什么是沼气?为什么说它是个宝?

【专家解说】：　　沼气顾名思义沼泽里气体人们经常看沼泽地、污水沟或粪池里有气泡冒出来我们划着火柴把点燃自界天发生沼气沼气各种有机物质隔绝空气（还原条件）并必适宜温度、湿度下经过微生物发酵作用产生种燃烧气体 　　沼气主要成分甲烷沼气由50％～80％甲烷(CH4)、20％～40％二氧化碳(CO2)、0％～5％氮气(N2)、小于1％氢气(H2)、小于0．4％氧气(O2)与0．1％～3％硫化氢(H2S)等气体组成 由于沼气含有少量硫化氢所略带臭味其特性与天气相似空气含有8.6～20.8％（按体积计）沼气时,会形成爆炸性混合气体 　　沼气主要成分甲烷种理想气体燃料无色无味与适量空气混合即对燃烧每立方米纯甲烷发热 34000焦耳每立方米沼气发热量约20800－23600焦耳即1立方米沼气完全燃烧能产生相当于0.7千克无烟煤提供热量与其燃气相比其抗爆性能较好种好清洁燃料沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外还作内燃机燃料及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料经沼气装置发酵排出料液和沉渣含有较丰富营养物质用作肥料和饲料 　　沼气发酵 　　1 沼气发酵微生物（联想 细菌之间关系：促进、抑制、竞争等） 　　沼气发酵微生物统称包括发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌、食乙酸产甲烷菌五大类群五大类群细菌构成条食物链从各群细菌生理代谢产物或们活动对发酵液pH值影响来看沼气发酵过程分水解、产酸和产甲烷阶段前三类群细菌活动使有机物形成各种有机酸因此其统称产甲烷菌二类群细菌活动使各种有机酸转化成甲烷因此其统称产甲烷菌（1）产甲烷菌 　　产甲烷菌能复杂大分子有机物变成简单小分子量物质们种类繁多根据作用基质来分有纤维分解菌、半纤维分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和些特殊细菌产氢菌、产乙酸菌等 　　（2）产甲烷菌 　　产甲烷菌沼气发酵主要成分--甲烷产生者沼气发酵微生物核心们严格厌氧对氧和氧化剂非常敏感适宜pH值范围性或微碱性们依靠二氧化碳和氢生长并废物形式排出甲烷要求生长物质简单微生物 　　2. 沼气发酵原理 （联想 微生物生长代谢） 　　沼气发酵又称厌氧消化 指各种有机物厌氧条件下 被各类沼气发酵微生物 分解转化 终生成沼气过程目前大家所公认沼气发酵过程图所示: 　　(说明：① I、I I三阶段理论②I、II、II、IV、四类群理论 ) 　　（）三阶段理论 　　2．1 沼气发酵过程液化阶段 　　用作沼气发酵原料有机物种类繁多禽畜粪便、作物秸秆、食品加工废物和废水及酒精废料等其主要化学成分多糖、蛋白质和脂类其多糖类物质发酵原料主要成分包括淀粉、纤维素、半纤维 素、胶质等些复杂有机物大多数水能溶解必须首先被发酵细菌所分泌胞外酶水解溶 性糖、肽、氨基酸和脂肪酸才能被微生物所吸收利用发酵性细菌上述溶 性物质吸收进入细胞经过发酵作用们转化乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类及定量氢、二氧化碳沼气发酵测定过程发酵液乙酸、丙酸、丁酸总量称挥发酸(TVA)蛋白质类物质被发酵性细菌分解氨基酸又被细菌合成细胞物质而加利用多余时也进步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氢等蛋白质含量多少直接影响沼气氨及硫化氢含量而氨基酸分解时所生成有机酸类则继续转化而生成甲烷、二氧化碳和水脂类物质细菌脂肪 酶作用下首先水解生成甘油和脂肪酸甘油进步按糖代谢途径被分解脂肪酸则进步被微生物分解多乙酸 　　2．2 沼气发酵过程产酸阶段 　　2．2．1 产氢产乙酸菌 　　发酵性细菌复杂有机物分解发酵所产生有机酸和醇类除甲酸、乙酸和甲醇外 均能被产甲烷菌所利用必须由产氢产乙酸菌其分解转化乙酸、氢和二氧 化碳 　　2．2．2 耗氢产乙酸菌 　　耗氢产乙酸菌也称同型乙酸菌类既能自养生活能异养生活混合营养型细菌们既能利用 Hz+c0z生 成 乙酸 也能代谢产生乙酸通过上述微生物活 动各种复杂有机物生成有机酸和Hz／c0z等 　　2．3 沼气发酵过程产甲烷阶段 　　2．3．1 产甲烷菌类群 　　产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大类群沼气发酵过程甲烷 形成由群生理上高度专业化古细菌产甲烷菌所引起产甲烷菌包括食 氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌们厌氧消化过程食物链组成员尽 管们具有各种各样形态们食物链地位使们具有共同生理特性们厌氧条件下前三群细菌代谢终产物没有外源受氢体情况下把乙酸 和 H2／CO2转化气体产 生-CO4／CO2使有机物厌氧条件下分解作用顺利完成目前已知甲烷产生过程由上两组同产甲烷菌完成 　　① 由C02和H2产生甲烷反应 ：C02+4H4—CH4+ H20 　　② 由乙酸或乙酸化合物产生甲烷反应： 　　CH3C00H—CH4+CO2 ; CH 3COONH4+ H20—CH4+ NH4 HCO3 　　2．3．2 产甲烷菌生理特性 　　① 产甲烷菌生长要求严格厌氧环境 　　产甲烷菌广泛存于水底沉积物和动物消化道等极端厌氧环境 　　② 产甲烷菌食物简单产甲烷菌只能代谢少数几种碳素底物生成甲烷 　　③ 产甲烷菌适宜生存pH值性条件下 　　④ 产甲烷菌生长缓慢 　　下图沼气发酵食物链和能量分配图： 　　(二)四类群理论 　　有人按生物化学转化过程(下图)发酵过程分: 　　①水解作用:由棱菌属、拟杆菌属等细菌碳水化合物和蛋白质等大分子有机质降解小分子有机化合物葡萄糖、氨基酸等； 　　②发酵作用：由梭菌属、拟杆菌属及其细菌（乳酸菌类、丙酸杆菌属）进步水解产物降解小分子醇类、有机酸类、二氧化碳、氢气、氨气等； 　　③产乙酸和产氢作用：把发酵作用所产生小分子醇类和些脂肪酸降解乙酸、甲酸、二氧化碳和氢人们对类细菌了解尚少甚至连种、属都还没有明确已肯定类细菌所产生氢对其自身进步生长繁殖有抑制作用因此产乙酸和氢细菌必须与能利用氢细菌产甲烷细菌和伍氏乙酸杆菌等共同生存； 　　④产甲烷作用：由产甲烷细菌前3阶段所产生氢气、二氧化碳及甲酸、乙酸、甲醇和甲胺类等转化甲烷产甲烷细菌形态多样生理特性却大致相同缺氧条件下均甲烷主要代谢产物 　　沼气发酵微生物之间生态关系 　　沼气发酵过程产甲烷细菌和产甲烷细菌之间相互依赖互对方创造与维持生命活动所需要良好环境条件们之间又互相制约发酵过程总处于平衡状态们之间主要关系表现下列几方面： 　　①产甲烷细菌产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需要基质 　　②产甲烷细菌产甲烷细菌创造了适宜氧化还原电位条件 　　③产甲烷细菌产甲烷细菌清除了有害物质 　　④产甲烷细菌又产甲烷细菌生化反应解除了反馈抑制 　　⑤产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境适宜pH值 　　3 . 发酵工艺 　　根据发酵原料和发酵条件同所采用发酵工艺也多种多样 　　3．1 沼气发酵基本工艺流程 　　完整大型沼气发酵工程 无论其规模大小都包括了下工艺流程：原料(废水)收集、预处理、消化器(沼气池)、出料处理和沼气净化与储存 等下图所示 ： 　　3．2 沼气发酵工艺基本条件 （联想微生物培养条件和培养基制备） 　　（1） 适宜发酵温度 　　沼气池温度条件分：①常温发酵 (也称低温发酵)10℃～30℃温度条件下产气率0．15～0．3 m3／m3•d② 温发酵 30℃～ 45℃温度条件下池容产气率达1m3 ／m3•d左右③高温发酵45℃～ 6O℃温度条件下池容产气率达2～2．5 m3／m3•d左右沼气发酵经济温度条件35℃ 即温发酵 　　（2）适宜发酵液浓度 　　发酵液浓度范围2～30% 浓度愈高产气愈多发酵液浓度20%上称干发酵农村户用沼气池发酵液浓度根据原料多少和用气需要及季节变化来调 整夏季温补料浓度5～6%；冬季料补温10～ 12% 　　（3） 发酵原料适宜碳、氮比例(C：N) 　　沼气发酵微生物对碳素需要量多其次氮素我们把微生物对碳素和氮素需 要量比值叫做碳氮比用 C：N来表示目前般采用C：N=25：1并十 分严格20：1、25：1、30：1都正常发酵 　　（4） 适宜酸碱度(pH值) 　　沼气发酵适宜酸碱度pH=6．5～7．5 pH值响酶活性所影响发酵速率 　　（5） 足够量菌种 　　沼气发酵菌种数量多少质量好坏直接影响着沼气产量和质量般要求达 发酵料液总量10～30%才能保证正常启动和旺盛产气 　　（6） 较低氧化还原电位(厌氧环境) 　　沼气甲烷菌要求氧化还原电位大于330mv条件下才能生长条件即：严 格厌氧环境所沼气池要密封 　　沼气利用及前景 　　1沼气传统利用和综合利用技术 　　沼气作能源利用已有长历史我国沼气初主要农村户用沼气池20世纪70年代初解决秸秆焚烧和燃料供应．足问题我国政府农村推广沼气事业沼气池产生沼气用于农村家庭炊事来逐渐发展照明和取暖目前户用沼气我国农村仍广泛使用我国大型沼气工程始于1936年此大型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气建立拓宽了沼气生产和使用范围随着我国经济发人民生活水平提高工业、农业、养殖业发展大废弃物发酵沼气工程仍我国再生能源利用和环护切实有效方法 　　自80年代来建立起沼气发酵综合利用技术沼气纽带物质多层次利用、能量合 理流动高效农产模 式 巳逐渐成我国农村地区利用沼气技术促进持续发展有效方法通过沼气发酵综合利用技术沼气用于农户生活用能和农副产品生产、加工 沼液用料、饲料、生物农药 、培养料液 生产沼渣用于肥料、生产我 国北方推广塑料大棚、沼气池、禽畜舍和相结合四位体 沼气生 态农业模式、部地区沼气纽带生态园模式、南方建立猪模式 、及其地 区因地制宜建立养殖沼气植、猪沼鱼和 草牛沼 等模式都业龙头沼气纽带对沼气、沼液、沼渣多层次利用生态农业模式沼气发酵综合利用生态农业模建立使农村沼气和农业生态紧密结合起来改善农村环境卫生有效措施发展绿色种植业、养殖业有效途径 已成农村经济新增长点 　　2沼气发电技术 　　沼气燃烧发电随着大型沼气池建设和沼气综合利用断发展而出现项沼气利用技术厌氧发酵处理产生沼气用于发动机上并装有综合发电装置产生电能和热能沼气发电具有创效、节能、安全和环保等特点种分布广泛且价廉分布式能源 　　沼气发电发达国家已受广泛重视和积极推广生物质能发电并网西欧些国家占能源总量10%左右 　　我国沼气发电有30多年历史十五期间研制出20～600kW纯燃沼气发电机组系列产品气耗率0．6～0．8m0／kw h(沼气热值 ~>21MJ／m0)国内沼气发电研究和应用市场都还处于完善阶段特别适用于我国广大农村地区小型沼气发 电技术研究更少我国农村偏远地区还有许多地方严重缺电牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较困难而些地区却有着丰富生物质原料能因地制宜地发展小沼电站则取长补短地供电 　　3沼气燃料电池技术 　　燃料电池种储存燃料和氧化剂化学能 直接转化电能装置当源源断地从外部向燃料电池供 给燃料和氧化剂 时连续 发电依据 电解质同燃料电池分碱性燃料电池(AFC)等 　　燃料电池受卡诺循环限制能量转换效率高洁净、无污染、噪声低模块结构、积木性强、比功率高既 集供电也适合分散供电 燃料电池21世纪有竞争力高效、清洁发电方式 洁净煤燃料电站 、电动汽车、移动 电源、间断电源、潜艇及空间电源等方面 有着广泛应用前景和巨大潜市场 　　沼气燃料电池新出现种清洁、高效、低噪音 电装置 与沼气发电机发电相比仅出电效率和能量利用率高而且振动和噪音小排出氮氧化物和硫化物浓度低 因此有发展前途沼气利用工艺沼气用于燃料 电池发电有效利用沼气 资源条重要途我国燃料电池研究始于1958年 由于多年来燃料电池研究方面投入资金数量少燃料电池技术总体水平来看与发达国家尚有较大差距燃料电池出现与发展会给便 携式电子设备带来场深刻 革命并且还会波及汽车业、住宅及社会各方面集供电系统 　　4污染治理 　　对于农业主国沼气技术农业领域正发挥着大作用目前国家制定法律法规有许多发展农村沼气有关政策规定并全国各地大力推动大型沼气工程建设并且进步提高设计、工艺和 自动控制技术水平预计2015年 处理工业有机废水大型沼气工程达2500座 形成年 生产沼气能力40亿立方米 相当于 343万吨标准煤 年处理工业有机废水37500万立方米 农业废弃物沼气工程2015年累计建成近4100形成年生产沼气能力4.5亿立方米 相当于58万吨 标准煤 年处理 粪便 量1．23亿吨 从而解决全国集约化养殖场污染治理问题 使粪便得资源化利用 　　[编辑本段]国发展沼气产业现实意义 　　沼气再生清洁能源既替代秸秆、薪柴等传统生物质能源也替代煤炭等商品能源而且能源效率明显高于秸秆、薪柴、煤炭等 　　国农业资源和环境承载力十分有限发展农业和农村经济能消耗农业资源、牺牲农业环境代价农村沼气把能源建设、生态建设、环境建设、农民增收链接起来促进了生产发展和生活文明发展农村沼气优化广大农村地区能源消费结构国能源战略重要组成部分对增加优质能源供应、缓解国家能源压力具有重大现实意义