沼氣發酵的基本條件

張士茹　劉勝海

沼氣是多種厭氧性細菌發酵分解有機物質產生的，豐富的有機物質在隔絕空氣和保持一定水分、溫度的條件下，便能生成沼氣。于是人們對沼氣的產生過程進行了深入研究，逐步弄清了人工制取沼氣的工藝條件。人工制取沼氣，必須創造厭氧發酵的基本條件，若不具備相用的條件將得不到沼氣或得到很少。這些基本條件是：

一、嚴格的厭氧環境一密封的厭氧發酵池

分解有機物質產生沼氣的細菌是產甲烷菌，都是厭氧性細菌，對氧特別敏感，它們在生長、發育、繁殖、代謝等生命活動中都不需要空氣，空氣中的氧氣會使其生命活動受到抑制，甚至死亡。產甲烷菌只能在嚴格厭氧的環境中才能生長。所以，修建沼氣池，要嚴格密閉，不漏水，不漏氣，這是制取沼氣的關鍵。這不僅是收集沼氣和貯存沼氣發酵原料的需要，也是保證沼氣微生物在厭氧的生態條件下生活得好，使沼氣池能正常產氣的需要。

二、適宜的發酵原料和質優量足的菌種

沼氣發酵原料是產生沼氣的物質基礎，又是沼氣細菌賴以生存的營養來源，各種有機物質如人畜糞便、作物秸稈、樹葉雜草、生活污水、含有機物質的工業廢渣等，都可以作為沼氣池發酵的原料。沼氣技術，沼氣設備但細菌對營養物質中的碳素、氮素需要量必須維持適當的比例：碳氮比例配成25：1-30：1。人畜糞便和作物秸稈是主要的發酵原料。人畜和家禽糞便富含氮元素，稱“富氮原料”。這類原料經過人和動物腸胃系統的充分消化，一般顆粒細小，含水量較高，容易厭氧分解，產氣快，發酵期短。秸桿。稻草、菜蔓、枇殼等農作物的殘余物，這些原料富含纖維素、半纖維素、果膠以及難降解的木質素和植物蠟質，稱“富碳原料”。干物質含量比富氮原料高，發酵前一般需經物理、化學、生物三步預處理。富碳原料其厭氧分解比富氮原料慢，產期周期長，產氣量高。氮素是構成微生物細胞質的重要原料，碳素不僅構成微生物細胞質，而且提供生命活動的能量。發酵原料的碳氮比不同，因發酵細菌消耗碳的速度比消耗氮的速度要快25～30倍。可以使沼氣發酵在合適的速度下進行。如果比例失調，就會使產氣和微生物的生命活動受到影響。因此，制取沼氣不僅要有充足的原料，還應注意各種發酵原料碳氮比的合理搭配。

沼氣發酵微生物是人工制取沼氣和內因條件，一切外因條件都是通過個基本的內因條件才能起作用。因此，沼氣發酵的前提條件就是要接入含有大量這種微生物的接種物。新鮮原料入池發酵，若加入的菌種很少，厭氧發酵停滯期很長，則遲遲不產氣或產氣少。采用預先漚制過的原料，并加入少量沼氣污泥進行發酵，甲烷含量很快上升。說明厭氧發酵必須有大量菌種。

三、沼氣發酵的重要外因條件一溫度、水分

沼氣發酵時溫度的高低直接影響原料的消化速度和產氣率，溫度適宜則細菌繁殖旺盛，活力強，厭氧分解和生成甲烷的速度就快，產氣就多。適宜沼氣發酵的溫度范圍較廣，一般8～70℃，都能產生沼氣。低于10℃或者高于60℃，都嚴重抑制微生物生存、繁殖、影響產氣。根據實際情況，人們把沼氣發酵劃分三個發酵區：即10～30℃為常溫發酵區，33-38℃為中溫發酵區，50～55℃為高溫發酵區。農戶通常采用的是常溫發酵工藝。在這一溫度范圍內，一般溫度愈高，微生物活動愈旺盛，產氣量愈高。微生物對溫度變化十分敏感，溫度突升或突降，都會影響微生物的生命活動，使產氣狀況惡化。這就是為什么沼氣池在夏季，特別是氣溫最高的7月產氣量大，而在冬季最冷的1月產氣很少，甚至不產氣的原因。

四、適宜的酸堿度

沼氣微生物的生長、繁殖，要求發酵原料的酸堿度保持中性，或者微偏堿性，過酸、過堿都會影產氣。測定表明，酸堿度在pH=6-8之間，均可產氣，以pH=6．5-7．5產氣量最高，pH低于6或高于9時均不產氣。在正常的發酵過程中，沼氣池內的酸堿度變化可以自然進行調解，先由高到底，然后又升高，最后達到恒定的自然平衡（即適宜的pH），一般不需要進行人為調節。只有在配料和管理不當，使正常發酵過程受到破壞的情況下，才可能出現有機酸大量積累，發酵料液過于偏酸的現象。此時，可取出部分料液，加入等量的接種物，將積累的有機酸轉化為甲烷，或者添加適量的草木灰或石灰澄清液，中和有機酸，使酸堿度恢復正常。

五、嚴格控制阻抑物含量

沼氣細菌很容易受到阻抑物的影響，抑制沼氣細菌的生命活動，防礙產氣。沼氣池內揮發酸濃度或氨態氮濃度過高，對發酵菌有抑制和阻抑作用。因此不能投入農藥、油氈、電石、及含有阻抑物的廢渣、廢液、廢水等。

六、持續的攪拌

適當的攪拌方式和強度，可以使發酵原料分布均勻，增強微生物與原料的接觸，防止浮渣增厚和結殼，提高原料的利用率及能量轉換效率，并有利于氣泡的釋放，使之獲取營養物質的機會增加，活性增強，生長繁殖旺盛，從而提高產氣量。采用攪拌后，平均產氣量可提高30％以上。