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    沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体]

    沼气,顾名思义就是沼泽里的气体。人们经常看到,在沼泽地、污水沟或粪池里,有气泡冒出来,如果我们划着火柴,可把它点燃,这就是自然界天然发生的沼气。沼气,是各种有机物质,在隔绝空气(还原条件),并在适宜的温度、PH值下,经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气属于二次能源,并且是可再生能源。

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    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 沼气 英文名: Biogas
    拼音: zhǎo qì 化学名: 甲烷

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     定义/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    沼气是有机物质在厌氧条件下,经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。沼气,顾名思义就是沼泽里的气体。人们经常看到,在沼泽地、污水沟或粪池里,有气泡冒出来,如果我们划着火柴,可把它点燃,这就是自然界天然发生的沼气。由于这种气体最先是在沼泽中发现的,所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内,在厌氧(没有氧气)条件下发酵,类繁多的沼气发酵微生物分解转化,从而产生沼气。沼气是一种混合气体,可以燃烧。沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。沼气是多种气体的混合物,一般含甲烷50~70%,其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。其特性与天然气相似。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,还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣,含有较丰富的营养物质,可用作肥料和饲料。 

    发酵是复杂的生物化学变化,有许多微生物参与。反应大致分两个阶段:(1)微生物把复杂的有机物质中的糖类、脂肪、蛋白质降解成简单的物质,如低级脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氢气和硫化氢等。(2)由甲烷菌种的作用,使一些简单的物质变成甲烷。要正常地产生沼气,必须为微生物创造良好的条件,使它能生存、繁殖。沼气池必须符合多种条件。

    首先,沼气池要密闭。有机物质发酵成沼气,是多种厌氧菌活动的结果,因此要造成一个厌氧菌活动的缺氧环境。在建造沼气池时要注意隔绝空气,不透气、不渗水。

    其次,沼气池里要维持20~40℃,因为通常在这种温度下产气率最高。

    第三,沼气池要有充足的养分。微生物要生存、繁殖,必须从发酵物质中吸取养分。在沼气池的发酵原料中,人畜粪便能提供氮元素,农作物的秸秆等纤维素能提供碳元素。第四,发酵原料要含适量水,一般要求沼气池的发酵原料中含水80%左右,过多或过少都对产气不利。第五,沼气池的pH值一般控制在7~8.5。

    发现/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    沼气沼气

    沼气是由意大利物理学家A.沃尔塔于1776年在沼泽地发现的。1916年俄国人Β.П.奥梅良斯基分离出了第一株甲烷菌(但不是纯种)。中国于1980年首次分离甲烷八叠球菌成功。目前世界上已分离出的甲烷菌种近20株。


    世界上第一个沼气发生器(又称自动净化器)是由法国L.穆拉于1860年将简易沉淀池改进而成的。1925年在德国、1926年在美国分别建造了备有加热设施及集气装置的消化池,这是现代大、中型沼气发生装置的原型。第二次世界大战后,沼气发酵技术曾在西欧一些国家得到发展,但由于廉价的石油大量涌入市场而受到影响。后随着世界性能源危机的出现,沼气又重新引起人们重视。1955年新的沼气发酵工艺流程──高速率厌氧消化工艺产生。它突破了传统的工艺流程,使单位池容积产气量(即产气率)在中温下由每天1立方米容积产生0.7~1.5立方米沼气,提高到4~8立方米沼气,滞留时间由15天或更长的时间缩短到几天甚至几个小时。


    中国于20世纪20年代初期由罗国瑞在广东省潮梅地区建成了第一个沼气池,随之成立了中华国瑞瓦斯总行,以推广沼气技术。目前中国农村户用沼气池的数量达 1300万座。而高速率厌氧消化工艺生产性试验装置已在糖厂和酒厂正常运行。

    发展/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    中国作为能源消费大国,新能源的开发利用对国民经济的可持续发展具有重要的意义,随着农村社会经济的迅速发展,农村能源消耗也日益增大,在此背景下,沼气资源作为一项极具应用前景的新能源,其开发利用是解决能源紧张形势下农村能源供应问题的有效举措,其发展日益受到国家的重视。《2013-2017年中国沼气产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》数据显示,2000年以后,中央财政不断加大对农村沼气建设的资金投入,其中,“十一五”以来,中央累计投入农村沼气建设资金212亿元。

    在中央政策引导及资金投入的支持下,中国沼气产业的规模呈现逐年递增的趋势,尤其是户用沼气池的数量增加明显,已经成为沼气产业的主力。2000年底,农村户用沼气池达到848万户,2006年底已达到2200万户,2007年底为2650万户,2008年底为2800万户,2009年底为3500万户,2010年底已经超过4000万户,可以看出,户用沼气池数量一直呈现递增的发展趋势,并以平均每年约17%的速度增长。
    2012年12月25日至26日,全国农村沼气工作会议在四川成都召开。农业部副部长张桃林说,多年来,在中央投资带动下,经过各地共同努力,我国农村沼气发展进入了大发展、快发展的新阶段。截止到2011年底,全国户用沼气达到3996万户,占乡村总户数的23%,受益人口达1.5亿多人;中央支持建成了2.4万处小型沼气工程和3690多处大中型沼气工程,多元化发展的新格局初步形成;全国乡村服务网点达到9万个、县级服务站800多个,服务沼气用户3000万户左右,覆盖率达到75%。

    据农业部规划,“十二五”期间中央投资优先支持向农户集中供气的大中型沼气项目,要在保证“户用沼气”供应的情况下,扩大“沼气用户”,调整沼气发展的布局,通过试点工程的示范带动商业沼气的发展;2015年,农村户用沼气用户达到5000-5500万户。

     

    成分组成/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑


    沼气的主要成分是甲烷。沼气由50%~80%甲烷(CH4)、20%~40%二氧化碳(CO2)、0%~5%氮气(N2)、小于1%的氢气(H2)、小于0.4%的氧气(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,所以略带臭味。其特性与天然气相似。空气中如含有8.6~20.8%(按体积计)的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。

    沼气的主要成分甲烷是一种理想的气体燃料,它无色无味,与适量空气混合后即会燃烧。每立方米纯甲烷的发热量为 34000千焦,每立方米沼气的发热量约为20800-23600千焦。即1立方米沼气完全燃烧后,能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量。与其它燃气相比,其抗爆性能较好,是一种很好的清洁燃料。

    沼气发酵/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑


    沼气发酵微生物
    (联想 细菌之间的关系:促进、抑制、竞争等)
    沼气发酵微生物是一个统称,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。五大类群细菌构成一条食物链,从各群细菌的生理代谢产物或它们的活动对发酵液pH值的影响来看,沼气发酵过程可分为水解、产酸和产甲烷阶段。前三类群细菌的活动可使有机物形成各种有机酸,因此,将其统称为不产甲烷菌。后二类群细菌的活动可使各种有机酸转化成甲烷,因此,将其统称为产甲烷菌。
    (1)不产甲烷菌不产甲烷菌能将复杂的大分子有机物变成简单的小分子量的物质。它们的种类繁多,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、脂肪分解菌和一些特殊的细菌,如产氢菌、产乙酸菌等。
    (2)产甲烷菌
    产甲烷菌是沼气发酵的主要成分——甲烷的产生者。是沼气发酵微生物的核心,它们严格厌氧,对氧和氧化剂非常敏感,最适宜的pH值范围为中性或微碱性。它们依靠二氧化碳和氢生长,并以废物的形式排出甲烷,是要求生长物质最简单的微生物。

    沼气发酵的原理
    (联想 微生物生长代谢)

    沼气发酵又称厌氧消化,是指各种有机物在厌氧条件下 ,被各类沼气发酵微生物分解转化 ,最终生成沼气的过程。
    沼气发酵的优点:
    1、沼气发酵后残渣中有机物含量减少;
    2、消化后残渣是一种气味很小的固体或流体,不吸引苍蝇或鼠类;
    3、可产生有用的终产物—甲烷,它是清洁而方便的燃料;
    4 、在沼气发酵过程中杂草种子和一些病原物被杀灭;
    5、发酵过程中N、P、K等肥料成分几乎得到全部保留,一部分有机氮被水解成氨态氮,速效性养分增加;
    6 、发酵残渣可作为饲料;
    7、沼气发酵在处理有机物可大量地节省曝气消化所消耗的能量;
    8、厌氧活性污泥可保存数月而无需投加营养物,当再次投料时可很快启动。

    阶段理论/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    液化阶段

    沼气发酵中食物链与能量分配图沼气发酵中食物链与能量分配图

    用作沼气发酵原料的有机物 种类繁多,如禽畜粪便、作物秸秆、食品加工废物和废水,以及酒精废料等,其主要化学成分为多糖、蛋白质和脂类。其中多糖类物质是发酵原料的主要成分,它包括淀粉、纤维素、半纤维 素、果胶质等。这些复杂有机物大多数在水中不能溶解,必须首先被发酵细菌所分泌的胞外酶水解为可溶 性糖、肽、氨基酸和脂肪酸后,才能被微生物所吸收利用。发酵性细菌将上述可溶 性物质吸收进入细胞后,经过发酵作用将它们转化为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类及一定量的氢、二氧化碳。

    在沼气发酵测定过程中,发酵液中的乙酸、丙酸、丁酸总量称为中挥发酸(TVA)。蛋白质类物质被发酵性细菌分解为氨基酸,又可被细菌合成细胞物质而加以利用,多余时也可以进一步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氢等。蛋白质含量的多少,直接影响沼气中氨及硫化氢的含量,而氨基酸分解时所生成的有机酸类,则可继续转化而生成甲烷、二氧化碳和水。脂类物质在细菌脂肪 酶的作用下,首先水解生成甘油和脂肪酸,甘油可进一步按糖代谢途径被分解,脂肪酸则进一步被微生物分解为多个乙酸。

     

    产酸阶段

    产氢产乙酸菌

    发酵性细菌将复杂有机物分解发酵所产生的有机酸和醇类,除甲酸、乙酸和甲醇外 ,均不能被产甲烷菌所利用,必须由产氢产乙酸菌将其分解转化为乙酸、氢和二氧 化碳。

    耗氢产乙酸菌
    耗氢产乙酸菌也称同型乙酸菌,这是一类既能自养生活能异养生活的混合营养型细菌。它们既能利用 H2+CO2生 成乙酸,也能代谢产生乙酸。通过上述微生物的活 动,各种复杂有机物可生成有机酸和H2/CO2等。

     

    产甲烷阶段

    产甲烷菌的类群
    产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大类群。在沼气发酵过程中,甲烷的形成是由一群生理上高度专业化的古细菌一产甲烷菌所引起的,产甲烷菌包括食 氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌,它们是厌氧消化过程食物链中的最后一组成员,尽管它们具有各种各样的形态,但它们在食物链中的地位使它们具有共同的生理特性。它们在厌氧条件下将前三群细菌代谢终产物,在没有外源受氢体的情况下把乙酸和 H2/CO2。转化为气体产 生-CH4/CO2,使有机物在厌氧条件下的分解作用以顺利完成。目前已知的甲烷产生过程由以上两组不同的产甲烷菌完成。
    ① 由CO2和H2产生甲烷反应为 :CO2+4H2—CH4+ H2O
    ② 由乙酸或乙酸化合物产生甲烷反应为:
    CH3C00H—CH4+CO2; CH 3COONH4+ H20—CH4+ NH4 HCO3

    产甲烷菌的生理特性
    ① 产甲烷菌的生长要求严格厌氧环境,产甲烷菌广泛存在于水底沉积物和动物消化道等极端厌氧的环境中;
    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 产甲烷菌适宜生存在pH值中性条件下;
    ④ 产甲烷菌生长缓慢。

    类群理论/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    有人按生物化学转化过程(如下图)将发酵过程分为:

     

    沼气罐安装使用范例沼气罐安装使用范例

    水解作用
    由棱菌属、拟杆菌属等细菌将碳水化合物和蛋白质等大分子有机质降解为小分子有机化合物,如葡萄糖、
    氨基酸等;

    发酵作用
    由梭菌属、拟杆菌属及其他细菌(如乳酸菌类、丙酸杆菌属)进一步将水解的产物降解为小分子的醇类、有机酸类、二氧化碳、氢气、氨气等;

    产乙酸和产氢作用
    把发酵作用所产生的小分子醇类和一些脂肪酸降解为乙酸、甲酸、二氧化碳和氢。人们对这类细菌了解尚少,甚至连种、属都还没有明确。但已肯定这类细菌所产生的氢对其自身进一步生长繁殖有抑制作用。因此,产乙酸和氢的细菌,必须与能利用氢的细菌,如产甲烷细菌和伍氏乙酸杆菌等共同生存;

    产甲烷作用
    由产甲烷细菌将前3阶段所产生的氢气、二氧化碳以及甲酸、乙酸、甲醇和甲胺类等转化为甲烷。产甲烷细菌形态多样,但生理特性却大致相同,在缺氧条件下,均以甲烷为主要代谢产物。

    沼气发酵微生物之间的生态关系:在沼气发酵过程中,不产甲烷细菌和产甲烷细菌之间,相互依赖,互为对方创造与维持生命活动所需要的良好环境条件,但它们之间又互相制约,在发酵过程中总处于平衡状态。它们之间的主要关系表现在下列几方面:
    ①不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需要的基质;
    ②不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位条件;
    ③不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除了有害物质;
    ④产甲烷细菌又为不产甲烷细菌的生化反应解除了反馈抑制;
    ⑤不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值。

    发酵工艺/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑


    根据发酵原料和发酵条件的不同,所采用的发酵工艺也多种多样

     

    基本工艺流程


    一个完整的大中型沼气发酵工程,无论其规模大小,都包括了如下的工艺流程:原料(废水)的收集、预处理、消化器(沼气池)、出料的后处理和沼气的净化与储存等,如下图所示:

     

    基本条件

    (联想微生物培养条件和培养基的制备)

    (1)适宜的发酵温度
    沼气池的温度条件分为:①常温发酵 (也称为低温发酵)10℃~30℃,在这个温度条件下,产气率可为0.15~0.3 m3/m3·d。② 中温发酵 30℃~45℃,在这个温度条件下,池容产气率可达1m3 /m3·d左右。③高温发酵45℃~60℃,在这个温度条件下,池容产气率可达2~2.5 m3/m3·d左右。沼气发酵最经济的温度条件是35℃ ,即中温发酵。

    (2)适宜的发酵液浓度
    发酵液的浓度范围是2~30% 。浓度愈高产气愈多。发酵液浓度在20%以上称为干发酵。农村户用沼气池的发酵液浓度可根据原料多少和用气需要以及季节变化来调 整。夏季以温补料浓度为5~6%;冬季以料补温10~ 12%。

    (3)发酵原料中适宜 的碳、氮比例(C:N)
    沼气发酵微生物对碳素需要量最多,其次是氮素,我们把微生物对碳素和氮素的需 要量的比值,叫做碳氮比,用 C:N来表示。目前一般采用C:N=25:1。但并不十 分严格,20:1、25:1、30:1都可正常发酵 。

    (4)适宜的酸碱度(pH值),沼气发酵适宜的酸碱度为pH=6.5~7.5 。pH值响酶的活性,所以影响发酵速率。

    (5)足够量的菌种,沼气发酵中菌种数量多少,质量好坏直接影响着沼气的产量和质量。一般要求达到发酵料液总量的10~30%,才能保证正常启动和旺盛产气。

    (6)较低的氧化还原电位(厌氧环境),沼气甲烷菌要求在氧化还原电位大于一330mv的条件下才能生长。这个条件即:严格的厌氧环境。所以,沼气池要密封。

    沼气利用 /沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    利用技术

    沼气综合利用沼气综合利用

    沼气作为能源利用已有很长的历史。我国的沼气最初主要为农村户用沼气池,20世纪70年代初,为解决的秸秆焚烧和燃料供应.不足的问题,我国政府在农村推广沼气事业,沼气池产生的沼气用于农村家庭的炊事来逐渐发展到照明和取暖。目前,户用沼气在我国农村仍在广泛使用。我国的大中型沼气工程始于1936年,此后,大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立拓宽了沼气的生产和使用范围。随着我国经济发人民生活水平的提高,工业、农业、养殖业的发展,大废弃物发酵沼气工程仍将是我国可再生能源利用和环护的切实有效的方法。

    自80年代以来建立起的沼气发酵综合利用技术沼气为纽带,物质多层次利用、能量合 理流动的高效农产模 式 ,巳逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法。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 的生产,沼渣用于肥料、的生产,我 国北方推广的塑料大棚、沼气池、禽畜舍和相结合的“四位一体 ”沼气生 态农业模式、中部地区的以沼气为纽带的生态果园模式、南方建立的“猪一果”模式 、以及其他地 区因地制宜建立的“养殖一沼气植”、“猪一沼一鱼”和 “草一牛一沼” 等模式都是以业为龙头,以沼气为纽带,对沼气、沼液、沼渣的多层次利用的生态农业模式,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,是改善农村环境卫生的有效措施,是发展绿色种植业、养殖业的有效途径 ,已成为农村经济新的增长点。

     

    沼气发电技术

    沼气燃烧发电是随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术,它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上,并装有综合发电装置,以产生电能和热能。沼气发电具有创效、节能、安全和环保等特点,是一种分布广泛且价廉的分布式能源。
    沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网在西欧一些国家占能源总量的10%左右。
    我国沼气发电有30多年的历史,在“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)。但国内沼气发电研究和应用市场 都还处于不完善阶段,特别是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,如牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较为困难,而这些地区却有着丰富的生物质原料。如能因地制宜地发展小沼电站,则可取长补短就地供电。

    沼气燃料电池技术

    燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能, 直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供 给燃料和氧化剂 时,它可以连续 发电。依据 电解质的不同,燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)等。

    燃料电池不受卡诺循环限制,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,既可 以集中供电,也适合分散供电。 燃料电池将是21世纪最有竞争力的高效、清洁的发电方式 ,它将在洁净煤燃料电站 、电动汽车、移动 电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面 ,有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。

    沼气燃料电池是最新出现的一种清洁、高效、低噪音的 电装置 ,与沼气发电机发电相比,不仅出电效率和能量利用率高,而且振动和噪音小,排出的氮氧化物和硫化物浓度低 ,因此是很有发展前途的沼气利用工艺,将沼气用于燃料 电池发电,是有效利用沼气 资源的一条重要途。我国的燃料电池研究始于1958年。但是 ,由于多年来在燃料电池研究方面投入资金数量很少,就燃料电池技术的总体水平来看,与发达国家尚有较大差距。燃料电池的出现与发展,将会给便 携式电子设备带来一场深刻 的革命,并且还会波及到汽车业、住宅以及社会各方面的集中供电系统。

    污染治理

    对于以农业为主的中国,沼气技术在农业领域正发挥着很大的作用,目前,国家制定法律法规中有许多发展农村沼气的有关政策规定,并在全国各地大力推动大中型沼气工程建设,并且进一步提高设计、工艺和自动控制技术水平。预计到2015年 ,处理工业有机废水的大中型沼气工程达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 到2015年累计建成近4100个,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的污染治理问题 ,使粪便得到资源化利用。

    沼气池/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    沼气是有机物质在厌氧环境中,在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下,通过微生物发酵作 用,产生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的,所以人们叫 它沼气。沼气含有多种气体,主要成分是甲烷(CH4)。沼气细菌分解有机物,产生沼气的 过程,叫沼气发酵。根据沼气发酵过程中各类细菌的作用,沼气细菌可以分为两大类。第一类细菌叫做分解菌,它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳(CO2)等 。它们当中有专门分解纤维素的,叫纤维分解菌;有专门分解蛋白质的,叫蛋白分解菌;有 专门分解脂肪的,叫脂肪分解菌;第二类细菌叫含甲烷细菌,通常叫甲烷菌,它的作用是把 简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。因此,有机物变成沼气的过程,就好比工厂 里生产一种产品的两道工序:首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半 成品——结构简单的化合物;再就是在甲烷细菌的作用下,将简单的化合物加工成产品—— 即生成甲烷。

    发展前景/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    目前,世界各国已经开始将沼气用作燃料和用于照明。用沼气代替汽油、柴油,发动机器的效果也很好。将它作为农村的能源,具有许多优点。例如,修建一个平均每人l-1.5平方米的发酵池,就可以基本解决一年四季的燃柴和照明问题;人、畜的粪便以及各种作物秸秆、杂草等,通过发酵后,既产生了沼气,还可作为肥料,而且由于腐熟程度高使肥效更高,粪便等沼气原料经过发酵后,绝大部分寄生虫卵被杀死,可以改善农村卫生条件,减少疾病的传染。现在,沼气的应用正在各国广大农村推广,沼气能源的开发利用的普及等方面,已经取得了较好的成绩。

    世界上一些发达国家,也正在进行利用微生物厌氧消化农场废物、生产甲烷的较大规模试验。英国建立了甲烷的自动化工厂。在厌氧消化器中有三个基本过程:

    第一阶段的水解把不溶解的有机化合物和聚合 物,通过酶法转化为可溶解的有机物;
    第二阶段再将上一步转化成的产物如碳水化合物、蛋白质、脂肪类、醇等发酵为有机酸;
    第三阶段由有机酸发酵产生甲烷。

    据估计,在英国,利用人和动物的各种有机废物,通过微生物厌氧消化所产生的甲烷,可以替代整个英国25%的煤气消耗量。苏格兰已设计出一种小型甲烷发动机,可供村庄、农场或家庭使用。美国一牧场兴建了一座工厂,主体是一个宽30米、长213米的密封池组成的中烷发酵结构,它的任务是把牧场厩肥和其他有机废物,由微生物转变成甲烷、二氧化碳和干燥肥料。这座工厂每天可处理1650吨厩肥,每日可为牧场提供11.3万立方米的甲烷,足够1万户家庭使用。目前美国已拥有24处利用微生物发酵的能量转化工程。从世界范围看,利用各种微生物协同作用生产甲烷的研究和应用,正处于方兴未艾的阶段。

    近年来,中国沼气事业获得了迅速的发展,沼气池总数已达到1000多万个。在四川、浙江、江苏、广东、上海等省市农村,有些地方除用沼气煮饭、点灯外,还办起了小型沼气发电站,利用沼气能源作动力进行脱粒、加工食料、饲料和制茶等,闯出了用“土”办法解决农村电力问题的新路子。专家们认为,21世纪沼气在农村之所以能够成为主要能源之一,是因为它具有不可比拟的特点,特别是在中国的广大农村,这些特点就更为显著了。

    首先,沼气能源在中国农村分布广泛,潜力很大,凡是有生物的地方都有可能获得制取沼气的原料,所以沼气是一种取之不尽,用之不竭的再生能源。

    其次,可以就地取材,节省开支。沼气电站建在农村,发酵原料一般不必外求。兴办一个小型沼气动力站和发电站,设备和技术都比较简单,管理和维修也很方便,大多数农村都能办到。据调查对比,小型沼气电站每千瓦投资只要400元左右,仅为小型水力电站的1/2-1/3,比风力、潮汐和太阳能发电低得多。小型沼气电站的建设周期短,只要几个月时问就能投产使用,基本上不受自然条件变化的影响。采用沼气与柴油混合燃烧,还可以节省17%的柴油。中国地广人多,生物能资源丰富。

    研究表明,在21世纪无论在农村还是城镇,都可以根据本地的实际情况,就地利用粪便、秸秆、杂草、废渣、废料等生产的沼气来发电。

    现实意义/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    沼气是可再生的清洁能源,既可替代秸秆、薪柴等传统生物质能源,也可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。
    中国农业资源和环境的承载力十分有限,发展农业和农村经济,不能以消耗农业资源、牺牲农业环境为代价。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,是中国能源战略的重要组成部分,对增加优质能源供应、缓解国家能源压力具有重大的现实意义。沼气知识的普及和应用并非纸上谈兵,是一个任重而道远的过程!

    相关用途/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    农村户用沼气池生产的沼气主要用来做生活燃料。修建一个容积为10立方米的沼气池,每天投入相当于4头猪的粪便发酵原料,它所产的沼气就能解决一家3―4口人点灯、做饭的燃料问题。沼气还可以用于农业生产中,如温室保温、烘烤农产品、储备粮食、水果保鲜等。沼气也可发电做农机动力,大、中型沼气工程 生产的沼气可用来发电、烧锅炉、加工食品、采暖或供给城市居民使用。沼气还很环保。

    产生使用/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    沼气工艺流程图沼气工艺流程图

    要使沼气池正常启动,首先,要选择好投料的时间,然后准备好配比合适的发酵原料,入池后原料搅拌要均匀,水封盖板要密封严密。一般沼气池投料后第二天,便可观察到气压表上升,表明沼气池已有气体产生。最初,要将产生的气体放掉(直至气压表降至零),待气压表再次上升时,在灶具上点火,如果能点燃,表明沼气池已经正常启动。如果还不能点燃,照上述方法再重试一次,还不行,则要检查沼气的料液是否酸化或其它原因。经检查沼气池的密封性能符合要求即可投料。沼气池投料时,先应按要求根据发酵液浓度计算出水量,向池内注入定量的清水,将准备的原料先倒一半,搅拌均匀,再倒一半接种物与原料混合均匀,照此方法,将原料和菌种在池内充分搅拌均匀,净沼气池密封。农村沼气发酵的适宜温度为15℃—25℃。因而,在投料时宜选取气温较高的时候进行,北方宜在3月份准备原料,4—5月份投料,等到7—8月份温度升高后,有利于沼气发酵的完全进行,充分利用原料;南方队5月份可以投料外,下年宜在9月份准备原料,10月投料,超过11月份,沼气池的启动缓慢,同时,使沼气发酵的周期延长。在具体某一天什么时间投料,则宜选取中午进行投料。

    配制原料/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑


    农村沼气发酵种类根据原料和进料方式,常采用以秸秆为主的一次性投料和以禽畜粪便为主的连续进料两种发酵方式。现以后一种方式举例说明。中国农村一般的家庭宜修建6立方米水压式沼气池,发酵有效容积约5立方米。由于不同种类畜禽粪便的干物质含量 不同,现以猪粪为例计算如何配制沼气发酵原料。猪粪的干物质含量为18%左右,南方发酵浓度宜为6%左右,则需要猪粪1200公斤,制备的接种物500公斤(视接种物干物质含量与猪粪一样),添加清水3300公斤;北方发酵浓度宜在8%左右,则需猪粪约1700公斤左右,制备的接种物500公斤,添加清水2800公斤,在发酵过程中由于沼气池与猪圈、厕所修在一起,可自行补料。
    制备沼气发酵接种物,农村沼气发酵接种物一般采用老沼气池的发酵液添加一定数量的人畜粪便。比如,要制备500公斤发酵接种物,一般添加200公斤的沼气发酵液和300公斤的人畜粪便混合,堆沤在不渗水的坑里并用塑料薄膜密闭封口,1周后即可作为接种物。如果没有沼气发酵液,可以用农村较为肥沃的阴沟污泥250公斤,添加250公斤人畜粪便堆沤1周左右即可;如果没有污泥,可直接用人畜粪便500公斤进行密闭堆沤,10天后便可作沼气发酵接种物。

    修建好处/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    兴办沼气的好处很多,综合起来主要有以下几个方面:
    (一)兴办沼气有利于解决农村能源问题。一户3―4口人的家庭,修建一个10立方米的沼气池,只要发酵原料充足,并管理得好,就能解决点灯、煮饭的燃料问题。
    (二)兴办沼气有利于促进农业生产发展。兴办起沼气后,大量畜禽粪便加入沼气池发酵,即可生产沼气,又可沤制出大量优质有机肥料,扩大了有机肥料的来源。凡是施用沼肥的作物不仅增强了抗旱防冻的能力,而且提高秧苗的成活率。施用沼肥不但节省化肥、农药的喷施量,也有利于生产绿色无公害食品。
    (三)兴办沼气有利于促进畜牧业的发展。办起沼气后,有利于解决“三料”(燃料、饲料和肥料)的矛盾,促进畜牧业的发展。
    (四)兴办沼气有利于改善卫生条件。凡是建了沼气池的农民都体会到,利用沼气当燃料,无烟 无尘,清洁方便。一些粪便、垃圾、生活污水等都是沼气发酵的好原料,随着这些原料进入沼气池的病菌、寄生虫卵等,在沼气池中密闭发酵而被杀死。从而改善了农村的环境卫生条件,对人畜健康都有好处。
    (五)兴办沼气有利于保护生态环境。兴办沼气解决了农民的燃料问题,减少森林砍伐和牛羊对山场的破坏,有利于保护林草资源,促进植树造林的发展,减少水土流失,改善农业生态环境。
    (六)兴办沼气有利于解放劳动力。办起沼气后,过去农民拣柴、运煤花费的大量劳动力就能节约下来,可以投入到农业生产第一线上去。广大农村妇女通过使用沼气,从烟熏火燎的传统炊事方式中解脱出来,节约了生火做饭的时间,减轻了家务劳动。沼气是一种清洁能源,所以各国都在农村推广。

    农村应用 /沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    应用意义
    1.农村户用沼气推广、应用的现状
    目前,中国沼气池的推广应用规模居世界首位,国家计划到2010年,要达到2600万口。由此,建池数量将占到全国适宜沼气发展农户的20%。然而,如此巨大的建池量和惊人的发展速度,带来的管理压力可想而知。技术干部不但要负责新建池的规划、放线、施工,还要负责旧池管护使用中出现的各种故障的排除和综合利用技术的指导、培训等工作。
    2.推广应用户用沼气的意义
    (1)沼气不仅能解决农村能源问题,而且能增加有机肥料资源,提高质量和增加肥效,从而提高农作物产量,改良土壤;

    (2)使用沼气,能大量节省秸秆、干草等有机物,以便用来生产牲畜饲料和作为造纸原料及手工业原材料;

    (3)兴办沼气可以减少乱砍树木和乱铲草皮的现象,保护植被,使农业生产系统逐步向良性循环发展;

    (4)兴办沼气,有利于净化环境和减少疾病的发生。这是因为在沼气池发酵处理过程中,人畜粪便中的病菌大量死亡,使环境卫生条件得到改善;

    (5)用沼气煮饭照明,既节约家庭经济开支,又节约家庭主妇的劳作时间,降低劳动强度;

    (6)使用沼肥,提高农产品质量和品质,增加经济收入,降低农业污染,为无公害农产品生产奠定基础。常用的物质循环利用型生态系统主要有种植业—养殖业—沼气工程三结合、养殖业—渔业—种植业三结合及养殖业—渔业—林业三结合的生态工程等类型。其中种植业—养殖业—沼气工程三结合的物质循环利用型生态工程应用最为普遍,效果最好。

     

    常见问题
    1.常见问题包括的三个方面:农户在使用沼气或沼气池运行管理过程中,最常见的问题概括来讲,有这样三个方面:
    一是用户缺乏沼气池运行管理的知识,无法保证正常、持续地用上并用好沼气;
    二是用户对灶具等沼气配套设备的自查、保养、维修能力较弱;
    三是一些农户对沼气给生活带来的变化和好处认识不足。

    2.常见问题的具体表现和排除方法
    (1)发酵料液偏酸或偏碱。沼气池正常产气,要求的料液酸碱度在ph=6~8之间,均可产气,以ph=6.8~7.5产气量最高。辨别的最简单方法是用眼睛去观察,当发现沼气池中的料液有点儿泛蓝色即表明料液偏酸了;如果是料液上泛起一层白色的蒙就说明料液偏碱了。a.当发现料液偏酸时,就取3~4公斤石灰兑上4~5桶清水,先充分搅匀后再直接从进料口倒入池中并搅拌,使石灰澄清液与池中的料液充分接触。b.当料液偏碱时,就用事先铡成2~3公分长的青杂草浇上猪或牛的尿液并在池外堆沤处理2~3天,再从进料口投入池中并搅拌均匀,使新加入的青杂草与池中料液充分接触,使其尽快恢复正常。

    (2)长期以猪粪作沼气池的发酵原料,气压高却点不着火或燃烧时间短。传统的养猪习惯以粮食喂猪为主,猪粪中的碳氮比的含量为C:N=13:1,而在其它条件都具备的情况下,碳氮比的含量C:N=25~30:1才能保证正常产气,所以会出现点不着等情况。A.利用每年春秋两季大出料的时机给沼气池中加入1方牛粪。B.在平常的入料过程中加入适量的富碳原料,如:麸皮、秕壳、碎秸秆等农作物的残余物。

    (3)发酵原料充足或料液发酵正常,但产气量不足。出现这种问题的原因 是:发酵料液在池中形成沉淀或料液表面形成结壳。解决办法是:坚持经常性地搅拌沼气池发酵料液。

    (4)沼气池及输气管路等出现漏气。沼气出现漏气有多种情况:a.输气管路等不漏气,但气压不上升且人为加压后又较快降压1个以上,沼气池发酵间漏气。剔除表面密封剂,重新粉刷2~4遍后,重新刷密封剂。b.水封圈有气泡或密封胶泥局部变黑,密封盖漏气。重新封盖,水封圈加满水,长期保证水封圈有水。c.安装沼气的房间能闻到臭鸡蛋味或硫磺味,输气管路、开关漏气或净化器‘U’型壶的密封盖破裂。用洗衣粉水查找漏气部位,更换损坏的零部件。d.只在做饭或点灯时能闻到臭鸡蛋味,脱硫剂失效。更换净化器中的脱硫剂。

    可行建议:
    (1)加强对沼气用户的专业知识、技能培训,特别是应尽快培养一批业余的农民沼气技术员;
    (2)要利用农村集会和喇叭、广播、电视等多种方式、方法,对沼气推广、应用的意义和作用,沼气池的修建过程和补助政策等进行广泛、深入的宣传;
    (3)对沼气用户来讲,要保证正常用气,坚持长期养畜是基础。沼气池就像小工厂,没有畜禽粪便等原料,就不能生产出沼气、沼肥等新产品;
    (4)“三分建池,七分管护”,说明使用好沼气池重在管理,坚持经常搅拌是关键;
    (5)要坚持对沼气户的寻访,及时发现不产气沼气池,并排除故障。
    (6)把每天居民卫生间产生的人类粪便,下水道集中处理产生沼气建设沼气管道给居民使用就象液化气管道一样。
    (7)沼气液化态提炼技术,沼气是一种混合气体,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%,还有可燃气体氢、一氧化碳、硫化氢、氧和氮气体。只要使用气体分离技术把二氧化碳变成干冰做其他工业用途,使用零点压缩成液化形态 并不需要多高的成本,提炼可燃气体压缩成液化状态。制造成钢瓶形式取代液化气供应居民使用。
    综合节约成本可以建设城市小区居民卫生间下水道产生粪便的沼气处理站,一方面制作成钢瓶形式,另一方面建设沼气输送管道,就象液化气管道一样节约城市液化气需要西气东送的大量成本资金。在周围建设绿色农业产生基地,产生沼液可以做成无土栽培农业种植原料,沼渣直接加工成有机化肥。 

    1、混合沼气发酵料及其制作方法
    2、周期刺激秸秆和城市垃圾进行固态发酵沼气的方法
    3、由有机物产生含甲烷的沼气的方法和装置
    4、沼气生产、储备、使用三器具合并使用组合设施
    5、一种果蔬沼气保鲜技术
    6、改造下水道厌氧处理生活污水垃圾回收沼气的方法及装置
    7、以沼气为驱动能源的热泵供热供冷联合系统
    8、膜盒式沼气压力表
    9、高活性沼气产气剂
    10、沼气池内氧化脱除硫化氢工艺
    11、沼气驱动的发电机装置
    12、用沼气驱动的发电机设备
    13、底泄沼气池
    14、柴油沼气多能源发动机点火装置
    15、沼气池封气方法
    16、球形悬注式沼气池钢制整体内外模具
    17、自动搅拌高效沼气发酵新工艺
    18、太阳能沼气装置
    19、活动罩水压沼气装置
    20、农村户用造气、造肥、建造三方便沼气池
    21.冬季应使用自增温免护理沼气池

    标准名称/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑


    GB/T 3606-2001——医用沼气灶
    GB/T 4750-2002——户用沼气池标准图集
    GB/T 4751-2002——户用沼气池质量检查验收规范
    GB/T 4752-2002——户用沼气池施工操作规程
    NY/T 344-1998——家用沼气灯
    NY/T 465-2001——户用农村能源生态工程 南方模式设计施工与使用规范
    NY/T 466-2001——户用农村能源生态工程 北方模式设计施工与使用规范
    NY/T 667-2003——沼气工程规模分类
    NY/T 858-2004——沼气压力表
    NY/T 859-2004——户用沼气脱硫器
    NY/T 860-2004——户用沼气池密封涂料
    NY/T 1220.1-2006——沼气工程技术规范 第1部分:工艺设计
    NY/T 1220.2-2006——沼气工程技术规范 第2部分:供气设计
    NY/T 1220.3-2006——沼气工程技术规范 第3部分:施工及验收
    NY/T 1220.4-2006——沼气工程技术规范 第4部分:运行管理
    NY/T 1220.5-2006——沼气工程技术规范 第5部分:质量评价
    NY/T 1221-2006——规模化畜禽养殖场沼气工程运行、维护及其安全技术规程
    NY/T 1222-2006——规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范
    NY/T 1223-2006——沼气发电机组、沼气工程规模分类行业标准

    建设适宜性分析/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑


    沼气发酵条件。沼气发酵是多种微生物分解有机物产生甲烷的过程。要使沼气发酵正常进行,获得较高产气量,就必须保证沼气细菌进行正常生命活动(包括生长、发育、繁殖、代谢等)所需要的基本条件。
    一、沼气细菌:制取沼气必须有沼气细菌才行,这和发面需要酵母菌一样。如果没有沼气细菌的作用,沼气池内的有机物本身是不会转变成沼气的。含有优良沼气菌种的接种物普遍存在于粪坑底污泥、下水道污泥、沼气发酵的渣水、沼泽污泥和豆制品作坊下水沟污泥中,新建沼气池可以到这些地方去收集菌种。这些含有大量沼气发酵细菌的污泥称为接种物。沼气发酵加入接种物的操作过程称为接种,新建沼气池头一次装料,如果不加入足够数量含有沼气细菌的接种物,常常很难产气或产气率不高,甲烷含量低,无法燃烧。另外,加入适量的接种物,可以避免沼气池发酵初期产酸过多而导致发酵受阻。

    一般投入的新鲜发酵原料本身带有的菌种很少,如果不预先富集和加入沼气菌种 ,将会迟迟不产气或产气少,所产沼气中甲烷含量也很少。因此在新池启动或老池大换料时,一定要添加一定量的接种物,接种物太少,不利于产气。接种物过多,又会占去沼气池的有效容积,影响产气量(见表2—1)。通过实践,加入接种物的数量一般应占发酵料液总重量的10%~30%为宜。对于中温和高温沼气发酵,还要注意沼气菌的驯化培养问题,以适应相应的发酵温度。

    沼气储存/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    双膜储气柜

    各种中性气体存储如沼气、空气、二氧化碳、氧气等。
    膜储气柜系统结构组成
    双膜生物储气柜主要由底膜(一体化气柜除外)、内膜、外膜、恒压控制柜、安全保护器及一些控制设备和辅助材料组成。

    底膜:主要用于基础密封,以实现传统基础设施无法达到的防腐、防渗透。
    内膜:与底膜或发酵罐口相连接,形成一个完全独立密闭的空间以用于储存各类适用气体。
    外膜:使内膜适用气体恒压输出并对内膜起到保护作用,外膜与内膜及底膜的边缘或发酵罐口连接。作为气柜的外壳保护内膜,恒定柜内压强。

    原理

    底膜、内膜、外膜共同形成两个空间 。内膜空间作为储气空间储存各种气体,外膜与内膜夹层的空间作为调压空间。当储存的气体增加时内膜曲张,控制设备排出外膜的调压空气腾出一定的容量。当内膜储存的气体较少时控制设备向调压层注入空气,平衡柜内的压强,稳定外膜刚度。(即用一个软体球形作为储气柜,储存的气体容积变少控制设备就自动充空气填补,储存气体增多安全保护器就释放空气以平衡压力。为不让气体混合,储存的气体与空气之间使用内膜隔离开。)

    护理“三要点”/沼气[有机物经微生物作用产生的可燃气体] 编辑

    第一,防止空池,防止池壁过于干燥,做好池壁的保潮养护。建造的沼气池一般为混凝土浇筑,而水泥是一种多孔性的建筑材料,如果沼气池在夏季空池,遭遇高温干燥的环境,很容易使水泥毛细孔开放,破坏池壁结构,很容易导致漏气。因此,夏季沼气池要杜绝空池,即使沼气池停用时,也需在沼气池内注满水,起到保护池壁的作用,防止池壁干裂。

    第二,进出料口防止过多雨水流入。夏季雨水较多,要做好进出料口的雨季防范工作,多数建造在棚室外面,加之进料口和出料口密封性不是很好,一旦进入池内的雨水过多,会影响正常发酵浓度,会减缓带慢沼气的产生速率,影响到沼气池的正常使用。

    第三,夏季温度高,发酵速度快,沼气产量大,要时刻注意压力表,及时排气,防止池压过大发生安全事故。压力变大超过指针12以上,要及时放气,以免管道鼓裂、气压表损坏。夏季产气快,每天将所产沼气用完;倘若长时间不在家或没有用气,要在压力表安全瓶上端接一段输气管通往室外,使多余的沼气可以跑掉,绝对不能使多余的沼气留在室里,造成安全隐患。

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    扩展阅读
    1沼气
    2沼气
    3《中国沼气产业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》
    开放分类 我来补充
    新能源节能能源

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