【正文】 提高原料的利用率及能量轉(zhuǎn)換效率，并有利于氣泡的釋放。機械攪拌是通過機械裝置運轉(zhuǎn)達到攪拌目的；氣體攪拌是將沼氣從池底部沖進去，產(chǎn)生較強的氣體回流，達到攪拌的目的；液體攪拌是從沼氣池的出料問將發(fā)酵液抽出，然后從進料管沖入沼氣池內(nèi)，產(chǎn)生較強的液體回流，達到攪拌的目的。為了改變這種不利狀況，就需要采取攪拌措施，變靜態(tài)發(fā)酵為動態(tài)發(fā)酵。這樣的分層分布，對微生物以及產(chǎn)氣是很不利的。因此加入接種物的數(shù)量一般應(yīng)占發(fā)酵料液的10％~30％。城市下水污泥，湖泊、池塘底部的污泥，糞坑底部沉渣，屠宰場、食品加工廠的污泥，以及污水處理廠厭氧消化池里的活性污泥等都含有大量的沼氣微生物，是良好的接種物。在一般的沼氣發(fā)酵原料和水中，沼氣微生物的含量很少，靠其自己繁殖，很難啟動。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(zhuǎn)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(fù)正常。所以，在正常的發(fā)酵過程中，沼氣池內(nèi)的酸堿度變化可以自然進行調(diào)解，先由高到低，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(diào)節(jié)。農(nóng)村戶用沼氣池發(fā)酵初期由于產(chǎn)酸菌的活動，池內(nèi)產(chǎn)生大量的有機酸，導(dǎo)致pH下降。2．2．4 pH值與堿度沼氣微生物的生長、繁殖，要求發(fā)酵原料的酸堿度保持中性，或者微偏堿性，過酸、過堿都會影響產(chǎn)氣。產(chǎn)甲烷菌只能在嚴格厭氧的環(huán)境中才能生長。因此，制取沼氣不僅要有充足的原料，還應(yīng)注意各種發(fā)酵原料碳氮比合理搭配。因此，在其他條件都具備的情況下，碳氮比例配成25~30：l可以使沼氣發(fā)酵在合適的速度下進行。發(fā)酵原料的碳氮比不同，其發(fā)酵產(chǎn)氣情況差異也很大。富碳原料厭氧分解比富氮原料慢，產(chǎn)氣周期較長。富碳原料通常指富含碳元素的秸稈和秕殼等農(nóng)作物的殘余物，這類原料富含纖維素、半纖維、果膠以及難降解的木質(zhì)素和植物蠟質(zhì)。根據(jù)沼氣發(fā)酵原料的化學(xué)性質(zhì)和來源，可以分為以下幾類：富氮原料通常指富含氮元素的人、畜和家禽糞便，這類原料經(jīng)過了人和動物腸胃系統(tǒng)的充分消化，一般顆粒細小，含有大量低分子化合物——人和動物未吸收消化的中間產(chǎn)物，含水量較高。、適宜的發(fā)酵原料在沼氣發(fā)酵過程中，發(fā)酵原料既是產(chǎn)生沼氣的基質(zhì)，又是沼氣發(fā)酵微生物賴以生存的養(yǎng)料來源。溫度雖然對沼氣細菌的活動影響很大，但是多數(shù)沼氣細菌是屬于中溫型的，一般最適合溫度是在25．40℃之間，在此溫度范圍內(nèi)，溫度越高，發(fā)酵越好。高溫發(fā)酵，最適宜的溫度是5060℃，每l立方米池容，日產(chǎn)氣2立方米以上；中溫發(fā)酵最適宜的溫度是30—35℃，每1立方米池容，口產(chǎn)氣O．40．9立方米；常溫發(fā)酵的溫度是10．30。沼氣池內(nèi)的發(fā)酵溫度是影響沼氣產(chǎn)生和產(chǎn)氣率高低的關(guān)鍵因素，在一定范圍內(nèi)，溫度高，沼氣微生物的生命活動活躍，發(fā)酵順利進行，沼氣產(chǎn)生得快，產(chǎn)氣率也高；溫度低，沼氣微生物活動力差，原料的產(chǎn)氣速率差，甚至長時間不產(chǎn)氣。在沼氣發(fā)酵后期，則是3個階段的作用同時進行，一定時間后，保持一定的動態(tài)平衡持續(xù)正常的產(chǎn)氣。沼氣發(fā)酵的3個階段是相互依賴和連續(xù)進行的，并保持動態(tài)平衡。第二階段(產(chǎn)酸階段)：液化產(chǎn)物在胞內(nèi)酶的作用下將復(fù)雜的有機物轉(zhuǎn)化為簡單的小分子化合物，如低級脂肪酸、醇等。這是沼氣產(chǎn)生的基本原理，即厭氧機理，其發(fā)酵的生物化學(xué)過程，大致可分為3個階段,:第一階段(液化階段)：在微生物胞外酶的作用下，將多糖分解成單糖蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成肽和氨基酸，脂肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦视秃椭舅帷５?章 沼氣發(fā)酵的基本原理 沼氣發(fā)酵原理沼氣是有機物質(zhì)在隔絕空氣和保持一定水分、溫度、酸堿度等條件下，經(jīng)過多種微生物(統(tǒng)稱沼氣細菌)的分解而產(chǎn)生的。本系統(tǒng)可以滿足農(nóng)戶全年對沼氣以及生活熱水的需要。1． 研究意義綜上，本課題從世界對能源的需求入手，分析可再生能源開發(fā)的必要性，并針對北方地區(qū)冬季氣候寒冷，沼氣池不產(chǎn)氣的問題，結(jié)合西北地區(qū)太陽能資源豐富的特點，將太陽能中低溫集熱裝置和沼氣發(fā)酵裝置進行組合，設(shè)計了一套新型的太陽能加熱的沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)。針對我國寒冷地區(qū)太陽能資源充足、冬季寒冷的氣候特色，設(shè)計出一套適合本地區(qū)農(nóng)戶使用的新型的太陽能加熱的戶用沼氣發(fā)酵裝置。1．3研究目的和意義針對我國農(nóng)村沼氣池冬季產(chǎn)氣量下降甚至不產(chǎn)氣的主要問題，考慮在冬季為其保溫并通過熱源來提高池溫。過去二十多年，我國在農(nóng)村沼氣的建設(shè)方面取得了世界公認的成績，但是在戶用型沼氣池的建設(shè)和利用過程中，仍然存在一些技術(shù)問題亟待解決。全國4000萬戶沼氣，每年可產(chǎn)生約154億立方米的沼氣，相當(dāng)于替代2420萬噸標準煤。目標到2010年，全國將有4000萬農(nóng)戶用上沼氣，達到適宜農(nóng)戶的30％左右。各類沼氣工程達到2．66萬處，其中大型沼氣工程1600多處。在沼氣發(fā)酵工藝研究方面，基本上達到了世界先進水平。1980年，成立了中國沼氣協(xié)會，使沼氣建設(shè)事業(yè)逐步走上依靠科學(xué)技術(shù)、保證建池質(zhì)量、重視經(jīng)濟效益、建管并重、穩(wěn)步發(fā)展的道路，使沼氣事業(yè)形成了以能源、環(huán)境保護、生態(tài)農(nóng)業(yè)為目標的發(fā)展方向。這批沼氣工程的質(zhì)量相對于戶用池較高，但是配套差、池容產(chǎn)氣率低、出料困難、綜合效益不高。這一階段雖然出了些問題，但為后來的發(fā)展提供了經(jīng)驗。由于上述問題，雖然沼氣池數(shù)量發(fā)展很快，但質(zhì)量得不到保證。由政府支持和組織，以解決能源為主，以戶用沼氣池為重點是這一時期沼氣發(fā)展的主要特點。70年代初，中國農(nóng)村一些地方農(nóng)戶生活用能出現(xiàn)嚴重短缺。但由于嚴格厭氧微生物研究技術(shù)上的困難未能解決，理論研究未能深入下去，修建的沼氣池又缺乏正確的技術(shù)管理，留下來能夠使用的沼氣池為數(shù)不多。所用池型是由羅國瑞發(fā)明的水壓式沼氣池，與我國目前使用的水壓式沼氣池基本相似。我國沼氣事業(yè)開始于1930年前后，絕大多數(shù)城鎮(zhèn)無電力供應(yīng)，制取沼氣的重要目的是用于一些商店、寺廟的照明。丹麥的沼氣可以并入天然氣網(wǎng)。熱電聯(lián)產(chǎn)也發(fā)展很快，％，％。在交通工具的氣體燃料中，沼氣占54％，其余是天然氣。瑞典是使用沼氣作汽車燃料最先進的國家，沼氣作汽車燃料開始于1996年，并建立了沼氣作汽車燃料的標準。在2006年底，瑞典建設(shè)世界上最大的沼氣工程，來自市政污水處理廠的沼氣經(jīng)凈化后作汽車燃料，沼氣產(chǎn)量1600m3／h。(4)瑞典沼氣主要有兩個來源：污水處理廠(140座，l ktoe是1千噸石油當(dāng)量)，填埋場(60座，)。2004．2005年度，％(％，污水處理沼氣占23％)。填埋氣是綠色證書系統(tǒng)(可再生義務(wù)證書系統(tǒng)Renewable Obligation Certificate System，ROCS)的受益者。但人均沼氣產(chǎn)量在歐洲仍然是第一。通過非化石燃料義務(wù)項目(NFFO)的實施，英國政府的能源政策鼓勵可再生能源發(fā)電量達到1500MW。與環(huán)境效益相比，厭氧消化技術(shù)的能源效益仍較低。(b)對農(nóng)場沼氣工程、填埋氣利用、市政垃圾厭氧消化、工業(yè)有機廢水厭氧消化工程的沼氣發(fā)電，非化石燃料義務(wù)項目(NFFO)提供上網(wǎng)電價補貼。對厭氧消化生產(chǎn)沼氣，主要有三方面的激勵機制：(a)對沼氣項目的研究、開發(fā)、示范項目進行支持。(3)英國2002年英國開始實行綠色證書系統(tǒng)——《可再生能源義務(wù)證書系統(tǒng)》，該系統(tǒng)要求電力供應(yīng)商逐年增加可再生能源發(fā)電的份額，從2002003年度的3％，增加到200％，2004．％，％，在2022027年度達到15．4％。到2006年底，沼氣工程數(shù)量達到了350座。2003到2005年間新建了100多座沼氣工程，其中15．5％的工程，發(fā)電裝機小于lOOkW，72％在100．500kW之間，大于500kW占12．5％。含有有機廢棄物的沼氣工程，上網(wǎng)電價比消化能源植物與畜禽糞便的沼氣工程低25％。在國內(nèi)市場快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，德國沼氣工業(yè)的出口也持續(xù)增長，2004年達到2700萬歐元，約占行業(yè)總產(chǎn)值的10％，在不久的將來，預(yù)計達到30％。德國沼氣協(xié)會估計，到2020年，總裝機將達到9500。德國是農(nóng)場沼氣工程發(fā)展最好的國家，主要是因為激勵系統(tǒng)刺激了農(nóng)場沼氣工程的快速增長。一次產(chǎn)生的沼渣相當(dāng)于300斤氮肥、250斤磷肥、200斤鉀肥，含有17種氨基酸和多種微量元素，對40多種農(nóng)作物病蟲害有顯著的防治效果。據(jù)專家測算，安裝一個68m3的沼氣罐，能解決5口之家每年的做飯、取暖、照明、洗浴等生活能源。沼氣已成為我國農(nóng)村能源的重要組成部分，它不僅可解決農(nóng)村的部分能源問題，而且可以把養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)有機的融為一體，形成綠色農(nóng)業(yè)、環(huán)保農(nóng)業(yè)，促進農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展。在城鎮(zhèn)利用工業(yè)生產(chǎn)中的廢物和生活污水來生產(chǎn)沼氣也正在迅速發(fā)展，造紙廠、釀酒廠、屠宰廠的廢水和生活污水中均有大量的有機物，這些廢物都可以作為沼氣生產(chǎn)的原料，變廢為寶，從而減少城市污染，造福市民。在廣大農(nóng)村牧區(qū)普及沼氣，可以把人畜糞便和雜草、秸稈、枯葉等一起投入沼氣池發(fā)酵，制取沼氣作燃料。在發(fā)展中國家，沼氣是解決農(nóng)村能源的一項重要途徑，印度和中國是最早大力開發(fā)沼氣的國家，并且取得了巨大的成就。沼氣這種來源豐富、成本低廉的優(yōu)質(zhì)氣體燃料，無論在發(fā)達國家還是在發(fā)展中國家均得到高度重視。沼氣的生產(chǎn)工藝比較簡單，一個農(nóng)村家庭就可以建造自己的沼氣池。沼氣是有機物質(zhì)在一定溫度、濕度、pH值和隔絕空氣條件下經(jīng)微生物發(fā)酵而產(chǎn)生的可燃性氣體。在未來多樣化的以可再生能源為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)中，綜合利用兩類或幾類能源，使各種能源相互補充，發(fā)揮其各自的優(yōu)勢以提高其能源利用效率，就顯得非常重要了。光伏電池年生產(chǎn)能力達到100萬千瓦，是世界第一大光伏電池的生產(chǎn)國。太陽能光伏發(fā)電，現(xiàn)在有10萬千瓦。2007年可再生能源利用量折合2．2億噸標準煤，相對于一次能源消費總量的8．5％。(3)可再生能源分布廣泛，相對均衡，世界各國人民都可利用?？稍偕茉粗允艿绞澜绺鲊闹匾暎怯伤毺氐膬?yōu)勢所決定的，和化石能源相比，它們有如下特點：(1)可再生能源可為人類的生存與發(fā)展提供巨大的能量，足夠人類長遠利用，是人類社會未來能源的基石。進入90年代，聯(lián)合國全球環(huán)境與發(fā)展大會通過了《二十一世紀議程》，可持續(xù)發(fā)展成為了當(dāng)今世界發(fā)展的主流，開發(fā)利用可再生能源成為世界能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。70年代引發(fā)的世界石油危機使得越來越多的國家開始關(guān)注可再生能源的發(fā)展。能源問題是當(dāng)今世界的重大問題之一。中國一次能源的儲備總量，特別是優(yōu)質(zhì)化石能源的儲備總量、人均能源占有量、人均能源消費量都不算多，能源儲備結(jié)構(gòu)不合理。中國是世界上最大的發(fā)展中國家，同時也是居世界第二位的能源生產(chǎn)國和消費國。能源的過度開發(fā)與消費累計的效應(yīng)，產(chǎn)生了制約經(jīng)濟發(fā)展和影響人類生存的環(huán)境污染問題，溫室氣體排放所引起的氣候變化已對全球生態(tài)和人類社會發(fā)展構(gòu)成了嚴重挑戰(zhàn)。目前，世界上開發(fā)利用的能源主要是煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)礦物燃料，隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的迅速增長，社會對能源的需求量越來越大，而地球上的傳統(tǒng)礦物燃料能源是有限的，如此大量的消耗，世界的能源資源很快會枯竭。作為世界上最大的發(fā)展中國家，中國是一個能源生產(chǎn)和消費大國。能源的開發(fā)利用極大地推進了世界經(jīng)濟和人類社會的發(fā)展，但是，人類在享受能源帶來的經(jīng)濟