一 沼氣厭氧發酵機理

有機物厭氧消化是一個錯綜復雜的微生物生化過程。一般參與沼氣發酵的微生物分為三類微生物：發酵性細菌、產乙酸菌和產甲烷菌。相應地，根據三類微生物的不同作用將沼氣發酵的生化過程分為三個階段。 

二 沼氣厭氧發酵影響因素

(1) 嚴格的厭氧環境。參與厭氧消化的核心菌群——產甲烷菌是專性厭氧菌，它們在生長、發育、繁殖、代謝等生命活動中都需要嚴格隔絕氧氣。 

(2) 原料的碳氮比。在其他條件都具備的情況下，適宜的碳氮比可以使厭氧消化在合適的速度下進行。 

(3) 發酵溫度。溫度對甲烷菌活性有很大的影響,并最終影響甲烷產量。 

(4) 酸堿度。產甲烷菌對pH值的要求非常嚴格，pH值的微小波動有可能導致微生物代謝活動的終止。 

(5) 酶濃度。微生物分泌的酶是一類具有特殊催化能力的蛋白質，它具有引起和加速底物分解的能力，對有機物的分解轉化過程起著至關重要的作用。酶濃度越高，反應進行得越快。 

(6) 底物濃度。當其它條件恒定時，底物濃度很低時反應初速度與底物濃度成正比，當底物濃度達到一定限度，隨濃度提高，反應速度不再增加，此時的底物濃度為該底物的飽和常數。 

三 沼氣工程運行調控 

要使沼氣發酵持續高效運行，除發酵裝置結構和功能合理外，還需對厭氧消化過程進行調控，使各個影響因子達到最優，他們之間共同配合才可以促進沼氣厭氧消化的高效進行，提高產氣率。 

1. 氧化還原電位Eh 

體系中的氧化還原電位（Eh）比溶解氧濃度能更全面地反映發酵液所處的厭氧狀態。在中溫厭氧消化時,Eh應低于-380mV～300mV，高溫厭氧消化時，Eh應為-600mV～500mV。因此，沼氣工程的消化反應裝置必須是嚴格密閉的。 

2. 配料啟動 

在沼氣發酵中，要獲得較高的裝置產氣率和原料轉化率，必須有質優量足的沼氣微生物和碳氮比適宜的發酵原料。 

沼氣發酵的前提條件是要接入含有發酵微生物的接種物。當接種量少時，厭氧消化起始時間延長，產甲烷的速度變慢，而且有可能造成酸的積累，從而使沼氣厭氧消化失敗。 

從營養學和代謝作用角度看，沼氣發酵微生物消耗碳的速度比消耗氮的速度要快25～30倍。因此，在其它條件都具備的情況下，原料碳氮比例配成25～30：1可以使沼氣發酵在合適的速度下進行。各種有機物質所含碳素和氮素的量有很大差異。農作物秸稈含碳多，含氮少，碳氮比值大。相反，糞尿等含氮多，含碳少，碳氮比值小，為氮有機物。配料啟動或發酵過程中進料時，要根據原料種類調控。 

工程實踐中，沼氣發酵啟動時，接種物：原料：水以1：2：5的比例配料，其中，接種物一般需要添加10%以上。啟動原料采用適宜碳氮比的純凈牛糞、馬糞、羊糞，或者一半豬糞搭配一半牛馬糞。啟動原料進入發酵裝置前，應在含水率60%～70%左右的條件下堆漚3～6天，并加蓋塑料薄膜封閉，以聚集熱量和富集菌種。 

3. 負荷調控 

沼氣工程的負荷常用容積有機負荷表示,即單位體積沼氣裝置每天所承受的有機物的數量,通常以COD kg/(m3d)為單位。沼氣工程的負荷通常用發酵原料濃度來體現，適宜的干物質濃度有利于沼氣微生物吸收養分、排泄廢物和生存繁殖。適宜的干物質（TS）濃度為4%～10%。干物質濃度隨溫度的變化而變化，一般夏季為6%左右，冬季為8%～10% 。沖洗污水量較大的養殖場沼氣工程，宜對糞便及其污水采用清、濁分流處理，采用兩套沼氣生產系統：高濃度（TS 6～10%），中溫厭氧消化；低濃度（1%～2%），常溫厭氧消化。 

4. 溫度調控 

研究發現，在10℃～60℃范圍內，沼氣均能正常發酵產氣。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。發酵溫度低于10℃，微生物休眠，產氣很少，達不到使用的目的。厭氧消化過程中,通常在兩個溫度下甲烷菌活性較高，即中溫37℃和高溫55℃,在這兩個溫度下易于獲得高甲烷產量。 

沼氣工程運行中，可以采用太陽能、工廠余熱或沼液回流來調節發酵原料的厭氧消化溫度。調節過程中要注意，溫度不能調得太高，溫度越高產雜質氣體也越多,在一定程度上抑制了厭氧微生物的代謝生長,進而影響沼氣和甲烷的生產,同時熱能損耗越大,發酵產能經濟性也降低。因此,溫度調節時要兼顧消化效率和產能效益。 

5. 酸堿度調控 

厭氧消化的酸堿度在pH值6～8之間都可產氣，其最適pH值為6.8～7.4。過酸過堿的料液都會影響產氣，pH值6.4以下、7.6 以上都對產氣有抑制作用。pH值在5.5以下,產甲烷菌的活動則完全受到抑制。 

在沼氣工程啟動和運行過程中，影響pH值變化的因素主要有3點：①發酵原料中含有大量有機酸，如果在短時間內大量投入這類原料，就會引起發酵裝置內pH值的下降。②進料中混入大量強酸或強堿。③發酵裝置啟動時投料濃度過高，接種物中的產甲烷菌數量又不足時，以及在發酵裝置運行階段突然升高負荷，使產酸與產甲烷的速度失調而引起揮發酸的積累。 

沼氣工程在正常的啟動或運行過程中，一旦發生酸化現象應立即停止進料，分情況進行調節。①如果酸化程度不大，靠發酵裝置內的甲烷菌逐漸分解積累的有機酸使pH值逐漸恢復正常；②如pH值在6.0以上，可適當投入石灰水、Na2CO3溶液或NH4HCO3溶液加以中和；③如果pH值在6.0以下，則應在調整pH值的同時，大量投入接種污泥，以加快pH值的恢復。 

6. 強化攪拌 

攪拌可以加大微生物與發酵料液的接觸面積。除此之外，經常攪拌沼氣發酵裝置內的發酵原料，不僅可以使沼氣微生物的生活環境不斷更新，實現發酵罐中的物料、微生物以及溫度的均勻化，還可以打破上層結殼，使中、下層所產生的附著在發酵原料上的沼氣，由小氣泡聚積成大氣泡，并上升到氣箱內。 

工程實踐中，常用的攪拌方法有三種:機械攪拌，在反應器上安裝機械攪拌器；沼氣回流攪拌，將沼氣抽出來然后又從池底部沖進去，產生較強的氣體回流達到攪拌目的；發酵液回流攪拌，將發酵液抽出然后從底部沖入沼氣池內，產生較強的液體回流，從而實現攪拌。 

7. 吐故納新 

在沼氣工程運行中，建立與沼氣發酵微生物數量及活性相適應的新陳代謝機制是維持沼氣工程持續產氣和應用的重要前提。沼氣工程一旦啟動，加入沼氣發酵裝置的發酵原料，經過沼氣發酵微生物的分解利用，逐漸地被消耗或轉化。如果不及時補充新鮮原料，沼氣微生物就會“吃不飽”、“吃不好”，產氣量就會下降。為了保證沼氣微生物有充足的“食物”，并進行正常的新陳代謝，使產氣正常而持久，就要連續不斷地補充新鮮原料。