1 沼气基本知识

甲烷——最简单的有机物
结构： 正四面体
沼气、坑气 俗称： 天然气的主要成分
2、二氧化碳的性质
二氧化碳可极大地溶于水，为提高 沼气中的甲烷含量和热值，可以利用石 灰水来吸收沼气中的二氧化碳，形成碳 酸钙沉淀。
3、硫化氢的性质
微量时具有恶臭，沼气中的臭味主要来源于它。 一般沼气中仅含万分之几的硫化氢。硫化氢燃烧 后，被氧化成硫或二氧化硫，失去臭味，毒性减 轻。
沼泽、湖泊、坑塘产生的沼气
二、 沼气的来源
沼气发酵是自然界中普遍而典型的物质循环 过程，按其来源不同，可分为天然沼气和人工沼 气两大类。 天然沼气是在没有人工干预的情况下，由于 特殊的自然环境条件而形成的。除自然界厌氧生 态系统外，地层深处的古代有机体在形成石油的 过程中也产生一种近以沼气的可燃气体，叫做天 然气。 人类有意识地模仿自然环境建造沼气池，用 人工的方法制取沼气，就是人工沼气。 人工沼气的性质近似于天然气，但有不同。
产甲烷菌：
隶属于原核生物。其主要生态特征有： ☆严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感； ☆宜于中性偏碱性环境条件下繁殖； ☆菌体倍增时间长，4-5天才系列增殖1 代； ☆只能利用少数简单化合物作营养，但 却都能利用分子氢作代谢能量； ☆代谢最终产物是CH4和CO2。
2．沼气发酵的生物化学过程
有机质 水解菌 糖类 氨基酸 脂肪酸甘油产氢产酸菌 挥发酚 醇类 中性化学物 H 2 CO 2等
(3)第三阶段为产甲烷阶段
在此阶段中，产氨细菌大量活动，使 氨态氮浓度增高，氧化还原降低，为产 甲烷菌生活提供适宜的环境条件。
在甲烷菌的作用下，将不产甲烷阶段 所产生的合成甲烷物质，最后转变为甲 烷。这一阶段是影响沼气发酵速度的 限速步骤。
沼气发酵的三个阶段是相互依赖和连续 进行的，并保持动态平衡。在发酵初期，第 一、二阶段的作用为主，也有第三阶段的作 用；在发酵后期，则是三个阶段的作用同时 进行，到一定时期，保持一定的动态平衡才 能持续而正常地产气。
3．沼气发酵的有机物分解代谢过程
沼气发酵过程十分复杂，其中参与发酵的 主要物质是碳水化合物、蛋白质和脂肪等。
复杂 有机物
碳水化 合物
蛋白质
化合物
类脂 化合物
（1）、总生化反应式
有机物 H 2O 营养物 厌氧微生物 细胞物质 CH 4 CO 2 NH 3 H 2 H 2 S 抗性有机物 热量
硫化氢是一种有毒气体，对金属有较强的腐蚀性，
2 H 2 S O2 2S 2 H 2O 少量热量 2 H 2 S 3O2 2SO2 2 H 2O
几种燃料的燃烧热值
五、沼气发酵的原理
1、厌氧消化微生物
2．沼气发酵的生物化学过程 3．沼气发酵的有机物分解代谢过程 4、沼气发酵的特点
Байду номын сангаас
发酵残渣可作为饲料； 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； 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；
（2）沼气发酵的缺点：
设备较复杂，建设投资较高；
要求高标准的施工、管理和保养； 由于厌氧菌繁殖速度慢，工艺启动时间长；
(2)第二阶段为产酸阶段
第一阶段的液化产物进入微生物细胞， 在酶的作用下，转化成低分子化合物。如 低级脂肪酸、醇等，其中主要是挥发性酸 (包括乙酸、丙酸和丁酸)，乙酸所占比例最 大，约有80％。因此，第二阶段称产酸阶 段。 第一、二两个阶段是一个连续过程， 统称它为不产甲烷阶段。是一个合成甲烷 的准备阶段。
人工沼气和天然气的差异
气体 种类 人工 沼气 天然 气 制取 方法 发酵 法 钻井 法 可燃成 分 甲烷、 氢气 甲烷、 丙烷、 丁烷、 戊烷 含量(%) 热值(千焦/ 米3) 55—70 20000— 29000 90以上 36000左右
三、沼气的成分
沼气是一种混合气体，其主要成分是甲烷。 沼气的组成成分，不仅随生产沼气原料的种 类及比例的不同而有变化，而且因发酵条件 及发酵的不同阶段各有差异。通常情况下， 沼气中甲烷（CH4）含量占60％左右，二氧 化碳（CO2）含量40％左右，另外还有少量 的氢气（H2） 、一氧化碳（CO） 、硫化氢 （H2S） 、氮气（N2）和氨气（NH3）等成 分。甲烷、氢气、一氧化碳等是可以燃烧的 气体。
④甲烷是一种优质的气体燃料，当它与 适量的空气混合完全燃烧时，产生淡蓝色火 焰，并能放出大量的热量。空气中如混有4 ％-5％的甲烷，遇火就会发生爆炸；含甲烷 量达到25％-30％时，对人体会有麻醉作用。 甲烷燃烧的化学反应方程式如下：
CH 4 2O2 CO2 2H 2O 35.91MJ
产甲烷菌
CH 4 H 2 N 2 CO 2 CO H 2 S等
(1)第一阶段为水解阶段
微生物的胞外酶，如纤维素酶、 淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，首先对 发酵池内的有机物质进行体外酶解， 将多糖分解成单糖(或二糖)，将蛋白质 转化成肽和氨基酸，脂肪转化成甘油 和脂肪酸。也就是把固体有机物质转 化成可溶于水的物质。
农村沼气建设与科学管理
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第一篇 沼气基础知识
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第一篇 沼气基础知识
一、什么是沼气
二、 沼气的来源
三、沼气的成分
四、沼气的性质
五、沼气发酵的原理
一、什么是沼气
沼气是自然界中有机物质在适宜的温度、 湿度、酸碱度和厌氧条件下，经过多种微生 物分解转化而产生的一种可燃性气体。由于 这种气体最先是在沼泽中发现的，所以人们 称它为沼气。 沼气，不仅在沼泽、湖泊、坑塘、污水 沟、粪坑中等处能够产生，而且用人工的方 法，给它创造一个适宜产生的环境，也能制 取沼气。
(4)、蛋白质类化合物在厌氧发酵原料中所占比例 变化大，养殖场废物中有时高达20%，其代谢过程 为：
4、沼气发酵的特点
（1）沼气发酵的优点： 沼气发酵后残渣中有机物含量减少； 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； 可产生有用的终产物—甲烷，它是清洁而方 便的燃料； 在沼气发酵过程中杂草种子和一些病原物被 杀灭； 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；
（2）、碳水化合物分解代谢方程式：
乙酸 丁酸 3nCH 4 3nCO2
产酸菌 产甲烷菌
C 6 H 10O5n纤维素 nH 2O 水解 nC6 H 12O6葡萄糖
(3)、脂类化合物在厌氧消化原料中含量低，其代 谢过程为：
类脂化合物水解 脂肪酸 甘油 产酸菌 丙酮酸 乙酸 产甲烷菌 CH 4 CO 2
沼气成分
沼气成分 甲烷（CH4） 二氧化碳（CO2） 氢气（H2） 一氧化碳（CO） 硫化氢（H2S） 氮气（N2） 氨气（NH3） 所占比例 60％左右 40％左右
四、沼气的性质
1、甲烷的性质
①甲烷是一种无色、无味、无毒的气体。 ②甲烷的相对密度为0.55，比空气轻一半。 甲烷的溶解度很小。 ③甲烷的分子结构是一个正四面体，分子 直径很小，只有3.76埃米，扩散速度比空 气快3倍，溶点为-82.5℃，沸点为-61.5℃， 着火点为537.2℃。
1、厌氧消化微生物
沼气的产生，简单地说，是有机物 在隔绝空气和保持一定的温度、湿度、 酸碱度等条件下，经过多种微生物(统称 沼气细菌)的发酵分解而产生的。根据沼 气发酵过程中细菌的作用，沼气细菌可 以分为两大类，第一类细菌叫做分解菌， 第二类细菌叫做甲烷菌。
不产甲烷菌：
指厌氧消化过程中不直接参与甲烷生成反应的 微生物统称，包括水解性细菌和产酸细菌等。 其作用是： ☆为产甲烷菌提供养分； ☆为产甲烷菌创造适宜的氧化还原条件； ☆为产甲烷菌消除部分有毒物质； ☆和产甲烷菌一起，共同维持发酵的pH值。