如何制沼气

热心网友：沼气 沼气（Biogas）是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。由于这种气体首先在沼泽地被发现，故名沼气。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。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。 沼气是一些有机物质（如秸秆、杂草、树叶、人畜粪便等废弃物）在一定的温度、湿度、酸度条件下，隔绝空气（如用沼气池），经微生物作用（发酵）而产生的可燃性气体。沼气是气体的混合物，其中含甲烷60～70％，此外还含有二氧化碳、硫化氢、氮气和一氧化碳等。它含有少量硫化氢，所以略带臭味。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。【发展概况】 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）。目前世界上已分离出的甲烷菌种近20株，中国于1980年首次分离甲烷八叠球菌成功。 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。1985年中国农村户用沼气池的数量达 500万个。目前中国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。 【主要成分】 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％，还有少量氢、一氧化碳、硫化氢、氧和氮等气体。由于含有可燃气体甲烷，故沼气可做燃料。沼气是细菌在厌氧条件下分解有机物的一种产物。城市有机垃圾、污水处理厂的污泥、农村的人畜粪便、作物秸秆等，皆可做产生沼气的原料。细菌分解有机物的过程，大体分为两个阶段：第一阶段，将复杂的高分子有机物质转化为低分子的有机物，例如乙酸、丙酸、丁酸等；第二阶段，将第一阶段的产物转化为甲烷和二氧化碳。 在上述过程中，起发酵分解作用的是多种细菌共同作用的结果。为了使沼气发酵持续进行，必须提供和保持沼气发酵中各种微生物所需的生活条件。产生甲烷的细菌是厌氧的，少量的氧也会严重影响其生长繁殖。这就需要一个能隔绝氧的密闭消化池。温度在厌氧消化过程中是一个重要因素，甲烷菌能在0一80℃的温度范围内生存，有分别适应低温(20℃)、中温(30℃)、高温(50℃)的各类细菌，最适宜的繁殖温度分别为15℃、35℃、53℃左右。甲烷菌生长繁殖最适宜的pH值约为7．0一7．5，超出此范围，厌氧消化的效率就会降低。在厌氧消化过程中担负废弃物发酵作用的细菌，还需要氮、磷和其他营养物质。投入沼气池的原料比例，大体上要按照碳氮比等于20：1一25：1。此外，还应控制影响沼气发酵的有害物质浓度。【前景】 在千姿百态的生物世界中，存在一种我们肉眼看不见、摸不着的微生物，能为人类提供能源。提起微生物，往往会使人们想起它会使食物腐烂变质，也会使人感染上各种疾病。因此，对它们又害怕、又憎恶。但是，在微生物的家族中，因为种类不同，它们的作用也不尽相同，有的会给人类带来灾难，有的会给人类带来幸福。微生物中，能为人类提供能量的甲烷细菌和酵母菌，它们可以生产出沼气和酒精，为人类作出贡献。 说到沼气，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），并必适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分是甲烷，约占所产生的各种气体的60%一80%。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对燃烧。每立方米纯甲烷的发热最为 34000焦耳，每立方米沼气的发热量约为20800－23600焦耳。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。 关于沼气发生的基本原理，目前尚在探索之中。沼气的形成过程大致可分为两个阶段，首先将各种复杂的有机物转化为低级脂肪酸，例如丁酸、丙酸、乙酸；然后把上述各类产物继续转化为甲烷和二氧化碳等。 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，我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，特别是在我国的广大农村，这些特点就更为显著了。 首先，沼气能源在我国农村分布广泛，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。 我国地广人多，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。【沼气发酵原理与条件】 利用微生物代谢作用来生产各种产品的工艺过程称为发酵。沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵和甲烷发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）的复杂的生物化学过程。 沼气发酵是一个复杂的微生物学过程，了解这一过程中各类微生物的作用及其活动规律，才能把沼气发酵建立在科学的基础之上。只有有了大量的沼气微生物，并使各种类群的微生物得到最佳的生长条件，各种有机物原料才会在微生物的作用下转化为沼气。【沼气发酵微生物的种类】 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。这些微生物按照各自的营养需要，起着不同的物质转化作用。从复杂有机物的降解，到甲烷的形成，就是由它们分工合作和相互作用而完成的。 在沼气发酵过程中，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。 【沼气微生物的生长规律】 生物和生命活动以新陈代谢为基础，沼气发酵微生物的生长和代谢过程可分适应期、对数生长期、平衡期、衰亡期四个时期。 1.适应期 菌种刚刚接入新鲜培养液中，细菌的各种生理机能需要有一个适应过程，细胞内各种酶系统要经过一番调整，这一时期细菌并不马上进行繁殖。适应期的长短与细菌的种类及环境变化条件有关。例如，繁殖速度快的酸化菌，一般适应期较短，繁殖速度慢的产甲烷菌适应期就较长。此外接种量的多少，接种物所处的生长发育阶段及其前后生活条件都对适应期的长短有所影响。 2.对数生长期 细胞经过一段适应后，逐步以最快速度进行繁殖，即按1、2、4、8、16......的级数上升。这一段时间内发酵产物的增长速度随细胞数量的增加而上升。如果微生物所处的环境条件能够不断得到更新，所需的营养物质能够及时得到供应和保障，这种增长速度可以一直保持下去。这就是连续投料发酵可以获得高产气率的理论根据。 3.平衡期 微生物细胞经过一定时期高速繁殖后，由于养料的消耗和代谢产物的积累，以及其环境条件（如酸碱度，氧化还原势等）的变化使得细胞繁殖速度减慢，少数细胞开始死亡，因此表现在一定时期内繁殖速度与死亡速度相对平衡。这一时期发酵液内细胞总数达到最高水平，是积累代谢产物的重要时期。 4.衰亡期 由于培养基中营养物质的显著减少，环境条件越来越不适宜微生物的生长繁殖，细胞死亡速度加快，以至细胞死亡数目大大超过新生数目，活菌总数明显下降。通过以上对微生物生长规律的分析，微生物在旺盛生长期内生长的速度高，生理活性也最强，如采用这一时期的微生物进行接种就可以缩短适应期。在发酵工艺上，采用连续投料发酵的方法，可以保证微生物始终在适应条件下旺盛生长，从而获到较高的产气量。【沼气的用途】 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。【沼气的产生和正确使用】沼气池怎样正常启动？ 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。沼气发酵怎样投料？ 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，先应按第25条的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。沼气发酵投料宜在什么时间进行？ 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。怎样配制沼气发酵原料？ 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。 我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。如何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。【修建沼气池的好处】 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。【浅谈农村沼气推广应用中存在的问题】 一、农村户用沼气推广应用的现状、意义 1. 农村户用沼气推广、应用的现状 目前，我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。二、户用沼气池在管护使用中最常见的问题 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。 三、可行性意见和建议 （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。