生物质资源开发与利用

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1、生物质资源开发与利用第三章生物质能源利用原理与技术3.3生物转换技术－沼气技术内容提要§概述§沼气发酵原理§小型户用沼气技术§大中型沼气工程§沼气综合利用第一节概述©基本概念©沼气的理化性质©沼气的生态分布©沼气发酵研究的历史©沼气发酵的应用1.1基本概念©什么是沼气？¢一种可燃气体¢生物质在厌氧和其他适宜条件下，经微生物分解代谢，产生的甲烷和二氧化碳为主体的混合气体。¢生物质是地表植被在光合作用下的产物，因此从光合作用的角度来说，沼气是生物质能一种可再生能源。1.2沼气的理化性质©沼气是一种混合气体，其主要

2、成分：ò甲烷CH：55%-70%4ò二氧化碳CO：25%-45％2ò少量N、H、O、NH、HS和CO等气体22232©CH、H和CO是可以燃烧的气体，主要是42利用这部分气体的燃烧获得能量。©甲烷是由碳和氢组成的化合物，化学式是CH4©相对分子量16.043©相对密度0.555(与空气相比）©甲烷常温呈气态，无色、无味的气体，极难溶于水。©甲烷具有可燃性，纯甲烷燃烧时，呈浅蓝色火焰。©燃烧时生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。点燃CH+2OCO+2HO＋890kJ42221.3沼气的生态分布池沼1.3沼气的生

3、态分布©沼泽1.3沼气的生态分布©粪窖、阴沟1.3沼气的生态分布©水田、海洋深处以及人和动物的消化道中都有沼气存在。©天然气含有约95%的甲烷。1.4沼气发酵研究的历史©1776年，意大利物理学家A.沃尔塔测出湖泊底部植物体腐烂而产生的气体中含有甲烷。©1875年，俄国学者波波夫首先发现将河泥加入纤维素物质中可产生沼气，并发现了甲烷发酵是一个微生物学过程。©1901年，荷兰学者桑格明确了甲烷细菌的形态特征以及它们所能进行的转化作用，并发现氢和二氧化碳的混合物能发酵生成甲烷。©1916年，俄国微生物学家奥梅梁斯

4、基分离出第一株甲烷菌。©1936年，巴克尔将其命名为奥氏甲烷杆菌，并发现沼气发酵分为产酸和分解酸形成沼气两个阶段。©1950年，美国微生物学家亨格特教授创立了严格厌氧微生物培养技术，解决了甲烷菌的分离和培养难题。©1967年，布赖恩特将奥氏甲烷杆菌进行分离纯化，获得甲烷杆菌MOH菌株和“S”有机体，证实了原奥氏甲烷杆菌是此两种菌的共生体，从而揭示了产氢细菌和产甲烷菌之间的相互依赖关系，即沼气发酵的微生物学原理。©近年来，在甲烷菌研究方面的进展尤为突出，对甲烷菌的分离、培养、分类、生理代谢、细微结构和碱基序列等

5、方面都有一定的研究成果。©近几十年来，发展了许多新的厌氧处理工艺，如厌氧过滤器、上流式污泥床、两步发酵法等。1.5沼气发酵的应用©1881年，摩热斯在法国建立了世界上第一个处理废水的厌氧消化器。随后，英国、美国和印度等过相继建立起大型的沼气发酵装置，处理城市污水。©20世纪30年代，德国许多城市用钢瓶贮存压缩沼气，用作汽车的燃料。1.5沼气发酵的应用©20世纪初，开始发展了许多类型的小型沼气池，主要以各种作物秸秆和人畜粪便为原料，生产沼气，供作生活燃料。©小型沼气以我国和印度最为普遍。©20世纪60年代，我国

6、开始发展大中型沼气工程，集中供热©目前，国外发达国家推行热电联产，实行沼气发电。视频：北方沼气工程思考问题？§什么农村生态模式？§主要组成机构？§沼气具体产生过程？§沼气池主要结构？第二节沼气发酵原理ò沼气的发酵过程ò沼气发酵微生物及其作用ò沼气发酵工艺条件2.1沼气的发酵过程©沼气发酵是复杂的微生物学过程，只有存在大量的沼气微生物，并使各种类群的微生物得到最佳的生长条件，各种有机物原料才会在微生物的作用下转化为沼气。©各种有机质(秸秆、人畜粪便等)在厌氧及其他适宜条件下，通过微生物作用，最终转化为沼气的复杂

7、过程，即为沼气发酵。沼气发酵过程有机质液化产酸产甲烷沼气厌氧沼气发酵的主要反应历程单糖H+COCH+HO多糖2242液化低聚糖产酸丁酸脂类丙酸产甲烷CO脂肪酸2蛋白质乙酸氨基酸乳酸CH3COOHCH4+H2O第一阶段第一阶段──液化液化纤维酶双糖或单糖纤维素蛋白酶脂肪酶蛋白质多肽和氨基酸脂肪脂肪酸和甘油液化阶段§各种有机废弃物都是以大分子状态存在的碳水化合物，如淀粉、纤维素及蛋白质等。§它们不能被微生物直接利用，必须通过微生物分泌的胞外酶（如纤维素酶、肽酶和脂肪酶等）作用，酶解成可溶于水的小分子化合物：¢多糖

8、分解成单糖或二糖¢蛋白质分解成肽和氨基酸¢脂肪分解成甘油和脂肪酸第二阶段第二阶段────产酸产酸可简单糖乙酸溶单性产酸菌化氨基酸丙酸＋CO2物合＋氢气脂肪酸质物醇类产酸阶段§在产酸微生物群的作用下将单糖类、肽、氨基酸、甘油、脂肪酸等物质转化成简单的有机酸（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、氢气、氨气和硫化氢等。§产酸阶段主要的产物是挥发性有机酸，以乙酸为主，约占80