沼氣是一種可再生的清潔能源,，是由有機(jī)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(yùn)行過程中,，沼氣的發(fā)酵過程常常達(dá)不到預(yù)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(jìn)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(jìn)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(dá)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(yán)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(dá)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(jī)物并生成沼氣的能力,，即將有機(jī)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(fù)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(xì)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(xì)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(yùn)行失敗,。特別是處理工業(yè)有機(jī)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(qiáng)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(xué)反應(yīng)依靠傳質(zhì)才能進(jìn)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(jìn)料沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，為了強(qiáng)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(jìn)料沼氣發(fā)酵系統(tǒng),，機(jī)械攪拌是有效的手段,。攪拌混合不僅能加強(qiáng)微生物與底物的傳質(zhì)效果，均勻分布進(jìn)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(dāng)始終圍繞著沼氣厭氧發(fā)酵微生物來進(jìn)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(qiáng)微生物活性，加強(qiáng)微生物與基質(zhì)的傳質(zhì)效果等方面改進(jìn)沼氣發(fā)酵過程的性能,，進(jìn)而提高整個沼氣工程的效率,。
此外，想要進(jìn)一步提高運(yùn)行效率,，時刻掌握沼氣發(fā)酵設(shè)備的運(yùn)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(yùn)行參數(shù)（溫度,、壓力,、pH、沼氣流量,、成分?jǐn)?shù)據(jù)等）,，是沼氣工程驗收、監(jiān)督和運(yùn)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(dǎo)確定大中型沼氣工程的運(yùn)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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