生物质能 沼气发酵条件控制的常用参数

发酵工程的总体原则是在发酵正常情况下，尽可能地采用高有机负荷率，以期获得高的池容产气率。描述沼气发酵过程用控制条件的常用参数主要有以下几种。


　　一、进料浓度

　　浓度的表示单位主要有VS质量分数（%）、TS质量分数（%）、COD浓度（kg/m3）。进料浓度关系到发酵浓度，对不同的装置来说，所需的最佳浓度是不同的。例如，目前先进的以工业有机废水为原料的沼气池，如UASB（上流式厌氧污泥床）、AF（厌氧滤器）对原料的固体浓度要求很低，一般不超过1%，但对可溶性COD浓度则无限制。以工业废水为发酵原料的大中型沼气工程进料浓度通常是废水本身的浓度，因为浓度的调节在经济上是不合算的。畜禽场因粪便的收集方式不同，有时采用稀释或浓缩措施。

　　二、沼气池有机负荷率

　　沼气池有机负荷率工程用单位是CODkg/(m3·d)、VSkg/(m3·d)和TSkg/(m3·d)，即单位沼气池容积每天接纳的原料量。这一指标是评价沼气效率的重要指标。只有高的有机负荷才能有高的池容产气率。

　　三、池容产气率

　　池容产气率是每立方米发酵体积每天的沼气产量，单位是m3/(m3·d)，这一指标也是评价沼气池效率的重要指标。这一指标通过沼气池每天的产气量除以沼气池容积来计算。

　　四、原料产气率

　　即单位质量发酵原料的产气量。此指标用每天沼气产量除以进料量得到的，例如某沼气池每天产气3m3，每天进料为10kg总固体。TS原料产气率为3/10=0.3（m3/kg）。根据不同的情况可分为理论产气率和生产产气率。理论产气率可根据原料的化学成分来计算。生产产气率通常根据大量的实际情况来估计或实测。

　　甲烷的产量(E)：E=0.37A + 0.49B + 1.04C

　　CO2的产量(D)：D=0.37A + 0.49B + 0.36C

　　式中：A——每克发酵原料碳水化合物含量；

　　B——蛋白质含量；

　　C——脂肪含量。

　　五、水力滞留期（HRT）

　　指水力学所计算出的原料在沼气池的停留时间，单位是天（d），仅从提高效率来说，此值越小越好，但小到一定程度会因沼气池内微生物的流失而使发酵失败。目前一些采用低浓度废水的高效沼气池，水力滞留期已降低至12小时以下。它的计算方法是用沼气池容积除以每天的进料体积。由于建沼气池时每天的进料体积可以确定，因此，沼气池的容积决定于水力滞留期。例如，某沼气池计划采用35℃发酵，进料浓度为8%（总固体），每天的进料容积为50m3，水力滞留期20天，则沼气池的容积为50×20=100（m3）。

　　六、有机物去除率

　　这一指标用于表征沼气池在去除污染方面所达到的水平。用进料浓度与出料浓度之差除以进料浓度（%）表示。当然，这一指标越高越好，但追求过高的有机物去除率，会带来有机负荷率、池容产气率降低。

　　在进行工程方案设计时，可以利用以下数学关系：

　　COD有机负荷率（kg/(m3·d)）=进料COD浓度（kg/m3）÷水力滞留期（d）

　　池容产气率（m3/(m3·d)）=原料产气率（m3/kg）×COD有机负荷率kg/(m3·d)