什么是沼氣?為什么說它是個寶?

【專家解說】：　　沼氣顧名思義沼澤里氣體人們經(jīng)常看沼澤地、污水溝或糞池里有氣泡冒出來我們劃著火柴把點燃自界天發(fā)生沼氣沼氣各種有機物質(zhì)隔絕空氣（還原條件）并必適宜溫度、濕度下經(jīng)過微生物發(fā)酵作用產(chǎn)生種燃燒氣體 　　沼氣主要成分甲烷沼氣由50％～80％甲烷(CH4)、20％～40％二氧化碳(CO2)、0％～5％氮氣(N2)、小于1％氫氣(H2)、小于0．4％氧氣(O2)與0．1％～3％硫化氫(H2S)等氣體組成 由于沼氣含有少量硫化氫所略帶臭味其特性與天氣相似空氣含有8.6～20.8％（按體積計）沼氣時,會形成爆炸性混合氣體 　　沼氣主要成分甲烷種理想氣體燃料無色無味與適量空氣混合即對燃燒每立方米純甲烷發(fā)熱 34000焦耳每立方米沼氣發(fā)熱量約20800－23600焦耳即1立方米沼氣完全燃燒能產(chǎn)生相當(dāng)于0.7千克無煙煤提供熱量與其燃?xì)庀啾绕淇贡阅茌^好種好清潔燃料沼氣除直接燃燒用于炊事、烘干農(nóng)副產(chǎn)品、供暖、照明和氣焊等外還作內(nèi)燃機燃料及生產(chǎn)甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料經(jīng)沼氣裝置發(fā)酵排出料液和沉渣含有較豐富營養(yǎng)物質(zhì)用作肥料和飼料 　　沼氣發(fā)酵 　　1 沼氣發(fā)酵微生物（聯(lián)想 細(xì)菌之間關(guān)系：促進、抑制、競爭等） 　　沼氣發(fā)酵微生物統(tǒng)稱包括發(fā)酵性細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、耗氫產(chǎn)乙酸菌、食氫產(chǎn)甲烷菌、食乙酸產(chǎn)甲烷菌五大類群五大類群細(xì)菌構(gòu)成條食物鏈從各群細(xì)菌生理代謝產(chǎn)物或們活動對發(fā)酵液pH值影響來看沼氣發(fā)酵過程分水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷階段前三類群細(xì)菌活動使有機物形成各種有機酸因此其統(tǒng)稱產(chǎn)甲烷菌二類群細(xì)菌活動使各種有機酸轉(zhuǎn)化成甲烷因此其統(tǒng)稱產(chǎn)甲烷菌（1）產(chǎn)甲烷菌 　　產(chǎn)甲烷菌能復(fù)雜大分子有機物變成簡單小分子量物質(zhì)們種類繁多根據(jù)作用基質(zhì)來分有纖維分解菌、半纖維分解菌、淀粉分解菌、蛋白質(zhì)分解菌、脂肪分解菌和些特殊細(xì)菌產(chǎn)氫菌、產(chǎn)乙酸菌等 　?。?）產(chǎn)甲烷菌 　　產(chǎn)甲烷菌沼氣發(fā)酵主要成分--甲烷產(chǎn)生者沼氣發(fā)酵微生物核心們嚴(yán)格厭氧對氧和氧化劑非常敏感適宜pH值范圍性或微堿性們依靠二氧化碳和氫生長并廢物形式排出甲烷要求生長物質(zhì)簡單微生物 　　2. 沼氣發(fā)酵原理 （聯(lián)想 微生物生長代謝） 　　沼氣發(fā)酵又稱厭氧消化 指各種有機物厭氧條件下 被各類沼氣發(fā)酵微生物 分解轉(zhuǎn)化 終生成沼氣過程目前大家所公認(rèn)沼氣發(fā)酵過程圖所示: 　　(說明：① I、I I三階段理論②I、II、II、IV、四類群理論 ) 　?。ǎ┤A段理論 　　2．1 沼氣發(fā)酵過程液化階段 　　用作沼氣發(fā)酵原料有機物種類繁多禽畜糞便、作物秸稈、食品加工廢物和廢水及酒精廢料等其主要化學(xué)成分多糖、蛋白質(zhì)和脂類其多糖類物質(zhì)發(fā)酵原料主要成分包括淀粉、纖維素、半纖維 素、膠質(zhì)等些復(fù)雜有機物大多數(shù)水能溶解必須首先被發(fā)酵細(xì)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發(fā)酵性細(xì)菌上述溶 性物質(zhì)吸收進入細(xì)胞經(jīng)過發(fā)酵作用們轉(zhuǎn)化乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類及定量氫、二氧化碳沼氣發(fā)酵測定過程發(fā)酵液乙酸、丙酸、丁酸總量稱揮發(fā)酸(TVA)蛋白質(zhì)類物質(zhì)被發(fā)酵性細(xì)菌分解氨基酸又被細(xì)菌合成細(xì)胞物質(zhì)而加利用多余時也進步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氫等蛋白質(zhì)含量多少直接影響沼氣氨及硫化氫含量而氨基酸分解時所生成有機酸類則繼續(xù)轉(zhuǎn)化而生成甲烷、二氧化碳和水脂類物質(zhì)細(xì)菌脂肪 酶作用下首先水解生成甘油和脂肪酸甘油進步按糖代謝途徑被分解脂肪酸則進步被微生物分解多乙酸 　　2．2 沼氣發(fā)酵過程產(chǎn)酸階段 　　2．2．1 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌 　　發(fā)酵性細(xì)菌復(fù)雜有機物分解發(fā)酵所產(chǎn)生有機酸和醇類除甲酸、乙酸和甲醇外 均能被產(chǎn)甲烷菌所利用必須由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌其分解轉(zhuǎn)化乙酸、氫和二氧 化碳 　　2．2．2 耗氫產(chǎn)乙酸菌 　　耗氫產(chǎn)乙酸菌也稱同型乙酸菌類既能自養(yǎng)生活能異養(yǎng)生活混合營養(yǎng)型細(xì)菌們既能利用 Hz+c0z生 成 乙酸 也能代謝產(chǎn)生乙酸通過上述微生物活 動各種復(fù)雜有機物生成有機酸和Hz／c0z等 　　2．3 沼氣發(fā)酵過程產(chǎn)甲烷階段 　　2．3．1 產(chǎn)甲烷菌類群 　　產(chǎn)甲烷菌包括食氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸產(chǎn)甲烷菌兩大類群沼氣發(fā)酵過程甲烷 形成由群生理上高度專業(yè)化古細(xì)菌產(chǎn)甲烷菌所引起產(chǎn)甲烷菌包括食 氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸產(chǎn)甲烷菌們厭氧消化過程食物鏈組成員盡 管們具有各種各樣形態(tài)們食物鏈地位使們具有共同生理特性們厭氧條件下前三群細(xì)菌代謝終產(chǎn)物沒有外源受氫體情況下把乙酸 和 H2／CO2轉(zhuǎn)化氣體產(chǎn) 生-CO4／CO2使有機物厭氧條件下分解作用順利完成目前已知甲烷產(chǎn)生過程由上兩組同產(chǎn)甲烷菌完成 　　① 由C02和H2產(chǎn)生甲烷反應(yīng) ：C02+4H4—CH4+ H20 　?、?由乙酸或乙酸化合物產(chǎn)生甲烷反應(yīng)： 　　CH3C00H—CH4+CO2 ; CH 3COONH4+ H20—CH4+ NH4 HCO3 　　2．3．2 產(chǎn)甲烷菌生理特性 　?、?產(chǎn)甲烷菌生長要求嚴(yán)格厭氧環(huán)境 　　產(chǎn)甲烷菌廣泛存于水底沉積物和動物消化道等極端厭氧環(huán)境 　?、?產(chǎn)甲烷菌食物簡單產(chǎn)甲烷菌只能代謝少數(shù)幾種碳素底物生成甲烷 　　③ 產(chǎn)甲烷菌適宜生存pH值性條件下 　?、?產(chǎn)甲烷菌生長緩慢 　　下圖沼氣發(fā)酵食物鏈和能量分配圖： 　　(二)四類群理論 　　有人按生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過程(下圖)發(fā)酵過程分: 　?、偎庾饔?由棱菌屬、擬桿菌屬等細(xì)菌碳水化合物和蛋白質(zhì)等大分子有機質(zhì)降解小分子有機化合物葡萄糖、氨基酸等； 　?、诎l(fā)酵作用：由梭菌屬、擬桿菌屬及其細(xì)菌（乳酸菌類、丙酸桿菌屬）進步水解產(chǎn)物降解小分子醇類、有機酸類、二氧化碳、氫氣、氨氣等； 　?、郛a(chǎn)乙酸和產(chǎn)氫作用：把發(fā)酵作用所產(chǎn)生小分子醇類和些脂肪酸降解乙酸、甲酸、二氧化碳和氫人們對類細(xì)菌了解尚少甚至連種、屬都還沒有明確已肯定類細(xì)菌所產(chǎn)生氫對其自身進步生長繁殖有抑制作用因此產(chǎn)乙酸和氫細(xì)菌必須與能利用氫細(xì)菌產(chǎn)甲烷細(xì)菌和伍氏乙酸桿菌等共同生存； 　?、墚a(chǎn)甲烷作用：由產(chǎn)甲烷細(xì)菌前3階段所產(chǎn)生氫氣、二氧化碳及甲酸、乙酸、甲醇和甲胺類等轉(zhuǎn)化甲烷產(chǎn)甲烷細(xì)菌形態(tài)多樣生理特性卻大致相同缺氧條件下均甲烷主要代謝產(chǎn)物 　　沼氣發(fā)酵微生物之間生態(tài)關(guān)系 　　沼氣發(fā)酵過程產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間相互依賴互對方創(chuàng)造與維持生命活動所需要良好環(huán)境條件們之間又互相制約發(fā)酵過程總處于平衡狀態(tài)們之間主要關(guān)系表現(xiàn)下列幾方面： 　?、佼a(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長和產(chǎn)甲烷所需要基質(zhì) 　　②產(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造了適宜氧化還原電位條件 　?、郛a(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除了有害物質(zhì) 　?、墚a(chǎn)甲烷細(xì)菌又產(chǎn)甲烷細(xì)菌生化反應(yīng)解除了反饋抑制 　?、莓a(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境適宜pH值 　　3 . 發(fā)酵工藝 　　根據(jù)發(fā)酵原料和發(fā)酵條件同所采用發(fā)酵工藝也多種多樣 　　3．1 沼氣發(fā)酵基本工藝流程 　　完整大型沼氣發(fā)酵工程 無論其規(guī)模大小都包括了下工藝流程：原料(廢水)收集、預(yù)處理、消化器(沼氣池)、出料處理和沼氣凈化與儲存 等下圖所示 ： 　　3．2 沼氣發(fā)酵工藝基本條件 （聯(lián)想微生物培養(yǎng)條件和培養(yǎng)基制備） 　?。?） 適宜發(fā)酵溫度 　　沼氣池溫度條件分：①常溫發(fā)酵 (也稱低溫發(fā)酵)10℃～30℃溫度條件下產(chǎn)氣率0．15～0．3 m3／m3•d② 溫發(fā)酵 30℃～ 45℃溫度條件下池容產(chǎn)氣率達1m3 ／m3•d左右③高溫發(fā)酵45℃～ 6O℃溫度條件下池容產(chǎn)氣率達2～2．5 m3／m3•d左右沼氣發(fā)酵經(jīng)濟溫度條件35℃ 即溫發(fā)酵 　　（2）適宜發(fā)酵液濃度 　　發(fā)酵液濃度范圍2～30% 濃度愈高產(chǎn)氣愈多發(fā)酵液濃度20%上稱干發(fā)酵農(nóng)村戶用沼氣池發(fā)酵液濃度根據(jù)原料多少和用氣需要及季節(jié)變化來調(diào) 整夏季溫補料濃度5～6%；冬季料補溫10～ 12% 　?。?） 發(fā)酵原料適宜碳、氮比例(C：N) 　　沼氣發(fā)酵微生物對碳素需要量多其次氮素我們把微生物對碳素和氮素需 要量比值叫做碳氮比用 C：N來表示目前般采用C：N=25：1并十 分嚴(yán)格20：1、25：1、30：1都正常發(fā)酵 　?。?） 適宜酸堿度(pH值) 　　沼氣發(fā)酵適宜酸堿度pH=6．5～7．5 pH值響酶活性所影響發(fā)酵速率 　　（5） 足夠量菌種 　　沼氣發(fā)酵菌種數(shù)量多少質(zhì)量好壞直接影響著沼氣產(chǎn)量和質(zhì)量般要求達 發(fā)酵料液總量10～30%才能保證正常啟動和旺盛產(chǎn)氣 　?。?） 較低氧化還原電位(厭氧環(huán)境) 　　沼氣甲烷菌要求氧化還原電位大于330mv條件下才能生長條件即：嚴(yán) 格厭氧環(huán)境所沼氣池要密封 　　沼氣利用及前景 　　1沼氣傳統(tǒng)利用和綜合利用技術(shù) 　　沼氣作能源利用已有長歷史我國沼氣初主要農(nóng)村戶用沼氣池20世紀(jì)70年代初解決秸稈焚燒和燃料供應(yīng)．足問題我國政府農(nóng)村推廣沼氣事業(yè)沼氣池產(chǎn)生沼氣用于農(nóng)村家庭炊事來逐漸發(fā)展照明和取暖目前戶用沼氣我國農(nóng)村仍廣泛使用我國大型沼氣工程始于1936年此大型廢水、養(yǎng)殖業(yè)污水、村鎮(zhèn)生物質(zhì)廢棄物、城市垃圾沼氣建立拓寬了沼氣生產(chǎn)和使用范圍隨著我國經(jīng)濟發(fā)人民生活水平提高工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展大廢棄物發(fā)酵沼氣工程仍我國再生能源利用和環(huán)護切實有效方法 　　自80年代來建立起沼氣發(fā)酵綜合利用技術(shù)沼氣紐帶物質(zhì)多層次利用、能量合 理流動高效農(nóng)產(chǎn)模 式 巳逐漸成我國農(nóng)村地區(qū)利用沼氣技術(shù)促進持續(xù)發(fā)展有效方法通過沼氣發(fā)酵綜合利用技術(shù)沼氣用于農(nóng)戶生活用能和農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)、加工 沼液用料、飼料、生物農(nóng)藥 、培養(yǎng)料液 生產(chǎn)沼渣用于肥料、生產(chǎn)我 國北方推廣塑料大棚、沼氣池、禽畜舍和相結(jié)合四位體 沼氣生 態(tài)農(nóng)業(yè)模式、部地區(qū)沼氣紐帶生態(tài)園模式、南方建立豬模式 、及其地 區(qū)因地制宜建立養(yǎng)殖沼氣植、豬沼魚和 草牛沼 等模式都業(yè)龍頭沼氣紐帶對沼氣、沼液、沼渣多層次利用生態(tài)農(nóng)業(yè)模式沼氣發(fā)酵綜合利用生態(tài)農(nóng)業(yè)模建立使農(nóng)村沼氣和農(nóng)業(yè)生態(tài)緊密結(jié)合起來改善農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生有效措施發(fā)展綠色種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)有效途徑 已成農(nóng)村經(jīng)濟新增長點 　　2沼氣發(fā)電技術(shù) 　　沼氣燃燒發(fā)電隨著大型沼氣池建設(shè)和沼氣綜合利用斷發(fā)展而出現(xiàn)項沼氣利用技術(shù)厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生沼氣用于發(fā)動機上并裝有綜合發(fā)電裝置產(chǎn)生電能和熱能沼氣發(fā)電具有創(chuàng)效、節(jié)能、安全和環(huán)保等特點種分布廣泛且價廉分布式能源 　　沼氣發(fā)電發(fā)達國家已受廣泛重視和積極推廣生物質(zhì)能發(fā)電并網(wǎng)西歐些國家占能源總量10%左右 　　我國沼氣發(fā)電有30多年歷史十五期間研制出20～600kW純?nèi)颊託獍l(fā)電機組系列產(chǎn)品氣耗率0．6～0．8m0／kw h(沼氣熱值 ~>21MJ／m0)國內(nèi)沼氣發(fā)電研究和應(yīng)用市場都還處于完善階段特別適用于我國廣大農(nóng)村地區(qū)小型沼氣發(fā) 電技術(shù)研究更少我國農(nóng)村偏遠地區(qū)還有許多地方嚴(yán)重缺電牧區(qū)、海島、偏僻山區(qū)等高壓輸電較困難而些地區(qū)卻有著豐富生物質(zhì)原料能因地制宜地發(fā)展小沼電站則取長補短地供電 　　3沼氣燃料電池技術(shù) 　　燃料電池種儲存燃料和氧化劑化學(xué)能 直接轉(zhuǎn)化電能裝置當(dāng)源源斷地從外部向燃料電池供 給燃料和氧化劑 時連續(xù) 發(fā)電依據(jù) 電解質(zhì)同燃料電池分堿性燃料電池(AFC)等 　　燃料電池受卡諾循環(huán)限制能量轉(zhuǎn)換效率高潔凈、無污染、噪聲低模塊結(jié)構(gòu)、積木性強、比功率高既 集供電也適合分散供電 燃料電池21世紀(jì)有競爭力高效、清潔發(fā)電方式 潔凈煤燃料電站 、電動汽車、移動 電源、間斷電源、潛艇及空間電源等方面 有著廣泛應(yīng)用前景和巨大潛市場 　　沼氣燃料電池新出現(xiàn)種清潔、高效、低噪音 電裝置 與沼氣發(fā)電機發(fā)電相比僅出電效率和能量利用率高而且振動和噪音小排出氮氧化物和硫化物濃度低 因此有發(fā)展前途沼氣利用工藝沼氣用于燃料 電池發(fā)電有效利用沼氣 資源條重要途我國燃料電池研究始于1958年 由于多年來燃料電池研究方面投入資金數(shù)量少燃料電池技術(shù)總體水平來看與發(fā)達國家尚有較大差距燃料電池出現(xiàn)與發(fā)展會給便 攜式電子設(shè)備帶來場深刻 革命并且還會波及汽車業(yè)、住宅及社會各方面集供電系統(tǒng) 　　4污染治理 　　對于農(nóng)業(yè)主國沼氣技術(shù)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域正發(fā)揮著大作用目前國家制定法律法規(guī)有許多發(fā)展農(nóng)村沼氣有關(guān)政策規(guī)定并全國各地大力推動大型沼氣工程建設(shè)并且進步提高設(shè)計、工藝和 自動控制技術(shù)水平預(yù)計2015年 處理工業(yè)有機廢水大型沼氣工程達2500座 形成年 生產(chǎn)沼氣能力40億立方米 相當(dāng)于 343萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤 年處理工業(yè)有機廢水37500萬立方米 農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣工程2015年累計建成近4100形成年生產(chǎn)沼氣能力4.5億立方米 相當(dāng)于58萬噸 標(biāo)準(zhǔn)煤 年處理 糞便 量1．23億噸 從而解決全國集約化養(yǎng)殖場污染治理問題 使糞便得資源化利用 　　[編輯本段]國發(fā)展沼氣產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實意義 　　沼氣再生清潔能源既替代秸稈、薪柴等傳統(tǒng)生物質(zhì)能源也替代煤炭等商品能源而且能源效率明顯高于秸稈、薪柴、煤炭等 　　國農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境承載力十分有限發(fā)展農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟能消耗農(nóng)業(yè)資源、犧牲農(nóng)業(yè)環(huán)境代價農(nóng)村沼氣把能源建設(shè)、生態(tài)建設(shè)、環(huán)境建設(shè)、農(nóng)民增收鏈接起來促進了生產(chǎn)發(fā)展和生活文明發(fā)展農(nóng)村沼氣優(yōu)化廣大農(nóng)村地區(qū)能源消費結(jié)構(gòu)國能源戰(zhàn)略重要組成部分對增加優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)、緩解國家能源壓力具有重大現(xiàn)實意義