怎樣科學(xué)處理落葉

【專家解說】：最好是用來產(chǎn)生沼氣了! 看看沼氣的資料吧 沼氣是一些有機物質(zhì)（如秸稈、雜草、樹葉、人畜糞便等廢棄物）在一定的溫度、濕度、酸度條件下，隔絕空氣（如用沼氣池），經(jīng)微生物作用（發(fā)酵）而產(chǎn)生的可燃性氣體。沼氣是氣體的混合物，其中含甲烷60～70％，此外還含有二氧化碳、硫化氫、氮氣和一氧化碳等。它含有少量硫化氫，所以略帶臭味。發(fā)酵是復(fù)雜的生物化學(xué)變化，有許多微生物參與。反應(yīng)大致分兩個階段：（1）微生物把復(fù)雜的有機物質(zhì)中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)降解成簡單的物質(zhì)，如低級脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氫氣和硫化氫等。（2）由甲烷菌種的作用，使一些簡單的物質(zhì)變成甲烷。 要正常地產(chǎn)生沼氣，必須為微生物創(chuàng)造良好的條件，使它能生存、繁殖。沼氣池必須符合多種條件。首先，沼氣池要密閉。有機物質(zhì)發(fā)酵成沼氣，是多種厭氧菌活動的結(jié)果，因此要造成一個厭氧菌活動的缺氧環(huán)境。在建造沼氣池時要注意隔絕空氣，不透氣、不滲水。其次，沼氣池里要維持20～40℃，因為通常在這種溫度下產(chǎn)氣率最高。第三，沼氣池要有充足的養(yǎng)分。微生物要生存、繁殖，必須從發(fā)酵物質(zhì)中吸取養(yǎng)分。在沼氣池的發(fā)酵原料中，人畜糞便能提供氮元素，農(nóng)作物的秸桿等纖維素能提供碳元素。第四，發(fā)酵原料要含適量水，一般要求沼氣池的發(fā)酵原料中含水80％左右，過多或過少都對產(chǎn)氣不利。第五，沼氣池的pH值一般控制在7～8.5。 沼氣是一種混合氣體，主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(C02)。甲烷占60％一70％，二氧化碳占30％一40％，還有少量氫、一氧化碳、硫化氫、氧和氮等氣體。由于含有可燃氣體甲烷，故沼氣可做燃料。沼氣是細菌在厭氧條件下分解有機物的一種產(chǎn)物。城市有機垃圾、污水處理廠的污泥、農(nóng)村的人畜糞便、作物秸桿等，皆可做產(chǎn)生沼氣的原料。細菌分解有機物的過程，大體分為兩個階段：第一階段，將復(fù)雜的高分子有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為低分子的有機物，例如乙酸、丙酸、丁酸等；第二階段，將第一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。 在上述過程中，起發(fā)酵分解作用的是多種細菌共同作用的結(jié)果。為了使沼氣發(fā)酵持續(xù)進行，必須提供和保持沼氣發(fā)酵中各種微生物所需的生活條件。產(chǎn)生甲烷的細菌是厭氧的，少量的氧也會嚴重影響其生長繁殖。這就需要一個能隔絕氧的密閉消化池。溫度在厭氧消化過程中是一個重要因素，甲烷菌能在0一80℃的溫度范圍內(nèi)生存，有分別適應(yīng)低溫(20℃)、中溫(30℃)、高溫(50℃)的各類細菌，最適宜的繁殖溫度分別為15℃、35℃、53℃左右。甲烷菌生長繁殖最適宜的pH值約為7．0一7．5，超出此范圍，厭氧消化的效率就會降低。在厭氧消化過程中擔負廢棄物發(fā)酵作用的細菌，還需要氮、磷和其他營養(yǎng)物質(zhì)。投入沼氣池的原料比例，大體上要按照碳氮比等于20：1一25：1。此外，還應(yīng)控制影響沼氣發(fā)酵的有害物質(zhì)濃度。 沼氣能的誘人前景 在千姿百態(tài)的生物世界中，存在一種我們?nèi)庋劭床灰?、摸不著的微生物，能為人類提供能源。提起微生物，往往會使人們想起它會使食物腐爛變質(zhì)，也會使人感染上各種疾病。因此，對它們又害怕、又憎惡。但是，在微生物的家族中，因為種類不同，它們的作用也不盡相同，有的會給人類帶來災(zāi)難，有的會給人類帶來幸福。微生物中，能為人類提供能量的甲烷細菌和酵母菌，它們可以生產(chǎn)出沼氣和酒精，為人類作出貢獻。 說到沼氣，顧名思義就是沼澤里的氣體。人們經(jīng)?？吹?，在沼澤地、污水溝或糞池里，有氣泡冒出來，如果我們劃著火柴，可把它點燃，這就是自然界天然發(fā)生的沼氣。沼氣，是各種有機物質(zhì)，在隔絕空氣（還原條件），并必適宜的溫度、濕度下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。沼氣的主要成分是甲烷，約占所產(chǎn)生的各種氣體的60%一80%。甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即對燃燒。每立方米純甲烷的發(fā)熱最為 34000焦耳，每立方米沼氣的發(fā)熱量約為20800－23600焦耳。即1立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當于0.7千克無煙煤提供的熱量。 關(guān)于沼氣發(fā)生的基本原理，目前尚在探索之中。沼氣的形成過程大致可分為兩個階段，首先將各種復(fù)雜的有機物轉(zhuǎn)化為低級脂肪酸，例如丁酸、丙酸、乙酸；然后把上述各類產(chǎn)物繼續(xù)轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等。 目前，世界各國已經(jīng)開始將沼氣用作燃料和用于照明。用沼氣代替汽油、柴油，發(fā)動機器的效果也很好。將它作為農(nóng)村的能源，具有許多優(yōu)點。例如，修建一個平均每人l－1．5平方米的發(fā)酵池，就可以基本解決一年四季的燃柴和照明問題；人、畜的糞便以及各種作物秸桿、雜草等，通過發(fā)酵后，既產(chǎn)生了沼氣，還可作為肥料，而且由于腐熟程度高使肥效更高，糞便等沼氣原料經(jīng)過發(fā)酵后，絕大部分寄生蟲卵被殺死，可以改善農(nóng)村衛(wèi)生條件，減少疾病的傳染。現(xiàn)在，沼氣的應(yīng)用正在各國廣大農(nóng)村推廣，沼氣能源的開發(fā)利用的普及等方面，已經(jīng)取得了較好的成績。 世界上一些發(fā)達國家，也正在進行利用微生物厭氧消化農(nóng)場廢物、生產(chǎn)甲烷的較大規(guī)模試驗。英國建立了甲烷的自動化工廠。在厭氧消化器中有三個基本過程： 第一階段的水解把不溶解的有機化合物和聚合物，通過酶法轉(zhuǎn)化為可溶解的有機物。 第二階段再將上一步轉(zhuǎn)化成的產(chǎn)物如碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪類、醇等發(fā)酵為有機酸。 第三階段由有機酸發(fā)酵產(chǎn)生甲烷。 據(jù)估計，在英國，利用人和動物的各種有機廢物，通過微生物厭氧消化所產(chǎn)生的甲烷，可以替代整個英國25％的煤氣消耗量。蘇格蘭已設(shè)計出一種小型甲烷發(fā)動機，可供村莊、農(nóng)場或家庭使用。 美國一牧場興建了一座工廠，主體是一個寬30米、長213米的密封池組成的中烷發(fā)酵結(jié)構(gòu)，它的任務(wù)是把牧場廄肥和其他有機廢物，由微生物轉(zhuǎn)變成甲烷、二氧化碳和干燥肥料。這座工廠每天可處理1650噸廄肥，每日可為牧場提供11.3萬立方米的甲烷，足夠1萬戶家庭使用。目前美國已擁有24處利用微生物發(fā)酵的能量轉(zhuǎn)化工程。從世界范圍看，利用各種微生物協(xié)同作用生產(chǎn)甲烷的研究和應(yīng)用，正處于方興未艾的階段。 近年來，我國沼氣事業(yè)獲得了迅速的發(fā)展，沼氣池總數(shù)已達到1000多萬個。在四川、浙江、江蘇、廣東、上海等省市農(nóng)村，有些地方除用沼氣煮飯、點燈外，還辦起了小型沼氣發(fā)電站，利用沼氣能源作動力進行脫粒、加工食料、飼料和制茶等，闖出了用“土”辦法解決農(nóng)村電力問題的新路子。 專家們認為，21世紀沼氣在農(nóng)村之所以能夠成為主要能源之一，是因為它具有不可比擬的特點，特別是在我國的廣大農(nóng)村，這些特點就更為顯著了。 首先，沼氣能源在我國農(nóng)村分布廣泛，潛力很大，凡是有生物的地方都有可能獲得制取沼氣的原料，所以沼氣是一種取之不盡，用之不竭的再生能源。其次，可以就地取材，節(jié)省開支。沼氣電站建在農(nóng)村，發(fā)酵原料一般不必外求。興辦一個小型沼氣動力站和發(fā)電站，設(shè)備和技術(shù)都比較簡單，管理和維修也很方便，大多數(shù)農(nóng)村都能辦到。據(jù)調(diào)查對比，小型沼氣電站每千瓦投資只要400元左右，僅為小型水力電站的1/2－1/3，比風(fēng)力、潮汐和太陽能發(fā)電低得多。小型沼氣電站的建設(shè)周期短，只要幾個月時問就能投產(chǎn)使用，基本上不受自然條件變化的影響。采用沼氣與柴油混合燃燒，還可以節(jié)省17％的柴油。 我國地廣人多，生物能資源豐富。研究表明，在21世紀無論在農(nóng)村還是城鎮(zhèn)，都可以根據(jù)本地的實際情況，就地利用糞便、桔桿、雜草、廢渣、廢料等生產(chǎn)的沼氣來發(fā)電。 沼氣發(fā)酵原理與條件 利用微生物代謝作用來生產(chǎn)各種產(chǎn)品的工藝過程稱為發(fā)酵。沼氣發(fā)酵又稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵和甲烷發(fā)酵，是指有機物質(zhì)（如人畜家禽糞便、秸稈、雜草等）在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過種類繁多、數(shù)量巨大、且功能不同的各類微生物的分解代謝，最終形成甲烷和二氧化碳等混合性氣體（沼氣）的復(fù)雜的生物化學(xué)過程。 沼氣發(fā)酵是一個復(fù)雜的微生物學(xué)過程，了解這一過程中各類微生物的作用及其活動規(guī)律，才能把沼氣發(fā)酵建立在科學(xué)的基礎(chǔ)之上。只有有了大量的沼氣微生物，并使各種類群的微生物得到最佳的生長條件，各種有機物原料才會在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為沼氣。 一、沼氣發(fā)酵微生物的種類 沼氣發(fā)酵微生物是一個統(tǒng)稱，包括發(fā)酵性細菌、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。這些微生物按照各自的營養(yǎng)需要，起著不同的物質(zhì)轉(zhuǎn)化作用。從復(fù)雜有機物的降解，到甲烷的形成，就是由它們分工合作和相互作用而完成的。 在沼氣發(fā)酵過程中，五大類群細菌構(gòu)成一條食物鏈，從各群細菌的生理代謝產(chǎn)物或它們的活動對發(fā)酵液pH值的影響來看，沼氣發(fā)酵過程可分為水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷階段。前三類群細菌的活動可使有機物形成各種有機酸，因此，將其統(tǒng)稱為不產(chǎn)甲烷菌。后二類群細菌的活動可使各種有機酸轉(zhuǎn)化成甲烷，因此，將其統(tǒng)稱為產(chǎn)甲烷菌。 1.不產(chǎn)甲烷菌 不產(chǎn)甲烷菌能將復(fù)雜的大分子有機物變成簡單的小分子量的物質(zhì)。它們的種類繁多，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、脂肪分解菌和一些特殊的細菌，如產(chǎn)氫菌、產(chǎn)乙酸菌等。 2.產(chǎn)甲烷菌 產(chǎn)甲烷菌是沼氣發(fā)酵的主要成分--甲烷的產(chǎn)生者。是沼氣發(fā)酵微生物的核心，它們嚴格厭氧，對氧和氧化劑非常敏感，最適宜的pH值范圍為中性或微堿性。它們依靠二氧化碳和氫生長，并以廢物的形式排出甲烷，是要求生長物質(zhì)最簡單的微生物。 二、沼氣微生物的生長規(guī)律 生物和生命活動以新陳代謝為基礎(chǔ)，沼氣發(fā)酵微生物的生長和代謝過程可分適應(yīng)期、對數(shù)生長期、平衡期、衰亡期四個時期（見圖4-1）。 1.適應(yīng)期 菌種剛剛接入新鮮培養(yǎng)液中，細菌的各種生理機能需要有一個適應(yīng)過程，細胞內(nèi)各種酶系統(tǒng)要經(jīng)過一番調(diào)整，這一時期細菌并不馬上進行繁殖。適應(yīng)期的長短與細菌的種類及環(huán)境變化條件有關(guān)。例如，繁殖速度快的酸化菌，一般適應(yīng)期較短，繁殖速度慢的產(chǎn)甲烷菌適應(yīng)期就較長。此外接種量的多少，接種物所處的生長發(fā)育階段及其前后生活條件都對適應(yīng)期的長短有所影響。 2.對數(shù)生長期 細胞經(jīng)過一段適應(yīng)后，逐步以最快速度進行繁殖，即按1、2、4、8、16......的級數(shù)上升。這一段時間內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)物的增長速度隨細胞數(shù)量的增加而上升。如果微生物所處的環(huán)境條件能夠不斷得到更新，所需的營養(yǎng)物質(zhì)能夠及時得到供應(yīng)和保障，這種增長速度可以一直保持下去。這就是連續(xù)投料發(fā)酵可以獲得高產(chǎn)氣率的理論根據(jù)。 3.平衡期 微生物細胞經(jīng)過一定時期高速繁殖后，由于養(yǎng)料的消耗和代謝產(chǎn)物的積累，以及其環(huán)境條件（如酸堿度，氧化還原勢等）的變化使得細胞繁殖速度減慢，少數(shù)細胞開始死亡，因此表現(xiàn)在一定時期內(nèi)繁殖速度與死亡速度相對平衡。這一時期發(fā)酵液內(nèi)細胞總數(shù)達到最高水平，是積累代謝產(chǎn)物的重要時期。 4.衰亡期 由于培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的顯著減少，環(huán)境條件越來越不適宜微生物的生長繁殖，細胞死亡速度加快，以至細胞死亡數(shù)目大大超過新生數(shù)目，活菌總數(shù)明顯下降。 通過以上對微生物生長規(guī)律的分析，微生物在旺盛生長期內(nèi)生長的速度高，生理活性也最強，如采用這一時期的微生物進行接種就可以縮短適應(yīng)期。在發(fā)酵工藝上，采用連續(xù)投料發(fā)酵的方法，可以保證微生物始終在適應(yīng)條件下旺盛生長，從而獲到較高的產(chǎn)氣量。