沼氣基本知識(shí)

1、6/6沼氣基本知識(shí)第一節(jié) 沼氣基本知識(shí)一、沼氣的命名沼氣是有機(jī)物在無(wú)氧（厭氧）的條件下,經(jīng)微生物分解所產(chǎn)生的一種可燃性混合氣體,其主要成份是甲烷(C4）和二氧化碳（CO2)。早期人們發(fā)現(xiàn)湖泊或沼澤中，常?？梢钥吹接袣馀輳乃孜勰嗬锩俺?將這些氣體收集起來(lái)可以點(diǎn)燃，所以人們給它起名叫“沼氣”。沼氣廣泛存在于自然界，常見(jiàn)的地方有:水塘、污水溝、糞坑、城市下水道。根據(jù)其來(lái)源、產(chǎn)氣地點(diǎn)及氣體性質(zhì)，沼氣又被人們稱(chēng)之為污泥氣、生物質(zhì)氣、瓦斯等。沼氣可分為天然沼氣(分布于自然界中)和人工沼氣兩大類(lèi)，人工沼氣屬可再生能源，就是以多種有機(jī)物質(zhì),比如人畜糞便、農(nóng)作物秸桿、雜草、有機(jī)廢水、有機(jī)垃圾等作為原料，在密封

2、沼氣池中發(fā)酵而獲得，用于煮飯、點(diǎn)燈、發(fā)電等。二、沼氣的成份沼氣的成份是(個(gè)變量)變化的，各種氣體的含量受發(fā)酵條件(濃度、溫度、酸堿度等)、發(fā)酵原料成份和工藝流程的不同而變化。一般農(nóng)村戶(hù)用沼氣池所產(chǎn)沼氣中含甲烷(CH)55，二氧化碳（CO2）240%，氮?dú)?N)2%左右，氧氣(O2)0。3%左右，硫化氫（2S）0。5左右，氫氣(H2）和一氧化碳（O）2。左右,有時(shí)還有少量其他碳?xì)浠衔?CHn).三、沼氣的物理化學(xué)性質(zhì)沼氣是一種可燃的混合氣體.其性質(zhì)是由沼氣中各種氣體性質(zhì)和相對(duì)含量而決定.沼氣的主要成份是甲烷和二氧化碳，因此沼氣的一些特性受這兩種氣體影響較大。1、物理性質(zhì).沼氣中的甲烷、二氧化碳

3、、一氧化碳、氫氣、氮?dú)舛际菬o(wú)色無(wú)味的氣體；沼氣中的硫化氫、有時(shí)含極少量的氨氣(N)是無(wú)色、略帶臭味的氣體;沼氣中少量的硫化氫、一氧化碳是無(wú)色有毒氣體。所以沼氣是一種無(wú)色、有毒、略帶臭味的氣體.經(jīng)燃燒后都會(huì)變成無(wú)毒、無(wú)臭味的氣體,對(duì)人類(lèi)的健康和環(huán)境沒(méi)有影響，所以沼氣是一種衛(wèi)生的生活燃料。2、化學(xué)性質(zhì).使用沼氣主要是利用甲烷,甲烷是一種簡(jiǎn)單的飽和烴類(lèi)碳?xì)浠衔铮瘜W(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定。在水中的溶解度很低，可以用水密封的方式來(lái)貯存沼氣.在一個(gè)大氣壓的條件下，溶點(diǎn)是1825，沸點(diǎn)是161.5，著火點(diǎn)是572.液化甲烷需要在8.5、約45個(gè)大氣壓條件下才能液化,常溫常壓下,甲烷只能以氣體存在。若沼氣中含6%的

4、甲烷,在常溫常壓下，當(dāng)空氣中混有94%的沼氣時(shí),遇明火就會(huì)爆炸性燃燒.1立方米沼氣完全燃燒可放出1911千焦50千焦的熱量。第二節(jié) 沼氣的作用與效益沼氣的發(fā)展已由過(guò)去單純解決燒柴問(wèn)題走向解決農(nóng)村面源污染、發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的方向。沼氣已經(jīng)成為連接養(yǎng)殖和種殖、生活用能和生產(chǎn)用肥的紐帶,成為實(shí)現(xiàn)燃料、肥料和飼料轉(zhuǎn)化的最佳途徑。發(fā)展農(nóng)村沼氣既可為農(nóng)民提供高品位清潔能源,又可以增加農(nóng)民收入,同時(shí),能夠保護(hù)和恢復(fù)森林植被，減少農(nóng)藥化肥和大氣污染，改善農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。一、能源效益一個(gè)45口人的農(nóng)戶(hù)，建一個(gè)立方米的沼氣池，只要管理得當(dāng),每年有10個(gè)月每天可以產(chǎn)氣1立方米18

5、立方米,可以滿(mǎn)足一天燒三頓飯菜，可使一盞相當(dāng)于瓦亮度的沼氣燈照明6小時(shí)，全年節(jié)煤100公斤左右，節(jié)電00度左右.1立方米沼氣相當(dāng)于1公斤煤或7公斤汽油，能使1馬力內(nèi)燃機(jī)工作2小時(shí),能發(fā)電1。度.有的地方還應(yīng)用沼氣孵雞、貯糧、煮飼料等。二、經(jīng)濟(jì)效益沼氣作農(nóng)戶(hù)炊事用能，以柴或煤或液化氣的價(jià)格折算,每戶(hù)沼氣池年可節(jié)約燃料開(kāi)支0元左右.沼肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，年增收節(jié)支800450元。每戶(hù)沼氣池全年增收節(jié)支經(jīng)濟(jì)效益在100元5000元。我們以沼肥種棉花為例來(lái)算一筆帳:沼肥種棉花，以葉面噴肥、施肥或埋肥的方式進(jìn)行。可以減少棉花的病、蟲(chóng)害,同時(shí)對(duì)棉花的枯萎病、蚜蟲(chóng)、紅蜘蛛有明顯的抑制作用和控制作用,在有枯萎病的

6、棉地連續(xù)三年施沼肥,發(fā)病株數(shù)就很稀少.一般畝增產(chǎn)1030。每個(gè)沼氣池每年可以施二畝五分地的棉花地用肥，每畝可減少化肥一包.按二畝五分地計(jì)算:增收籽棉180斤（600斤2畝12。元),增收50元;節(jié)約化肥開(kāi)支兩包半250元左右(2.5畝1包100元/包），節(jié)支250元；減少農(nóng)藥開(kāi)支1元。年增收節(jié)支合計(jì)800元。按上述算法,每農(nóng)戶(hù)年增收節(jié)支1300以上。除此之外，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，用沼氣燈給溫室蔬菜增施二氧化碳?xì)夥剩墒裹S瓜增產(chǎn)0，芹菜增產(chǎn)25,西紅柿增產(chǎn)200%；用沼氣貯糧防蟲(chóng)、沼氣保鮮水果等，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、不產(chǎn)生煙塵、費(fèi)用省、效益好等優(yōu)點(diǎn)；用沼液浸種，可以提高種子發(fā)芽率和成苗率，培育壯苗

7、，增強(qiáng)幼苗抗病、抗寒能力,有較好的經(jīng)濟(jì)效益；沼液作為飼料添加劑喂豬，可提前030天出欄，每頭豬平均節(jié)省成本40元左右；沼液養(yǎng)魚(yú),可增產(chǎn)100%；沼渣栽培蘑菇，可增產(chǎn)增收20300%?？傊?將沼氣發(fā)酵與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合,經(jīng)濟(jì)效益將成倍增長(zhǎng).三、生態(tài)效益農(nóng)村沼氣的開(kāi)發(fā)利用，能有效地緩解農(nóng)村能源緊缺,保護(hù)和恢復(fù)森林植被,減少水土流失,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的改善。解決燃料和肥料的問(wèn)題，直接和間接減少化肥、農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染.沼肥中的腐殖酸含量0%20,對(duì)土壤團(tuán)粒的形成起著直接的作用;沼肥中的氨態(tài)氮和蛋白氮使該有機(jī)肥具有緩速兼?zhèn)涞姆市匦?；沼肥中的纖維等有機(jī)成份為疏松土壤及增強(qiáng)土壤有機(jī)質(zhì)含量提供了必不可少的基礎(chǔ)；沼

8、肥中大量活性微量元素則是提高肥料利用以及增強(qiáng)土壤肥力的因素。長(zhǎng)期施用沼肥的土壤,有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的含量明顯增加，土壤酶活性增強(qiáng)，土壤物理性狀得到不同程度的改善,增加作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的利用和吸收，顯著提高土壤肥力。沼肥肥效超過(guò)任何一種復(fù)合肥。四、環(huán)衛(wèi)效益人畜糞便從衛(wèi)生的角度看是許多疾病的傳染源,用沼氣池處理人畜糞便可以殺蟲(chóng)滅菌。建造廁所、豬欄、沼氣池三結(jié)合系統(tǒng)，使人畜糞尿自流入池，經(jīng)過(guò)沼氣發(fā)酵處理后,可將其中絕大部分寄生蟲(chóng)卵殺滅：血吸蟲(chóng)卵72天被殺滅；蛔蟲(chóng)卵經(jīng)過(guò)90天死亡率為75%；傷寒桿菌存活時(shí)間僅為0天；福氏痢疾桿菌經(jīng)3小時(shí)后分離呈陰性,而在一般糞液中可活7天.通過(guò)連續(xù)三年對(duì)普及沼氣池

9、和未建沼氣池農(nóng)戶(hù)菜地土壤樣品的調(diào)查,前者比后者蛔蟲(chóng)卵的污染減少5076%，污染程度也大大減輕,前者平均每百克泥土含蛔蟲(chóng)卵4只,后者高達(dá)22.4條.發(fā)展沼氣，能減少蚊蠅滋生.通過(guò)對(duì)建沼氣和未建沼氣的養(yǎng)殖戶(hù)調(diào)查，結(jié)果表明：養(yǎng)豬場(chǎng)蒼蠅密度前者比后者降低3。沼氣替代柴、煤,能減輕燒煤所帶來(lái)的一氧化碳、二氧化硫、三氧化硫等有毒氣體和致癌物質(zhì)的室內(nèi)空氣污染，減少了煤灰等垃圾的處理和對(duì)環(huán)境的污染。根據(jù)對(duì)使用沼氣做燃料和用煤做燃料的村莊對(duì)比調(diào)查,前者比后者室內(nèi)C濃度降低3.8倍，C2濃度降低1.4倍，SO2濃度降低8倍，飄塵濃度降低4.4倍。發(fā)展農(nóng)村沼氣,能有效地保護(hù)水源,降低污染,改善水環(huán)境的質(zhì)量.據(jù)對(duì)普及

10、沼氣和未建沼氣的兩類(lèi)村莊飲用水源監(jiān)測(cè):前者比后者細(xì)菌總數(shù)的合格率提高。678。26%，大腸菌群合格率提高50%,氨氮合格率提高5502%，氯化物合格率提高6。71%。五、社會(huì)效益建立以沼氣為紐帶的庭院生態(tài)農(nóng)業(yè)體系后,可以有效地解決農(nóng)村剩余勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移和消化，激發(fā)農(nóng)戶(hù)學(xué)科學(xué),用科學(xué)的積極性,將實(shí)用技術(shù)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，提高了農(nóng)戶(hù)的科技素質(zhì),使有限的庭院得到了高層次利用，為繁榮城鄉(xiāng)市場(chǎng)的菜籃子做出貢獻(xiàn).發(fā)展沼氣,可以將農(nóng)村婦女從繁重的廚房勞作中解放出來(lái),騰出時(shí)間從事庭院生產(chǎn)，增加經(jīng)濟(jì)收入.有利于提高農(nóng)村人口的生活質(zhì)量和健康水平，減少常見(jiàn)疾病的發(fā)病率。調(diào)查表明，應(yīng)用沼氣做能源的村民唾液溶菌酶含量高于

11、燃煤村民13倍，碳氧血紅蛋白的平均值則低于燃煤居民2，顯示使用沼氣不僅提高了空氣質(zhì)量，還具有增進(jìn)人體健康的作用。綜上所述，一口沼氣池，相當(dāng)于一個(gè)家庭清潔能源制造廠(chǎng)，一個(gè)小型養(yǎng)殖場(chǎng)，一個(gè)有機(jī)肥生產(chǎn)車(chē)間，一個(gè)庭院糞水凈化器,一顆搖錢(qián)樹(shù)，通過(guò)它既可以為農(nóng)家生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效有機(jī)肥料，還可以處理和凈化庭院污染物，改變農(nóng)村“臟、亂、差的衛(wèi)生面貌。同時(shí)，通過(guò)和農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合,進(jìn)行沼肥、沼渣、沼液綜合利用,可以提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,增加農(nóng)民的收入，促進(jìn)農(nóng)村現(xiàn)代化進(jìn)程。第三節(jié) 沼氣發(fā)酵的條件產(chǎn)生沼氣必須具備以下幾種物質(zhì)和相應(yīng)的條件，即:沼氣菌種、有機(jī)質(zhì)（發(fā)酵原料）、溫度、水分和酸堿度等.一、沼氣菌種如同發(fā)面粉

12、做饅頭包子要有酵母一樣,產(chǎn)沼氣也要有沼氣菌種才行。沼氣菌種是許多種細(xì)菌的總稱(chēng)。根據(jù)作用的不同，可以把沼氣菌分為兩大類(lèi):第一類(lèi)叫做分解菌；第二類(lèi)叫做產(chǎn)甲烷菌。分解菌有幾十種,如蛋白質(zhì)分解菌、脂肪分解菌和纖維分解菌等等;產(chǎn)甲烷菌也很多，主要有甲烷桿菌和甲烷八疊球菌等等。它們的作用是先由分解菌將有機(jī)質(zhì)分解成結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的有機(jī)質(zhì);后由產(chǎn)甲烷菌把這些結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成甲烷和二氧化碳。在沼氣發(fā)酵過(guò)程中，這兩類(lèi)細(xì)菌的作用不是分開(kāi)的而是相輔相成的。二、有機(jī)質(zhì)（發(fā)酵原料)自然界中,沼氣發(fā)酵原料十分廣泛和豐富，幾乎所有的有機(jī)質(zhì)都可以作為沼氣發(fā)酵原料。例如人、畜和家禽糞便,農(nóng)作物秸桿,生活污水，工業(yè)和生活

13、有機(jī)廢物等。生產(chǎn)沼氣要經(jīng)常向池里投放糞便、秸桿、雜草和垃圾等發(fā)酵原料,給沼氣菌提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。沼氣菌從有機(jī)物里吸收碳素、氮素和無(wú)機(jī)鹽等養(yǎng)料來(lái)生長(zhǎng)和繁殖后代，進(jìn)行新陳代謝并產(chǎn)生沼氣。不同發(fā)酵原料產(chǎn)生沼氣量與成份也不同（見(jiàn)表）。表1- 主要有機(jī)物沼氣產(chǎn)量與成分有機(jī)物氣體成分（）TS產(chǎn)氣量（kg)CH42CH4沼氣糖類(lèi)55037040脂肪2200蛋白質(zhì)00490980注：表中TS意為干物質(zhì)或總固體數(shù)量.農(nóng)作物秸桿含有豐富的碳，分解速度慢，產(chǎn)氣較均衡，周期長(zhǎng)，半年至一年進(jìn)出料一次，日常管理簡(jiǎn)單，進(jìn)料時(shí)必須進(jìn)行堆漚等預(yù)處理,出料時(shí)要使用抓卸機(jī)或?qū)Ｓ霉ぞ?，理想辦法由專(zhuān)業(yè)隊(duì)提供服務(wù).人、畜和家禽糞便顆粒細(xì)容易

14、分解，產(chǎn)氣速度快,發(fā)酵周期短，一般10天進(jìn)料一次，730天出料一次，日常管理較細(xì)，每月的進(jìn)料總和應(yīng)等于出料總和。我國(guó)人、畜、禽年平均排泄量見(jiàn)表1-2；農(nóng)村常用沼氣發(fā)酵原料的產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣速度見(jiàn)表1-3。表2 人、畜、禽糞便年均排泄量種類(lèi)日排糞量(）日排尿量（g）年排糞量（g）年產(chǎn)沼氣量(m3)人（成年）。51185.455豬2467310452842黃牛1365110水牛1520547500164220羊1.554817。5雞.1527鴨0155。8鵝0290表1 常用沼氣發(fā)酵原料的產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣速度原料種類(lèi)各原料產(chǎn)氣速度(%)產(chǎn)氣量（m3/k發(fā)酵天數(shù)(天)120304060新豬糞新人糞新牛糞玉米

15、桿麥桿稻草青草7240.34.475。98。4。27506。381.574.69071。9.2997。694.186.296.385.984。6898。098.92.78。18.98。9001001000010010000.42040.30.5.40.4044三、溫度溫度對(duì)沼氣菌的生命活動(dòng)影響很大.一般地說(shuō),沼氣菌在70范圍內(nèi)都能進(jìn)行發(fā)酵。沼氣發(fā)酵分為三個(gè)溫度范圍：565稱(chēng)高溫發(fā)酵；045稱(chēng)為中溫發(fā)酵;隨自然溫度變化而變化的發(fā)酵方式稱(chēng)為常溫發(fā)酵.溫度高，產(chǎn)氣快，溫度低，產(chǎn)氣慢。實(shí)踐證明,高溫發(fā)酵最佳溫度為55,中溫發(fā)酵最佳溫度為35,中高溫發(fā)酵一般用于有余熱或廢熱的企業(yè).廣大農(nóng)村戶(hù)用沼氣池的池

16、溫變化直接受地溫的影響。據(jù)測(cè)定：最高池溫在陽(yáng)歷的8月,只有25;最低池溫在冬季為10.試驗(yàn)表明:當(dāng)池溫在5以上時(shí),產(chǎn)氣率可達(dá)0。0。2m3/天；溫度在2以上時(shí)，產(chǎn)氣率可達(dá)。40.5 m3天;池溫在1以下時(shí)，沼氣發(fā)酵受到嚴(yán)重抑制，產(chǎn)氣率僅為.0/天左右.因此在冬季,必須對(duì)沼氣池采取一些保溫措施，如在沼氣池上面堆放稻草或進(jìn)行雙膜覆蓋。四、水份（濃度)沼氣菌在生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖的過(guò)程中,都需要足夠的水分，常用干物質(zhì)濃度來(lái)表示和測(cè)定。一般常用發(fā)酵原料的干物質(zhì)濃度是:新豬糞18%、污泥%、青草24、干秸桿808%。沼氣池中發(fā)酵液最適宜的干物質(zhì)濃度隨溫度變化，冬季為-10%、夏季為68%。五、酸堿度（P值)

17、沼氣發(fā)酵的最適H值為。87.4，6.以下或7。6以上都對(duì)產(chǎn)氣有抑制作用。PH值在。5以下，產(chǎn)甲烷菌的活動(dòng)則完全受到抑制。PH值上升至甚至8時(shí),仍能保持相當(dāng)高的產(chǎn)氣率，這時(shí)灶上點(diǎn)不著火.農(nóng)村沼氣池啟動(dòng)時(shí)投料濃度過(guò)高，接種物中的產(chǎn)甲烷菌數(shù)量不足時(shí),會(huì)因產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷的速度失調(diào)面引起揮發(fā)酸的積累，導(dǎo)致P值下降。這往往是造成沼氣池啟動(dòng)失敗或運(yùn)行失常的主要原因，尤其在冬季。沼氣池在啟動(dòng)或運(yùn)行過(guò)程中，一旦發(fā)生酸化現(xiàn)象應(yīng)立即停止進(jìn)料，如PH值在6.0以上，可適當(dāng)投入石灰水、碳酸鈉溶液或碳酸氫氨溶液加以中和,也可靠因停止進(jìn)料產(chǎn)酸作用下降,產(chǎn)甲烷作用相對(duì)增強(qiáng)，PH值則逐漸恢復(fù)正常.如果P值降至.0以下,則應(yīng)在調(diào)整

18、H值的同時(shí)，大量投入接種污泥,以加快P值的恢復(fù)。當(dāng)發(fā)生偏堿時(shí)，投入青草、青稞、青菜類(lèi)作物一次性200公斤左右進(jìn)行調(diào)節(jié)。六、發(fā)酵原料的碳氮比沼氣發(fā)酵過(guò)程是培養(yǎng)微生物的過(guò)程,必須考慮微生物生長(zhǎng)所必須的碳、氮、磷以及其它微量元素及水和維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì).發(fā)酵原料的碳氮比是指原料中有機(jī)碳和氮素含量的比例關(guān)系,有人認(rèn)為1316：1最好，但也有試驗(yàn)說(shuō)明63:1的范圍內(nèi)仍然合適.農(nóng)村常用沼氣發(fā)酵原料,如人畜糞便、秸稈和雜草等都是由生物質(zhì)構(gòu)成，從營(yíng)養(yǎng)成分來(lái)看是比較齊全面豐富的，一般不需添加什么。常用原料的碳氮比值列于表1-4。表14 農(nóng)村常用原料的CN值原料種類(lèi)碳素含量%氮素含量/C/N干麥稈干稻草玉米稈大豆秧花生秧新羊糞新牛糞新豬糞人糞444011117。3.2。60。53063。751.30。50.5