沼气是怎样形成的
沼气是有机物在臭氧条件下,经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。
人们经常看到,在沼泽地、污水沟或粪池里,有气泡冒出来,如果我们划着火柴,可把它点燃,这就是自然界天然发生的沼气。由于这种气体最先是在沼泽中发现的,所以称为沼气。
从根本上说,是一种“发酵”的结果,也就是说,在极严格的厌氧条件下,即在没有氧气的情况下,复杂的有机物经多种微生物的分解与转化作用,特别是“产甲烷菌”的参与,使复杂有机物中的碳素化合物彻底氧化分解成二氧化碳,一部分碳素化合物彻底还原成甲烷的过程。在这种复杂的发酵过程中,二氧化碳是碳素氧化的最终产物,甲烷则是碳素还原的最终产物。被分解的有机碳化物中的能量大部分转化储存在甲烷中;一小部分有机碳化物被氧化成二氧化碳,所释放出的能量则用以满足微生物生命活动的需要。
沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体,它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味 、无臭 、无毒的气体。甲烷分子式是CH4,是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单碳氢化合物 。甲烷对空气的重量比是0.54,比空气约轻一半。甲烷溶解度很少,在20℃、0.1千帕时,100单位体积的水,只能溶解3个单位体积的甲烷。
沼气是利用人畜粪便、动植物遗体以及作物秸秆、干草等的生物能转换而得到的可燃气体。因此,沼气能是绿色能源——生物能的重要组成部分,而且已成为现代新能源的成员之一。
由于沼气这种可燃气体最早是在沼泽、池塘中发现的,因而便由此而得名。
我们通常所说的沼气,并不是天然产生的,而是人工制取的,所以它属于二次能源。
沼气是一种可以不断再生,就地生产就地使用,干净卫生和应用方便的新能源。目前,它既可用烧饭、照明,又可代替汽油、柴油开动内燃机发电,以及用来驱动农机具和加工农副产品。
沼气可用人工制取,制取的方法是:将有机物质如人畜粪便、动植物遗体等投入到沼气发酵池中,经过多种微生物(通常称为沼气细菌)的作用,即可得到沼气。
制取沼气的主要设备是沼气发酵池(也称沼气池)。目前,常用的发酵池的类型较多,其中主要有水压式沼气池、浮动气罩式沼气池和塑料薄膜气袋式沼气池等。
沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体,它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味 、无臭 、无毒的气体.甲烷分子式是CH4,是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单碳氢化合物 .甲烷对空气的重量比是0.54,比空气约轻一半.甲烷溶解度很少,在20℃、0.1千帕时,100单位体积的水,只能溶解3个单位体积的甲烷.
沼气是有机物质在厌氧环境中,在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下,通过微生物发酵作用,产生的一种可燃气体.由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的,所以人们叫它沼气.沼气含有多种气体,主要成分是甲烷(CH4).沼气细菌分解有机物,产生沼气的过程,叫沼气发酵.根据沼气发酵过程中各类细菌的作用,沼气细菌可以分为两大类.第一类细菌叫做分解菌,它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳(CO2)等.它们当中有专门分解纤维素的,叫纤维分解菌;有专门分解蛋白质的,叫蛋白分解菌;有专门分解脂肪的,叫脂肪分解菌;第二类细菌叫含甲烷细菌,通常叫甲烷菌,它的作用是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷.因此,有机物变成沼气的过程,就好比工厂里生产一种产品的两道工序:首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半成品——结构简单的化合物;再就是在甲烷细菌的作用下,将简单的化合物加工成产品——即生成甲烷.农村可用作沼气发酵的原料很多,最常用的是人、畜粪便及各种农作物秸杆、各类青干杂草、食用菌废渣等都是很好的产沼气原料.
人们经常看到,在沼泽地、污水沟或粪池里,有气泡冒出来,如果我们划着火柴,可把它点燃,这就是自然界天然发生的沼气。由于这种气体最先是在沼泽中发现的,所以称为沼气。
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沼气的产生,简单的说,是有机物质在隔绝空气和保持一定水分、温度、酸碱度、碳氮比等条件下,经过多种微生物的分解而产生的。多种微生物(沼气细菌)分解有机物质产生沼气的过程,叫沼气发酵。沼气产生的基本原理,就是厌氧机理,其发酵的生物化学过程,大致可分为液化、产酸、产甲烷三个阶段。
第一阶段(水解阶段):有机物质(碳水化合物、蛋白质、脂肪等)由发酵细菌(纤维素分解细菌、蛋白质分解细菌、脂肪分解细菌等)的作用,将多糖水解成单糖,蛋白质水解成肽和氨基酸,脂肪水解成甘油和脂肪酸,并进一步降解成各种低级有机酸,如乙酸、丙酸、宜春等。同时,还声称氢气和二氧化碳。
第二阶段(产酸阶段):主要是由产氢细菌和乙酸细菌,将丙酸、乙酸和乙醇等分解,形成氢和乙酸,间或有二氧化碳形成。
第三阶段(产甲烷阶段)产甲烷细菌分解乙酸,形成甲烷和二氧化碳,或利用氢还原二氧化碳,形成甲烷,或转化甲酸形成甲烷。在形成的甲烷中,约30%来自氢还原二氧化碳,70%来自乙酸的分解。
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。在沼气发酵初期,以第一、二阶段的作用为主,也有第三阶段的作用;在沼气发酵后期,则是三个阶段的作用同时进行,到一定时间,保持一定的动态平衡才能持续正常地产气。
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沼气是由生物能源转换而来。植物在生长过程中,吸收太阳能贮藏在体内。植物死亡后,在微生物的作用下,有机质发酵分解,产生蕴藏着大量能量的沼气。当沼气燃烧时,这种能量就转变为光和热而被利用。
人工制取沼气的方法叫做厌氧消化,这是在隔绝空气的条件下,利用甲烷细菌使有机物发酵而分解。
20世纪初期,就已作为城市下水的处理方法而得到发展应用。沼气的利用对处理粪便、垃圾有积极作用,可变废为宝,因此它是一项有价值的环保技术。开发沼气资源也是解决农村燃料问题的重要途径之一。
产生沼气的原料为有机物,如人畜粪便、杂草、秸秆、树叶、垃圾等。含有机物在2%以上的工农业生产废渣和废水,如酿造废渣、食品加工废渣以及污水处理厂的剩余污泥和沉淀污泥等,也都可以做原料。
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