1. 沼气发酵原理

沼气工程是以厌氧发酵为核心的控制技术，集有机废弃物预处理、厌氧发酵、脱硫，沼气发电、沼渣沼液一体化利用的系统工程。沼气工程的关键技术是厌氧发酵，包括水解、酸化、乙酸化和产甲烷四个阶段。沼气发酵是将有机废弃物通过发酵细菌的水解转化为简单有机物，水解产物在产酸菌的作用下进一步酸化分解，第三阶段是将中间产物已酸化，物料转化为乙酸、氢气、二氧化碳等。****产出甲烷。在这个过程中，对厌氧发酵的工艺控制主要包括温度、PH值，C/N，水力停留时间以及有机负荷率等[5]。沼气发酵原理图如图1所示。

图1：沼气发酵原理图

2. 沼气发酵工艺

有机废弃物在进行发酵产沼气时，要设计一套合理的发酵工艺。沼气发酵原料采用畜禽粪便及农业秸秆，畜禽粪便中含有大量沉沙，因此首先将畜禽粪便进行沉沙处理；其次将秸秆粉碎，进行柔丝与水解酸化处理，目的是增大秸秆发酵接触表面积，破坏其蜡质层以及缩短发酵周期。二者通过一定的发酵浓度调配方可进行发酵。沼气发酵预处理框图如图2所示。

由于产酸菌的生长速度很快，而甲烷的速度很缓慢，因此大中型沼气工程可采用“两相发酵”工艺，利用预处理池将秸秆做浸泡处理，浸泡采用沼液作为Ts调配介质，其目的是为了增加秸秆降解速度从而增大有限发酵空间利用率。其次，给预处理池供暖，使发酵原料保持一定温度,同时利用机械搅拌，增加其分解速度。目的是加快反应速度降低出料COD含量，使去除率达到80-90%，可提高气体中甲烷含量。

温度是影响厌氧发酵的主要因素之一，参与发酵过程的各种微生物具有不同的适宜温度，温度过高或者过低，都会抑制微生物的生长，导致发酵速率降低，产甲烷的效率不高。

厌氧发酵温度包括：低温、中温、高温，厌氧发酵微生物代谢活动与温度有着密切的关系，在一定范围内，温度越高，微生物的代谢越旺盛，沼气产气量越多，即温度升高有利于提高沼气的产气量^[6]。笔者认为:从气体质量、有机肥质量以及滞留期均处于****状态，选用中温发酵合适28-38℃。

沼气发酵微生物也需要适合的酸碱度，最适宜的PH值为6.5-7.5，超出这一范围，沼气微生物的代谢将减慢或产甲烷菌受抑制或是被杀死，因此，合理调控发酵酸碱度是关键。

有机负荷对沼气发酵也有极大影响。负荷太高会使产酸和产甲烷速度失调，消化器的效率反而降低；负荷太低，由于营养不足，使微生物处于饥饿状态，淤泥增长速度慢使得消化器不能稳定运行。控制负荷可以提高发酵罐处理有机物的效率，同时可获得较高沼气产气率和较低出料COD浓度。中温发酵有机负荷控制在3-4kg／m³（干物质）。

发酵原料浓度越高则水力负荷低，滞留期长；发酵原料浓度低则水力负荷高，滞留期短^[7]。沼气发酵TS在6-10为宜，秋冬季气温低，发酵浓度控制在8-10；春夏季气温高，发酵浓度控制在6-8。

1.搅拌速度控制

发酵过程中原料的搅拌速度也是有严格要求的，如搅拌产生的液体流速不宜超过5m/s。物料向下流动速度不低于4.0m/min。根据不同物料，不同TS浓度，单位能耗在0.4-1.1%不等。速度过快则破坏菌种间间接生成甲烷的过程，从而使得产气率下降。

2.频率控制

反应器运行阶段，频繁搅拌会会打破菌种间形成甲烷的条件，同时造成能量损耗过大，引起不必要的浪费。；搅拌频率少时又会使发酵不均匀，因此搅拌频率控制在3-4小时搅拌一次即可。

3.搅拌时间

在厌氧发酵过程中，搅拌时间由反应器的发酵空间决定，只要反应器内物料搅拌充分即可。

发酵原料碳氮比指原料含碳素总量和氮素总量的比例，碳素是甲烷细胞的营养成分，畜禽粪便碳含量偏低，蛋白质含量较高，不进行碳氮比调节，易会发生氨氮抑制^[8]。因此，我们可利用高碳的物料与低碳物料（秸秆）进行合理的碳氮元素配比。

常见发酵原料的碳氮比如表1所示^[8]：

畜禽粪便、秸秆经沼气发酵后，沼渣残留物养分全面，含有多种水解酶类、B族维生素类、多种微量元素等，其中有机质、腐植酸、粗蛋白、氮、磷及各种微量元素，能满足食用菌生长对营养的要求^[9]。其次，沼渣富含有机质和N、P、K等植物生长所必需的大量元素，是有机肥的主要原料，这样生产出的肥料有机质含量可达85%以上。有机肥和秸秆通过处理还田还能保持土壤结构，提高土壤肥力，有利农业生产，减少秸秆焚烧，有利环境卫生。

目前，好多企业积极拓展沼渣沼液的商品化、集约化、专业化的利用途径，推广无公害蔬菜种植，大力发展循环农业，形成了沼肥综合利用模式，经济、生态、社会效益显著。