对农村沼气甲烷气的认知

【摘 要】随着我国社会主义新农村建设的逐步展开，新型的农村村居、整洁的农村环境、友好的自然生态，都将是实现“中国梦”不可或缺的重要部分。本文通过对农村“沼气工程”的了解，以期更深层次的认知农村沼气（甲烷气）产生的基本过程及未来的发展前景。

【关键词】沼气；过程；前景

随着我国经济的不断发展，人民生活水平的逐步提高，工业、农业、养殖业的协调并进，“大废弃物发酵沼气工程”已经成为我国可再生能源利用和环境保护的切实有效方法。近几年来，社会主义新农村建设在我老家豫东平原的大地上蓬勃发展，政府正在积极地推广沼气事业，使之广泛应用于农村家庭的炊事，并将逐渐发展到照明和取暖。对此，鉴于我所学的专业原因，这激发了我对农村“沼气（甲烷气）”应用的浓厚兴趣，迫切地希望更多的了解“沼气（甲烷气）”。

0.概况

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，由于沼气中含有少量硫化氢，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。

沼气中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可燃烧，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。

沼气是一种混合气体，可以燃烧，它是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体，它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。

1.沼气产生的基本过程

1.1液化阶段

用作沼气发酵原料的有机物种类繁多，如：禽畜粪便、作物秸秆、食品加工废物和废水以及酒精废料等，其主要化学成分为多糖、蛋白质和脂类，其中，多糖类物质是发酵原料的主要成分，它包括淀粉、纤维素、半纤维素、果胶质等，这些复杂有机物大多数在水中不能溶解，必须首先被发酵细菌所分泌的胞外酶水解为可溶性糖、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能被微生物所吸收利用，发酵性细菌将上述可溶性物质吸收进入细胞后，经过发酵作用将它们转化为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类及一定量的氢、二氧化碳。在沼气发酵测定过程中，发酵液中的乙酸、丙酸、丁酸总量称为中挥发酸（TVA），蛋白质类物质被发酵性细菌分解为氨基酸，又可被细菌合成细胞物质而加以利用，多余时也可以进一步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氢等。蛋白质含量的多少，直接影响沼气中氨及硫化氢的含量，而氨基酸分解时所生成的有机酸类，则可继续转化而生成甲烷、二氧化碳和水。脂类物质在细菌脂肪酶的作用下，首先水解生成甘油和脂肪酸，甘油可进一步按糖代谢途径被分解，脂肪酸则进一步被微生物分解为多个乙酸。

1.2产酸阶段

产氢产乙酸菌：发酵性细菌将复杂有机物分解发酵所产生的有机酸和醇类，除甲酸、乙酸和甲醇外，均不能被产甲烷菌所利用，必须由产氢产乙酸菌将其分解转化为乙酸、氢和二氧化碳。

耗氢产乙酸菌：耗氢产乙酸菌也称同型乙酸菌，这是一类既能自养生活，又能异养生活的混合营养型细菌。它们既能利用 H2+CO2生成乙酸，也能代谢产生乙酸。通过上述微生物的活动，各种复杂有机物可生成有机酸和H2/CO2等。

1.3产甲烷阶段

产甲烷菌的类群：产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大类群，在沼气发酵过程中，甲烷的形成是由一群生理上高度专业化的古细菌——产甲烷菌所引起的，产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌，它们是厌氧消化过程食物链中的最后一组成员，尽管它们具有各种各样的形态，但它们在食物链中的地位使它们具有共同的生理特性。它们在厌氧条件下将前三群细菌代谢终产物，在没有外源受氢体的情况下把乙酸和H2/CO2转化为气体，产生CH4/CO2，使有机物在厌氧条件下的分解作用得以顺利完成。目前已知的甲烷产生过程由以上两组不同的产甲烷菌完成。

（1）由CO2和H2产生甲烷反应为：CO2+4H2—CH4+H2O

（2）由乙酸或乙酸化合物产生甲烷反应为：CH3C00H—CH4+CO2；CH3COONH4+H20—CH4+NH4 HCO3

（3）产甲烷菌的生理特性：产甲烷菌的生长要求严格厌氧环境，产甲烷菌广泛存在于水底沉积物和动物消化道等极端厌氧的环境中；产甲烷菌食物简单产甲烷菌，只能代谢少数几种碳素底物生成甲烷；产甲烷菌适宜生存在pH值中性条件下；产甲烷菌生长缓慢。

2.结束语

沼气是可再生的清洁能源，既可替代秸秆、薪柴等传统生物质能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明显高于秸秆、薪柴、煤炭等。

中国农业资源和环境的承载力十分有限，发展农业和农村经济，不能以消耗农业资源、牺牲农业环境为代价，农村沼气把能源建设、生态建设、环境建设、农民增收链接起来，促进了生产发展和生活文明。发展农村沼气，优化广大农村地区能源消费结构，是中国能源战略的重要组成部分，对增加优质能源供应、缓解国家能源压力具有重大的现实意义。

【参考文献】

[1]金泽芳.实施农村沼气工程 促进社会主义新农村建设步伐《宁夏农林科技》，2010（6）.

[2]陈元晓，欧春霞等.农村沼气综合利用技术.现代农业，2011（1）.

[3]张士茹，刘胜海.沼气发酵的基本条件.农民致富之友，2012（22）.

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