沼气发展现状报告

沼气发展现状
能源是向自然界提供能量转化的物质，是人类活动的物质基础。

在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。

在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。

当今世界，人类社会发展日益加速，无论是在工业，农业，还是第三产业服务业，高新技术产业，都是处于人类历史上空前发展最快的一个阶段。

社会的发展提高了人类的生活水平，大大加强了社会生产力，同时对能源（如煤，石油）的需求和使用也大幅提高，从汽车内燃机到家用电器，无不需要能源去运作。

人类对能源的利用主要有三大转换：第一次是煤炭取代木材等成为主要能源；第二次是石油取代煤炭而居主导地位；而当今世界是在石油逐渐枯竭的状况下向多能源结构的过渡转换。

世界能源利用现状主要表现为3个特点：1. 受经济发展和人口增长的影响，世界一次能源消费量不断增加； 2. 世界能源消费呈现不同的增长模式，发达国家增长速率明显低于发展中国家；3. 世界能源消费结构趋向优质化。

纵观当今世界能源利用状况，我们仍然以化石燃料作为主要能源，对环境的破坏极大，并且面临着枯竭。

从目前新能源发展状况来看，发展力度仍不够大，对多能源结构的转换仅处于过渡或者说是只是开始的阶段。

所以加大力度发展新能源是人类目前一项重要并且紧迫的工作。

正因如此，整个世界都十分关注新能源的开发。

目前人们主要关注的新能源有以下几类：太阳能，风能，生物质能，核能，氢能，地热能，海洋能，小水电。

相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资
源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。

同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。

沼气，正是新能源之一——生物质能中的一份子。

一.沼气定义：
有机物质在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，经各种微生物发酵及分解作用而产生的一种以甲烷为主要成分的混合可燃气体。

二.沼气发展简史：
沼气发酵是一种古老的有机物发酵方法，广泛存在于自然界。

它是各种有机物在兼性厌氧菌和专性厌氧菌等微生物的联合作用下，进行生物降解并生成有机酸、醇、二氧化碳和氢气等物质，并经产甲烷细菌等微生物进一步厌氧消化转化为以甲烷为主要成分的生物气的过程。

厌氧发酵主要原料是农林废弃物、工业有机废水、畜禽粪便和城市垃圾等“废弃”资源。

厌氧发酵的两个基本功能——降解有机物和产生可燃气体，是生态农业发展的基本推动力。

早在1630 年，Vam Helmeuy 就发现生物质厌氧发酵能产生可燃气体。

1776 年，意大利无力学家Volta 发现沼泽中有可燃气体产生，他认为这种气体的产生与有机质分解有关。

1806 年，Herry 确定这种气体是甲烷。

1868 年Becbamp 首次提出甲烷形成过程是一种微生物学过程，1875 年，俄国学者Popoff 也得到了相同的结论。

1901～1902 年，巴斯德研究所的Maze 获得了一种产甲烷的微球菌，并将其命名为马氏甲烷球菌（Methanococcus mazei）。

1936 年，Barker 发现了能在合成培养基上发酵产乙醇、丙醇和丁醇的有机体，并指出发酵分为产酸和分解酸形成甲烷的两个阶段，同时获得了几个产甲烷细菌的纯培养物，分别命名为甲
烷八叠球菌（methanosarcina methanica）、索氏甲烷杆菌（Mb.soehngenii）等。

1947 年，荷兰学者Sehnellen 又分离出了甲烷八叠球菌属和甲烷杆菌属的两个纯种，命名为methanosarcina barker 和methanobacterium formicicum。

1950 年，美国学者R.E.Hungate 提出了厌氧培养技术，发明了Hungate 装臵，并在实际应用中逐步完善了这套技术，为厌氧微生物的研究创造了前所未有条件，促进了厌氧微生物的分离、培养、纯化、生理生化特征等厌氧微生物学研究的迅速发展。

1967年，Bryant 应用改良的Hungate 技术，将奥氏甲烷芽胞杆菌分离纯化，指出奥氏甲烷杆菌实际上是产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的互营联合体，揭示了种间分子氢转移的理论，为认识厌氧环境中氢的产生、消耗和调节规律奠定了基础。

经过近几十年的努力，科研工作者对产甲烷细菌、硫酸盐还原细菌、光合细菌、梭状芽胞杆菌和其他厌氧细菌沼气的研究获得了极为丰硕的成果。

不仅分离、获得和定名了许多新种新属，而且在群体水平、细胞水平、生物化学水平和分离生物学水平等不同层次上对它们进行了深入而广泛的研究，揭示了这些厌氧微生物的生理生化、能量代谢、生物合成等特征及应用前景。

沼气在我国的应用已经有一个多世纪的历史。

100 多年沼气技术在我国的发展大体上可以分为四个时期，即20 世纪30 年代、50 年代、70 年代以及80 年代以后的时期。

目前，沼气利用技术基本成熟，尤其是产用沼气。

沼气利用经历了三个阶段，1973年～1983 年：仓促发展与回落；1984 年～1991 年：调整与重视科技；1992 年～1998年：回升与效益凸显；1999 年至今：全面提升与快速发展步入了新的发展局面。

早期称沼气为瓦斯，沼气池为瓦斯库。

在19 世纪80 年代末，广东潮梅一带民间就开始了制取瓦斯的试验，到19 世纪末出现了简陋的瓦斯库，并初步懂得了制取瓦斯的方法。

由于当时沼气池过于
简陋，产气较少，没能得到推广应用。

中国农户沼气池历年发展态势我国真正意义上开始开展沼气研究和推广是在20 世纪30 年代。

当时的代表性人物主要有中国台湾省新竹县的罗国瑞，汉口的田立方。

他们从发对帝国主义对中国进行经济侵略和为农村解决燃料问题出发，决心从事天然瓦斯的研究和试验工作，历经10 多年的辛勤工作，研制出了我国第一个较完备且具有实用价值的瓦斯库。

他为了推广该项技术，于1929 年在广东汕头市开办了我国第一个推广沼气的机构——汕头市国瑞瓦斯汽灯公司。

为能在更大范围内推广改技术，他于1931 年将该公司迁至上海，更名为“中华国瑞瓦斯总行”，之后又更名为“中华国瑞瓦斯全国总行”。

总行又在全国各地设立了分行，据考证，当时共在全国设立了14 个省分行，21 个市分行，15 个县分行。

“中华国瑞瓦斯全国总行”于1042 年被日军纵火焚毁而停办，其下的省、市、县也相继关门。

期间，罗国瑞于1933 年开始了沼气技术人员的培训工作，并编写了培训教材《中华国瑞天然瓦斯库实习讲义》。

田立方在1930 年左右设计了带搅拌装臵的圆柱形水压式和分离式两种天然瓦斯库。

由于瓦斯库应用效果较好，所以他于1933 年左右开办了“汉口天然瓦斯总行”，在总行内设立了一个研究机构“汉口天然瓦斯灯技术研究所”和一个人员培训机构“汉口天然瓦斯传习所”。

田立方于1937 年编写了《天然瓦斯（沼气）灯制造法全书》，此书共4 个分册，即《材料要论》、《造库技术》、《工程设计》和《装臵使用》。

“汉口天然瓦斯总行”于1937 年日本侵占武汉时被迫关门。

我国第二次推广沼气是在20 世纪50 年代。

这次全国大办沼气的策源地在武昌，其发起人是30 年代在“汉口天然瓦斯传习所”接受过培训的原中南材料学研究所工程师姜子钢。

武昌办沼气的经验经新闻媒体报道后在全国震动很大，全国各地纷纷派人到武昌学习。

为了适应当时这种形势发展的需要，
农业部于1958 年上半年委托中国农业科学院和北京农业大学举办了全国沼气技术培训班。

1958 年4 月11 日毛泽东主席视察武汉地方工业展览馆参观应用沼气的展览时，指示“这要好好的推广”，从而掀起了沼气在全国推广的高潮，当时全国大多数省（市）、县都办上了沼气。

但由于操之过急，忽视建池质量以及沼气池缺乏正确的管理等原因，当时所建的数十万沼气池大多都废弃了。

我国第三次大规模推广沼气是在20 世纪70 年代，70 年代末期由于农村生活燃料的严重缺乏，在河南、四川、江苏等农村又掀起了发展沼气的热潮。

而且这股热潮很快传遍了全国，短短几年时间内全国累计修建户用沼气池700 万个。

这种搞运动式的推广带来的弊端在短时间内便显现出来，修建的沼气池平均使用寿命只有3~5 年，到70 年代后期既有大量的沼气池报废。

可以说20 世纪50 年代和20 世纪70 年代这两次推广沼气最后都以失败而告终。

这两次推广的失败，特别是70 年代推广的失败为其后沼气在农村的推广和利用造成了严重的负面影响。

直到现在在一些农村地区农民对沼气技术还持有怀疑态度。

这也提醒人们在今后的沼气技术推广应用中一定要严格控制建池的质量和实行科学的管理，唯有如此，才能保证这项技术得到健康发展，真正造福于民。

同时，在这三次规模化的沼气推广中，人们对沼气技术的知识还大都停留在利用其解决燃料短缺的层面上，建沼气池的出发点大都是为了获取燃料用于点灯做饭，也就是说人们看到的只是其作为能源的价值。

人们对沼气技术更深层次的认识和更广范围的应用始于20 世纪80 年代。

20世纪80年代以后沼气技术在我国发展主要有以下几个特点:
1.有了可靠的技术保障。

这方面农业部组织成立了专门的研究协会，一些高效如首都师范大学、浙江农业大学、河南农业大学等也开展了这方面的研究和人
才培养工作。

经过广大科技工作者的努力，在沼气发酵微生物原理和沼气发酵工艺方面都取得了重要进展。

2.沼气池池形和沼气发酵原料有了大的发展和变化。

首先在池形方面，在传统的圆筒形沼气池的基础上，涌现出了许多高效实用的池形，如曲流布料沼气池、强回流沼气池、分离覆罩沼气池、预制板沼气池等。

沼气发酵原料方面实现了秸秆向禽畜粪便的转向，从而解决了利用秸秆作为原料存在的出料难，易结壳等难题。

3.沼气技术的利用途径实现了重大转变，由以前的单一制取能源向改善农村环境卫生、保护生态环境、发展生态农业等多元化利用转变，尤其在生态农业方面的独特作用，更是近年来这一技术得到重视和推广的重要原因。

由于沼气发酵的产物沼气、沼液和沼渣等能在农业生态工程的假设中发挥作用，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，并且产生了良好的效果。

三.沼气发酵：
沼气发酵是一个复杂的微生物学过程，参加发酵的微生物数量巨大，种类繁多，只有了解参加沼气发酵的多种微生物活动规律、生存条件及作用，并按照微生物的生存条件、活动规律要求，去设计沼气池，收集发酵原料，进行正常管理，使参加发酵的各种微生物得到最佳的生长条件，才能获得较多的产气量和沼肥，满足生产、生活需要。

(一)沼气发酵微生物：
在沼气发酵过程中，有发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氧产乙酸菌、食氢产甲烷菌等五大类微生物参加沼气发酵。

它们在发酵过程中的作用及对生存条件的
要求，有以下三个阶段：
第一个阶段落：液化
在沼气发酵中首先是发酵性细菌群利用它所分泌的胞外酶，如纤维酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，对有机物进行体外酶解，也就是把禽畜粪便、作物秸杆、豆制品加工后的废水等大分子有机物分解成能溶于水的单糖、氨基酸、甘油和脂肪等小分子化合物这个阶段叫液化阶段。

第二个阶段：产酸
这个阶段是三个细菌群体的联合作用，先由发酵性细菌将液化阶段产生的小分子化合物吸收进细胞内，并将其分解为乙酸、丁酸、氢和二氧化碳等，再由产氢乙酸菌把发酵性细菌产生的丙酸、丁酸转化为甲烷菌可利用的乙酸、氢和二氧化碳。

另外，还有耗氧产乙酸菌群，这种细菌群体利用氧和二氧化碳生产乙酸，还能代谢糖类产生乙酸，它们能转变多种有机物为乙酸。

液化阶段和产酸阶段是一个连续过程，统称不产甲烷阶段。

在这个过程中，不产甲烷的细菌种类繁多，数量巨大，它们主要的作用是为产甲烷菌提供营养和为产甲烷菌创造适宜的厌氧条件，消除部分毒物。

第三个阶段：产甲烷
在此阶段中，产甲烷细菌群可以分为食氢产甲烷菌和依乙酸产甲烷菌两面三刀大类群。

已研究过的就有70多种产甲烷菌，它们利用以上不产甲烷的三中菌群所分解转化的甲酸、乙酸、氢和二氧化碳小分子化合物等生成甲烷。

发酵微生物的特点：①生长非常缓慢，如甲烷八叠球菌在乙酸上生长时其培增时间为1—2天，甲烷菌丝倍增时间为4—9天；②严格厌氧，对氧气和氧化剂非常敏感，在有空气的条件下就不能生存或死亡；③只能利用少数简单的化合
物作为营养；④它们要求在中性偏碱和适宜温度环境条件；⑤代谢活动主要终产物是甲烷和二氧化碳为主要成分的沼气。

(二)沼气发酵的条件:
沼气发酵是由多种细菌参加完成的，它们在沼气池中进行新陈代谢和生长繁殖过程中，需要一定的生活动条件，只有用人工为其创造适宜生产条件，才能使大量的微生物迅速的繁殖，加快沼气池内的有机物分解。

另一方面控制沼气池内发酵过程的正常运行，也需要一定的条件。

因此，只有满足微生物的生长条件和沼气池正常运行条件，才能获得产气率大、有机沼肥提代多的效果。

综合起来，人工制取沼气的基本条件是：沼气细菌、发酵原理、发酵浓度、PH 值、严格厌氧环境和适宜的温度。

这些条件有一项对沼气细菌不适应，也产生不了沼气。

（1）沼气细菌:
制取沼气必须有沼气细菌才行，这和发面需要有酵母菌一样，如果没有沼气细菌作用，沼气池内的有机物本身是不会转变的沼气的，所以沼气发酵启动时要有足够数量含优良沼气菌种的接种物，这是制取沼气的重要条件。

在农村含有优良沼气菌种的接种物，普遍存在于粪坑底污泥、下水污泥、沼气发酵的渣水、沼气污泥、豆制品作坊下水沟中的污泥，这些含有大量沼气发酵细菌的污泥称为接种物。

沼气发酵加入接种物的操作过程称为接种，新建沼气池头一次装料，如果不加入足够数量含有沼气细菌的接种物，常常很难产气或产生率不高，甲烷含量低无法燃烧。

另外，加入适量的接种物可以避免沼气池以酵初期产酸过多而导致发酵受阻。

（2）足够的发酵原料:
沼气发酵原料是产生沼气的物质基础，又是沼气以酵细菌赖以生存的养粒亚源，因为沼气细菌在沼气池内正常生长繁殖过程中，必须从发酵原料里吸取充足的营养物质，如水分、碳素、氮素、无机盐类和生长素等，用于生命活动，成倍繁殖细菌和产生沼气。

有机物中的碳水化合物如秸杆中的纤维素和淀粉是细菌的碳素营养，有机物中的有机氮如畜粪尿中的含氮物质慢是细菌的氮素营养，当有机物被细菌分解时，一部分有机物的碳素和氮素被同化成菌体细胞，以及组成其他新生物质，另一部全有机物则被产酸细菌分解为简单有机物，后经甲烷菌的作用产生甲烷。

因此，沼气发酵时，原料不仅需要充足而且需要适当搭配。

保持一定的碳、氮比例这样才不会因缺碳素或缺氮素营养而影响沼气的产生和细菌正常繁殖。

（3）发酵原料浓度:
沼气池中的料液在发酵过程中需要保持一定的浓度，才能正常产气运行，如果发酵料液中含水量过少，发酵原料过多，发酵液的浓度过大，产甲烷菌又食用不了那么多，就容易造成有机酸的大量积累，结果使发酵受到阻碍；如果水太多，发酵液的浓度过稀，有机物含量少，产气量就小。

所以沼气池发酵液必须保持一定的浓度，根据多年实践农村沼气池一般采用6%—10%的发酵料液浓度较适宜，在这个范围内，沼气的初始启动浓度要低一些便于启动。

夏季和初秋池温高，原料分解快，浓度可适当低一些；冬季、初春池温低、原料分解慢发酵料液浓度保持在10%为宜。

（4）适当的酸碱度:
酸碱度用PH来表示，把一张PH试纸，伸入经搅拌后的发酵液中，立即取出与PH试纸附带的标准比色卡对比，从颜色的变化就知道发酵液的酸碱度。

沼气发酵细菌最适宜的PH为6.8-7.5，6.4以下7.6以上都对产气有抑制作用。

如果PH在5.5以下，就是料液酸化的标志，其产甲烷菌的活动完全受到抑制。

如沼气初始启动时，投料浓度过高，接种物中的产甲烷菌数量又不足，或者在沼气池内一次加入大量的鸡粪、薯渣造成发酵料液浓度过高，都会因产酸与产甲烷的速度失调而引起挥发酸（乙酸、丙酸、丁酸）的积累导致PH下降。

这是造成沼气池启动失败或运行失常的主要原因。

在沼气发酵过程中，PH变化规律一般是；在发酵初期，由于产酸细菌的迅速活动产生大量的有机酸，使PH下降；但随着发酵继续进行，一方面氨化细菌产生的氨中和了一部分有机酸；另一方面甲烷菌群利用有机酸转化成甲边远，这样使PH又恢复到正常值。

这样的循环继续下去使沼气池内的PH值一直保持在7.0-7.5的范围内，使发酵正常运行。

所以，沼气池内的料液发酵时，只能保持一定的浓度，接种物和适宜的温度，它就会正常发酵，不需要进行调整。

（5）严格的厌氧环境:
沼气发酵中起主要作用的是厌氧分解菌和产甲烷菌。

它们怕氧，在空气中暴露几秒钟就会死亡，就是说空气中的氧气对它们有毒害致死的作用。

因此，严格的厌氧环境是沼气发酵的最主要条件之一，我们根据沼气细菌怕空气的特性，采用了树脂和GRC双封闭的池体，水气封闭性能完全可以达到沼气发酵运生要求；在使用过处程中，只要无硬性撞击和特殊性的意外，在较长的时间内不存在漏气问题。

（6）适宜的温度:
沼气池内发酵液的温度，对产生沼气的多少有很大影响，这是因为在最适宜的温度范围内温度越高，沼气细菌的生长、繁殖越快、产沼气就多。

如果温度不适宜，
沼气细菌生长发育慢、产气就少或不产气。

所以，温度是生产沼气的重要条件。

究竟多高的温度才适宜呢？一般说沼气细菌在8—60℃范围内都能进行发酵。

人们把沼气发酵划分为三个发酵区，即常温发酵区10—26℃，中温发酵区28—38℃，最适温度为35℃；高温发酵区46—60℃，农村的沼气发酵，因为条件的限制，一般都采用常温发酵，我们在沼气池中加装了太阳能增效装臵，如发酵温度低时，可打开太阳能热水器的池内加温阀，将热水引入池内的管状散热器中，为发酵料液补充温度，尤其在冬季，太阳能增效装臵对于沼料发酵和产气率将起到很大作用。

三.沼气原料来源：
（一）按原料来源分:
1．农村发酵原料:①富N原料: 通常是指人、畜和家禽粪便，也包括青草等碳氮比低的原料。

其含氮量高，碳氮比多在25∶1以下，即在沼气发酵的适宜的碳氮比范围内或以下。

这类原料中粪便经过了人和动物的胃肠系统的充分消化，一般颗粒细小，含有大量的低分子化合物——人和动物未吸收的中间产物，含水量较高。

因此，在进行沼气发酵时不必预处理，就容易厌氧分解，产气速度快，发酵周期较短。

②富C原料: 我国农村的另一大类发酵原料是秸秆和秕壳等农作物的残余物。

这类原料富含纤维素、半纤维素、果胶以及难降解的木质素和植物蜡质，含碳量高，其碳氮比多在40∶1以上，比沼气发酵适宜的碳氮比高，称富碳原料。

这些物质的厌氧分解，比富N的粪便原料慢得多，发酵周期较长。

秸秆类富C原料一般干物质含量比富N原料高，且比重小，进沼气池后容易飘浮形成死区——浮壳层。

为了提高原料的产气速率和利用率，这类原料在发酵前一般需要预处理。

2．城镇有机废物废水:主要包括人粪尿、生活污水、有
机垃圾、有机工业废水、废渣和污泥等。

3．水生植物:主要包括水葫芦、水花生、水浮莲和其它水草和藻类等。

这些水生植物利用太阳能的能力很强，繁殖速度快、产量高。

由于组织鲜嫩，容易厌氧分解，作沼气原料，产气快、周期短。

但水葫芦、水花生、水浮莲等水生植物体内有气室，直接进沼气池，容易飘浮。

因此，用作沼气发酵原料时，宜稍晾干或堆沤2天后入池，效果较好。

（二）按原料的形态分:
1．固体原料: 秸秆类、城市有机垃圾等都是固形物，其干物质含量比较高。

它们主要可用于干发酵、坑填发酵。

我国农村还将秸秆用作水压式沼气池的主要启动原料。

它可弥补粪料的不足，缓慢地分解产气，延续产气高峰期。

但是，它也容易在池内结壳、沉渣，造成出料困难。

2．浆液态原料: 主要指人、畜和家禽粪便，它们一般随清洗水排入粪坑，呈浆液态。

鲜粪干物质含量多在20%左右，与水混合后的浆液多在10%上下。

它们可与固态原料混合，进行干发酵，同时也作为我国农村水压式沼气池的主要原料。

另外，污水污泥也属于这一类。

3．有机废水: 如酒精蒸馏废液、酵母厂废水、抗菌素厂废水、豆制品厂废水、制酱厂废水和纸浆废水等，它们含不同量的蛋白质、脂肪和碳水化合物，是产沼气的好原料，比天然有机物易于分解。

一般可用高效的厌氧消化器处理。

四.沼气发展现状：
(一)沼气综合利用：
亦称“三沼利用”（沼气、沼液、沼渣利用）。

将沼气、沼液、沼渣（简称“三沼”）运用到生产过程中，降低生产成本，提高经济效益的一项接口技术措施。

经过多年实践，许多综合利用技术日趋成熟，取得了良好的经济效益和社会效益。

全国开展沼气综合利用项目已达几十个，范围涉及到种植业、养殖业、加。