厌氧发酵产沼气的影响因素

张 晗

（聊城市农业农村发展服务中心 山东 聊城 252000）

能源是社会经济发展强大的动力源与活跃的催化剂，人类的生活、生产方式与能源有着千丝万缕的联系。天然气作为优质清洁能源受到越来越多的重视，其需求量远高于供应能力。据《中国天然气发展报告(2021)》显示，2020 年中国天然气消费量为3280 亿m3，国内燃气供应总量为1 925 亿m3，缺口在1 300 亿m3左右。当前我国能源供求偏紧的局面没有改变，未来需求将进一步持续增长。

沼气是厌氧消化的产物，经提纯后可与天然气相媲美，能够作为车用燃料和城市燃气，对国家能源和环保战略具有重要的意义[1]。厌氧消化技术最开始应用在废水处理领域，厌氧消化处理废水有诸多的优点，如低运行成本、低能耗、低污泥产量、低的空间使用及高的运行负荷等。基于上述厌氧过程的优势，厌氧消化工艺被广泛运用于多种多样的复杂原料包括活性污泥[2]、工农业废弃物等方面[3]。沼气发酵原料种类繁多，如畜禽粪便、作物秸秆。在我国广大农村地区，沼气作为一种重要能源，在促进农业废弃物资源化、无害化方面作用明显。厌氧发酵产沼气的影响因素如下。

1 严格的厌氧环境

沼气发酵过程十分复杂，主要由产酸细菌和产甲烷古菌共同参与完成。其中产酸细菌属于兼性厌氧，将复杂的有机物转变为有机酸，同时消耗系统中的溶解氧，使严格厌氧型产甲烷古菌适宜生长定殖，从而将有机酸进一步转化为甲烷、二氧化碳等。在厌氧发酵的启动过程中，需要很长时间才能使体系中的氧浓度降到适宜产甲烷菌生长的范围，进而获得较高的产甲烷菌数量。2 种菌群的高度融合、协同高效是厌氧消化高效稳定的保证。

2 发酵温度

温度条件通过影响沼气发酵微生物分泌酶的活性，从而影响发酵进程。根据产甲烷古菌合适的温度范围，沼气发酵分为常温发酵(15 ℃～20 ℃)、中温发酵(30 ℃～35 ℃)和高温发酵(50 ℃～55 ℃)三种类型。

3 pH 值

pH 值对于沼气发酵极其重要，是甲烷化厌氧消化过程稳定与否的重要指标。产甲烷菌对pH 值变化的适应性很差，中温产甲烷菌最适pH 值为6.8 ～7.2。pH 值低于6.3 或高于7.8，导致甲烷生成过程减弱甚至停止。由于产酸菌和产甲烷菌的最适pH 值不同，所以将酸化水解阶段和产甲烷阶段分离的两相工艺，可以尽可能的避免酸化过快、pH 值下降对甲烷化阶段的影响和抑制，特别是在处理高有机负荷或易生物降解的有机易腐原料时。两相厌氧消化法是目前研究的热点，在外国有针对果蔬废弃物、土豆加工废弃物、食堂废弃物的研究；国内有水葫芦、肉制品加工废弃物的研究。但在实际应用中，两相法并没有得到很好的推广，在欧洲采用单相法制沼气的比例为90%，包括应用较广的Valorga 工艺、Kompogas 工艺和Dranco 工艺[4]。其中两相法可以更好的研究发酵过程中各个部分的工艺参数，而在工业应用层面上，单相法的低投资和低运行成本更为重要。

4 其他因素

在厌氧处理工艺中，其发酵原料的碳氮磷的比例控制在(200 ～300)∶5∶1 为宜。通过适宜的搅拌频率，能够促进反应高效进行，使发酵原料分配地更加均匀，防止局部有机酸积累，增强厌氧消化过程的稳定性，有利于沼气的释放。