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(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)過微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。

沼氣是多種氣體的混合物，一般含甲烷50～70%，其余為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化氫等。其特性與天然氣相似?？諝庵腥绾?.6～20.8%（按體積計(jì)）的沼氣時(shí),就會(huì)形成爆炸性的混合氣體。沼氣除直接燃燒用于炊事、烘干農(nóng)副產(chǎn)品、供暖、照明和氣焊等外，還可作內(nèi)燃機(jī)的燃料以及生產(chǎn)甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。經(jīng)沼氣裝置發(fā)酵后排出的料液和沉渣，含有較豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可用作肥料和飼料。沼氣是一些有機(jī)物質(zhì),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。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、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(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20～40c，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)作物的秸稈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。

沼氣的主要成分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34000千焦，每立方米沼氣的發(fā)熱量約為20800－23600千焦。即1立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當(dāng)于0.7千克無煙煤提供的熱量。與其它燃?xì)庀啾?，其抗爆性能較好，是一種很好的清潔燃料

沼氣是由意大利物理學(xué)家a.沃爾塔于1776年在沼澤地發(fā)現(xiàn)的。1916年俄國人Β.П.奧梅良斯基分離出了第一株甲烷菌（但不是純種）。中國于1980年首次分離甲烷八疊球菌成功。目前世界上已分離出的甲烷菌種近20株。

沼氣是由意大利物理學(xué)家a.沃爾塔于1776年在沼澤地發(fā)現(xiàn)的。1916年俄國人Β.П.奧梅良斯基分離出了第一株甲烷菌（但不是純種）。中國于1980年首次分離甲烷八疊球菌成功。目前世界上已分離出的甲烷菌種近20株。世界上第一個(gè)沼氣發(fā)生器（又稱自動(dòng)凈化器）是由法國l.穆拉于1860年將簡易沉淀池改進(jìn)而成的。1925年在德國、1926年在美國分別建造了備有加熱設(shè)施及集氣裝置的消化池，這是現(xiàn)代大、中型沼氣發(fā)生裝置的原型。第二次世界大戰(zhàn)后，沼氣發(fā)酵技術(shù)曾在西歐一些國家得到發(fā)展，但由于廉價(jià)的石油大量涌入市場而受到影響。后隨著世界性能源危機(jī)的出現(xiàn)，沼氣又重新引起人們重視。1955年新的沼氣發(fā)酵工藝流程──高速率厭氧消化工藝產(chǎn)生。它突破了傳統(tǒng)的工藝流程，使單位池容積產(chǎn)氣量(即產(chǎn)氣率)在中溫下由每天1立方米容積產(chǎn)生0.7～1.5立方米沼氣,提高到4～8立方米沼氣，滯留時(shí)間由15天或更長的時(shí)間縮短到幾天甚至幾個(gè)小時(shí)。中國于20世紀(jì)20年代初期由羅國瑞在廣東省潮梅地區(qū)建成了第一個(gè)沼氣池,隨之成立了中華國瑞瓦斯總行,以推廣沼氣技術(shù)。目前中國農(nóng)村戶用沼氣池的數(shù)量達(dá)1300萬座。而高速率厭氧消化工藝生產(chǎn)性試驗(yàn)裝置已在糖廠和酒廠正常運(yùn)行。

沼氣發(fā)酵微生物是一個(gè)統(tǒng)稱，包括發(fā)酵性細(xì)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。五大類群細(xì)菌構(gòu)成一條食物鏈，從各群細(xì)菌的生理代謝產(chǎn)物或它們的活動(dòng)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(xì)菌的活動(dòng)可使有機(jī)物形成各種有機(jī)酸，因此，將其統(tǒng)稱為不產(chǎn)甲烷菌。后二類群細(xì)菌的活動(dòng)可使各種有機(jī)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(jī)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(xì)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(yán)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。

用作沼氣發(fā)酵原料的有機(jī)物種類繁多，如禽畜糞便、作物秸稈、食品加工廢物和廢水，以及酒精廢料等，其主要化學(xué)成分為多糖、蛋白質(zhì)和脂類。其中多糖類物質(zhì)是發(fā)酵原料的主要成分，它包括淀粉、纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等。這些復(fù)雜有機(jī)物大多數(shù)在水中不能溶解，必須首先被發(fā)酵細(xì)菌所分泌的胞外酶水解為可溶性糖、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能被微生物所吸收利用。發(fā)酵性細(xì)菌將上述可溶性物質(zhì)吸收進(jìn)入細(xì)胞后，經(jīng)過發(fā)酵作用將它們轉(zhuǎn)化為乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類及一定量的氫、二氧化碳。在沼氣發(fā)酵測定過程中，發(fā)酵液中的乙酸、丙酸、丁酸總量稱為中揮發(fā)酸(tva)。蛋白質(zhì)類物質(zhì)被發(fā)酵性細(xì)菌分解為氨基酸，又可被細(xì)菌合成細(xì)胞物質(zhì)而加以利用，多余時(shí)也可以進(jìn)一步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氫等。蛋白質(zhì)含量的多少，直接影響沼氣中氨及硫化氫的含量，而氨基酸分解時(shí)所生成的有機(jī)酸類，則可繼續(xù)轉(zhuǎn)化而生成甲烷、二氧化碳和水。脂類物質(zhì)在細(xì)菌脂肪酶的作用下，首先水解生成甘油和脂肪酸，甘油可進(jìn)一步按糖代謝途徑被分解，脂肪酸則進(jìn)一步被微生物分解為多個(gè)乙酸。

沼氣燃料電池是最新出現(xiàn)的一種清潔、高效、低噪音的電裝置，與沼氣發(fā)電機(jī)發(fā)電相比，不僅出電效率和能量利用率高，而且振動(dòng)和噪音小，排出的氮氧化物和硫化物濃度低，因此是很有發(fā)展前途的沼氣利用工藝，將沼氣用于燃料電池發(fā)電，是有效利用沼氣資源的一條重要途。我國的燃料電池研究始于1958年。但是，由于多年來在燃料電池研究方面投入資金數(shù)量很少，就燃料電池技術(shù)的總體水平來看，與發(fā)達(dá)國家尚有較大差距。燃料電池的出現(xiàn)與發(fā)展，將會(huì)給便攜式電子設(shè)備帶來一場深刻的革命，并且還會(huì)波及到汽車業(yè)、住宅以及社會(huì)各方面的集中供電系統(tǒng)。

沼氣是有機(jī)物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，在一定的溫度、濕度、酸堿度的條件下，通過微生物發(fā)酵作用，產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w。由于這種氣體最初是在沼澤、湖泊、池塘中發(fā)現(xiàn)的，所以人們叫它沼氣。沼氣含有多種氣體，主要成分是甲烷(ch4)。沼氣細(xì)菌分解有機(jī)物，產(chǎn)生沼氣的過程，叫沼氣發(fā)酵。根據(jù)沼氣發(fā)酵過程中各類細(xì)菌的作用，沼氣細(xì)菌可以分為兩大類。第一類細(xì)菌叫做分解菌，它的作用是將復(fù)雜的有機(jī)物分解成簡單的有機(jī)物和二氧化碳(co2)等。它們當(dāng)中有專門分解纖維素的，叫纖維分解菌；有專門分解蛋白質(zhì)的，叫蛋白分解菌；有專門分解脂肪的，叫脂肪分解菌；第二類細(xì)菌叫含甲烷細(xì)菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把簡單的有機(jī)物及二氧化碳氧化或還原成甲烷。因此，有機(jī)物變成沼氣的過程，就好比工廠里生產(chǎn)一種產(chǎn)品的兩道工序：首先是分解細(xì)菌將糞便、秸稈、雜草等復(fù)雜的有機(jī)物加工成半成品——結(jié)構(gòu)簡單的化合物；再就是在甲烷細(xì)菌的作用下，將簡單的化合物加工成產(chǎn)品——即生成甲烷。

要使沼氣池正常啟動(dòng)，首先，要選擇好投料的時(shí)間，然后準(zhǔn)備好配比合適的發(fā)酵原料，入池后原料攪拌要均勻，水封蓋板要密封嚴(yán)密。一般沼氣池投料后第二天，便可觀察到氣壓表上升，表明沼氣池已有氣體產(chǎn)生。最初，要將產(chǎn)生的氣體放掉（直至氣壓表降至零），待氣壓表再次上升時(shí)，在灶具上點(diǎn)火，如果能點(diǎn)燃，表明沼氣池已經(jīng)正常啟動(dòng)。如果還不能點(diǎn)燃，照上述方法再重試一次，還不行，則要檢查沼氣的料液是否酸化或其它原因。經(jīng)檢查沼氣池的密封性能符合要求即可投料。沼氣池投料時(shí)，先應(yīng)按要求根據(jù)發(fā)酵液濃度計(jì)算出水量，向池內(nèi)注入定量的清水，將準(zhǔn)備的原料先倒一半，攪拌均勻，再倒一半接種物與原料混合均勻，照此方法，將原料和菌種在池內(nèi)充分?jǐn)嚢杈鶆?，凈沼氣池密封。農(nóng)村沼氣發(fā)酵的適宜溫度為15c—25c。因而，在投料時(shí)宜選取氣溫較高的時(shí)候進(jìn)行，北方宜在3月份準(zhǔn)備原料，4—5月份投料，等到7—8月份溫度升高后，有利于沼氣發(fā)酵的完全進(jìn)行，充分利用原料；南方隊(duì)5月份可以投料外，下年宜在9月份準(zhǔn)備原料，10月投料，超過11月份，沼氣池的啟動(dòng)緩慢，同時(shí)，使沼氣發(fā)酵的周期延長。在具體某一天什么時(shí)間投料，則宜選取中午進(jìn)行投料。

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