沼气技术应用讲座

沼气技术应用讲座,多维职业技术学校,第一讲,沼气技术应用现状与发展前景,沼气推广利用现状,目前我国推广利用沼气的规模居世界首位国家在2010年就达到2600万口目前的建池量达适宜量的20,沼气作为生态农业技术应用推广效益显著,1.是农村解决燃料问题的重要途径一个35口之家，建个610方的沼气池，就能够解决点灯、做饭问题。2.可以改变农业生产条件，促进农业生产发展，增加农民收入。（1）增加能料产生大量有机肥生产粮食、蔬菜、瓜果等，不但产品质量好、生产成本也低。,3.增加作物的抗灾防害能力沼肥中因存留丰富的氨基酸B族维生素、各种水解酶、某些植物激素和对病虫害有明显抑制作用的物质，所以是各类农作物、花卉、果树蔬菜等的优良有机肥料，对各类作物均具有促进生产、增产、抗灾、抗病虫的功能。施用沼肥不但节省化肥、农药的喷施量，也有利于生产绿色食品。,4.降低农业污染，为无公害农产品生产奠定基础。常用的物质循环利用型生态系统主要有种：种植业养殖业沼气工程三结合、养殖业渔业种植业三结合及养殖业渔业林业三结合的生态工程等类型。其中种植业养殖业沼气工程三结合的物质循环利用型生态工程应用最为普遍，效果最好。,4.降低生活成本，提高经济效益办起沼气后，节省了不少买煤、买农药、化肥的资金，使办沼气的农户减少了日常的经济开支，得到实惠。据生产实际调查，建一个10立方米的玻璃钢沼气池，可减少化肥、农药量节支450-600元；节能节电300元；与大棚结合，增产30%以上，增收1800元；与果窖结合，增效800-1000元，年直接经济效益2200-3500元。下面我们会做进一步的介绍。,沼气生态农业技术应用推广使用中的障碍,观念性障碍效益不明显技术无保障安全隐患多,2.技术性障碍技术上的粗放，使农民一时难以从应用这项技术而得益，有的沼气池甚至变成“淘气池”，大大影响了沼气生态农业技术的推广应用。,3.保障性障碍与其他农技推广一样，沼气生态农业技术推广也需要政策、资金、技术、环境等方面的保障和支持。而沼气生态农业技术又是由沼气工程连结、集种养一体的系统工程，更需要有较为完善的保障体系支撑。就目前来看，在政策上，尽管发展生态农业已成为农村社会经济的必然趋势，但还没有完整的政策法规体系和具体措施保证生态农业建设的顺利实施。,第二讲,沼气的基本知识,沼气是一种可燃性气体,是有机物在无氧（厌氧）的条件下，经微生物分解所产生的一种气体，其主要成份是甲烷（CH4）和二氧化（CO2）。早期人们发现湖泊或沼泽中，常常可以看到有气泡从水底污泥里冒出，将这些气体收集起来可以点燃，所以人们给它起名叫“沼气”。,沼气是一种混合气体,甲烷（CH4）：占5070%，二氧化碳（CO2）占3040%。氧气（O2）：占（1%）氢气（H2）：占（0.55%）一氧化碳（CO）：占（12%）氮气（N2）占（5%以下）此外还有硫化氢（H2S）等气体。甲烷、氢气、一氧化碳和硫化氢是可以燃烧的气体，我们主要是利用这一部分气体的燃烧来获得能量。,化学符号：CH4就是由一个碳原子和四个氢原子组成一个甲烷气体分子,认识甲烷气体,甲烷气体有这么一些特点,1.无色、无味、无臭2.难溶于水甲烷对水的溶解度很小，20时，一百体积水约可吸收3.3体积的甲烷（已换算成标准状态）。40时，一百体积水约可吸收2.4体积的甲烷。由于甲烷对水的溶解度较小，所以，在应用中可以用水封的办法来贮存沼气,3.难液化、可压缩甲烷的临界温度较低，为-82.5（一个大气压下），因此，液化比较困难。需在-82。5，46.4105帕（45.8大气压）下才能液化。但甲烷气体可以压缩，贮存于钢瓶之中备用。,4.温度高、热值高纯甲烷燃烧时呈浅蓝色火焰，每体积甲烷需二体积氧，即约十体积空气。因此，燃烧时必须供给充足的空气。纯甲烷燃烧火焰的最高温度约2000。每立方米纯甲烷的热值为39580千焦，接近一公斤石油的热值。沼气是混合气体，热值低于纯甲烷气体。,关于沼气中的其他气体,二氧化碳,二氧化碳对于水的溶解度极大，20时，一百体积的水约可吸收87.8体积二氧化碳（已换算成标准状态）。40时为53体积。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，提高沼气中甲烷含量和热值。,硫化氢,硫化氢为有毒气体，微量时具有恶臭，沼气中的臭味主要是它造成的。一般沼气中含有万分之几的硫化氢。经燃烧以后，硫化氢被氧化成硫或二氧化硫，失去臭味，毒性减轻。因此使用沼气基本上是安全的。一般直接燃烧可以不去除硫化氢。如果用于内燃机，为防止造成腐蚀，应进行脱除硫化氢处理。,水,关于沼气中的含水量：沼气中含有一定量的水分。含水量的多少直接影响沼气的热值。沼气中实际含水量取决与收集沼气时的温度。一般来讲，沼气在离开消化器时，其含水量是饱和的，而沼气在导气管中冷却使水分凝集。,沼气的爆炸性,在常温下甲烷与空气混合的爆炸极限是515%。沼气与空气按1：10混合时，在封闭条件下，遇火会强烈爆炸，产生一种强大的推动力，因次，沼气也可用来作为动力燃料，开动机器。,沼气的用途有哪些？,沼气不仅是可以燃烧，产生热值。为厨房煮饭、可照明、可发电、可为大棚增温、可为禽舍保温；沼气还可以作气肥，为大棚输送二氧化碳。,开发利用沼气的着眼点是什么？,第一是生态效益农村沼气的开发利用，能有效地缓解农村能源紧缺，保护和恢复森林植被，减少水土流失，促进生态环境的改善。解决燃料和肥料的问题，直接和间接减少化肥、农药对环境的污染。,1.沼肥中的腐殖酸含量10%20%，对土壤团粒的形成起着直接的作用；2.沼肥中的氨态氮和蛋白氮使该有机肥具有缓速兼备的肥效特性；3.沼肥中的纤维等有机成份为疏松土壤及增强土壤有机质含量提供了必不可少的基础；4.沼肥中大量活性微量元素则是提高肥料利用以及增强土壤肥力的因素。长期施用沼肥的土壤，有机质、氮、磷、钾等营养元素的含量明显增加，土壤酶活性增强，土壤物理性状得到不同程度的改善，增加作物对营养的利用和吸收，显著提高土壤肥力。沼肥肥效超过任何一种复合肥。,第二是环卫效益人畜粪便从卫生的角度看是许多疾病的传染源，用沼气池处理人畜粪便可以杀虫灭菌。建造厕所、猪栏、沼气池三结合系统，使人畜粪尿自流入池，经过沼气发酵处理后，可将其中绝大部分寄生虫卵杀灭：血吸虫卵722天被杀灭；蛔虫卵经过90天死亡率为75%；伤寒杆菌存活时间仅为30天；福氏痢疾杆菌经30小时后分离呈阴性，而在一般粪液中可活17天。通过连续三年对普及沼气池和未建沼气池农户菜地土壤样品的调查，前者比后者蛔虫卵的污染减少5076%，污染程度也大大减轻，前者平均每百克泥土含蛔虫卵4.8只，后者高达22.4条。,发展沼气，能减少蚊蝇滋生。通过对建沼气和未建沼气的养殖户调查，结果表明：养猪场苍蝇密度前者比后者降低93%。沼气替代柴、煤，能减轻烧煤所带来的一氧化碳、二氧化硫、三氧化硫等有毒气体和致癌物质的室内空气污染，减少了煤灰等垃圾的处理和对环境的污染。根据对使用沼气做燃料和用煤做燃料的村庄对比调查，前者比后者室内CO浓度降低3.8倍，CO2浓度降低1.4倍，SO2浓度降低3.8倍，飘尘浓度降低4.4倍。发展农村沼气，能有效地保护水源，降低污染，改善水环境的质量。据对普及沼气和未建沼气的两类村庄饮用水源监测：前者比后者细菌总数的合格率提高41.86%78.26%，大肠菌群合格率提高50%，氨氮合格率提高55.02%，氯化物合格率提高56.71%。,第三讲,沼气发生的自然机理,液化阶段与发酵前期细菌菌群,细菌群分解有机物（动植物）变成小分子溶入水中叫做液化（酶解过程）各细菌生理群主要包括蛋白质氨化菌、纤维素分解细菌、梭状芽胞杆菌（Clostridium）、硫酸盐还原细菌，硝酸盐还原细菌和脂肪分解细菌等。,分解有机物的细菌类型,一、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。纤维分解菌分解纤维蛋白分解菌分解蛋白脂肪分解菌分解脂肪,二、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。,产甲烷阶段与产甲烷菌,前二个阶段生成的有机酸等物质被产甲烷细菌分解成甲烷和二氧化碳，或通过氢还原二氧化碳的作用形成甲烷，或以甲基化合物为原料生物合成甲烷，这个过程称为产甲烷阶段。在每一个合成途径中，都有特定的酶。,甲烷菌是自养型严格厌氧菌，属于水生古细菌门（Euryarchaeota），不能利用碳水化合物等有机物作为能源和碳源，都以NH4+作为氮源。大多数产甲烷菌只能利用硫化物，许多产甲烷菌的生长还需要生物素。甲烷菌分布广，最适宜生长的pH值范围是6.87.5，生长温度为1598。,所有产甲烷菌的代谢产物都是甲烷、二氧化碳和水。在厌氧反应中，氢的氧化和二氧化碳的还原相偶联，并决定着甲烷的形成。所以，在一个稳定的消化系统中，产氢和耗氢失衡则发酵不能正常进行。,沼气的制取,发酵原料,农村的沼气发酵原料包括人畜、家禽粪便和作物秸秆、秕壳、青杂草、树叶、农副产品加工的废水剩渣及生活污水等某些有毒植物发酵时对产甲烷细菌无影响，一般木质化程度高的材料产气量较低不适宜做为沼气的发酵原料。,工艺和装备技术,1.发酵的工艺条件一是：严格的厌氧环境不漏水、不漏气二是：合适的发酵温度沼气产气有2个高峰，35和54,2.适宜的酸碱度沼气微生物最适宜的pH值范围是6.87.5，消化器内料液的pH值也应该在此范围内，否则沼气发酵就要受到抑制，甚至停止产气。所以设计沼气发酵装置需要配备检测料液pH值的功能,沼气池,1.沼气池的形式传统的沼气池为砖混结构，施工长，形状近于方体，产气量较低，保温性能差。随着技术的不断改进，混凝土结构、玻璃钢结构和改性塑料结构的沼气池相继出现。并且池体结构是分体组装式的，有椭圆形、圆柱形等，便于运输、安装。,水压式沼气池,发酵池直径为3.2米、深2.3米。进料池和出料池的位置没有固定要求，以方便为原则，但两池边缘应与发酵池的边缘保持15厘米距离。发酵池是沼气池的主体，开挖时应在离池底1.3米处的池壁上及池底边缘挖一圈地梁，宽深均为10厘米。使池底成微凹面，以加强池体的坚固性。另外在进料池与发酵池、出料池与发酵池之间，各挖一个直径30厘米、斜度40的洞，用于安装进料管和出料管。,2.,修沼气池注意的几个问题,1、要有充足的接种物。新池装料前，要收集老沼气池里的沼渣与沼液、粪坑的底脚黑色沉渣、塘泥、城镇污水沟的污泥，以及食品厂、酒厂、屠宰场的污水、污泥，其中都含有丰富的沼气细菌，是良好的接种物。收集以上某一种接种物的数量，要达到发酵原料的10%-30%。把接种物和发酵原料均匀混合，一同加入池内，并及时加水封池。加入沼气池的水可依次选用沼气发酵液、生活废水、河水或塘水等，也可使用井水，但尽量不用自来水。不能使用含有毒性物质的工业废水。,2.必须坚持“四结合”原则“四结合”是指沼气池与畜圈、厕所、日光温室相连，使人畜粪便不断进入沼气池内，保证正常产气、持续产气，并有利于粪便管理，改善环境卫生，沼液可方便地运送到日光温室蔬菜地里作肥料使用。,3.坚持“圆、小、浅”的原则“圆、小、浅”是指池型以圆柱形为主，池容612立方米，池深2米左右，圆形比较省料。密闭性好，牢固。小，是指主池容积不宜过大。浅，是为了减少挖土深度，也便于避开地下水，同时发酵液的表面积相对扩大，有利于产气，也便于出料。,4.坚持直管进料，进料口加箅子、出料口加盖的原则直管进料的目的是使进料流畅，也便于搅拌。进料口加箅子是防止猪陷入沼气池进料管中。出料口加盖是为了保持环境卫生，消灭蚊蝇孳生场所和防止人、畜掉进池内。,5.建地考虑三要素1).建池土质不可稀松，以防沉降，造成漏气。一般自然土层承载力都在10吨以上，建池是可以的。2).建池离树木、竹子等稍远点好。以防植物