沼气与沼气发酵

沼气与沼气发酵

开心问答

有机物经发酵作用产生沼气的过程可分为几个阶段？

沼气是有机物经厌氧微生物发酵作用产生的可燃性气体，由于最初发现于沼泽中，所以叫沼气。实际上，在腐烂有机质含量丰富的池塘和粪坑中，也经常产生沼气。

沼气中含有甲烷、氢气、硫化氢和一氧化碳等多种气体。其中，甲烷的含量是60%～75%。甲烷是一种可燃性气体，燃烧的最高温度可达1400℃左右。因此沼气是一种理想的优质燃料，沼气发酵后的泥渣，除含有氮磷钾以外，还含有许多腐殖质，是一种很好的肥料。

有机物经发酵作用产生沼气的过程，是在无氧条件下经多种微生物综合作用的结果。参与发酵作用的微生物，按其作用不同可分为两大类：不产甲烷菌和产甲烷菌，其发酵过程也分为产酸阶段和产甲烷阶段。

发酵过程的第一阶段是产酸阶段，复杂有机物纤维素、果胶质等，被各种不产甲烷菌如纤维分解菌、果胶分解菌等分解，产生丁酸、乙酸、乙醇、甲醇等简单有机物以及CO₂、H₂等气体。含氮有机物分解后除产生有机酸和醇外还生成NH₃和H₂S。

第二阶段为产甲烷阶段，产甲烷菌利用第一阶段的分解产物乙酸、甲酸、乙醇等作为碳源，NH₃作为氮源进行生长繁殖，甲烷则是产甲烷的一种代谢产物。以上过程，也就是沼气池中发生生化反应的过程。

产甲烷菌都是专性厌氧细菌，只在完全无氧的环境中生活，繁殖速度较慢，产甲烷菌几天才分裂一次，而大多数细菌在适宜条件下，20分钟左右即可分裂。

已知的产甲烷菌只有十几种，主要有产甲烷杆菌、甲烷八叠球菌、产甲烷螺菌和瘤胃甲烷杆菌等。

在自然界产甲烷菌常见于沼泽、池塘中的污泥中，食草动物的盲肠、瘤胃中也有大量的产甲烷菌，常随粪便排出，因此在制沼气时，可用塘泥及牲畜粪便接种。也可不专门接种沼气细菌（不过，为了提高产沼气量，新池投产前还是人工接种沼气细菌的好）。沼气细菌产气的速度一般随温度的升高而增大。根据沼气细菌最适产气温度的不同，可分为中温发酵（最适产气温度为30℃～35℃）和高温发酵（最适产气温度为50℃～57℃）两大类。高温发酵时，能杀死虫卵，但高温发酵要消耗较多的热能。所以，在卫生条件要求不高时，多采用中温发酵。当温度在8℃以下或60℃以上时，沼气细菌的生长繁殖受到抑制，产气很少，甚至不产气。这就是为什么冬天沼气池要保温的原因。

为了保持沼气发酵的最高产气量，还必须不断地给沼气细菌提供其所需要的营养物质，并定期进行搅拌。不过，在沼气发酵的过程中，投料量不宜过多。过多的有机物质，会造成有酸的累积，使得池中的酸度增加，不利于沼气细菌的生长繁殖。

在反刍动物瘤胃中，存在有大量纤维分解菌、产甲烷菌和其他厌氧微生物。这些微生物利用动物吃进的草料作为营养物质，其中的纤维分解菌可将纤素分解，并经发酵作用生成各种有机酸和醇类。这些简单有机物可供产甲烷菌作为碳源，因此，在牛和其他反刍动物的瘤胃中，也进行着类似沼气池中的发酵过程。其中的微生物代谢产物，可以直接被反刍动物吸收利用，而大量繁殖的细菌本身则可被胃液中的蛋白酶分解，生成氨基酸、维生素，成为有价值的营养物质。发酵过程产生的气体CH4、CO₂等，则在逆呕过程从口腔中排出。据实验，一头大肥牛瘤胃可容纳100升发酵产物，每天排出的气体中，有200升甲烷。

微生物能源并非只有沼气一种形式。人们利用厌气、兼性细菌和部分营光合作用的细菌，对草、作物秸秆等进行发酵，能够产生氢气。氢气是一种极为理想的清洁燃料，它在燃烧过程中除释放出能量外，废物只有水，绝对不会造成环境污染。

答：有机物产生沼气的发酵过程可分为两个阶段：产酸和产甲烷阶段。