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銳意自控|沼氣監(jiān)測系統(tǒng)在沼氣工程中的應(yīng)用

更新時間:2019-08-07      點擊次數(shù):1102

沼氣是一種可再生的清潔能源,是由有機質(zhì)如人、牲畜、家禽的糞便和秸稈、雜草、秕殼等在適宜的溫度、水分、濕度下形成厭氧環(huán)境,經(jīng)過微生物的生長發(fā)育、繁殖代謝作用產(chǎn)生甲烷和二氧化碳、水蒸汽、硫化氫、一氧化碳、氮氣等可燃燒性的混合氣體,沼氣發(fā)酵就是厭氧消化或厭氧發(fā)酵的過程。沼氣監(jiān)測系統(tǒng)在其中所起的作用不容忽視。

 

在實際運行過程中,沼氣的發(fā)酵過程常常達不到預期的效果,會出現(xiàn)供氣不足、時斷時續(xù)、長期不產(chǎn)氣等現(xiàn)象,為確保沼氣工程正常產(chǎn)氣,以下將對沼氣發(fā)酵微生物這個核心因素進行說明。

 

 

 

一、保持沼氣發(fā)酵裝置內(nèi)足夠數(shù)量的微生物

微生物是沼氣發(fā)酵過程中生命活動的主體。在沼氣發(fā)酵系統(tǒng)中,微生物有兩種存在形式:一種是群體,另一種是個體。實驗表明,消化液中以個體存在的微生物數(shù)量并不多,對沼氣發(fā)酵過程所起的作用微不足道。決定沼氣發(fā)酵進程的主要是以群體形式存在的微生物,也就是通常所說的厭氧污泥。污泥濃度的大小對沼氣發(fā)酵裝置產(chǎn)氣效率的影響很大。一般人眼,污泥濃度越大(即單位有效容積中微生物量越多),發(fā)酵裝置的大產(chǎn)氣效率也就越高。既然保持消化裝置內(nèi)足夠多的微生物十分重要,那么應(yīng)該采取哪些措施來達到目的呢?

 

1.加快厭氧微生物的生長速度

沼氣發(fā)酵的、第二階段是不產(chǎn)甲烷菌活動的結(jié)果,第三階段是產(chǎn)甲烷菌作用所致。產(chǎn)甲烷菌是一類嚴格的專性厭氧菌,對營養(yǎng)要求比較簡單,但對環(huán)境條件變化特別敏感,適應(yīng)性差。另一方面,產(chǎn)甲烷菌繁殖的世代時間長,為4-8天,所以產(chǎn)甲烷菌既是左右沼氣發(fā)酵過程成敗的關(guān)鍵微生物,也是控制厭氧生物反應(yīng)速率的主要微生物。如果能通過生物工程手段提高產(chǎn)甲烷菌繁殖速率,縮短其世代時間,那么,在相同時間內(nèi),產(chǎn)甲烷菌增殖的數(shù)量將會更多,從而提高沼氣發(fā)酵效率,同時沼氣發(fā)酵裝置的啟動時間將會縮短。

 

2.增加沼氣裝置滯留微生物的能力

傳統(tǒng)沼氣發(fā)酵裝置難以滯留厭氧微生物,發(fā)酵裝置內(nèi)微生物數(shù)量少,發(fā)酵效率低。在微生物生長繁殖速率不變的情況下,減少微生物排放速率,同樣可以達到積累、滯留微生物的目的。可以通過改變傳統(tǒng)沼氣發(fā)酵裝置的結(jié)構(gòu),安裝沼氣監(jiān)測系統(tǒng),裝設(shè)填料、回流污泥、培養(yǎng)顆粒污泥等措施,增加反應(yīng)器滯留微生物的能力,保持沼氣發(fā)酵裝置內(nèi)足夠數(shù)量的微生物,特別是產(chǎn)甲烷菌。

 

二、提高厭氧微生物的活性

沼氣發(fā)酵過程中,微生物的活性就是轉(zhuǎn)化有機物并生成沼氣的能力,即將有機物轉(zhuǎn)化成為甲烷、二氧化碳、硫化氫等的能力,可以用污泥比產(chǎn)甲烷活性、污泥負荷表示。提高厭氧微生物活性可以通過提高沼氣發(fā)酵微生物自身活力和創(chuàng)造適宜的環(huán)境條件來實現(xiàn)。

 

1.高活性厭氧微生物的培育

如果能采用常規(guī)選育或生物工程的辦法提高沼氣發(fā)酵微生物的自身活性,沼氣發(fā)酵效率將會得到極大提高。由于沼氣發(fā)酵系統(tǒng)是多菌種作用的混合培養(yǎng)系統(tǒng),純培養(yǎng)條件下獲得的高活性菌株在投放到自然的沼氣發(fā)酵系統(tǒng)中,有可能不能適應(yīng)混合培養(yǎng)環(huán)境而喪失其優(yōu)勢。因此,通過常規(guī)選育或生物工程的發(fā)放培育高活性厭氧微生物的難度很大。

 

2.創(chuàng)造適宜的環(huán)境條件

①滿足需要的微量元素

沼氣發(fā)酵微生物需要一定量的微量元素,鎳、鈷、鉬、鐵、硒和鎢等是一些產(chǎn)甲烷菌所必需的物質(zhì),鋅、銅、錳是發(fā)酵性細菌必需的物質(zhì)。

 

②合適的常量元素比例

參與發(fā)酵的微生物不僅要從料液中吸收營養(yǎng)物質(zhì)以取得能源,而且還要利用這些營養(yǎng)物質(zhì)合成新的細胞。在討論沼氣發(fā)酵微生物的營養(yǎng)物質(zhì)時,一般都要重點考察氮和磷的配比。

 

③減少有毒物質(zhì)的抑制

在沼氣發(fā)酵過程中,一些原料中含有有毒、有害物質(zhì),經(jīng)常造成產(chǎn)氣效率下降甚至運行失敗。特別是處理工業(yè)有機原料是,更需注意有毒、有害物質(zhì)對沼氣發(fā)酵微生物的影響。常見的抑制性物質(zhì)為氨氮、硫化物、鹽類、重金屬以及某些人工合成物質(zhì)。

 

④適宜的pH環(huán)境和溫度

pH是沼氣發(fā)酵重要的影響因素。微生物對pH的波動十分敏感,即使是在其生長pH范圍內(nèi),pH的突然改變也會引起微生物活力明顯下降;合適的溫度也是影響微生物生命活動的重要因素,各種微生物都只在在一定的溫度范圍生長。

 

三、加強微生物與底物的傳質(zhì)效果

在沼氣發(fā)酵反應(yīng)器中,生物化學反應(yīng)依靠傳質(zhì)才能進行,而傳質(zhì)的產(chǎn)生必須通過基質(zhì)與微生物之間的實際接觸。在沼氣發(fā)酵系統(tǒng)中,只有實現(xiàn)基質(zhì)與微生物之間充分而又有效的接觸,才能大限度地發(fā)揮反應(yīng)器的處理效能。

 

基質(zhì)與微生物之間的接觸,可以通過集中途徑實現(xiàn)。反應(yīng)器的構(gòu)造不同,實現(xiàn)接觸的方式也不一樣。歸納起來,大致有三種接觸方式,即攪拌接觸、流動接觸、氣泡攪動接觸。對于溶解性發(fā)酵原料、連續(xù)進料沼氣發(fā)酵系統(tǒng),為了強化接觸物質(zhì)可采取有效的布水、合理利用沼氣的攪動、料液回流等措施。

 

對于高固體發(fā)酵原料、分批進料沼氣發(fā)酵系統(tǒng),機械攪拌是有效的手段。攪拌混合不僅能加強微生物與底物的傳質(zhì)效果,均勻分布進料底物,稀釋抑制物質(zhì)濃度,而且還能發(fā)放至分層、沉淀以及浮渣形成,破除溫度分布梯度。

 

結(jié)語:

在對沼氣工程發(fā)酵過程的優(yōu)化時,應(yīng)當始終圍繞著沼氣厭氧發(fā)酵微生物來進行,具體則是通過保持沼氣發(fā)酵裝置中足夠的微生物數(shù)量,改善微生物生長繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境條件增強微生物活性,加強微生物與基質(zhì)的傳質(zhì)效果等方面改進沼氣發(fā)酵過程的性能,進而提高整個沼氣工程的效率。

 

此外,想要進一步提高運行效率,時刻掌握沼氣發(fā)酵設(shè)備的運行狀況,從而針對性地做出調(diào)整和控制,從而實現(xiàn)沼氣工程發(fā)酵過程的優(yōu)化和同樣十分重要。隨著沼氣工程的技術(shù)發(fā)展,通過沼氣監(jiān)測系統(tǒng)即可實現(xiàn)實時智能監(jiān)控和統(tǒng)一操作管理。

 

四方光電(武漢)儀器有限公司開發(fā)的大中型沼氣監(jiān)測系統(tǒng)Gasboard-9230可以實時獲取沼氣工程運行參數(shù)(溫度、壓力、pH、沼氣流量、成分數(shù)據(jù)等),是沼氣工程驗收、監(jiān)督和運行的可靠數(shù)據(jù)來源,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至省、市縣和業(yè)主監(jiān)測平臺上,并根據(jù)已知數(shù)據(jù)指導確定大中型沼氣工程的運行參數(shù),目前該監(jiān)測方案廣泛應(yīng)用于畜牧養(yǎng)殖戶、農(nóng)業(yè)種植戶、餐廚垃圾處理場、污水處理場等大中型沼氣工程。

 

(參考資料:董宜勝《沼氣發(fā)酵菌種與發(fā)酵原料濃度對沼氣產(chǎn)氣的影響》,鄧良偉 等《沼氣工程》;圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

 

(來源:沼氣圈)

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