什么是沼气?

[拼音]：zhaoqi

[外文]：marsh gas

有机固体废物通过厌氧微生物的生物化学反应生成的甲烷等可燃气体。在自然界中沼气多从沼泽底泥中发生，因而得名。

沼气是1663年舒勒发现的，但不知其化学成分。1776年沃尔塔测出沼气中主要成分是甲烷。1875年波波夫发现甲烷的产生过程是一个微生物作用过程。20世纪初，人们开始用厌氧消化法作处理有机废物的试验。第二次世界大战后，沼气由试验逐步转入实际应用。到50年代中期，许多国家开始大规模生产。

中国在沼气的开发、利用、推广和研究方面，近几年来取得了成就，受到许多国家的重视，对沼气的制取利用已由试验示范进入有计划地成片推广阶段。现在全国共建成户用沼气池700多万个，有21个县基本上普及了沼气。

沼气是有机物在隔绝空气和保持一定的水分、温度、pH值等条件下，经过微生物的分解作用而产生的。细菌分解有机物的过程，大体分为两个阶段:第一阶段是将复杂的高分子有机物转化为低分子的有机物，如乙酸、丙酸、丁酸等；第二阶段是将第一阶段的产物转化为甲烷和二氧化碳，其反应可用下式表示：


在上述过程中，发酵分解是多种细菌共同作用的结果。在第一阶段主要是分解蛋白质、脂肪、碳水化合物的各种细菌起作用。这些细菌一般称为产酸细菌，这个阶段称为酸性发酵期。第二阶段主要是甲烷杆菌、甲烷球菌和甲烷八叠球菌等起作用，称为碱性发酵期。甲烷的产生有以下几种化学反应：

（1）由脂肪酸形成甲烷：

CH3COOH──→CH4＋CO2

4CH3CH2CH2COOH＋2H2O──→

4CH3COOH＋3CH4＋CO2

2CH3CH2CH2COOH＋CO2＋2H2O──→

4CH3COOH＋CH4

（2）由乙醇形成甲烷：

2CH3CH2OH＋CO2──→2CH3COOH＋CH4

（3）由二氧化碳还原形成甲烷：

CO2＋4H2──→CH4＋2H2O

为了使发酵过程持续进行，必须提供和保持各种微生物所需的生活条件。

制取沼气必须具备以下条件：

（1）严格的厌氧环境：是保证发酵制取沼气的决定性因素。

（2）充足和适宜的发酵原料：碳氮之比约为25:1为宜。

（3）适宜的干物料浓度：干物料应占7～9％，夏季应含水稍多，冬季含水略少。

（4）适宜的pH值：一般为7.2～7.6。

（5）适宜的发酵温度:发酵温度范围5～60℃均可。一般有三种发酵温度：常温发酵温度为22～28℃，中温发酵为37℃左右，高温发酵为50～55℃左右。温度越高，原料消化就越快，产气率和杀灭病菌的效率也就高。中国青岛市采用高温发酵处理粪便，各项指标均可达到国家卫生标准，处理后的粪便也不再孳生蝇蛆。高温发酵和中温发酵需要加热装置，投资较大。美国、印度等许多国家多采用中温发酵。中国农村广泛采用常温发酵，而采用中温发酵的较少。

中国农村制取沼气，设备简单，主要是在房后与猪圈、厕所相邻处，建一座6～8立方米混凝土沼气池，使人、畜粪便直接流入池内，再配以少量输气管线即可，结构如图。一般一个五口之家和养两头猪的农户，所排的人、畜粪便，加上每天3～4公斤秸杆发酵制取的沼气，可供烧饭和照明使用。牲畜养殖场则可建较大型的沼气池和沼气发电站。发酵后的物料成为优质有机农肥。

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