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沼气的超能力:化腐朽为神奇

2017-12-12 14:31  来源: 新华网

沼气是何方“神圣”?

 

沼气,就是沼泽里的气体,是由意大利物理学家沃尔塔于1776年在沼泽地发现的。沼泽地、污水沟或粪池里,经常冒出一些气泡,我们在这些气泡上划着火柴,就可以把它点燃,这就是自然界的沼气。由于沼气能在空气中燃烧,并且释放大量的热量,因此沼气也是一种能源。

其实,沼气是一种含有多种气体的混合物,主要成分是甲烷,还包括二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等,如果沼气占空气总体积的8 %~20%,就很容易发生爆炸。在适宜的温度和湿度下,农作物的叶茎、杂草、树叶、动物粪便以及生活废弃物等有机物密封在一定的空间里,经过微生物的发酵作用,都会产生沼气,发酵后排出的料液和沉渣,还可以用作肥料和饲料,这种把废物转化为能源的措施令人赞叹,可以说是“化腐朽为神奇”。

沼气作为一种能源,优点多多。广大的农村地区有很多产生沼气的原料,农村居民家庭修建的沼气池产生的沼气用来作为生活能源绰绰有余。例如,修建一个容积为10立方米的沼气池,每天投入相当于四头猪所产粪便的生物残渣,发酵后所产生的沼气就能解决一家人做饭和照明需要的燃料。另一方面,经过发酵的人畜的粪便,以及各种作物秸秆、杂草等既产生了沼气,还可以用作肥料,营养丰富。

 

简单的沼气使用图

 

产甲烷菌:隐身的“大功臣”

 

产生沼气的过程实际上是一个微生物发酵的过程,简单地说是,多种细菌在一定的温湿度、酸碱度和厌氧的环境下,分解有机物,最后产生沼气的过程。在这个过程中,一群隐身的“大功臣”起着重要的作用,它们是各种细菌,我们用肉眼是看不到它们的真实面目的,需要借助电子显微镜。

科学家根据各类细菌在沼气发酵过程中所起的作用,将其分为两大类:第一类细菌叫分解菌,第二类细菌叫产甲烷细菌,通常叫甲烷菌。分解菌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,它们中专门分解纤维素的,叫做纤维分解菌,专门分解蛋白质的,叫做蛋白分解菌,专门分解脂肪的,叫做脂肪分解菌;甲烷菌的作用是把简单的有机物和二氧化碳氧化或还原成甲烷。沼气的产生过程,类似工厂里生产一种产品,需要两道工序:首先是分解细菌将秸秆、杂草、粪便等复杂的有机物加工成半成品(结构简单的化合物);接着在甲烷细菌的作用下,将简单的化合物加工成产品(甲烷)。

产甲烷菌是一种厌氧细菌,广泛存在于水底沉积物和动物消化道等极端厌氧的环境中,只能分解和代谢几种含碳底物,适宜生存在pH值为中性的条件下,并且生长速度缓慢。

 

显微镜下的产甲烷菌

 

沼气池的建造特色

 

利用沼气能源发电,在一定程度上解决了农村生活用电的问题。小型沼气电站优点很多,不仅建设周期短,投资比小型水电站少,还可以进行粮食脱粒和加工、饲料加工和制茶等。沼气工程近年来在农村地区风生水起,那么沼气池的建造有什么特色呢?或者说沼气池的结构要符合哪些规则呢?

1.小。小是指沼气池的容积要小。沼气池越大,不一定产气越多。如果发酵原料不足,管理措施跟不上,池子修得太大,反而造成不必要的浪费。因此国家有关部门推荐了四种容积的沼气池,即4、6、8、10立方米。

2.圆。圆是指沼气池为圆筒形,这种结构施工简便、受力性能好、省材料、省人工,料液在发酵间能充分混合,同时,圆形沼气池的内壁没有直角,这使池子的密封性更好。

3.浅。浅是指沼气池的深度要浅。由于沼气池底部是产气的主要部位,这里发酵原料多,菌种也比较集中。首先,浅的圆池底增大了厌氧微生物与发酵原料的接触面积,有利于提高产气率;其次,浅池的池底压力相对较小,有利于厌氧微生物的活动。因此,修建沼气池时,适当降低其深度,既便于维修管理,提高产气量,又能减轻出料时的劳动量。

 

软体沼气池

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作者: 科学原理一点通   [责任编辑: 吕芮光]