沼氣的利用與可持續(xù)性發(fā)展

沼氣的利用與可持續(xù)性發(fā)展1、沼氣的概念沼氣是有機(jī)質(zhì)(作物秸稈、人畜糞便、工業(yè)有機(jī)廢物等)在厭氧的條件下，并在適宜的溫度、PH值下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。沼氣屬于二次能源，并且是可再生能源。因?yàn)槿藗冏畛跏菑恼訚芍邪l(fā)現(xiàn)這種氣體的，所以稱之為沼氣，也有人稱之為“瓦斯”。2、發(fā)展沼氣的重要性目前，世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題已經(jīng)開始阻礙全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各國都在加大對(duì)環(huán)境的污染治理工作，并致力于開發(fā)新型生物質(zhì)能源。能源危機(jī)的產(chǎn)生是由于近200年來，世界各國對(duì)地球化石能源的無限制開發(fā)使用，導(dǎo)致現(xiàn)存的化石能源供應(yīng)短缺，從而影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而環(huán)境污染是指由于人類活動(dòng)產(chǎn)生的有害物質(zhì)或因子進(jìn)入環(huán)境，引起環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化，危害人體健康和生物的生命活動(dòng)的現(xiàn)象。因此經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與能源、環(huán)境之間形成了人類世界進(jìn)步的主要矛盾之一。世界范圍內(nèi)，許多科學(xué)家都在致力于開發(fā)研究新技和新工藝，以期望獲得新型“清潔綠色能源”，健康可持續(xù)發(fā)展與循環(huán)經(jīng)濟(jì)是全球經(jīng)濟(jì)在21世紀(jì)發(fā)展的主要方向。在我國，“資源——產(chǎn)品——污染排放”的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式已經(jīng)不再適應(yīng)當(dāng)前世界范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。該模式要求人們不斷的以越來越高的強(qiáng)度向大自然索取物質(zhì)和能源，然后在人類的生產(chǎn)、生活和消費(fèi)過程中產(chǎn)生的污染廢物不加任何處理的排放達(dá)自然環(huán)境中去，嚴(yán)重污染了人類賴以生存的地球，“傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)”對(duì)資源的利用是單鏈?zhǔn)降?、粗放性的和一次性的。而“綠色經(jīng)濟(jì)”提倡的是一種物質(zhì)循環(huán)流動(dòng)，建立成一種循環(huán)式的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)鏈條，如“資源——產(chǎn)品——再生資源”，在整體經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中大大減少了污染物的排放，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)。為了保護(hù)全球環(huán)境,維護(hù)良好生態(tài)家園，我國近幾年一直致力于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式改善，在黨的十七大報(bào)告中，明確提出了這一點(diǎn)，并要求各級(jí)政府樹立正確的政績(jī)觀和經(jīng)濟(jì)發(fā)展觀[3一9]。作為我國能源體系密不可分的組成部分,農(nóng)村能源占據(jù)著十分重要的地位。為實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)足發(fā)展,以及農(nóng)村居民生活質(zhì)量的有序提高,保障持續(xù)安全的能源供給是促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要前提,也是減緩和應(yīng)對(duì)氣候變化的有力手段。我國農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,帶來了農(nóng)村地區(qū)持續(xù)增加的巨大的能源需求。下圖1-1給出了1995-2011年中國農(nóng)村能源消費(fèi)總量的具體數(shù)值。圖1-1中國農(nóng)村能源消費(fèi)總量從圖1-1可見,我國農(nóng)村總的能源消費(fèi)量在2000年為6.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤3,占當(dāng)年能源消費(fèi)總量的48.6%:2007年為8.84億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,相較2000年的需求量增長(zhǎng)了32.l%。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國農(nóng)村能源供需缺口不斷加大,至2011年,我國農(nóng)村能源年需求量已達(dá)14.97億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。為滿足農(nóng)村地區(qū)正常的生產(chǎn)生活,僅僅依靠常規(guī)能源的供應(yīng)已不足夠。我國國土廣袤,農(nóng)村人口占人口總數(shù)較大比例。2005年,我國農(nóng)村能源總消耗量約計(jì)9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,但人均能耗僅為0.77噸。預(yù)計(jì)到2020年,我國農(nóng)村人均純收入將與當(dāng)前城市人均純收入持平。根據(jù)居民收入與能源消費(fèi)的經(jīng)驗(yàn)比例關(guān)系,在己有能源利用技術(shù)水平下,農(nóng)村能源消費(fèi)的凈增長(zhǎng)量將超過10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,約等于預(yù)測(cè)的屆時(shí)全國一次能源增長(zhǎng)總量。因此,隨著我國社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè),如何保障農(nóng)村能源的來源穩(wěn)定和提高能源利用效率將成為解除農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展瓶頸重要要求。作為當(dāng)前我國農(nóng)村大部分地區(qū)主要的用能方式,直接燃燒稻稈、薪柴等能源利用仍占農(nóng)村地區(qū)能源消費(fèi)總量較大比例,約為60-70%。其他能源,如商品能源、新能源及可再生能源,僅僅起到補(bǔ)充或替代作用。近年來,新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展推動(dòng)商品能源的普及和農(nóng)村新型能源的幵發(fā)利用,農(nóng)村地區(qū)直接焚燒秸稈作為生活用能的情況雖有所減少,但稻稈的燃用量仍保持在35-40%左右。與此同時(shí),我國農(nóng)村能源消費(fèi)仍存在諸多問題亟待解決,如用能品質(zhì)不高、設(shè)備落后、浪費(fèi)嚴(yán)重等。農(nóng)村能源供求矛盾進(jìn)一步加劇,供給側(cè)的嚴(yán)重短缺,不僅限制了農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,不利于農(nóng)村居民生活水平的提高,更阻礙了社會(huì)主義新農(nóng)村的生態(tài)文明建設(shè)。因此,我國農(nóng)村地區(qū)亟須建立一種全新的、安全可靠的可持續(xù)清潔能源系統(tǒng),以推動(dòng)農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,有效保護(hù)農(nóng)村地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。沼氣具有高效、可再生、清潔等特質(zhì),是一種特殊的優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)能源。目前已經(jīng)作為清潔能源被廣泛研究和使用。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界的沼氣使用量,以1.6%的速率增長(zhǎng)。沼氣的使用越多,這就說明沼氣對(duì)國家的能源安全和戰(zhàn)略有著越大潛在的影響。而根據(jù)我國農(nóng)村的能源使用情況,還存在著能源短缺和能源使用過程中污染排放嚴(yán)重的情況,所以對(duì)農(nóng)村紹氣的研究就具有意義。全球的能源危機(jī)和環(huán)境問題使人類將注意力引向清潔可再生能源，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能和生物質(zhì)能。在我國生物質(zhì)能的開發(fā)研究主要應(yīng)用于農(nóng)村，因此發(fā)展農(nóng)村沼氣，可以有效緩解我國的能源問題和污染問題，改變了以往農(nóng)民依靠燃燒秸稈、樹木和煤炭的生活方式，減輕了環(huán)境壓力，保護(hù)森林生農(nóng)村沼氣建設(shè)可持續(xù)發(fā)展研究態(tài)系統(tǒng)，改善了農(nóng)戶的生活衛(wèi)生條件，提高了生活質(zhì)量；同時(shí)國家為了縮短城鄉(xiāng)差距，實(shí)施了新農(nóng)村建設(shè)計(jì)劃，而發(fā)展農(nóng)村沼氣既可以增加農(nóng)戶的收入，又能響應(yīng)積極建設(shè)新型農(nóng)村建設(shè)的國策，可謂一舉兩得。

3、人們對(duì)沼氣的研究的發(fā)展3.1國外對(duì)沼氣的研究意大利物理學(xué)家A.沃爾塔1776年在沼澤地首先發(fā)現(xiàn)沼氣的存在，1916年第一株甲烷菌由俄國人B.=2\*ROMANII.奧梅良斯基分離出來，在1980年我國成功分離出甲烷八疊球菌，目前世界上已經(jīng)分離出的甲烷菌將近20株。1860年法國人L.穆拉將簡(jiǎn)易的沉淀池改進(jìn)成世界上第一個(gè)沼氣發(fā)生器；1925年和1926年，德國和美國分別建造了具有加熱設(shè)施及集氣裝置的消化池，也就是現(xiàn)代的大中型沼氣池的原型。二戰(zhàn)之后,沼氣發(fā)酵工藝在西歐國家雖然得到一定的發(fā)展，但是由于當(dāng)時(shí)石油的廉價(jià)而受到影響和限制"后來由于世界性能源危機(jī)的出現(xiàn),沼氣又開始逐漸受到人們的重視，1955年高速率厭氧消化工藝的產(chǎn)生標(biāo)志了人類對(duì)于沼氣的掌握進(jìn)入一個(gè)新的臺(tái)階，它突破了傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝，大大提高了沼氣池的產(chǎn)氣率，由原來每立方米池容產(chǎn)0.7一1.5立方米沼氣提高到4一8立方米。我國于20世紀(jì)20年代建立了第一個(gè)沼氣池，是由羅國瑞在廣東省潮梅地區(qū)建成的；隨后成立了中華國瑞瓦斯總行，并以此來推廣沼氣技術(shù)。農(nóng)村戶用沼氣使用簡(jiǎn)圖沼氣發(fā)電、供熱綜合利用示意圖3.2我國沼氣的研究發(fā)展3.2.1試驗(yàn)和起步階段20世紀(jì)90年代以前沼氣的發(fā)展較為緩慢，1930年前后,主要用于家庭、商店照。我國最先研究沼氣的是臺(tái)灣省新竹縣羅國瑞，20世紀(jì)20年代形成了實(shí)用和價(jià)值很高的“中華國瑞天然瓦斯庫”，并完善了沼氣池的應(yīng)用技術(shù)和建造結(jié)構(gòu)。1929年夏，“中國天然氣瓦斯燈行”一我國的一個(gè)沼氣商行在汕頭成立，其分行遍布全國十幾個(gè)省市"當(dāng)時(shí)建設(shè)沼氣池所采用的池型結(jié)構(gòu)與我國目前普遍使用的常規(guī)水壓式沼氣池工藝結(jié)構(gòu)基本相似，建材結(jié)構(gòu)均為混凝土，直到現(xiàn)在還有部分沼氣池可以使用。我國于20世紀(jì)50一60年代開始逐步加強(qiáng)對(duì)沼氣的試驗(yàn)和研究，姜子綱，原武漢中南材料科研所的工程，曾在30年代進(jìn)入“中華國瑞天然瓦斯庫”進(jìn)行學(xué)習(xí)研究建造技術(shù)，武漢市于1957年建造了一個(gè)沼氣池，并投入使用，后來毛澤東主席在1958年4月11日前往武漢視察期間參觀了這個(gè)沼氣綜合利用的展覽，并且提出應(yīng)該大力推廣利用沼氣池的想法,隨即得到中央和地方政府的重視，于是全國范圍內(nèi)掀起了一場(chǎng)“大辦沼氣”的群眾運(yùn)動(dòng)；因此接下來的一年里，我國在沒有認(rèn)真研究沼氣厭氧微生物發(fā)酵原理的基礎(chǔ)上，就掀起了沼氣事業(yè)發(fā)展的大高潮，導(dǎo)致缺乏技術(shù)理論指導(dǎo)，從而廢棄了已建的很多沼氣池，現(xiàn)存當(dāng)時(shí)建造的沼氣池能用的已寥寥無幾。20世紀(jì)70年代初，我國農(nóng)村開始出現(xiàn)能源的供需矛盾、農(nóng)民缺乏生活燃料，又開始將注意力轉(zhuǎn)向沼氣池的建設(shè)上，于是又出現(xiàn)了在沒有技術(shù)指導(dǎo)、專業(yè)施工隊(duì)伍和急于求成的情況下掀起的建造沼氣池的熱潮，并很快遍及全國范圍，由于主要靠行政命令推動(dòng)，加上水泥等建池材料不足等問題，當(dāng)時(shí)建成的沼氣池質(zhì)量問題突出，使用年限較短，最終引起人們對(duì)于沼氣池持懷疑不信任的態(tài)度，使我國的農(nóng)村戶用沼氣池?cái)?shù)量從1970年的6000戶發(fā)展到1980年的723萬戶。經(jīng)過了再一次的失敗之后，我國政府開始重視沼氣池的理論研究，著手技術(shù)指導(dǎo)這一領(lǐng)域,在1979年成立了農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所，同年11月農(nóng)村能源專業(yè)委員會(huì)成立，由中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)設(shè)立。1980年1月中國能源研究會(huì)設(shè)立了農(nóng)村能源專業(yè)委員會(huì)。鄧小平同志于1980年7月10日到成都視察農(nóng)村沼氣建設(shè)，對(duì)沼氣有了更深入的認(rèn)識(shí)，并提出沼氣發(fā)展的方向，要求各級(jí)政府認(rèn)真做好因地制宜工作，以解決農(nóng)村能源供給不足的問題。1980年10月成立了中國沼氣協(xié)會(huì)，同時(shí)舉辦了全國第一次農(nóng)村能源學(xué)術(shù)研討會(huì)。1982年11月，在成都舉辦了全國第二次農(nóng)村能源學(xué)術(shù)研討會(huì)，此次會(huì)議形成了國家農(nóng)村能源建設(shè)的16字方針，即:“因地制宜、多能互補(bǔ)、綜合利用、講求實(shí)效”。我國農(nóng)牧漁業(yè)部在“六五”期間先后安排了沼氣建設(shè)重點(diǎn)縣72個(gè),開始大力推廣沼氣的應(yīng)用，至1987年我國用上沼氣的農(nóng)戶己近450萬戶。1989年3月24日江澤民同志在談到主要的節(jié)能措施中，特別提到，要加快推動(dòng)城市煤氣化建設(shè)進(jìn)程和農(nóng)村沼氣化進(jìn)程。在我國政府的大力支持下，逐漸加強(qiáng)了對(duì)沼氣發(fā)酵的科學(xué)研究工作,并通過國際間的學(xué)術(shù)交流工作，使我們更加認(rèn)識(shí)了沼氣發(fā)酵的微生物原理。在沼氣池工程工藝的研究方面，也逐步向世界先進(jìn)水平靠攏，使我國沼氣建設(shè)走上了依靠技術(shù)、保證質(zhì)量、建管并重的發(fā)展道路，并逐步形成以節(jié)能、環(huán)護(hù)和綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)為目標(biāo)的發(fā)展方向。3.2.2技術(shù)突破和工藝完善經(jīng)過不斷的科研工作和探索階段，我國沼氣池建設(shè)無論在技術(shù)，還是工藝方面都取得了重大突破。研究出了適應(yīng)不同氣候，不同地理?xiàng)l件的沼氣池池型，開發(fā)出了使用方便。安全的進(jìn)出料工藝結(jié)構(gòu)，采用了混凝土澆筑施工的工程工藝，為了解決過去進(jìn)出料周期短!沼氣池壽命短、不安全等技術(shù)難題而制定了一系列沼氣池建設(shè)的國家標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，形成沼氣池與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)鏈結(jié)構(gòu)，如南方的“豬一沼一果”模式、北方的“四位一體”模式、“八五”和“九五”期間平均每年新增沼氣池用戶36萬戶和75萬戶，其中有55%的沼氣池完成了沼氣的綜合利用,如推廣北方的“四位一體”能源生態(tài)模式和南方“豬一沼一果”能源生態(tài)模式,與此同時(shí)也建設(shè)了大中型畜禽糞便處理的沼氣工程。3.2.3快速發(fā)展階段我國對(duì)農(nóng)村沼氣的建設(shè)投入了大量的人力、物力。2001一2005年的“十五”期間，我國政府為了穩(wěn)步推進(jìn)沼氣建設(shè)，將農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收和生態(tài)環(huán)境改善三駕馬車相結(jié)合；總共建設(shè)沼氣池357.60萬戶，累計(jì)投入35.34億元；建造養(yǎng)殖場(chǎng)的大中型沼氣工程120處，投資8115萬元。到2005年底,全國戶用沼氣數(shù)量達(dá)到了1807萬戶，年產(chǎn)沼氣量約為70億立方米，折合成標(biāo)準(zhǔn)煤約有500萬噸。已建的大中型養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程有3556處，年可處理8700萬噸畜禽糞便等廢棄污染物，年產(chǎn)沼氣總量約2.3億立方米，折合成標(biāo)準(zhǔn)煤約17萬噸，增加了經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。2005年10月11日，中國共產(chǎn)黨第十六屆中央委員會(huì),第五次全體會(huì)議通過《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃的建議》中指出：“大力普及農(nóng)村沼氣,積極發(fā)展適合農(nóng)村特點(diǎn)的清潔能源”。2006年、2007年、2008年、2009年連續(xù)四年將沼氣建設(shè)寫入中央一號(hào)文件。2006年，農(nóng)業(yè)部提出并實(shí)施了生態(tài)家園富民行動(dòng)，重點(diǎn)推廣以沼氣為重點(diǎn)的清潔能源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源利用高效化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無害化和家居環(huán)境清潔化。表3.1國家財(cái)政投入2006一2010年，新建農(nóng)村戶用沼氣2300萬戶,其中國家補(bǔ)助投資建設(shè)1300萬戶，平均每年新建450萬戶。2008年底我國農(nóng)村沼氣池已達(dá)2800萬戶。2008年底不完全統(tǒng)計(jì)全國大中型沼氣工程約8000處。依據(jù)《全國農(nóng)村沼氣工程建設(shè)規(guī)劃(2006一2010)》，2006一2010年，新建大中型沼氣工程4000處，平均每年新建800處。4.沼氣發(fā)酵的原理以及應(yīng)用4.1沼氣發(fā)酵的原理4.1.1發(fā)酵的基本流程沼氣發(fā)酵微生物是人工制取沼氣的最重要因素，有了大量的沼氣微生物，并使各種類群的微生物獲得基本的生長(zhǎng)條件，沼氣發(fā)酵原料才能在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣發(fā)酵過程中主要有五大菌群（發(fā)酵性細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、耗氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌）參與活動(dòng)。

4.1.1發(fā)酵反應(yīng)中的微生物①發(fā)酵性細(xì)菌：一些不溶性物質(zhì)被發(fā)酵性細(xì)菌所分泌的胞外酶水解為可溶性糖肽、氨基酸和脂酸，再將吸入細(xì)胞，發(fā)酵為乙酸、丙酸、丁酸等和醇類及一定量的H2及CO2。②產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌：除甲酸、乙酸和甲醇外的物質(zhì)均不能被產(chǎn)甲烷菌所利用，所以必須由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將其分解轉(zhuǎn)化為乙酸、氫和二氧化碳。

③耗氫產(chǎn)乙酸菌：它們既能利用H2+CO2生成乙酸，也能代謝糖類生成乙酸。

④產(chǎn)甲烷菌（食氫、食乙酸）：它們?cè)趨捬鯒l件下將前三群細(xì)菌代謝的終產(chǎn)物，在沒有外源受氫體的情況下，把乙酸和H2、CO2轉(zhuǎn)化成CH4+CO2。產(chǎn)甲烷菌廣泛存在于水沉積物和動(dòng)物消化道等極端厭氧的環(huán)境中。4.1.2沼氣的發(fā)酵條件沼氣發(fā)酵就是培養(yǎng)和積累厭氧消化細(xì)菌，使細(xì)菌具有良好的生活條件；只有首先做到了這一點(diǎn)，才有可能獲得較好的沼氣產(chǎn)量或污水處理效率。微生物的生命活動(dòng)要求多種條件，其中主要條件包括發(fā)酵原料、厭氧活性污泥、消化器負(fù)荷、發(fā)酵溫度、pH值、碳氮比、有害物質(zhì)的控制及均質(zhì)等。（1）發(fā)酵原料的種類及其碳、氮配比

發(fā)酵原料既是產(chǎn)生沼氣的底物，又是沼氣發(fā)酵細(xì)菌賴以生存的養(yǎng)料來源。發(fā)酵原料的C:N比：是指原料中有機(jī)碳素與氮素含量的比例關(guān)系，因?yàn)槲⑸锷L(zhǎng)對(duì)碳和氮有一定要求，其利用速度是20-30倍的關(guān)系，因此發(fā)酵原料的碳氮比20—30:1，或者BOD5:N:P=200:5:1為宜。(2)足夠的接種物(微生物量)

厭氧活性污泥是由厭氧消化菌與懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)結(jié)合在一起形成的具有很強(qiáng)分解有機(jī)物能力的凝絮體，顆粒體或附著膜。厭氧微生物(厭氧活性污泥)是沼氣發(fā)酵的主體。接種量一般為發(fā)酵液10%—50%；當(dāng)采用老沼氣池發(fā)酵液體作為接種物時(shí)，接種量應(yīng)占總發(fā)酵液的30%以上。(3)嚴(yán)格的厭氧環(huán)境

沼氣微生物的核心菌群------產(chǎn)甲烷菌是一種厭氧性細(xì)菌，對(duì)氧特別敏感，這類菌群的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、代謝等生命活動(dòng)過程中都不需要空氣?？諝庵械难鯐?huì)使其生命活動(dòng)受到抑制，甚至死亡。因此正常沼氣發(fā)酵，其發(fā)酵液的氧化還原電位越低越好（不產(chǎn)甲烷階段+100~--100mV,產(chǎn)甲烷階段--150~--400mV），發(fā)酵環(huán)境處于無氧狀態(tài)。(4)適宜的發(fā)酵溫度

高度溫發(fā)酵：50-65℃，最適溫度為55±2°C；

中溫發(fā)酵：20-45℃，最適溫度為35±2°C；

偏低溫發(fā)酵：10-20℃；

常溫發(fā)酵：隨自然溫度而變化的發(fā)酵(5)pH值與堿度

pH值：厭氧消化最適宜的pH值為6.8——7.4。當(dāng)pH值6.4以下或7.6以上，都會(huì)對(duì)厭氧微生物產(chǎn)生不同程度的抑制作用，導(dǎo)致產(chǎn)氣減少或中止。堿度：指消化液中含有能與強(qiáng)酸相作用的所有物質(zhì)的含量。主要以重碳酸鹽，碳酸鹽，氫氧化物三種形式存在。這些物質(zhì)可與揮發(fā)酸發(fā)生反應(yīng)，使pH值不會(huì)有太大變動(dòng)。（6）毒性化合物一般情況下，農(nóng)作物秸稈中不會(huì)含有大量有毒物質(zhì)，但畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)和工廠中的有機(jī)廢水中常含有消毒和防疫的藥物或者重金屬等有毒物質(zhì)，這些有毒物質(zhì)會(huì)抑制厭氧微生物的生長(zhǎng)、代謝及繁殖等。例如，有些有機(jī)氯（CH2Cl2,CHCl3和CCl4等）毒性很強(qiáng)，如氯甲烷濃度在1mg/L,左右，常引起產(chǎn)甲烷菌的中毒而使發(fā)酵失敗。4.1.3發(fā)酵反應(yīng)沼氣發(fā)酵是一個(gè)比較復(fù)雜的生物化學(xué)變化過程,在此期間有很多微生物參與反應(yīng)過程,該過程大致分為三個(gè)階段:1、水解、發(fā)酵階段，在適宜的環(huán)境條件下,利用微生物的新陳代謝作用來水解、發(fā)酵復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)。例如，多糖先水解為單糖，再通過酵解途徑進(jìn)一步發(fā)酵成乙醇和脂肪酸，如丙酸、丁酸、乳酸等；蛋白質(zhì)則先水解為氨基酸，再經(jīng)脫氨基作用產(chǎn)生脂肪酸和氨。2、產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段，此階段是由一類專門的細(xì)菌，稱為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化為乙酸、H2和CO2。其反應(yīng)如下:對(duì)乙醇:對(duì)丙酸:對(duì)丁酸:3、產(chǎn)甲烷階段,由產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用乙酸和H2和CO2，產(chǎn)生CH4。研究表明厭氧生物處理過程中約有70%CH4產(chǎn)自乙酸的分解,其余少量則產(chǎn)自H2和CO2的合成。下面是兩個(gè)典型的產(chǎn)甲烷反應(yīng):利用乙酸：利用H2和CO2：上述的反應(yīng)過程可以用以下的流程圖進(jìn)行表示：厭氧生物處理的三階段理論4.2沼氣的應(yīng)用4.2.1“單一”模式

該模式只建一處6-10沼氣池，投資少,利用單一,主要解決用戶的生活用能。沼氣池發(fā)酵原料靠人工收集、添加,費(fèi)工費(fèi)料,操作不便,產(chǎn)氣量不均。4.2.2“三結(jié)合”模式

該模式是以沼氣池為核心,因地制宜地將畜禽舍、沼氣池和種植業(yè)相結(jié)合的庭院經(jīng)濟(jì)型模式。其特點(diǎn)是畜禽聯(lián)養(yǎng)，圈、廁、池三者一體，種、養(yǎng)、池有機(jī)結(jié)合,使生物種群互惠共生,能流物流良性循環(huán)的生態(tài)體系。4.2.3“一池三改”模式

該模式建一個(gè)6-10沼氣池，把改造廁所、廚房、畜禽圈舍與沼氣池結(jié)合起來。農(nóng)戶養(yǎng)殖3-5頭豬,人畜糞便全部進(jìn)入沼氣池發(fā)酵,廚房?jī)?nèi)磚壘灶臺(tái),臺(tái)面貼瓷磚,地面硬化,灶臺(tái)、廚柜、水池布局合理,配備不銹鋼灶具和電子點(diǎn)火沼氣燈。該模式具有土地利用集約化、資源利用合理化、日常管理方便化、生活環(huán)境衛(wèi)生化等特點(diǎn),改廁、改圈、改廚與沼氣池同時(shí)完成,是廣大農(nóng)戶最易接受的模式。4.2.4“豬-沼-果”模式

該模式以果園為基礎(chǔ),在園中建一個(gè)沼氣池,沼氣池上面建豬舍、廁所。根據(jù)果園大小,確定養(yǎng)殖畜禽的數(shù)量和沼氣池的大小。一般1hm2果園適宜養(yǎng)殖75-120頭豬,建沼氣池150-225m3,即可基本滿足所需肥料和農(nóng)戶生活、生產(chǎn)用能。該模式也可在蔬菜園、花卉園推廣,形成“豬-沼-菜、豬-沼-花”等模式,可增收節(jié)支30000多元。南方“豬-沼-果”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式4.2.5“生態(tài)家園”模式

該模式在“一池三改”的基礎(chǔ)上,在庭院內(nèi)種植葡萄等經(jīng)濟(jì)作物,既綠化美化庭院,又能增加經(jīng)濟(jì)收入,并配備太陽能熱水器等生活用品,實(shí)現(xiàn)家居溫暖清潔化、庭院經(jīng)濟(jì)高效化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無害化。4.2.6“生物鏈工程”模式

該模式是建一處10m3沼氣池,飼養(yǎng)100只雞,10頭豬,012hm2魚塘,種0133hm2農(nóng)田。以沼氣為中間環(huán)節(jié),通過飼料-養(yǎng)雞-雞糞+沼液+飼料-喂豬-豬糞便-沼氣池-產(chǎn)生沼氣作為生活用能,沼液、沼渣喂魚,部分沼渣、沼液、魚塘污泥肥田,形成一個(gè)綠色、高效、綜合性的生態(tài)農(nóng)業(yè)鏈,促進(jìn)種養(yǎng)業(yè)的專業(yè)化、集約化、規(guī)?；?jīng)營。

4.2.7“四位一體”模式該模式以土地資源為基礎(chǔ),太陽能為動(dòng)力,沼氣為紐帶,將太陽能溫室或大棚、畜禽養(yǎng)殖、沼氣建設(shè)和蔬菜種植有機(jī)結(jié)合,四者相互依存,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氣和積肥同步,種植養(yǎng)殖并舉,能流物流的良性循環(huán)。一般1hm2太陽能溫室或大棚,建沼氣池150m3左右,養(yǎng)殖75-150頭豬,沼氣池、豬舍建在大棚一側(cè),形成主體種養(yǎng)。豬糞進(jìn)入沼氣池,產(chǎn)生沼氣用于農(nóng)戶做飯、照明,大棚內(nèi)安裝3-5只沼氣燈,沼氣燈每天早9點(diǎn)和下午3點(diǎn)左右,點(diǎn)燃1-2h,熱量供大棚增溫,釋放的CO2作為農(nóng)作物氣肥,沼渣作為基肥,沼液兌水后作為追肥施用,年可增收節(jié)支30000多元。北方“四位一體”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式4.2.8“五配套”生態(tài)模式

該模式適宜于干旱少雨及冬季嚴(yán)寒等自然條件較差的地區(qū)。此模式使果(蔬)園、沼氣池、太陽能圈舍、水窖及集雨場(chǎng)所和節(jié)水滴灌相配套,其特點(diǎn)是有利于沼氣池冬季正常產(chǎn)氣、畜禽生產(chǎn)及保證果(菜)園生產(chǎn)用水和人畜飲水需求,實(shí)現(xiàn)種植、養(yǎng)殖、積肥、集雨和節(jié)水灌溉等多方面的有機(jī)結(jié)合。

西北“五配套”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式

4.2.9“生活污水凈化沼氣工程”模式

該模式適應(yīng)于城市排水管網(wǎng)沒有覆蓋的區(qū)域及村鎮(zhèn),建造生活污水凈化沼氣池,利用厭氧消化和好氧相結(jié)合的辦法處理城鎮(zhèn)生活污水。該模式凈化功能強(qiáng),運(yùn)行穩(wěn)定,投資少,不耗能,就地處理效果好,達(dá)到國家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.10“大中小型畜牧場(chǎng)沼氣工程”模式

該模式投資較大,沼氣池多為地上,并配有儲(chǔ)氣裝置和比較完善的工藝流程,它包括對(duì)各種原料的預(yù)處理,發(fā)酵工藝的優(yōu)選,殘留物的后處理及沼氣的凈化、計(jì)量、儲(chǔ)存及應(yīng)用。大中型沼氣工程模式還適應(yīng)于工業(yè)企業(yè)的環(huán)境污染治理,如酒廠、酒精廠等.5沼氣發(fā)展可持續(xù)性討論5.1農(nóng)村沼氣發(fā)展中存在的問題由于技術(shù)、管理、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展等原因,沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨著以下問題:農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)生了巨變,國家農(nóng)村沼氣的推廣方式?jīng)]有跟上；全國“一刀切”的推廣方式脫離實(shí)際；雖然形成了3種主要發(fā)展模式并有一定規(guī)模的發(fā)展,卻尚未普及；沒能真正調(diào)動(dòng)農(nóng)民的積極性,靠政府的行政手段盲目推進(jìn)；產(chǎn)業(yè)發(fā)展極其緩慢,雖國家加大了推進(jìn)力度,卻仍是收效甚微；重建輕管，沼氣池使用壽命短、供氣不足，并存在極大的安全隱患；農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移造成勞動(dòng)力不足，管護(hù)困難；養(yǎng)殖的集約化造成原料短缺等。5.2原因分析

5.2.1農(nóng)戶自身的原因。從農(nóng)戶自身情況分析,外出打工人口比例、家庭留守人員受教育程度、畜禽養(yǎng)殖數(shù)量、是否位于糧食主產(chǎn)區(qū)等是阻礙農(nóng)村沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要原因。家庭收入隨著外出打工人口比例增加,農(nóng)戶就有可能選擇液化氣等其他替代能源,而家庭留守人員可能是老幼病弱,勞動(dòng)力不足,這就給沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了很大的困難。家庭留守人員受教育程度是農(nóng)戶對(duì)沼氣接受程度和使用能力的一種直接反映,受教育程度越高,沼氣使用的可能性越大。畜禽養(yǎng)殖業(yè)為沼氣生產(chǎn)提供了充足的原料,若畜禽養(yǎng)殖數(shù)量少,就無法為沼氣提供足夠的肥源,氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而且將減少秸稈直接燃燒所造成的農(nóng)村環(huán)境污染問題[7]。

5.2.2技術(shù)人員缺乏,管理不到位沼氣生產(chǎn)和使用技術(shù)已相當(dāng)成熟,但出料頻繁、出料難、沼氣池清理難等問題仍然存在。另外,沼氣生產(chǎn)和使用的相關(guān)知識(shí),僅由少數(shù)的專業(yè)人員掌握,由于缺乏相關(guān)的技術(shù)培訓(xùn),用戶使用不熟練,遇到問題得不到解決,阻礙了沼氣產(chǎn)業(yè)的普及推廣。另外,雖然國家對(duì)沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來越重視,但由于宣傳力度不夠,且農(nóng)民自身受教育程度不高,對(duì)沼氣建設(shè)獲得的益處不是很了解,也制約了沼氣的推廣。同時(shí),沼氣建設(shè)缺少相關(guān)技術(shù)人員,相關(guān)問題得不到及時(shí)解決,設(shè)備得不到及時(shí)的維護(hù)、更新,導(dǎo)致沼氣設(shè)備使用壽命短,以致荒廢[5]。

5.2.3經(jīng)濟(jì)原因國家為了減少因農(nóng)村大量直接燃燒秸稈、薪柴等對(duì)環(huán)境造成的污染,也為了盡快讓農(nóng)戶接受沼氣這一新型可再生能源,減輕能源危機(jī),在建設(shè)沼氣池時(shí)國家會(huì)提供一定比例的財(cái)政補(bǔ)貼。由于補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一,補(bǔ)助力度不夠,直接降低了基層干部動(dòng)員農(nóng)戶建沼氣池的積極,沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。

5.3對(duì)策建議

5.3.1加大宣傳力度,鼓勵(lì)農(nóng)戶自愿建設(shè)加強(qiáng)沼氣建設(shè)的宣傳工作,利用廣播、電視、現(xiàn)場(chǎng)演示、發(fā)放科普材料等形式進(jìn)行大力宣傳,讓基層干部和廣大老百姓真正了解沼氣建設(shè)的好處,把建沼氣池由“上級(jí)動(dòng)員我干”變?yōu)椤拔抑鲃?dòng)要求干”的自覺行動(dòng)；讓老百姓充分認(rèn)識(shí)到沼氣池完全是自建、自用、自受益,還能獲得一定的財(cái)政補(bǔ)貼,以此來提高農(nóng)戶沼氣建設(shè)積極性,推進(jìn)沼氣池建設(shè)工作。

5.3.2健全機(jī)制,完善體系建立健全沼氣池建設(shè)工作機(jī)制、競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制、激勵(lì)機(jī)制、服務(wù)機(jī)制。在建設(shè)沼氣項(xiàng)目時(shí),應(yīng)該讓具備條件和有積極性的農(nóng)戶先建,條件暫不具備和積極性不高的后建,并予以技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的支持和鼓勵(lì),以提高積極性。同時(shí),應(yīng)建立以縣能源辦、大專院校、科研機(jī)構(gòu)、能源公司為依托,建設(shè)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)服務(wù)站為支撐,以村服務(wù)點(diǎn)為基礎(chǔ),以農(nóng)民沼氣服務(wù)技術(shù)員為骨干的沼氣服務(wù)網(wǎng)點(diǎn),完善沼氣建設(shè)服務(wù)體系,為使用沼氣的農(nóng)戶提供優(yōu)質(zhì)、規(guī)范、高效、安全的服務(wù),加快鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村級(jí)沼氣服務(wù)站、點(diǎn)建設(shè)工作。

5.3.3重建重管,加強(qiáng)培訓(xùn)要加強(qiáng)工程建設(shè)的監(jiān)督和管理,組織專門人員進(jìn)村、到社、入戶,監(jiān)督工程建設(shè)質(zhì)量并做好建后服務(wù)指導(dǎo)工作；抓好建檔和跟蹤工作,掌握用戶的基礎(chǔ)檔案和聯(lián)系方式,做好建后跟蹤服務(wù)；抓好項(xiàng)目、合同、財(cái)務(wù)、隊(duì)伍、技術(shù)、信息、服務(wù)等管理,不斷推進(jìn)沼氣建設(shè)、鞏固、發(fā)展工作。要重視沼氣管理和隊(duì)