生物燃氣技術及工程的發展現狀①

摘 要：隨著經濟社會的發展，人們對于能源的利用逐漸增加，使得不可再生能源利用出現危機，面臨資源短缺的問題。生物燃氣作為一種利用微生物發酵來獲取人類需要的能源，這種能源屬于可再生能源，并且原料是生活垃圾和農業生產的廢料，設備制造業較為簡單，其體現的價值正被越來越多的人認可。經過許多人不斷的理論和實踐研究，生物燃氣技術已經得到了多方面改善，開發出了多種發酵工藝，目前在所有的發酵工藝中相對高效的技術是全混式中溫發酵。目前，歐洲幾個經濟較為發達的國家（特別是德國），這方面的技術較為先進，生物發酵被大范圍的用于發電和取暖。論文主要介紹了生物燃氣技術發展的最新成果，提出了技術今后的發展方向。

關鍵詞：生物燃氣 發酵技術 反應器 沼氣

中圖分類號：S216文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0062-01

生物燃氣經常說的沼氣，沼氣發酵是指有機物在厭氧的條件下，被沼氣微生物分解代謝，最后形成以甲烷和二氧化碳為主體的混合氣體，是一個生物化學過程。沼氣發酵的原料是供給微發酵生物，進行正常生命活動所需的營養和能量，是不斷生產沼氣的物質基礎。沼氣的來源十分豐富，主要是農業的剩余物包括秸稈、雜草、樹葉等，還有豬、牛、羊、馬等家禽的糞便，工農業產品的廢水廢物（如豆制品的廢水、酒精和糖渣），還包括大部分的水生植物，這些都是能夠用來生物發酵的理想原料。

沼氣發酵工藝是指從發酵原料到生產沼氣的整個過程所采用的技術和方法。這個過程主要包括原料的收集和預處理，接種物的選擇和富集，消化器的啟動和日常操作管理及其他相應的技術措施。

1 沼氣發酵中的微生物

沼氣是有機物質在厭氧條件下通過大量的不同種類的微生物分解代謝產生的。凡參與把有機物質分解、發酵、代謝、轉化為沼氣的微生物統稱為沼氣微生物，也叫沼氣細菌。由于有機物分解為沼氣是一個非常復雜的過程，因此沼氣細菌不僅僅是一種單一的細菌，而是由許多細菌組成的總稱，據相關統計，沼氣細菌擁有幾十個屬上千種之多。在沼氣厭氧發酵過程中沼氣細菌是最活躍的因素，他們能把各種有機物固體和處于溶解狀態的復雜有機物，按照各自的營養需求進行分解轉化，最終形成沼氣。但是，沼氣細菌把有機物分解為甲烷需要在沒有氧氣和沒有氧化劑的環境下才能進行，同時PH值也要符合一定的條件，因此，沼氣發酵又可以叫做厭氧發酵。將這些發酵細菌按其在發酵過程中扮演的不同作用，可分為分解菌和產甲烷菌兩大類。

在沼氣發酵過程中，各種微生物之間的關系非常復雜，甲烷的產生式各種發酵微生物相互協同、相互制約產生的。這種復雜的關系既體現在分解菌和產甲烷菌之間，同時也體現在分解菌之間和產甲烷菌之間的相互作用。其實分解菌與產甲烷菌之間的關系主要是，不產甲烷菌為產甲烷菌提供長生和產甲烷所需要的物質，產甲烷菌又為分解菌提供生化反應解除反饋抑制；分解菌為產甲烷菌提供適宜的氧化還原條件；分解菌為產甲烷菌清除有毒物質；分解菌與產甲烷菌共同維護生化環境中適宜的pH值。

產甲烷菌是在沼氣發酵過程中將各種簡單的有機物轉化為甲烷的微生物。從1916年俄國微生物學家分離得到了世界上第一株甲烷菌開始，目前已知的甲烷菌有5個目200多個種，主要是嗜熱自氧甲烷桿菌、嗜樹木甲烷短桿菌、史氏甲烷短桿菌、馬氏甲烷球菌、沃氏甲烷球菌、萬尼氏甲烷球菌、黑海產甲烷菌、卡利亞庫產甲烷菌、運動甲烷微菌等。

2 沼氣發酵工藝

沼氣發酵工藝包括用戶和大中型的發酵工藝工程兩大類。用戶類的沼氣發酵工藝主要是家庭型的、較小的工藝過程，主要分布在亞洲國家，比如中國的水壓式沼氣池和印度的哥巴士沼氣池發酵系統，這些發酵系統利用的是人和動物的糞便、污水等作為原料。我國的沼氣發酵工藝從20世紀90年代開始就推廣，并且不同地方的特點發展成了“三結合”、“四位一體”、“五配套”等各種各樣的沼氣發酵系統，帶動了一大批以沼氣技術作為基礎的生態農業發展模式，給當地人帶來了客觀的經濟和生態價值。中國的沼氣發展工藝主要是將種植、養殖和沼氣發酵等工藝有機的結合到一起，這幾個過程相互促、相互協助，共同發揮3個過程的最大價值，實現有物質和能量的循環利用。如主要位于我國西北部的“五配套”生態能源模式就是主要由沼氣池、廁所、太陽能、暖圈、水窖、果園灌溉等5個部分組合而成的一個相互聯系相互發展的一個系統。

3 沼氣的利用

沼氣的用途十分廣泛，目前用的最多的就是將沼氣轉化為熱能供工廠或者農場內部使用，還可以將沼氣轉化為電，體居民的生活提供持續的電力支持，此外還能將剩余的電用于厭氧環境的加溫，有利用生成更多的沼氣。此外，沼氣還能作為汽車燃料，作為汽油的代替品，目前已有多個國家建立沼氣燃料的加氣站，為這種汽車提供加氣服務。而燃料電池作為一種新型的清潔、環保、低噪音的電池正受到許多國家的青睞，已經在整個歐洲進行了試驗和示范，具有很大的發展前景。

4 發展的重點和方向

關于發酵工藝工程的發展重點和方向，從國內外看主要有以下幾點。

（1）發酵微生物的培育速度加快，更多的適應不同原料和工藝的環境的發酵微生物正在廣泛的研究，并且這些微生物的沼氣轉化率非常高，能夠很好的利用發酵原料，為不斷的擴大沼氣原料和原料利用率提供了可能。

（2）干發酵技術成為了研究的重點，干發酵的配套工藝和設備也是目前發展的配套工藝，將會有很大的作為。

（3）在沼氣的后處理方面，發展提取更純的沼氣和沼氣壓縮技術，為沼氣的擴大利用提供可能。

參考文獻

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