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沼氣發酵原料是沼氣微生物賴以生存的物質基礎，也是沼氣微生物進行生命活動和產生沼氣的營養物質。沼氣發酵原料按其物理形態分為固態原料和液態原料兩類；按營養成分又有富氮原料和富碳原料之分。

西北農林科技大學畜禽養殖場大中型沼氣工程沼氣站的原料為畜禽糞便以及沖豬圈的廢水，這類原料經過了動物腸胃系統的充分消化，顆粒比較小，含有大量低分子化合物——動物未吸收消化的中間產物，含水量比較高。因此，在發酵前沒有預處理設備，但在進料斗設格柵，堅決不讓一些諸如塑料袋、石子和樹枝等影響發酵的物質進入調節池。

氮素是構成沼氣微生物軀體細胞質的重要原料，碳素不僅構成微生物細胞質，而且提供生命活動的能量。發酵原料的碳氮比不同，其發酵產氣情況差異很大。在其它條件具備的情況下，碳氮比配成25-30：1為佳。如果比例失調，就會使產氣和微生物的生命活動受到影響。因此，制取沼氣不僅要有充足的原料，還應注意各種發酵原料碳氮比的合理搭配。

沼氣微生物的核心菌群——產甲烷菌是一種厭氧性細菌，對氧特別敏感，它們在生長、發育、繁殖、代謝等生命活動中都不需要空氣，空氣中的氧氣會使其生命活動受到抑制，甚至死亡。產甲烷菌只能在嚴格厭氧的環境中才能生長。所以，要求在整個沼氣發酵過程中嚴格密閉，不漏水、不漏氣，這不僅是收集沼氣和貯存沼氣發酵原料的需求，也是保證沼氣微生物在厭氧的生態條件下生活很好，使沼氣池能正常產氣的需要。

溫度是沼氣發酵的重要外因條件，溫度適宜則細菌繁殖旺盛，活力強，厭氧分解和生成甲烷的速度就快，產氣就多。

研究發現，在10-60℃的范圍內，沼氣均能正常發酵產氣。低于10℃或高于60℃ 都嚴重抑制微生物生存、繁殖，影響產氣。在這一溫度內，一般溫度愈高，微生物活動愈旺盛，產氣量也越高。微生物對溫度變化十分敏感，溫度突升或突降，都會嚴重影響微生物的生命活動，使產氣狀況惡化。通常把不同的發酵溫度區分為三個范圍，即把46-60℃稱為高溫發酵，28-38℃為中溫發酵，10-26℃稱為常溫發酵。

但是在冬季，自然溫度低于10℃，這就需要采用外部供熱，如用蒸氣加熱。而要使消化罐保持較高的溫度，就需要消耗大量的能量，在經濟上就很不利。因此，消化罐內發酵溫度控制在中溫發酵或常溫法酵，即夏季采用常溫發酵，而在冬季則采用中溫發酵，控制溫度在30-35℃。

沼氣微生物的生長、繁殖，要求發酵原料的酸堿度保持中性，或者偏堿性，過酸、過堿都會影響產氣。測定表明，酸堿度在pH=6-8之間，均可產氣，以pH=6.5-7.5產氣量最高，pH低于6或高于9時均不產氣。

沼氣池發酵初期由于產酸菌的活動，池內產生大量的有機酸，導致pH下降，隨著發酵持續進行，氨化作用產生的氨中和一部份有機酸，同時甲烷菌的活動，使大量的揮發酸轉化為甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2），使pH逐漸回升到正常值。所以，在正常的發酵過程中，沼氣內的酸堿度變化可以自然進行調節，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節。只有在配料和管理不當，使正常發酵過程受到破壞的情況下，才可能出現有機酸大量積累，發酵料液過于偏酸的現象。此時可以添加適量的草木灰或石灰澄清液，中和有機酸，使酸堿度恢復到正常。

適宜的發酵濃度為干物質濃度4%-10%，即發酵原料含水量為90%-96%。發酵濃度隨溫度的變化而變化，濃度過高或過低，都不利于沼氣發酵。過高則含水量少，發酵原料不易分解，并容易積累大量的酸性物質，不利于沼氣菌的生長和繁殖，影響正常產氣。濃度過低，則含水量過多，單位容積里的有機物含量相對減少，產氣量也會減少，不利于沼氣池的充分利用。

靜態發酵沼氣池原料加水混合投進沼氣池后，按其比重和自然沉降規律，從上到下將明顯的逐步分成浮渣層、清液層、活性層和沉渣層。這樣的分層分布，對微生物以及產氣很不利的。導致原料和微生物分布不均，大量的微生物集聚在底層活動因為此處活性污泥多，厭氧條件好，但原料缺乏，不利于微生物的生長和繁殖，影響產氣量。為了改變這種不利的情況，就需要采取攪拌措施，變靜態發酵為動態發酵。實踐證明，適當的攪拌方法和強度，可以使發酵原料分布均勻，增強微生物與原料的接觸，使之獲取營養物質的機會增加，活性增強生長繁殖旺盛，從而提高產氣量。攪拌還能提高原料的利用率及能量轉換效率，并有利于氣泡的釋放。