紅外沼氣分析儀與厭氧發酵沼氣產量計算

在實際應用中，業主一般會采用諸如紅外沼氣分析儀之類的沼氣成分監測設備以檢測厭氧發酵產生的沼氣含量，但往往實際監測的沼氣濃度與理論計算得出的數值有一定的出入。

一般在厭氧條件下，每降解1kgCOD約產生2%～8%的厭氧污泥（即微生物對營養物質進行同化后殘留的物質），而能量的傳遞效率是能量在沿食物鏈流動的過程中，逐級遞減。若以營養級為單位，能量在相鄰的兩個營養級之間傳遞效率為10%~20%。微生物由于其生物形態結構簡約，傳遞效率要稍高于多細胞生物為20%~30%，若以其傳遞效率25%計，則每1kgCOD產生2%～8%的厭氧污泥，則需要總物質的8%～32%物質用于其自身的同化作用，故1kgCOD中只有0.68～0.92kg的物質轉化為甲烷。

理論上在標準狀態下，1mol甲烷相當于2mol（或64g）COD，則還原1kgCOD相當于生成22.4/64=0.35m3甲烷。由于沼氣中甲烷含量一般占總體積的50～70%，則理論上初步計算1kgCOD產生0.34～0.644Nm3的沼氣。但實際監測數據顯示，通常厭氧條件下降解1kgCOD約產生0.42～0.45 Nm3左右的沼氣，甲烷含量在60%左右，其熱值在21.52×103kJ/m3左右。這主要是由于在厭氧消化工藝中，實際沼氣產氣率受物料的性質、工藝條件以及管理技術水平等多種因素的影響，在不同的場合，實際沼氣產氣率與理論值會有不同程度的差異，具體影響因素如下：

1.物料的性質
就厭氧分解等當量COD的不同有機物而言，脂類（類脂物）的產氣量zui多，而且其中的甲烷含量也高；蛋白質所產生的沼氣數量雖少，但甲烷含量高；碳水化合物所產生的沼氣量少，且甲烷含量也較低；從脂肪酸厭氧消化產氣情況表明，隨著碳鍵的增加，去除單位重量有機物的產氣量增加，而去除單位重量COD的產氣量則下降。

2.廢水COD濃度
廢水的COD濃度越低，單位有機物的甲烷產率越低，主要原因是甲烷溶解于水中的量不同所致。因此，在實際工程中，高濃度有機廢水的產氣率接近理論值，而低濃度有機廢水的產氣率則低于理論值。

3.沼氣中的甲烷含量
沼氣中的甲烷含量越高，其在水中的溶解度越大。故甲烷的實際產氣率越低。

4.生物相的影響
產氣率還與系統中硫酸鹽還原菌及反硝化細菌等的活動有關。若系統中上述菌較多，則由于這些菌會與產甲烷菌爭奪碳源，從而使產氣率下降。

5.工藝條件影響
對同種廢水，在不同的工藝條件下，其去除單位重量COD的產氣量不同。

6.去除的COD中用于合成細菌細胞所占的比例
對于等當量COD的不同有機物，厭氧消化時用于細菌細胞合成的系數有一定的差異，故產氣率不是常量。去除的COD中用于合成細菌細胞所占的比例越大，則分解用以產生甲烷的比例將越小，從而去除1kgCOD的甲烷產量越低。一般情況下，變幅小于10%。

由于以上因素，厭氧污泥實際產沼氣率與理論值會有不同程度的差異，但在實際應用中，一般會采用紅外沼氣分析儀Gasboard-3200等用以檢測實際的甲烷含量，無需通過復雜的理論計算方可得到甲烷濃度，方便又準確。