沼氣是利用糞便、農作物秸稈等有機物在厭氧的條件下，經過微生物代謝產生主要成分為CH₄和CO₂，還有少量的H₂、H₂S、CO等可燃性氣體，屬生物質能源。開展沼氣發酵的研究有著重大的意義和作用，本文就沼氣發酵的影響因素進行了探討。

    1.溫度

    沼氣發酵可分為三個溫度范圍：50～65℃稱高溫發酵，20～45℃稱中溫發酵，20℃以下稱低溫發酵。此外，隨自然溫度變化的發酵方式稱常溫發酵。

    沼氣發酵受到溫度和溫度波動的影響。在同一溫度類型條件下，由于沼氣發酵微生物的代謝活動隨著溫度的上升而增加，在一定的溫度范圍內，溫度越高，發酵產氣速率越快；短時間內若溫度波動幅度過大時，可能導致停止產氣。

    很多研究者對此進行了大量的研究，Harremoes等通過分析實驗結果，得出了以下結論：中溫厭氧消化的適宜溫度為30～40℃。當溫度在15℃以上時，厭氧發酵才能很好地進行。溫度在10℃以下，無論產酸菌還是產甲烷菌都都受到嚴重抑制；溫度在10℃以上，產酸菌首先開始活動，總揮發酸的產量直線上升；溫度在15℃以上時，產甲烷菌的代謝活動才活躍起來，產氣率明顯提高，揮發酸含量迅速下降，在氣溫下降時必須考慮保溫。

    2.酸堿度（PH值）

    通常沼氣池中的產甲烷細菌適宜的PH值范圍為6.5～7.8，PH值的變化會直接影響產甲烷菌的生存和代謝。一般情況下，沼氣池的PH值應維持在6.8～7.5之間，在7.2左右。

    pH值在5.5以下，產甲烷菌的活動*受到抑制，而pH值上升至8甚至8.5時，仍保持一定的產氣率。產酸菌的pH值范圍為4.0～7.0，在超過甲烷菌的pH值范圍，酸性發酵可能超過甲烷發酵，造成反應器內“酸化”現象的發生。

    影響pH值變化的因素主要有以下幾點：一是發酵原料的pH值；二是在厭氧發酵啟動時，投料濃度過高，接種物中的產甲烷菌數量不足，以及在消化器運行階段突然升高負荷，都會因產酸與產甲烷的速度失調而引起揮發酸的積累，導致pH值下降，這往往是造成厭氧發酵啟動失敗或終止的主要原因。

    在厭氧發酵過程，如果pH值過高，可適當投入石灰水、Na2CO3溶液加以中和，也可靠停止進料產酸作用下降、產甲烷作用相對增強，使積累于發酵液內的有機酸逐漸分解，pH值則逐漸恢復正常。

    如果pH值降至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值恢復。為防止沼氣發酵酸化作用的發生，應加強對pH值的檢測，如果所產氣體中CO2比例突然升高或發酵中揮發酸含量突然上升，都是pH值要下降的預兆，這是應采取措施減少進料，降低消化器負荷，即可避免酸化現象，如果等到pH值下降后，再進行補救則難的多。

厭氧消化器

    3.氧氣含量

    沼氣發酵啟動和投料時帶入的一部分氧氣對沼氣發酵危害不大，不會破壞沼氣發酵的正常進行。這是因為沼氣池中存在一部分好氧菌和兼性菌，帶入的氧氣很快會被不產甲烷細菌中的好氧菌或兼性菌消耗掉，使池內保持厭氧環境，同時這一部分氧氣也使好氧菌、兼性菌與厭氧菌保持著動態的平衡關系，但為了保持好的厭氧環境，發酵過程中必須不漏氣。

    4.沼氣發酵原料的碳氮比

    發酵原料的碳氮比（C/N），是指原料中有機碳含量和氮含量的比例關系。沼氣發酵微生物需要的一定的碳、氮、磷等營養物質，才能正常生長和進行生命活動。碳元素為微生物生命活動提供能量，是形成甲烷的重要物質；氮元素也是構成微生物細胞的主要元素。這三種營養元素之間的比例，不論是好氧發酵還是沼氣發酵，氮與磷的比例是確定值，為5：1。碳與氮的比值則范圍較寬，以往的實踐認為發酵原料的C/N以（13～30：1）為宜，大于30：1效果不佳，小于13：1還可正常發酵。但是，實際上以人糞便為主要原料（C/N=3.9：1）的沼氣池也能很好的運行。所以，正常的沼氣發酵要求合適的碳氮比，但不嚴格，要重視沼氣池的啟動和培養好相適應的菌種，提高沼氣發酵細菌的適應能力。

    在沼氣發酵過程中，細菌不斷將有機碳素轉化為CH4和CO2，產生的沼氣放出，同時將一部分碳素和氮素合成細胞物質，多余的氮素物質則被分解以NH4HCO3的形式溶于發酵液中。經過這樣一輪的分解，C/N值下降一次，生成的細胞物質死亡后又被用作原料。要想消化器內的C/N值適宜，進料的C/N值則可更高些。因為厭氧細菌生長緩慢，同時死亡的老細胞又可作為氮素的來源，所以污泥在消化器內滯留期越長，對投入氮素的需求越少。

    5.沼氣發酵接種物

    沼氣發酵細菌的多少和質量的高低直接影響沼氣發酵、產氣速率和沼氣的質量。沼氣發酵能否快速啟動與高質量和大量的接種物有關。

    如果沼氣發酵啟動時的接種物不夠，可能會出現啟動緩慢，經過很長時間，產氣速率仍然較低的情況；接種物質量較差，產甲烷細菌數量較少，活性較低，此時水解性細菌和產氫產酸細菌很快繁殖，而產甲烷細菌繁殖較慢，導致不產甲烷作用較快，產甲烷與不產甲烷過程的平衡失調，就可能造成有機酸的緩慢積累，發酵液pH值下降，沼氣池酸化，出現產氣慢和沼氣中甲烷含量低且質量差的情況。

    近年來，隨著監測技術朝著智能化和網絡化的方向發展，物聯網技術的應用不僅有效地推進了沼氣工程監測信息化的進程，同時也為厭氧發酵的研究，沼氣工程的運行提供了技術支撐。

沼氣工程運行管理智能監控

    沼氣工程監測系統在預處理單元采集水量、溫度和物料TS濃度等參數；在厭氧發酵單元采集溫度、壓力，PH值和物料TS濃度等參數并安裝過載報警裝置；在沼氣輸配氣單元采集沼氣成分、流量、貯氣容積和壓力等參數并安裝沼氣泄漏和過載報警裝置；在污水處理單元安裝COD，BOD，總P和總N等環保指標監測裝置；在沼肥生產單元安裝N,P,K和微量元素檢測儀器；在沼氣站采集現場溫度、濕度和風速等環境條件。

    系統將上述參數轉化成數據信號，通過雙絞線或無線路由節點傳輸至DTU(數據傳輸單元)，DTU將串口數據轉換為IP數據，再通過GPRS網絡或者3G網絡將IP數據傳輸到后臺服務器，管理人員通過電腦或LED大屏在線監控、調取數據、統計分析等。

    沼氣工程物聯網在提高沼氣工程管控水平和生產效率上具有顯而易見的積極作用。沼氣工程物聯網對沼氣工程生產全程進行在線監測，通過數據庫和專家咨詢系統可及時發現并解決設備問題，排除運行故障，通過智能化管控系統，實現進出料、輸配氣、沼肥生產和污水處理等環節自動化控制，能提高產氣量、提升沼肥生產質量和污水處理效果，實現沼氣工程管理科學化、控制自動化、運行智能化，節約勞動成本，降低能耗，提高沼氣工程生產效率。

來源：公眾號@沼氣工程及其測控技術，轉載請務必注明出處。