第四节 沼气发酵工艺

沼气发酵工艺是指通过沼气发酵微生物生产沼气的技术和方法。由于沼气发酵原料多种多样，沼气发酵微生物类群复杂。所以，沼气发酵工艺类型较多，通常按温度、投料的方式、发酵浓度、发酵阶段、发酵级差等进行分类。

一、按发酵温度分

.沼气发酵的温度范围在10～60 ℃，依据沼气发酵微生物对温度的适应，沼气发酵工艺可以分为：常温发酵、中温发酵和高温发酵。

（1）常温发酵 是指在自然温度下进行的发酵。发酵温度随着气温和地温的变化而变化，夏季产气速率高，冬季产气速率低或者不产气。在发酵料液温度低于8 ℃后，基本停止产气。该工艺的优点是不需要控制沼气池的温度，所以沼气发酵设备最简单，可以节约加热的投资，简化日常管理工作，我国农村沼气池基本采用这种工艺。

（2）中温发酵 是指温度在30～40 ℃进行的发酵。通常温度控制在（35±2）℃，产气量均衡，可以保证沼气发酵的全年正常进行，产气速率比高温发酵的产气速率低一些，维持温度消耗的能量也少一些。

（3）高温发酵 是指温度在50～60 ℃、适宜高温微生物的发酵。通常发酵温度为（53±2）℃，原料代谢速率快，产气量均衡、速率高，可以有效杀灭各种致病菌和寄生虫卵。但是，维持温度所需的能耗较大。最适于处理高温的废水废物，如酒厂废醪液、柠檬酸厂废水、豆腐厂废水等。

二、按投料方式分

根据投料方式是否连续，沼气发酵可以分为连续发酵、半连续发酵和批量发酵三种工艺。

（1）连续发酵 沼气池启动进入正常发酵后，根据预定原料处理量或产气量，连续不断地加入原料，同时排出相同体积发酵料液，维持稳定连续的沼气发酵。该工艺适用于大型养殖场等能稳定、连续供应发酵原料的地方。

（2）半连续发酵 沼气池启动时投入较多的原料，一般使发酵浓度达到预定值。进入正常发酵、产气量逐渐下降（池内原料即将耗尽）时，开始定期，最好每天投进新原料，同时排出发酵料液，以维持正常和较为稳定的发酵。我国农村家用沼气池基本采用该工艺，与猪圈、厕所结合在一起的“三结合”沼气池，可以较为方便地将猪圈、厕所中的粪便投入沼气池中。

（3）批量发酵 发酵原料一次投入沼气池中，发酵期间不添加新的原料，等发酵完后，把发酵料液或残留物全部取出，再重新投入新料开始下一次发酵，周而复始。批量发酵的产气率不稳定，开始发酵时产气量较少，但随后上升很快，到达产气高峰和维持一段时间后，产气量随着原料的耗尽而下降。其优点是启动进入正常发酵后，不需管理，比较省事，缺点是产气不均衡，适用性较差。该工艺主要用于原料产气率的测定或发酵全过程的研究、城市生活垃圾坑填式处理等。

三、按发酵浓度分

根据发酵料液干物质浓度，沼气发酵可以分为低浓度发酵、高浓度发酵和干发酵三种。

（1）低浓度发酵 发酵料液的干物质浓度在10%以下，农村沼气池通常采用这种工艺。

（2）高浓度发酵 发酵料液的干物质含量在10%～20%，一般不采用这种工艺。

（3）干发酵 也称固体发酵，发酵料液的干物质含量在20%以上，与农村堆沤肥的方法相似，由于出料困难，不容易实现连续或半连续发酵，通常只在批量发酵中采用。

四、按发酵级数分

（1）单级沼气发酵 整个沼气发酵在一个沼气池中完成。采用这种工艺的沼气池结构简单，运行管理比较方便，建池和管理的投资比较低，目前是我国农村最常见的沼气发酵类型。

（2）两级沼气发酵 由两个沼气池串联而成。第一个沼气池供消化，主要用于产气，产气量为总产气量的80%。第二个沼气池对有机物质进行较为彻底的分解。

（3）多级沼气发酵 与两级发酵相似，发酵原料经过三级、四级、甚至更多级的发酵，更为彻底地被利用。多级发酵一般不被采用。

五、按发酵阶段分

根据沼气发酵三阶段理论，分为一步发酵工艺和二步发酵工艺。

（1）一步发酵工艺 简称一步法，也称单相发酵，即沼气发酵的水解、产氢产酸和产甲烷阶段在同一沼气池中进行。我国农村沼气池基本采用这种工艺。

（2）二步发酵工艺 简称二步法，也称两相发酵，即沼气发酵的不产甲烷发酵（水解和产氢产酸阶段）和产甲烷发酵分别在两个不同的沼气发酵装置中进行，可以为不同的微生物创造较好的生活环境，促进它们的生长和繁殖，因而产气率较高。