沼气工程的发酵类型与工艺

沼气发酵工艺是指从原料到沼气产生与利用的一整套技术路线与方法，是对多个技术环节的选择组合。不同的工艺类型对原料的利用率、产

沼气发酵工艺是指从原料到沼气产生与利用的一整套技术路线与方法，是对多个技术环节的选择组合。不同的工艺类型对原料的利用率、产气性能和发酵时间等都会有一定的影响，新建沼气项目不仅需要考虑原料种类，也需要充分考虑发酵工艺路线和末端沼气利用，以让原料最大化利用，让产品效益最高。

工艺路线实际上可以认为是根据实际生产条件对技术环节的流程组合。

本文目录

1、沼气发酵类型划分：

1.1、投料方式划分：批式发酵、半连续发酵、连续发酵
1.2、发酵温度划分：高温发酵、中温发酵、常温发酵
1.3、发酵阶段划分：单相发酵、两相发酵
1.4、发酵浓度划分：干式发酵、半干式发酵、湿式发酵
1.5、原料类型划分：畜禽粪污发酵、秸秆发酵、污泥发酵、餐厨垃圾发酵、混合发酵
1.6、消化技术划分：完全混合式厌氧反应器（CSTR）、厌氧接触（AC）、升流式厌氧污泥床（UASB）、内循环厌氧反应器（IC）等

2、工艺流程举例

2.1、传统农村户用水压式工艺
2.2、某酒厂沼气发酵工艺
2.3、某猪场粪污处理发酵工艺
2.4、某生物天然气生产工艺

正文
1、沼气发酵类型划分

1.1、投料方式划分

沼气发酵微生物的新陈代谢是一个连续过程，根据该过程中的投料方式的不同，有连续发酵、半连续发酵和批量发酵三种工艺。批式发酵是发酵原料成批量地一次投入沼气池，待其发酵完后，将残留物全部取出，又成批地换上新料，开始第二个发酵周期，如此循环往复。这种方式常见于农村小型沼气池和实验室的物料发酵潜力测试实验。半连续发酵是初始投料发酵启动时一次性投入较多的原料，经过一段时间，开始正常发酵产气，随后产气逐渐下降，再向发酵反应器投入原料，以维持持续产气，这种相隔一定时间周期的投料方式成为半连续投料。连续发酵是根据发酵处理能力或设定的处理量，连续不断或每天定量投入新的发酵原料。连续发酵稳定可控，其稳定不仅体现在物料量的相对恒定，其产气量和能耗也相对固定。

1.2、发酵温度划分

根据发酵的温度，一般可以将沼气发酵分为高温发酵、中温发酵和常温发酵三种。高温发酵是发酵料液温度维持在50～60℃之间，该工艺的特点是微生物生长活跃，有机物分解速度快，产气率高，滞留时间短。采用高温发酵可以有效地杀灭各种致病菌和寄生虫卵，具有较好的卫生效果，从除害灭病和发酵剩余物肥料利用的角度看，选用高温发酵是较为实用的。但要维持消化器的高温运行，能量消耗较大。一般情况下，在有余热可利用的条件下，可采用高温发酵工艺。中温发酵的发酵料液温度维持在35℃±2℃的范围之间，与高温发酵相比，这种工艺消化速度稍慢一些，产气率要低一些，但维持中温发酵的能耗较少，沼气发酵能总体维持在一个较高的水平，产气速度比较快，料液基本不结壳，可保证常年稳定运行。常温发酵是指在自然温度下进行的沼气发酵，发酵温度受气温影响而变化，我国农村庭园沼气池基本上采用这种工艺。其特点是发酵料液的温度随气温、地温的变化而变化，一般料液温度最高时为25℃，低于10℃以后，产气效果很差。

1.3、发酵阶段划分

根据“水解→产酸→产甲烷” 的沼气发酵阶段理论，可将发酵工艺划分为单相发酵工艺和两相（步）发酵工艺单相发酵、两相发酵。单相发酵是将发酵原料投入到一个装置中，使沼气发酵的产酸和产甲烷阶段合二为一，在同一装置中自行调节完成，单相发酵在成本和管理上相对会更低。两相发酵也称两步发酵，或两步厌氧消化。该工艺是根据沼气发酵分为水解、产酸和产甲烷三个阶段的原理，把原料的水解、产酸阶段和产甲烷阶段分别安排在两个不同的消化器中进行。水解、产酸池通常采用不密封的全混合式或塞流式发酵装置，产甲烷池则采用高效厌氧消化装置，如污泥床、厌氧过滤等。

1.4、按发酵浓度划分

按照发酵物料的浓度，可以将发酵分为干式发酵、半干式发酵和湿式发酵。干式发酵又叫高浓度发酵，高浓度发酵指的是发酵物料浓度在15%-20%或者更高的沼气发酵过程。高浓度发酵的优点是可大幅降低废弃物体积和污泥产量，提高废物处置效率，但相对应的控制参数较难设置，需要严格控制pH值和维持恒定温度。常见的高浓度发酵物包括泥炭、畜禽粪便等。半干式发酵是发酵物浓度在10%~15%的沼气发酵过程。中浓度发酵的优点是产气量高，污泥产生量较低，发酵效率高，但要注意控制过程中的酸化和控制反应温度。常见的中浓度发酵物包括糖化后的液态废弃物、食品加工废水等。湿式发酵指的是发酵物浓度低于10%时的沼气发酵过程。低浓度发酵的优点是发酵物易于处理，没有堵塞问题，发酵速率快，但产气量相对较低。常见的低浓度发酵物包括天然有机废水、农村废弃物、厨余垃圾等。

1.5、原料类型划分

根据发酵原料的不同，可以将发酵分为畜禽粪污发酵、秸秆发酵、污泥发酵、餐厨垃圾发酵、混合发酵。畜禽粪污发酵是将畜禽粪污等有机废弃物通过沼气发酵技术转化为可燃气体沼气的过程。这种方法具有低成本，废弃物来源广泛等优点，但需要注意的是，粪便中可能含有病菌和氮源过多时易产生过多氨气，需要掌握好发酵的条件，保证粪污废水的达标排放。秸秆发酵是将秸秆等植物如玉米秸秆、高粱秸秆、小麦秸秆等废弃物通过沼气发酵技术转化为可燃气体沼气的过程。这种方法可以有效利用农作物秸秆等废弃物，减少废弃物对环境的污染，但发酵过程要注意碳氮比的控制，往往通过与畜禽粪污组合以调配适当的碳氮比。污泥发酵是将污水处理厂处理过的污泥通过沼气发酵技术转化为可燃气体沼气的过程。这种方法不仅可以减少污泥的处理量，还可以降低处理成本，但要注意控制发酵过程中的PH值和温度。餐厨垃圾发酵是将餐厨垃圾等有机废弃物通过沼气发酵技术转化为沼气的过程。这种方法可以有效解决城市生活垃圾处理问题，但需要掌握好发酵过程中的湿度和通气情况。混合发酵是将不同种类的有机废弃物混合使用沼气发酵技术转化为沼气的过程。这种方法可以有效利用不同种类的废弃物，提高发酵效率，通过合理的混合发酵组合，不仅可以扩大原料的来源，有些原料间还能具有一定的协同效应。但是混合发酵要注意需要为厌氧反应器提供稳定的原料食谱，避免原料类型剧烈变化造成产气的骤减或骤增。

1.6、按照厌氧消化的技术划分

按照厌氧消化反应器的消化技术划，可将厌氧消化反应器分为：完全混合式厌氧反应器（CSTR）、厌氧接触（AC）、升流式厌氧污泥床（UASB）、内循环厌氧反应器（IC）等。：CSTR是一种常见的厌氧反应器，其特点是反应液体在反应器内保持均匀混合状态，反应器内的厌氧菌可以充分利用有机废水进行发酵，产生甲烷等可再生能源。该技术具有反应器体积小、操作简单等优点。AC技术只需将反应液体和固体媒介接触即可促进厌氧发酵过程，被广泛应用于工业废水处理中。该技术具有反应速度快、能耗低、反应器结构简单等优点。UASB是一种将有机废水与污泥混合后注入反应器中进行厌氧发酵的技术。反应器内的厌氧菌通过营养链的方式进行能量转移，产生甲烷等可再生能源。该技术具有反应器运行稳定、处理效果好等优点。IC技术含有内循环系统，反应液体从底部进入，厌氧菌在液体流动的过程中进行发酵。该技术具有反应器体积小、处理效果好、能量利用高等优点。

2、工艺流程举例

2.1、传统农村户用水压式工艺

2.2、某酒厂沼气发酵工艺

2.3、某猪场粪污处理发酵工艺

2.4、某生物天然气生产工艺

从上述四种举例的工艺流程可以看出，尽管沼气工程工艺各不相同，但沼气工程有四个基本步骤是必不可少的。
第一，原料处理：将有机废弃物进行粉碎、破碎等处理，以便于后续的发酵反应。
第二，厌氧发酵：将原料放入沼池中进行发酵反应，该过程一般要控制好沼池的温度、PH值、搅拌等条件，以确保反应的顺利进行。
第三，沼气收集与净化：在沼气产生后，需要将沼气收集起来，并进行净化脱水脱硫。
第四，废弃物处理：发酵后的废弃物，主要有沼液和沼渣。两者主要采用固液分离的技术，将固体和液体分开，并进行后续的处理。滤液可作为高浓度化肥使用，固体部分可以作为固体有机肥料。