沼气是怎样形成的

~ 沼气是有机物在臭氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。
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。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。

　　沼气就是指沼泽里的气体。沼气的泛指包括粪肥、污水、都市固体废物及其他生物可降解的有机物质，对于沼气的形成，很多人都不太了解。下面由我为你详细介绍的沼气的相关知识。

　　沼气的形成原因

　　沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧(没有氧气)条件下发酵，即被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。沼气是一种混合气体，可以燃烧。沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。

　　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，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。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。

　　沼气的成分

　　沼气的用途沼气的主要成分是甲烷。沼气由50%～80%甲烷(CH4)、20%～40%二氧化碳(CO2)、0%～5%氮气(N2)、小于1%的氢气(H2)、小于0.4%的氧气(O2)与0.1%～3%硫化氢(H2S)等气体组成。由于沼气含有少量硫化氢，所以略带臭味。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。

　　沼气的主要成分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34000千焦，每立方米沼气的发热量约为20800-23600千焦。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。与 其它 燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料。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。

　　沼气的发展

　　修建沼气池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)。中国于1980年首次分离甲烷八叠球菌成功。目前世界上已分离出的甲烷菌种近20株。

　　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。

　　中国作为能源消费大国，新能源的开发利用对国民经济的可持续发展具有重要的意义，随着农村社会经济的迅速发展，农村能源消耗也日益增大，在此背景下，沼气资源作为一项极具应用前景的新能源，其开发利用是解决能源紧张形势下农村能源供应问题的有效举措，其发展日益受到国家的重视。《中国沼气产业市场前瞻与投资战略规划分析 报告 前瞻》[6]数据显示，2000年以后，中央财政不断加大对农村沼气建设的资金投入，其中，“十一五”以来，中央累计投入农村沼气建设资金212亿元。

　　在中央政策引导及资金投入的支持下，中国沼气产业的规模呈现逐年递增的趋势，尤其是户用沼气池的数量增加明显，已经成为沼气产业的主力。前瞻网认为，中国农村户用沼气池近几年来逐年增加，2000年底，农村户用沼气池达到848万户，2006年底已达到2200万户，2007年底为2650万户，2008年底为2800万户，2009年底为3500万户，2010年底已经超过4000万户，可以看出，户用沼气池数量一直呈现递增的发展趋势，并以平均每年约17%的速度增长。

　　2012年12月25日至26日，全国农村沼气工作会议在四川成都召开。农业部副部长张桃林说，多年来，在中央投资带动下，经过各地共同努力，我国农村沼气发展进入了大发展、快发展的新阶段。截止到2011年底，全国户用沼气达到3996万户，占乡村总户数的23%，受益人口达1.5亿多人;中央支持建成了2.4万处小型沼气工程和3690多处大中型沼气工程，多元化发展的新格局初步形成;全国乡村服务网点达到9万个、县级服务站800多个，服务沼气用户3000万户左右，覆盖率达到75%

　　据农业部规划，“十二五”期间中央投资优先支持向农户集中供气的大中型沼气项目，要在保证“户用沼气”供应的情况下，扩大“沼气用户”，调整沼气发展的布局，通过试点工程的示范带动商业沼气的发展;2015年，农村户用沼气用户达到5000-5500万户。

　　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。目前中国农村户用沼气池的数量达1300万座。而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。

　　沼气发酵的优点

　　1 沼气发酵后残渣中有机物含量减少;

　　2消化后残渣是一种气味很小的固体或流体，不吸引苍蝇或鼠类;

　　3 可产生有用的终产物—甲烷，它是清洁而方便的燃料;

　　4 在沼气发酵过程中杂草种子和一些病原物被杀灭;

　　5 发酵过程中N、P、K等肥料成分几乎得到全部保留，一部分有机氮被水解成氨态氮，速效性养分增加;

　　6 发酵残渣可作为饲料;

　　7 沼气发酵在处理有机物可大量地节省曝气消化所消耗的能量;

　　8 厌氧活性污泥可保存数月而无需投加营养物，当再次投料时可很快启动;

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