Ecological Our ecovillage Plan 生態村: 沼氣的基本知識與工法

2011年3月16日星期三

沼氣的基本知識與工法

1 沼氣的基本知識

1.1 沼氣及其產生過程

沼氣是有機物質在厭氧環境中，在一定的溫度、濕度、酸鹼度的條件下，通過微生物發酵作用，產生的一種可燃氣體。由於這種氣體最初是在沼澤、湖泊、池塘中發現的，所以人們叫它沼氣。沼氣含有多種氣體，主要成分是甲烷(CH₄)。沼氣細菌分解有機物，產生沼氣的過程，叫沼氣發酵。根據沼氣發酵過程中各類細菌的作用，沼氣細菌可以分為兩大類。第一類細菌叫做分解菌，它的作用是將複雜的有機物分解成簡單的有機物和二氧化碳(CO₂)等。它們當中有專門分解纖維素的，叫纖維分解菌；有專門分解蛋白質的，叫蛋白分解菌；有專門分解脂肪的，叫脂肪分解菌；第二類細菌叫含甲烷細菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把簡單的有機物及二氧化碳氧化或還原成甲烷。因此，有機物變成沼氣的過程，就好比工廠裏生產一種產品的兩道工序：首先是分解細菌將糞便、秸稈、雜草等複雜的有機物加工成半成品——結構簡單的化合物；再就是在甲烷細菌的作用下，將簡單的化合物加工成產品—— 即生成甲烷。

1.2 沼氣的成分

沼氣是一種混合氣體，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氫(H₂S)、氮及其他一些成分。沼氣的組成中，可燃成分包括甲烷、硫化氫、一氧化碳和重烴等氣體；不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等氣體。在沼氣成分中甲烷含量為55%～70%、二氧化碳含量為28%～44%、硫化氫平均含量為0.034%。

1.3 沼氣的理化性質

沼氣是一種無色、有味、有毒、有臭的氣體，它的主要成分甲烷在常溫下是一種無色、無味、無臭、無毒的氣體。甲烷分子式是CH₄，是一個碳原子與四個氫原子所結合的簡單碳氫化合物。甲烷對空氣的重量比是0.54，比空氣約輕一半。甲烷溶解度很少，在20℃、0.1千帕時，100單位體積的水，只能溶解3個單位體積的甲烷。

甲烷是簡單的有機化合物，是優質的氣體燃料。燃燒時呈藍色火焰，最高溫度可達1400 ℃左右。純甲烷每立方米發熱量為36.8千焦。沼氣每立方米的發熱量約23.4千焦，相當於0.55千克柴油或0.8千克煤炭充分燃燒後放出的熱量。從熱效率分析，每立方米沼氣所能利用的熱量，相當於燃燒3.03千克煤所能利用的熱量。

2 家用沼氣池的類型

隨著我國沼氣科學技術的發展和農村家用沼氣的推廣，根據當地使用要求和氣溫、地質等條件，家用沼氣池有固定拱蓋的水壓式池、大揭蓋水壓式池、吊管式水壓式池、曲流布料水壓式池、頂返水水壓式池、分離浮罩式池、半塑式池、全塑式池和罐式池。形式雖然多種多樣，但是歸總起來大體由水壓式沼氣池、浮罩式沼氣池、半塑式沼氣池和罐式沼氣池四種基本類型變化形成的。與四位元一體生態型大棚模式配套的沼氣池一般為水壓式沼氣池，它又有幾種不同形式。

2.1 固定拱蓋水壓式沼氣池

固定拱蓋水壓式沼氣池有圓筒形(見圖2.1)、球形(見圖2.2)和橢球形(見圖2.3) 三種池型。這種池型的池體上部氣室完全封閉，隨著沼氣的不斷產生，沼氣壓力相應提高。這個不斷增高的氣壓，迫使沼氣池內的一部分料液進到與池體相通的水壓間內，使得水壓間內的液面升高。這樣一來，水壓間的液面跟沼氣池體內的液面就產生了一個水位差，這個水位差就叫做水壓”(也就是U形管沼氣壓力錶顯示的數值)。用氣時，沼氣開關打開，沼氣在水壓下排出；當沼氣減少時，水壓間的料液又返回池體內，使得水位差不斷下降，導致沼氣壓力也隨之相應降低。這種利用部分料液來回串動，引起水壓反復變化來貯存和排放沼氣的池型，就稱之為水壓式沼氣池。