高產(chǎn)氣量。攪拌器也具有防止浮渣層積厚結(jié)殼的作用。此破殼攪拌裝置結(jié)構(gòu)簡單.制作方便，造價低。經(jīng)過兩年使用設(shè)有該裝置的沼氣池未發(fā)生料液結(jié)殼現(xiàn)象，產(chǎn)氣量可提高30%左右。圖9-11所示是貴州省桃縣能源辦研制的水壓式沼氣池的攪拌裝置，基本結(jié)構(gòu)從圖可見。其安裝與操作是:在澆筑池底時，將底座預(yù)埋在池底中心。在預(yù)制活動蓋時，在活動蓋中心預(yù)留1個Ф75mm的小孔。投料前，先將主軸下端放入底座，把2根側(cè)枝同定在主軸上，間距300mm，再將4根側(cè)枝固定在兩根橫桿上，這時安裝人員出池。投料后，蓋好活動蓋，將封水管套在主軸上，用黏泥密封封水管與活功蓋小孔之間的間。然后淹水養(yǎng)護，安裝完畢。沼氣池運行期間，每隔3～5d搖動一次，池內(nèi)就不會結(jié)殼。如需大換料或維修沼氣池時，先取出封水管，再揭開活動蓋將其拆出。(4)曲流布料水壓式沼氣池曲流布料水壓式沼氣池在昆明市試驗、推廣使用政果良好，沼氣池結(jié)構(gòu)簡圖如圖9-12所示。發(fā)酵原料入池先在進料口喉部濾網(wǎng)過濾，進入池內(nèi)經(jīng)分流板進行半控或全控進行布料，目的要形成多路曲流使原料充分與污泥接觸。池底呈斜坡，在坡面設(shè)隔板阻流，保留一定量的污泥。在油拱中央設(shè)有傘架型破殼掛籠進行破殼。手動攪拌杠桿操縱傘架型掛籠破殼，并同時帶動底部連桿推盤推出沉積物。在出料間底部設(shè)有排放閥。據(jù)實測，在昆明地區(qū)，6m3曲流布料池，一年產(chǎn)氣可達1692.6m3；池容最高產(chǎn)氣率達O.98m3/(m3.d)，相當于圓筒形普通水壓池產(chǎn)氣量的3～5倍。(5)發(fā)酵液高位差自功循環(huán)水壓式沼氣池①基本結(jié)構(gòu)如圖9-13所示，該池由一個標準常規(guī)水壓式沼氣池和一個掛有軟填料做菌床的生物濾池組成，兩池軍零壓液面一高一低，并共用一個水壓箱，水壓箱的底部與高位池零壓液位標高相同。低壓池出水管口高出水壓箱底，出口與其最高儲液位平齊。進料管與水壓箱平齊。高位池出水管為一U形管A，通往廁所蹲位及豬舍地面。水壓箱底部有一U形管B.通往高位池。②循環(huán)過程沼氣池在正常運行時，當停止供氣，低位池的發(fā)酵液一部分被沼氣擠壓進入水壓箱；高壓池的一部分發(fā)酵液通過U形管A，被護送到廁所蹲位或豬舍地面與糞便一起流入進料口。當向用戶供氣時由于高位池液面低于水壓箱液位，水壓箱的發(fā)酵液便通過U形管B回流高位池，從而實現(xiàn)自動循環(huán)。③特點：這種形式的沼氣池和發(fā)酵工藝流程，能很好地滿足沼氣微生物類群所需的生長繁殖條件，具有許多獨特的優(yōu)點:a.用水壓箱作發(fā)酵原料預(yù)漚池，使原料在好氧的條件下，加快違度產(chǎn)酸菌的分解，促進對原料的液化產(chǎn)酸，發(fā)酵后的酸液留下自動入池，沉渣留下，解決了沉渣人池出料難的問題，同時好氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱量，有利于沼氣池增溫和保溫；b.高位池設(shè)置的軟填料作為厭氧池內(nèi)的生物載體，能起到富集菌種、促進沼氣發(fā)酵速度、提早產(chǎn)氣、提高產(chǎn)氣量的作用；c.料液自動循環(huán)能起到攪拌發(fā)酵液的作用，提高產(chǎn)氣量，防止液面結(jié)殼等；d.可利用循環(huán)發(fā)酵由沖刷與沼氣池相結(jié)合的廁所蹲位及豬舍的地面，同時可作為預(yù)處理池的接種物，促進發(fā)酵，節(jié)約用水。2.浮罩式沼氣池浮罩式沼氣池是將發(fā)酵間產(chǎn)生的沼氣由沉浮式氣罩儲存起來，按其結(jié)構(gòu)，可分為直接儲氣浮罩式沼氣池（圖9-14)和分離儲氣浮罩式沼氣池(圖9-15)。浮罩式沼氣池由水封池和氣罩兩部分組成。當沼氣向上壓力大于氣罩自重和配重時，氣罩便沿水封池內(nèi)壁的導(dǎo)向軌道(或升降軸)上升，直至平衡；當用氣時，罩內(nèi)氣壓下降，氣罩也隨之下沉。浮罩式沼氣池的特點是：罩內(nèi)沼氣壓力基本穩(wěn)定，壓力大小取決浮罩內(nèi)簡橫截面積與浮罩的自重和配重，易適應(yīng)沼氣發(fā)酵工藝要求(指壓力大小)和燃燒器的性能；建池和出渣容易；直接儲氣浮罩式沼氣池保溫性能不如水壓式沼氣池，分離儲氣罩式沼氣池克服了這個缺點；用金屬制造的浮罩容易銹蝕。在圖9-14的浮罩內(nèi)的沼氣壓力值，如果不考慮浸在料液中浮罩壁所受的浮力（浮罩壁比較薄)，可用下式計算：（9-10）式中p—沼氣壓力，cmH2OG—浮罩及其配重的質(zhì)量，kg;D—圓筒形浮罩內(nèi)直徑，cm;1000—由kgf/cm2H20換算的系數(shù)。3氣袋式沼氣池氣袋式沼氣池(圖9-16)的發(fā)酵間沒有儲氣部分，發(fā)酵間所產(chǎn)生的沼氣直接輸入儲氣袋（用聚氨乙烯薄蠟和橡膠加工〕儲存起來，其余構(gòu)造與水壓式沼氣池基本相同。氣袋式沼氣池的主要特點是：池內(nèi)沼氣壓力較低，在利于發(fā)酵和產(chǎn)氣。對沼氣池防滲漏要求不高；沼氣池料液容積基本不會隨沼氣的多少而變化；目前氣袋材料價格較貴，且在易老化，影響使用壽命；由于氣壓較低，家庭使用不便，對于供動力用能的大、中型沼氣池較為適宜.對防火要求較高。4.印度"戈巴"沼氣裝置"戈巴'，印度語意為牛糞。圖9-17是印度的一種以牛糞為發(fā)酵原料浮罩式沼氣池，其基本結(jié)構(gòu)如同所示。發(fā)酵間成井狀，是地下建筑，井體直徑一般為1.5-6m之間。發(fā)酵間中間有隔墻，將井體分為兩個半圓柱體。兩根傾斜的水泥管，一端伸向沼氣池底，另端伸向地面.分別連接進料口和出料口。出料口比進料口低。混合好的發(fā)酵原料，從進料口徑進料管流入發(fā)酵間，出料靠池滿自溢。可年不需大出料，節(jié)約勞力。浮罩(儲氣罩)用薄鋼板制成，內(nèi)安裝有攪拌棍，當轉(zhuǎn)動浮罩時能起一定的攪拌作用。二、發(fā)酵原料在自然界中，沼氣發(fā)酵原料十分廣泛和豐富，幾乎所有的有機物質(zhì)，如人畜糞便、作物秸稈、青草、生活污水、有機垃圾、污泥等都可作沼氣發(fā)酵原料。不同種類的發(fā)酵原料.其組成的化學(xué)成分不同，產(chǎn)氣潛力和消化速度也有很大差異。農(nóng)村使用的沼氣發(fā)酵原料.有富氮原料和富碳原料之分。(1)富氮原料富氮原料在農(nóng)村主要是指人、畜和家禽糞便。這類原料顆粒較細，含有較多的低分子化合物，氮素含量也較高，其原料的碳氮比(指含碳量與含氮量的比.用C/N表示)般都小于25:1，因此不必進行預(yù)處理，分解和產(chǎn)氣速度較快。這種原科是我國農(nóng)村沼氣發(fā)酵原料的主要來源之一。該原料的特點是發(fā)酵周期較短，產(chǎn)氣速度快，單位發(fā)酵原料的總產(chǎn)氣量較農(nóng)作物秸秤低。(2)富碳原料這類原料在農(nóng)村主要指各種農(nóng)作物秸稈。其碳素含量較高，原料的碳氮比一般都在30:1以上。與人、畜糞便一樣，農(nóng)作物秸桿也是我國農(nóng)村主要沼氣發(fā)酵原科來源之一。農(nóng)作物秸稈也是我國農(nóng)村主要沼氣發(fā)酵原料來源之一。農(nóng)作物秸稈通常是由木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、果膠和蠟質(zhì)等化合物組成，其產(chǎn)氣特點是分解速度較慢，產(chǎn)氣周期較長，但單位原料單產(chǎn)氣量較高。使用這種原料在入池前要進行預(yù)處理，以提高產(chǎn)氣效果。1、發(fā)酵原料的收集發(fā)酵原料的收集和準備是沼氣發(fā)酵的首要步驟。新建沼氣地和沼氣池大換料前，必須準備好充足的發(fā)酵原料。農(nóng)作物秸稈收獲后，應(yīng)及時收集、堆存起來，防止霉變。農(nóng)村小型水壓式沼氣池，每年至少要留出500kg以上的作物秸稈作為發(fā)酵原料。畜禽糞便是農(nóng)村沼氣池的優(yōu)質(zhì)發(fā)酵原料。對牛糞、馬糞等大牲畜糞便，應(yīng)盡量做到隨時發(fā)現(xiàn)、隨時收集；豬糞、人糞等可利用農(nóng)村"三結(jié)合"(指沼氣池、豬圈、廁所三者結(jié)合)式沼氣地，自流入池進行收集。2發(fā)酵原料的頂處理為了加速沼氣發(fā)酵原料的分解，促使早產(chǎn)氣，一般要對農(nóng)作物秸稈發(fā)酵原料道行預(yù)處理，措施如下:(1)鍘短(或粉碎)作物秸軒用作沼氣發(fā)酵原料時，必須經(jīng)過鍘短（或粉碎)處理，一般鍘成2~3cm長即可。這樣，能增大發(fā)酵原料與沼氣細菌的接觸面，加速原料的分解，同時也便于進料和出料。經(jīng)過鍘短和粉碎的作物秸稈，一般可提高產(chǎn)氣量15%~20%。(2)堆漚為了避免發(fā)酵原料進入沼氣池后，出現(xiàn)大量漂浮和結(jié)殼現(xiàn)象，并應(yīng)破壞作柑桔秤皮面的蠟質(zhì)層，適當降低發(fā)酵原科的碳氮比，以利于沼氣細菌時碳氧營養(yǎng)的需要，促進早產(chǎn)氣。應(yīng)對投入沼氣池的作物秸懺等沼氣發(fā)酵原料.進行堆漚處理，其方法有以下兩種：①池外堆漚將鍘短的作物秸軒，加入2%的石灰澄清液和10%左右的沼液或糞水(加入的糞水繭，以料堆下不出水為宜).混合拌勻。料堆上覆蓋塑料薄膜。在氣溫150'C左右時，堆漚4~5d;200'C以上時，堆謳2~3d.即可投料人池。②池內(nèi)堆漚將制短的作物秸懺，加入2%的石灰澄清植和10%的沼液或糞水，攪拌均勻后.投入淚氣池內(nèi)堆漚。堆漚時間視氣溫而定，一般堆W1~2d為宜。池內(nèi)堆漚，可以利用堆植時所產(chǎn)生的熱量，提高地溫。堆漚處理的益處：①在堆漚中原料中，帶進去的自然沼氣發(fā)酵菌大量生長繁殖，起到富集和增殖菌種的作用，②在堆植過程中，秸秤中的大分子化合物經(jīng)細菌分解，形成大量小分于化合物，進池后，可面分解菌很快分解或直接形成甲烷；③秸稈堆漚后，加速了纖維素的分解，破壞了秸軒表面的蠟質(zhì)層，加速了沼氣發(fā)酵過程的進行；④堆漚腐熟后，秸稈的含水量加大，相對密度增加，入池后，很快沉底，不易上浮結(jié)殼，⑤在堆漚過程中能產(chǎn)生700oC以上的高溫，可以殺死原料中的病菌且蟲卵；⑥堆漚后，體積縮小，便于裝池。同時，原料中的空氣大部分散排除，有利于厭氧發(fā)酵。3合理配料沼氣細菌的生活、繁殖是以原料中的碳氮為主要營養(yǎng)的，因此，要使沼氣池產(chǎn)氣快、產(chǎn)氣多、長期而持續(xù)產(chǎn)氣，就要合理搭配沼氣發(fā)酵原料。（1)適當多加產(chǎn)出沼氣中古甲烷多的發(fā)酵原料沼氣質(zhì)量主要指其中吉甲炕量的多少5各種原料產(chǎn)出沼氣吉甲烷量的數(shù)值差異較大，為了校得優(yōu)質(zhì)沼氣，應(yīng)選用適宜的原料，并進行合理搭配。(2)合理搭配消化速度快和消化速度慢的原料為了達到產(chǎn)氣持丸和均衡的目的，在進料時町應(yīng)將消化速度快的和消化速度慢的原料合理搭配。例如:作物秸稈等含纖維章多的原料，消化速度慢，產(chǎn)氣速度也快.但持續(xù)時間短。(3)碳素與氮素含量不同的原料合理搭配沼氣細菌的生活和繁殖需要多種營養(yǎng)物質(zhì)，其中主要是碳素和氮素。但作為沼氣發(fā)酵原料中的碳素和氨素的含量是刁同的。也日作物秸稈吉碳素少，發(fā)酵快。實踐證明，鮮糞和作物秸稈的重量比為2?1左右時，碳氮比為30:1.時沼氣發(fā)酵比較適宜。這兩類發(fā)酵原料應(yīng)合理搭配，適宜的碳氮比，對沼氣發(fā)酵比較適宜。適宜的碳氮比，不僅有利于沼氣細菌的生活、繁殖，同時可以中和發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的有機酸（有機氧章分解時釋放的有機酸).有利于維峙適宜的酸耐度，在缺乏人糞尿的地區(qū)，可在沼氣池中加入占主酵原料量0.3%以下的碳酸氫氨或0.1%以下的尿章，也能有政提高產(chǎn)氣率。為了正確而合理地配料人池，現(xiàn)以1m3容積的發(fā)酵原料配比為例，列表9-三小型沼氣池發(fā)酵工藝類型1.半連續(xù)投料沼氣友酵植半連續(xù)投料沼氣發(fā)酵池絕大多數(shù)是水壓式沼氣池(見圖9-18)（‘水壓式’的含義下面介紹)，井且普遍菲用半連續(xù)投料沼氣發(fā)酵工藝，其工藝過程如圖9-19所示。此發(fā)酵工藝的特點是：啟動時，次投入較多的發(fā)酵原料，產(chǎn)氣→用氣，經(jīng)過一段時間，當產(chǎn)氣量趨向下降時，開始定期添加新料和排出舊料，以維持比較穩(wěn)定的產(chǎn)氣率。古適于農(nóng)村原料來源和集中用肥的實際情況。各工藝環(huán)節(jié)的具體內(nèi)窯如下（1)備料作好原料準備.要求數(shù)量充足、種類搭配合理，需要制碎時則惻碎固(2)新池檢驗或舊池檢修做到確保不漏水、小漏氣，（3)配料滿足工藝對料總固體濃度(TS%)和C/N的要求配比原料；(4)拌抖接種要求拌和均勻。(5)入池堆漚將拌和好的原料放入池內(nèi)，踩緊壓實，進行堆漚(6)加水封池堆漚原料溫度上升至40~60L時，此進出料口加水，然后用pH精密試紙檢查發(fā)酵液酸堿度，pH在6~7時.即可蓋上活動蓋，封閉沼氣池。若pH<6時，可加草木灰、氨水或澄清石灰水調(diào)整至7左右，再蓋好水封蓋。封蓋后應(yīng)及時安裝好輸氣管、開關(guān)和燈、爐具，并關(guān)閉輸氣管上的開關(guān)。(7)點火試氣封池2~3d后，在爐具上點火試氣，如能點燃，即可使用，如若點不燃，則放掉池內(nèi)氣體，(非可燃氣).次H再點火試氣，直至點燃為止。(8)添加料沼氣池產(chǎn)氣運行30d左右.產(chǎn)氣量將減少，應(yīng)添加新料，般每隔5~6d加料l次.如I料是為主酵液的3%~5%。若是"三結(jié)合"的沼氣池(豬吉、劇所、沼氣池連為一體)，糞犀便隨時流入沼氣池。(9)大換料發(fā)酵周期完成以后，除去舊料，按上述工藝開始第二個流程。以上是發(fā)酵原料的“入池堆漚“，若果取"池外堆漚"，則應(yīng)按下述要求進行采用秸軒重量的1到~2%石灰，且成石藍水，均勻施于秸軒上，再潑上糞（或沼液）。溫度以不見水流為宜，料堆層層踩緊.氣溫小于10oC時要保溫。(1)堆漚時間春夏1-2d，秋天3~5d。氣植25'C左右堆植ld，堆摳溫度到60'C左右時，拌料接種，入池啟動。(2)接種物量向池內(nèi)投料時應(yīng)加入占原料30%以上活性污泥，或10%以上正常產(chǎn)氣池底巧泥，或lO%~30%沼液。2分層滿裝料淚氣發(fā)酵分層滿裝科沼氣發(fā)酵屬于學(xué)連續(xù)沼氣盎酵工藝其主要特點是混合原料，分層裝滿(兩層投料間隔2~3d).池內(nèi)堆漚.干濕發(fā)酵結(jié)合("于發(fā)酵"吉立后面介紹)，其工藝過程如閣9-20所示町一個流程內(nèi)分為啟動、運行、大出料3個階段，根據(jù)秸軒收獲租用肥季節(jié)，南方地區(qū)年可分別在夏秋季和冬春季完成兩個流秤，北方肉氣溫低，一年只能完成個流程。該沼氣發(fā)酵工藝啟動用水少，操作簡單，節(jié)省勞力。運行期間只要求每天將人畜糞便班人池內(nèi)即可回為了保證原料在池內(nèi)充分分解，每立方米沼氣池每天入地總固體量<0.7kg，池體容積>6m3。在在作物秸稈沒有是件制碎的情況，可惡用這種工藝;在運行期間沒有糞犀經(jīng)常住池內(nèi)加入者，不宜來用這種工藝。3批量投料沼氣發(fā)酵批量投料沼氣發(fā)酵是一種比較簡單的沼氣直酵形式，如紅泥塑料沼氣地，革璃銅沼氣池就屬于這種沼氣發(fā)酵工藝。它的特點是將發(fā)酵原料一次性投入沼氣池，當發(fā)酵周期結(jié)束后，取出舊料，再投入下一批新料。其產(chǎn)氣量韌期t升很快，維持段時間的產(chǎn)氣高峰后，即逗漸下降，發(fā)酵產(chǎn)氣不夠均筒，但使用、管理由單。(1)玻璃鋼沼氣池圖9-21是一種小型玻璃鋼沼氣池，下面介紹它的結(jié)構(gòu)和使用情況。①結(jié)構(gòu)與制造玻璃鋼沼氣池的池容為3m3，設(shè)有水壓室進料口、出料口、因水智、于柄、導(dǎo)氣管等。整個池F材料基本都是玻璃鋼。玻璃鋼沼氣池是個薄殼心球體，來用濕法于糊成型、常溫固化工藝生產(chǎn)，帽據(jù)沼氣袖的池容尺寸的需要，設(shè)計制造模具，為了于糊成型后便于脫模，模具制成可開合的回薄殼分為兩個璋體分別制造，組裝時果用對口搭接韓舍。其工藝流程為:水壓室、進料口、山料口、國水營的材料也是玻璃銅=進料口和Hi科u的壓蓋用螺栓固堅沿口有橡膠密封闡，防止液、氣的泄露。玻璃鋼產(chǎn)品在大氣中暴曬條件下，山于風沙雪雨等機械損傷和太陽輻射所創(chuàng)起的光氧茬化，使其力學(xué)性能發(fā)生改變，隨著時間的推移.呈下降趨勢，主要是玻纖、樹脂、玻纖/樹脂界面這3個方面的變化和破壞所引起的。采用控制產(chǎn)品的含膠量，提品其力學(xué)性能初始值，表面果用膠在樹脂提高其耐候性樹脂中如入紫外線咂收劑防止光氧在化。以上措施自敢地瞄少了老化作用對池體強度的影響，原設(shè)計使用8年，實際使用r15年的袍子單推睡后仍可使用。2投料與運行該池所用發(fā)酵產(chǎn)氣原材料以人、高糞便和玉米軒為宅干物質(zhì)濃度18%左右.菌種添加量不低于料植的30%。采用批量投抖，原料預(yù)處理、眼氧比、pH等.均按沼氣發(fā)酵原理要求確定。往池內(nèi)投料占池容的80%~85。該沼氣池是小組、高效發(fā)酵裝置。當以糞便為二五要發(fā)酵原料時，每年5-9月可換料3~4次，夏季溫度高，池體在地面上，必要時還可用塑料薄膜覆蓋，便宜酵溫度保持在20~35°C，3m'沼氣池.最高產(chǎn)氣量可達1.5m3/d(2)紅泥塑料沼氣池紅泥塑科沼氣池分半塑紅泥塑料淚氣池和全塑紅泥塑料沼氣池兩種a半塑紅塑料沼氣池〈見圖9-22)由水泥料池和紅泥塑料氣罩兩大部分組成，應(yīng)用較多的是這種。全塑紅泥塑料沼氣池相當于一個紅泥塑料大口袋置于池中，應(yīng)用較少@紅泥塑料沼氣池多數(shù)不設(shè)進、出料間，氣罩周邊與水泥池接合處有封氣環(huán)槽，將氣罩周邊鋪入槽底，槽內(nèi)裝人性、水，壓住罩邊，防止漏氣。還可用壓桿搶邊沿環(huán)槽壓緊或用尼克繩將氣罩邊與水泥池上周檐壓緊，進步密封。紅泥塑料沼氣池的投料與運行情況與玻璃鋼沼氣池相類似，所不同的是它在出科時將氣罩揭開，敞口操作;而玻璃鋼沼氣池下而有出料口.打開口蓋即可出料。紅泥塑料沼氣池的優(yōu)點是.①結(jié)構(gòu)簡單，建池成本低.管理力便，出料在易;②夏季池溫度比水壓式池溫高。它的最點是①沼氣地的地溫，易受外界氣淚的影響;②年內(nèi)使用時間比水壓式沼氣池短。以上接投料運行方式講述了三種工藝過程，下面介紹的兩種工藝過程分別是發(fā)酵料液濃度、在池中的主酵階段具有自己特點的小型沼氣發(fā)酵工藝。4.干發(fā)酵工藝干發(fā)酵工藝屬批量投料沼氣發(fā)酵類型，其主要特點是池中的發(fā)酵原料且固體吉量多.在20%---30%。優(yōu)點是省水，池容產(chǎn)氣率高，可以縮小沼氣體積，方便進出料。適宜于習慣用固體肥料的在村和干旱地區(qū).山東能源研究所、成都l1l氣科學(xué)研究所和吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院等單位時干發(fā)酵工藝進行過較深入的研究。圖9-23是吉林省在業(yè)科學(xué)研究院等單位研制并推廣的鐵罐式沼氣池，應(yīng)用了F發(fā)酵工藝。現(xiàn)將干發(fā)酵工藝特點介紹如下:(1)合理的配料比秸稈與糞便的質(zhì)量比，般為3:1左右，不同秸稈、不同畜糞略有差別。(2)原料預(yù)處理將秸稈鍘成5-7cm長的碎料，進行池外堆摳，堆植時間視當?shù)貧鉁睾驮蠣顩r而定。在25"C時，一般堆謳9-5日，使秸秤原料質(zhì)地軟化，便于裝堅裝實，增加池窯的革料倒并且能使啟功加快；(3)接種物由于千發(fā)酵原料且固體古量高(>20%)，接種物質(zhì)量般平能少于發(fā)酵原料的20%.井且要求接種物有良好的活性。(4)發(fā)酵周期發(fā)酵周期長短，要看發(fā)酵原料的數(shù)量和種類，般來說，當產(chǎn)氣量明顯下降時，就應(yīng)該更換新料。5兩步發(fā)酵工藝兩步發(fā)酵工藝是指沼氣發(fā)酵的產(chǎn)酸階段相產(chǎn)甲皖階段分別在兩個池子里進行。第一個池子為水解產(chǎn)酸池，它是敞口池.產(chǎn)血的酸液流進第二個池(見圖9-24.示意圖用虹吸管引輸);第個池子是普通的水壓式淚氣池，為產(chǎn)甲惋池，它以第個池于產(chǎn)出的酸液且發(fā)酵原料.沒有渣撐，產(chǎn)氣量高，氣中甲烷含量也高。此工藝符合沼氣微生物的活動規(guī)律，實現(xiàn)沼氣發(fā)酵過程的最優(yōu)化。主要特點是z①由于產(chǎn)甲烷池的產(chǎn)氣率高，氣中甲烷含量高，可縮小此池的建池容積，而產(chǎn)酸池又無需太好的材料建造，從而降低了整個設(shè)施的造價;②通過控制每天輸入產(chǎn)甲烷池的酸液量，能人為地調(diào)節(jié)當天和第2天的產(chǎn)氣量，即提高產(chǎn)氣量的時控性，③實現(xiàn)了渣、液分離，便于出料和運肥。一、生物質(zhì)氣化發(fā)電方式國外以生物質(zhì)燃氣為燃料進行發(fā)電和供熱近年來有較快的發(fā)展，所用的發(fā)電機組基本上有三種類型:一是內(nèi)燃機/發(fā)電機機組;二是汽輪機/發(fā)電機機組;三是燃氣輪機/發(fā)電機機組。有的發(fā)電廠將前二者聯(lián)合使用，即先利用內(nèi)燃機發(fā)電，再利用系統(tǒng)的余熱生產(chǎn)蒸汽，推動汽輪機做功發(fā)電。由于內(nèi)燃機發(fā)電效率較低，單機容量較小，應(yīng)用受到一定限制;也有的發(fā)電廠將后兩者聯(lián)合使用，即用燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)的余熱生產(chǎn)蒸汽，推動汽輪機做功發(fā)電。比較這兩種聯(lián)合發(fā)電，后者發(fā)展前景較廣闊，尤其是在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下。圖6-43～圖6-47分別是上述三種發(fā)電機組工作原理示意圖。第一種是用內(nèi)燃機的動力輸出軸帶動發(fā)電機發(fā)電。第二種是用蒸汽推動汽輪機的渦輪(氣體膨脹做功)帶動發(fā)電機發(fā)電，蒸汽可由鍋爐提供，也可以用其他發(fā)電系統(tǒng)的余熱生產(chǎn)蒸汽。第三種是用旋轉(zhuǎn)著的燃氣輪機的渦輪帶動發(fā)電機發(fā)電。燃氣輪機主要由三部分組成:壓縮機、燃燒器和渦輪機。壓縮機用來壓縮將通過渦輪機的氣體工作介質(zhì)。渦輪機的功率除用于帶動發(fā)電機工作之外，大部分消耗在壓縮機的工作上。燃氣輪機又有兩種形式:一是開放循環(huán)燃氣輪機，由燃燒器來的高溫高壓煙氣通過渦輪機膨脹做功推動渦輪旋轉(zhuǎn)后排放出去，這就要求燃氣應(yīng)純凈，若焦油含量多，將損壞渦輪，不利工作;二是封閉循環(huán)燃氣輪機，煙氣在熱交換中將工作介質(zhì)加熱，介質(zhì)可用空氣、氮氣、氦氣等，它在渦輪機與壓縮機中呈封閉式循環(huán)工作，由于介質(zhì)純凈，不污染輪機。國外利用生物質(zhì)燃氣發(fā)電的規(guī)模不等，通常內(nèi)燃機/發(fā)電機系統(tǒng)功率較小;燃氣輪機廠發(fā)電機系統(tǒng)和汽輪機/發(fā)電機系統(tǒng)功率要大一些;而同時用燃氣輪機/發(fā)電機一汽輪機/發(fā)電機聯(lián)合發(fā)電，其功率為最大。規(guī)模大小尚無明確的分級，一般認為小于500kW為小型;大于500kW!為大