河南大学化学化工学院2010届毕业论文
气化）：
SuspendedOrganicMatterProteins:(Proteins,CarbohydratesandLipids)214053934Fattyacids34Acidogenesis20113512Acetate70?30IntermediateProducts:Propionate,Butyrateect.208HydrogenMethanogenesis2311AcetogenesisHydrolysisAminoAcids,Sugars66Methane100CODReactionsequencefortheanaerobicdigestionofcomplexmacromolecules(numberrefertopercentages,expressedasCOD)2.2.1有机物质消化的四个阶段
第1步 水解化过程
水解是复杂的非溶解性的聚合物转化成简单的溶解性的单体或二聚体的过程。高分子有机物相对分子质量巨大，无法透过细胞膜，需要在细胞外酶的水解作用下转变为小分子之后才能被细菌直接利用。例如纤维素在纤维素酶的水解作用下生成纤维二糖和葡萄糖，蛋白质在蛋白酶的作用下生成短肽和氨基酸，淀粉在淀粉酶的作用下生成麦芽糖和葡萄糖等。这些有机物的小分子的水解产物能够溶于水，并能够在通过细胞膜之后被细菌直接利用。
第2步 酸化过程
酸化过程是要在微生物参与酶的催化作用下，由大量的多种多样的发酵细菌共同作用完成的。酸化的进行过程中，厌氧降解的条件、底物的种类和参与酸化的微生物
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种群决定了酸化的末端产物的组成。以糖为底物，酸化产物主要有丁酸、乙酸、丙酸等，CO2和H2则为酸化的附属产物。而以氨基酸为底物，酸化的主要产物与以糖为底物时基本相同，不同的是附属产物除了CO2和H2之外，还有NH3和H2S[11-14]。
第3步 乙酸化过程
在发酵酸化阶段由于底物结构性质结构不同，经反应之后末端产物是不相同的。而完全厌氧反应的产甲烷过程只能利用一种底物，那就是乙酸，所以必须把全部有机酸经乙酸菌作用转化为乙酸。
第4步 甲烷化过程
甲烷生产是有两个途径的。由acetotrophic和hydrogenotrophic细菌作用。acetotrophic产甲烷反应和hydrogenotrophic产甲烷如下：醋酸→甲烷+二氧化碳和氢气+二氧化碳→甲烷+水。
3 沼气的发酵产品的综合利用
沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物发酵生成以甲烷为主的可燃气体。沼气发酵产生的三种物质，一是沼气，以甲烷为主，是一种清洁能源；二是消化液（沼液），含可溶性N、P、K，是优质肥料；三是消化污泥（沼渣），主要成分是菌体、难分解的有机残渣和无机物，是一种优良有机肥，并有土壤改良功效。 3.1 能源效益
沼气是沼气生态农业的副产品, 作为清洁能源和农村热能已被农户普遍应用。一个容积50m3沼气池, 日可产沼气12.5m3, 可供7 个以上3~5个人口的家庭使用。农村家庭每年用煤气以6 瓶计算, 一个50m3 沼气池的能源效益相当于42 瓶煤气的价值, 其经济价值约4000 元。 3.2 肥料效益
沼气的生成物有很高的应用价值。农产品使用沼肥,不仅能使农产品增产增效, 品质优良, 而且能有效控制病虫害的发生, 减少农药化肥的使用, 从而减轻或避免农业
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面源污染[15-16]。
3.2.1沼气废液种作物高产又环保 北京农业2009 年2 月上旬刊
3.3 环境效益
用沼气池厌氧发酵猪粪便, 基本达到养殖环境无蚊蝇无臭味的效果。经环保监测中心对沼气池污水排放测试: 未经处理的养殖污水, 其化学需氧量(COD) 为10000 个单位; 沼气池厌氧发酵后沼液的COD 为1000 个单位, 减少了90%;沼液再经氧化塘氧化后, COD 可以达到400 个单位的国家农用灌溉水排放标准[17 ]。
4 国内外发展状况
4.1 国外发展状况
欧洲的沼气工程从20世纪70年代开始建设，90年代进人快速发展期，到2000年以后，欧洲的沼气产业更是得到了迅猛发展。在1997年，欧洲仅有沼气工程767处，2004年发展到4000多处。以德国为例，在1997年拥有沼气工程500处，2000
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年发展到1000处，截至2006年，已经突破3500处。欧洲沼气工程技术主要以高浓度有机废弃物联合消化工艺(CSTR)为主，绝大多数配备热电联产系统[18]。欧洲沼气工程技术具有如下特点：
(1)重视原料复配，产气率高。欧洲沼气工程原料不仅包括牛粪、猪粪、鸡粪等畜禽粪便，还有玉米、土豆等能源作物，以及屠宰场废弃物、城市餐厨垃圾、城市污泥等。通过这些原料的混合和合理复配，可以提高原料中的碳、氮含量，并调整出可使产气率最高的碳氮比。德国90％以上的农场沼气工程采用混合原料发酵[19]。
(2)工艺统一，热电联产，效益高。在德国和丹麦，90％以上沼气工程选用CSTR工艺，统一的工艺有利于制定统一的技术标准和管理办法，同时便于接管运营后续服务的开展。热电联产指产出的沼气主要用于发电，约33％一37％的能量转换为电能[20]，在发电的过程中产生大量的余热，用于CSTR加热和农场或社区供热，提高了沼气的利用效率，增加了沼气工程的经济效益。
(3)实现自动控制，运行管理便捷。利用厌氧消化系统专用的自动控制系统与软件，实现沼气工程的自动化管理和远程监控，节省大量人力的同时又提高了工程生产效率。比如国内一万头牧场大型沼气工程，操作管理人员达30人之多，而同等规模工程在欧洲利用远程监控系统只需1—2人。
1948年．在德国的Odenwald小镇出现第一个沼气设备。在30～70℃气温条件下，沼气从粪水、有机的垃圾、污水或食物残渣中产生甲烷气体。有机物分解时沼气产生甲烷气体是可以燃烧的。到20世纪70年代、80年代，由于世界范围内出现的能源危机．使德国不得不努力寻找其他可替代的能源．由此．对生物质能源或再生能源利用的研究十分重视．其中沼气利用的研究和实践也取得进展。20世纪90年代以来．德国在间歇式干法沼气发酵技术的研发上又取得了新的进展。1999年春季德国农村中农户共拥有600个沼气设备,目前已发展到800个 [21-23] 。 4.2 国内发展状况
我国沼气工程技术现状我国沼气产业始于70年代，经历了两落三起，现在处于第三个高峰发展期。据统计，至1998年，我国已有大中型沼气工程748处，年处理
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