對(duì)農(nóng)村沼氣甲烷氣的認(rèn)知

【摘 要】隨著我國社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的逐步展開，新型的農(nóng)村村居、整潔的農(nóng)村環(huán)境、友好的自然生態(tài)，都將是實(shí)現(xiàn)“中國夢(mèng)”不可或缺的重要部分。本文通過對(duì)農(nóng)村“沼氣工程”的了解，以期更深層次的認(rèn)知農(nóng)村沼氣（甲烷氣）產(chǎn)生的基本過程及未來的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】沼氣；過程；前景

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的逐步提高，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的協(xié)調(diào)并進(jìn)，“大廢棄物發(fā)酵沼氣工程”已經(jīng)成為我國可再生能源利用和環(huán)境保護(hù)的切實(shí)有效方法。近幾年來，社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)在我老家豫東平原的大地上蓬勃發(fā)展，政府正在積極地推廣沼氣事業(yè)，使之廣泛應(yīng)用于農(nóng)村家庭的炊事，并將逐漸發(fā)展到照明和取暖。對(duì)此，鑒于我所學(xué)的專業(yè)原因，這激發(fā)了我對(duì)農(nóng)村“沼氣（甲烷氣）”應(yīng)用的濃厚興趣，迫切地希望更多的了解“沼氣（甲烷氣）”。

0.概況

沼氣是有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用而生成的一種可燃?xì)怏w，由于這種氣體最先是在沼澤中發(fā)現(xiàn)的，所以稱為沼氣。人畜糞便、秸稈、污水等各種有機(jī)物在密閉的沼氣池內(nèi)，在厭氧（沒有氧氣）條件下發(fā)酵，即被種類繁多的沼氣發(fā)酵微生物分解轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生沼氣。

沼氣的主要成分是甲烷，沼氣由50%～80%甲烷（CH4）、20%～40%二氧化碳（CO2）、0%～5%氮?dú)猓∟2）、小于1%的氫氣（H2）、小于0.4%的氧氣（O2）與0.1%～3%硫化氫（H2S）等氣體組成，由于沼氣中含有少量硫化氫，所以略帶臭味，其特性與天然氣相似。空氣中如含有8.6～20.8%（按體積計(jì)）的沼氣時(shí)，就會(huì)形成爆炸性的混合氣體。

沼氣中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可燃燒，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)庀啾龋淇贡阅茌^好，是一種很好的清潔燃料。

沼氣是一種混合氣體，可以燃燒，它是有機(jī)物經(jīng)微生物厭氧消化而產(chǎn)生的可燃性氣體，它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，空氣中如含有8.6～20.8%（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。

1.沼氣產(chǎn)生的基本過程

1.1液化階段

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。

1.2產(chǎn)酸階段

產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌：發(fā)酵性細(xì)菌將復(fù)雜有機(jī)物分解發(fā)酵所產(chǎn)生的有機(jī)酸和醇類，除甲酸、乙酸和甲醇外，均不能被產(chǎn)甲烷菌所利用，必須由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將其分解轉(zhuǎn)化為乙酸、氫和二氧化碳。

耗氫產(chǎn)乙酸菌：耗氫產(chǎn)乙酸菌也稱同型乙酸菌，這是一類既能自養(yǎng)生活，又能異養(yǎng)生活的混合營養(yǎng)型細(xì)菌。它們既能利用 H2+CO2生成乙酸，也能代謝產(chǎn)生乙酸。通過上述微生物的活動(dòng)，各種復(fù)雜有機(jī)物可生成有機(jī)酸和H2/CO2等。

1.3產(chǎn)甲烷階段

產(chǎn)甲烷菌的類群：產(chǎn)甲烷菌包括食氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸產(chǎn)甲烷菌兩大類群，在沼氣發(fā)酵過程中，甲烷的形成是由一群生理上高度專業(yè)化的古細(xì)菌——產(chǎn)甲烷菌所引起的，產(chǎn)甲烷菌包括食氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸產(chǎn)甲烷菌，它們是厭氧消化過程食物鏈中的最后一組成員，盡管它們具有各種各樣的形態(tài)，但它們?cè)谑澄镦溨械牡匚皇顾鼈兙哂泄餐纳硖匦浴Ｋ鼈冊(cè)趨捬鯒l件下將前三群細(xì)菌代謝終產(chǎn)物，在沒有外源受氫體的情況下把乙酸和H2/CO2轉(zhuǎn)化為氣體，產(chǎn)生CH4/CO2，使有機(jī)物在厭氧條件下的分解作用得以順利完成。目前已知的甲烷產(chǎn)生過程由以上兩組不同的產(chǎn)甲烷菌完成。

（1）由CO2和H2產(chǎn)生甲烷反應(yīng)為：CO2+4H2—CH4+H2O

（2）由乙酸或乙酸化合物產(chǎn)生甲烷反應(yīng)為：CH3C00H—CH4+CO2；CH3COONH4+H20—CH4+NH4 HCO3

（3）產(chǎn)甲烷菌的生理特性：產(chǎn)甲烷菌的生長要求嚴(yán)格厭氧環(huán)境，產(chǎn)甲烷菌廣泛存在于水底沉積物和動(dòng)物消化道等極端厭氧的環(huán)境中；產(chǎn)甲烷菌食物簡單產(chǎn)甲烷菌，只能代謝少數(shù)幾種碳素底物生成甲烷；產(chǎn)甲烷菌適宜生存在pH值中性條件下；產(chǎn)甲烷菌生長緩慢。

2.結(jié)束語

沼氣是可再生的清潔能源，既可替代秸稈、薪柴等傳統(tǒng)生物質(zhì)能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明顯高于秸稈、薪柴、煤炭等。

中國農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境的承載力十分有限，發(fā)展農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，不能以消耗農(nóng)業(yè)資源、犧牲農(nóng)業(yè)環(huán)境為代價(jià)，農(nóng)村沼氣把能源建設(shè)、生態(tài)建設(shè)、環(huán)境建設(shè)、農(nóng)民增收鏈接起來，促進(jìn)了生產(chǎn)發(fā)展和生活文明。發(fā)展農(nóng)村沼氣，優(yōu)化廣大農(nóng)村地區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，是中國能源戰(zhàn)略的重要組成部分，對(duì)增加優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)、緩解國家能源壓力具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

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