沼氣的用法

【專(zhuān)家解說(shuō)】：http://image.baidu.com/i?ct=503316480&z=0&tn=baiduimagedetail&word=%D5%D3%C6%F8&in=33&cl=2&cm=1&sc=0&lm=-1&pn=32&rn=1 沼氣是一些有機(jī)物質(zhì)（如秸稈、雜草、樹(shù)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?dú)夂鸵谎趸嫉?。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(gè)階段：（1）微生物把復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)中的糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)降解成簡(jiǎn)單的物質(zhì)，如低級(jí)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(jiǎn)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(jī)物質(zhì)發(fā)酵成沼氣，是多種厭氧菌活動(dòng)的結(jié)果，因此要造成一個(gè)厭氧菌活動(dòng)的缺氧環(huán)境。在建造沼氣池時(shí)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?yàn)橥ǔＴ谶@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(guò)多或過(guò)少都對(duì)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?xì)怏w甲烷，故沼氣可做燃料。沼氣是細(xì)菌在厭氧條件下分解有機(jī)物的一種產(chǎn)物。城市有機(jī)垃圾、污水處理廠(chǎng)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(xì)菌分解有機(jī)物的過(guò)程，大體分為兩個(gè)階段：第一階段，將復(fù)雜的高分子有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為低分子的有機(jī)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(guò)程中，起發(fā)酵分解作用的是多種細(xì)菌共同作用的結(jié)果。為了使沼氣發(fā)酵持續(xù)進(jìn)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(xì)菌是厭氧的，少量的氧也會(huì)嚴(yán)重影響其生長(zhǎng)繁殖。這就需要一個(gè)能隔絕氧的密閉消化池。溫度在厭氧消化過(guò)程中是一個(gè)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(lèi)細(xì)菌，最適宜的繁殖溫度分別為15℃、35℃、53℃左右。甲烷菌生長(zhǎng)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(huì)降低。在厭氧消化過(guò)程中擔(dān)負(fù)廢棄物發(fā)酵作用的細(xì)菌，還需要氮、磷和其他營(yíng)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?jiàn)、摸不著的微生物，能為人類(lèi)提供能源。提起微生物，往往會(huì)使人們想起它會(huì)使食物腐爛變質(zhì)，也會(huì)使人感染上各種疾病。因此，對(duì)它們又害怕、又憎惡。但是，在微生物的家族中，因?yàn)榉N類(lèi)不同，它們的作用也不盡相同，有的會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)災(zāi)難，有的會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)幸福。微生物中，能為人類(lèi)提供能量的甲烷細(xì)菌和酵母菌，它們可以生產(chǎn)出沼氣和酒精，為人類(lèi)作出貢獻(xiàn)。 說(shuō)到沼氣，顧名思義就是沼澤里的氣體。人們經(jīng)?？吹剑谡訚傻?、污水溝或糞池里，有氣泡冒出來(lái)，如果我們劃著火柴，可把它點(diǎn)燃，這就是自然界天然發(fā)生的沼氣。沼氣，是各種有機(jī)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(guò)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(wú)色無(wú)味，與適量空氣混合后即對(duì)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(dāng)于0.7千克無(wú)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(guò)程大致可分為兩個(gè)階段，首先將各種復(fù)雜的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為低級(jí)脂肪酸，例如丁酸、丙酸、乙酸；然后把上述各類(lèi)產(chǎn)物繼續(xù)轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等。 目前，世界各國(guó)已經(jīng)開(kāi)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(dòng)機(jī)器的效果也很好。將它作為農(nóng)村的能源，具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，修建一個(gè)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(wèn)題；人、畜的糞便以及各種作物秸桿、雜草等，通過(guò)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(guò)發(fā)酵后，絕大部分寄生蟲(chóng)卵被殺死，可以改善農(nóng)村衛(wèi)生條件，減少疾病的傳染?，F(xiàn)在，沼氣的應(yīng)用正在各國(guó)廣大農(nóng)村推廣，沼氣能源的開(kāi)發(fā)利用的普及等方面，已經(jīng)取得了較好的成績(jī)。 世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家，也正在進(jìn)行利用微生物厭氧消化農(nóng)場(chǎng)廢物、生產(chǎn)甲烷的較大規(guī)模試驗(yàn)。英國(guó)建立了甲烷的自動(dòng)化工廠(chǎng)。在厭氧消化器中有三個(gè)基本過(guò)程： 第一階段的水解把不溶解的有機(jī)化合物和聚合物，通過(guò)酶法轉(zhuǎn)化為可溶解的有機(jī)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(lèi)、醇等發(fā)酵為有機(jī)酸。 第三階段由有機(jī)酸發(fā)酵產(chǎn)生甲烷。 據(jù)估計(jì)，在英國(guó)，利用人和動(dòng)物的各種有機(jī)廢物，通過(guò)微生物厭氧消化所產(chǎn)生的甲烷，可以替代整個(gè)英國(guó)25％的煤氣消耗量。蘇格蘭已設(shè)計(jì)出一種小型甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)，可供村莊、農(nóng)場(chǎng)或家庭使用。 美國(guó)一牧場(chǎng)興建了一座工廠(chǎng)，主體是一個(gè)寬30米、長(zhǎng)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(chǎng)廄肥和其他有機(jī)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(chǎng)每天可處理1650噸廄肥，每日可為牧場(chǎng)提供11.3萬(wàn)立方米的甲烷，足夠1萬(wàn)戶(hù)家庭使用。目前美國(guó)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(lái)，我國(guó)沼氣事業(yè)獲得了迅速的發(fā)展，沼氣池總數(shù)已達(dá)到1000多萬(wàn)個(gè)。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(diǎn)燈外，還辦起了小型沼氣發(fā)電站，利用沼氣能源作動(dòng)力進(jìn)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(wèn)題的新路子。 專(zhuān)家們認(rèn)為，21世紀(jì)沼氣在農(nóng)村之所以能夠成為主要能源之一，是因?yàn)樗哂胁豢杀葦M的特點(diǎn)，特別是在我國(guó)的廣大農(nóng)村，這些特點(diǎn)就更為顯著了。 首先，沼氣能源在我國(guó)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(kāi)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(gè)小型沼氣動(dòng)力站和發(fā)電站，設(shè)備和技術(shù)都比較簡(jiǎn)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(duì)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(yáng)能發(fā)電低得多。小型沼氣電站的建設(shè)周期短，只要幾個(gè)月時(shí)問(wèn)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(guó)地廣人多，生物能資源豐富。研究表明，在21世紀(jì)無(wú)論在農(nóng)村還是城鎮(zhèn)，都可以根據(jù)本地的實(shí)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(lái)發(fā)電。