【分析】沼气的技术与应用-北极星固废网

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我国资源严重短缺，同时常规农业资源浪费却十分严重，并造成了严重的环境污染，只有发展生态农业才是我国农业的根本出路。生态农业强调循环、再生和可持续发展，而沼气发酵是实现生态农业系统能量转换、物质循环及农业废弃物综合利用的最佳途径和中心环节，是联系生态系统中生产者、消费者和分解者的纽带。

由于发酵产物沼气、沼液和沼渣等能在农业生态农业工程的建设中发挥作用，所以近年来以沼气为纽带的各种农业生态工程技术模式得到快速发展，尤其在减少畜禽养殖业污染物排放等方面产生了良好的效果。

1沼气的产生原理

1.1沼气成分及性质

沼气是一种可燃性气体混合物，主要成分是55～70%甲烷、25～40%CO2、少量H2、H2S、CO、N等。

沼气的主要成分是甲烷。甲烷是无色、无臭的气体，分子式CH4，分子量为16.04，在0℃101325Pa标准状态下，甲烷对空气的相对密度为0.5548，沼气约为0.94;甲烷的热值为35.9MJ/m3，沼气低热值2025MJ/m3[1]。

1.2沼气发酵的基本原理

沼气发酵的实质是微生物自身物质代谢和能量代谢的一个生理过程。

沼气发酵过程中，微生物在厌氧情况下为了取得进行自身的生活和繁殖所要的能量，而将一些高能量的有机物分解，有机物质在转变为简单的低能量成分的同时释放能量以供微生物代谢之用[2]。

沼气的发酵过程

1.2.1第一阶段是液化阶段。由微生物的包外酶(如纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶等)对有机物质进行体外酶解，将多糖水解成单糖或二糖、蛋白质分解成多肽和氨基酸。通过体外酶解将固体物质转变成可溶于水的物质，这些物质进入微生物细胞，参与细胞内的生物化学反应。

1.2.2第二阶段是产酸阶段。上述的水解产物可以进入微生物细胞，在胞内酶的作用下，进一步分解成小分子化合物，例如低级挥发性脂肪酸、醇、醛、酮、脂类、中性化合物、氢气、二氧化碳、游离态氨。其中主要的挥发性酸乙酸最大，约占80%，参与这一阶段的细菌统称为产酸菌。

1.2.3第三阶段是产甲烷阶段。在这一阶段中，产氨细菌大量繁殖和活动，氨态氮浓度增高，挥发酸浓度下降，为产甲烷菌创造了适宜的生活环境，产甲烷菌大量繁殖。

a.由醇和二氧化碳形成甲烷

2CH3CH2OH+CO2→2CH3COOH+CH4

4CH3OH→3CH4+CO2+2H2O

b.由挥发酸形成甲烷

2CH3CH2CH2COOH+2H2O+CO2→4CH3COOH+CH4

c.二氧化碳被氢还原形成的甲烷

CO2+4H2→CH4+2H2O[3]

沼气发酵的三个阶段是相互连接、交替进行的，它们之间保持动态平衡。在正常情况下，有机物质的分解消化速度和产气速度相对稳定。如果平衡被破坏，就会影响产气。若液化阶段和产酸的发酵速度过慢，产气率就会很低，发酵周期就变长，原料分解不完全，料渣就多。但如果前两个阶段的发酸速度过快而超过产甲烷的速度，则会有大量的有机酸积累起来，出现酸阻抑，也会影响产气，严重时会出现“酸中毒”，而不能产生沼气。

原标题：沼气的技术与应用

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