我国生产沼气的主要分布,以及沼气的原理和用途?

【专家解说】：　　2. 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。目前为大家所公认的沼气发酵的过程如图所示: 　　(说明：① I、I I为三阶段理论，②I、II、II、IV、为四类群理论 ) 　　3.三阶段理论 　　3.1 沼气发酵过程的液化阶段 　　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。 　　3.2 沼气发酵过程的产酸阶段 　　3．2．1 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。 　　3．2．2 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 Hz+c0z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Hz／c0z等。 　　3．3 沼气发酵过程中的产甲烷阶段 　　3．3．1 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C02和H2产生甲烷反应为 ：C02+4H4—CH4+ H20 　　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 　　1沼气传统利用和综合利用技术 　　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。 　　2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。 　　3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 。 　　4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。