農(nóng)村能源沼氣池的使命探索

刀永思

摘要：開發(fā)利用沼氣，建池是基礎，管理是關鍵。曾經(jīng)輝煌的沼氣大利用，大開發(fā)時期已經(jīng)過去，而接下來，是如何充分利用好已有的沼氣池、如何讓它再次發(fā)揮應有的功能？

關鍵詞：農(nóng)村能源;沼氣池;探索

一、沼氣的起源及發(fā)展歷史

（一）沼氣的起源

沼氣，顧名思義就是沼澤里的氣體。人們經(jīng)?？吹?，在沼澤地、污水溝或糞池里，有氣泡咕嘟咕嘟往外冒出，氣溫越高，氣泡冒得越多，如果我們把這些小氣泡收集起來，用火一點，它就會燃燒。這些氣泡內(nèi)的氣體，就是沼氣。由于最初人們在沼澤中發(fā)現(xiàn)這種氣體，所以就給它命名為“沼氣”。又因沼氣是生物在厭氧條件下產(chǎn)生出來的氣體，因此又叫生物氣。根據(jù)沼氣的來源不同，沼氣分為天然沼氣和人工沼氣兩大類。天然沼氣是在自然環(huán)境條件下有機質(zhì)被微生物厭氧分解產(chǎn)生的，是自發(fā)的厭氧發(fā)酵產(chǎn)物。人工沼氣是在人為創(chuàng)造厭氧微生物所需要的營養(yǎng)條件和環(huán)境條件下，在特定的裝置里，積累高濃度厭氧微生物，分解發(fā)酵配制好的有機質(zhì)而產(chǎn)生的。在自然界中，沼氣分布非常廣泛。除人工制取沼氣外，沼澤、糞窖、陰溝、城市下水道、海洋深處以及人和動物的消化道中都有沼氣存在。

譬如：反芻動物的瘤胃就是一個典型的沼氣發(fā)生器，在牛的瘤胃中有大量的沼氣發(fā)酵細菌，這些細菌通過消化分解纖維，形成甲烷和二氧化碳，當其打嗝時，這些氣體釋放出來。

自然界稻田中有機質(zhì)在厭氧情況下，經(jīng)微生物作用也會釋放出甲烷。城市生活污水的地下管網(wǎng)，生活垃圾的填埋場都在自然環(huán)境下進行著沼氣發(fā)酵?？傊託獍l(fā)酵是自然界普遍存在的厭氧發(fā)酵過程，只要存在厭氧生態(tài)系統(tǒng)，就普遍產(chǎn)生沼氣，每年從這些地方產(chǎn)生釋放到大氣中的甲烷可達13億噸之多，約占大氣中甲烷來源總量的90%天然氣也是一種生物氣，它是遠古年代地底下的動植物殘體及其它有機物質(zhì)在厭氧條件下，經(jīng)微生物的分解產(chǎn)生的高品位氣體燃料，其甲烷含量比沼氣中甲烷含量高，一般在 95%左右。

（二）沼氣的成份及燃燒特性

沼氣是各種有機物質(zhì)在隔絕空氣，并有適宜溫、濕度條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用而產(chǎn)生的一種可燃性氣體。它不是單一的氣體，而是由多種氣體組成的混合氣體，含有甲烷、二氧化碳、硫化氫、一氧化碳、氫、氧、氮等氣體。其中主要成分是甲烷和二氧化碳，甲烷占總體積的 55～70%，二氧化碳含量為 30～45%.其它幾種氣體含量較少，一般不超過總體積的 2%.沼氣燃燒主要是甲烷的燃燒。甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色、無味、無毒，分子式為CH4，分子量為 16.04，它和適量的空氣混合后即可燃燒，每立方米純甲烷發(fā)熱量為34000焦耳，燃燒時發(fā)出藍色的火焰，并放出大量熱能。每立方米沼氣的發(fā)熱量約為20800～23600焦耳，即 1立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當于 0.7公斤無煙煤提供的能量。由于沼氣中含有硫化氫，常會聞到臭雞蛋的氣味，點火燃燒后，這種氣味就沒有了。沼氣燃燒就是沼氣中的可燃成份（ CH4，H2，C0，H28等），在一定條件下與氧發(fā)生激烈的

氧化作用，并產(chǎn)生大量的熱和光的物理化學反應過程

其燃燒反應方程式為：

CH4+202→C02+2H20

2C0+02→2C02

2H4+02→2H20

2H2S+302→2S02+2H20

沼氣的燃燒需要供給適量的氧氣，氧氣過多或過少均對燃燒不利。當沼氣與空氣混合到一定濃度時，遇到明火則引起爆炸。但若空氣濃度低于一定限度時，氧化反應產(chǎn)生的熱量不足以彌補散失的熱量時，沼氣則無法燃燒。我們可以通過實驗自制沼氣，觀察其燃燒。其方法是將菜皮、菜根、蘿卜之類切碎搗爛，緊緊地堆在一起，把一根玻璃管插在堆積物中心，堆積物周圍用稀泥糊起來，形成小丘狀，玻璃管的一端管口露在土堆外面。為了保證清潔衛(wèi)生，可以將這堆材料裝在塑料袋里，玻璃管口應露在袋外。用一只曾吹過一次的氣球套在玻璃管口，用棉線扎緊，使整套裝置不漏氣。如果氣溫在 25～35℃，經(jīng)過3-5天，可以觀察到氣球慢慢地鼓了起來，待氣球膨大后，可將棉線剪去，取走氣球，找一個瓶子。瓶口向下套在玻璃管口上，幾小時后將瓶子緩緩抽出，瓶口仍應保持向下。此時迅速地用一根點燃的火柴放到瓶口，可見瓶內(nèi)氣體著火燃燒。原來，沼氣比空氣輕，因此我們采取瓶口向下，用排氣集氣法來收集沼氣。

二、沼氣的發(fā)展迅速時期

很久以前，人們就發(fā)現(xiàn)了沼氣，但對沼氣微生物的研究僅有一百年時間。1776年，意大利科學家沃爾塔通過分析，測定沼氣的主要成分為甲烷和二氧化碳。1781年，法國科學

家穆拉發(fā)明人工沼氣發(fā)生器。之后，沼氣逐漸被人們所利用。

八十年代中后期，隨著沼氣生產(chǎn)使用技術的日趨完善，沼氣生產(chǎn)發(fā)展較快。目前世界約有農(nóng)村家用沼氣池530萬個，一些大型沼氣工程也有了迅速發(fā)展。

我國雖然很早就發(fā)現(xiàn)了沼氣，但是真正推廣應用是在20世紀20年代后期，一位叫羅國瑞的人，在廣東的潮梅地區(qū)建成了我國第一個有使用價值的混凝土沼氣池，并成立了“中國國瑞瓦斯總行”（當時稱“沼氣”為“瓦斯”），專門建造沼氣池和生產(chǎn)沼氣燈具等，推廣沼氣實用技術。到了30年代，我國許多地方都建造了這種類型的沼氣池。解放后，我國政府曾多次組織推廣沼氣技術。

20世紀 60年代未到 70年代初，我國出現(xiàn)了興建沼氣的熱潮，全國建起了600 多萬個沼氣池，基本上都是農(nóng)村家用沼氣池及少量大中型人、畜糞便沼氣池。但由于技術水平的限制及發(fā)展速度過快，沼氣池的設計和施工都很不規(guī)范、缺乏正確的技術管理，能有效使用的沼氣池為數(shù)很少。1979年，國務院成立了全國沼氣建設領導小組，認真總結(jié)了沼氣工作中的經(jīng)驗教訓，1988年又成立了中國沼氣協(xié)會，組織1700多名沼氣技術工作者，對沼氣的關鍵技術進行協(xié)作攻關，提出了“因地制宜、堅持質(zhì)量、建管并重、綜合利用、講求實效、積極穩(wěn)步發(fā)展”的沼氣建設方針，開展了大規(guī)模的基礎應用技術研究，引進消化國外厭氧研究新成果，逐步形成了規(guī)范標準的水壓式沼氣池及相配套的科學建池技術、發(fā)酵工藝及配套設備，使我國沼氣建設進入了健康、穩(wěn)步發(fā)展的階段。至1997年底，全國農(nóng)村戶用沼氣池638萬個，大中型沼氣工程 600多處，年產(chǎn)沼氣 13億立方米。2002年全國戶用沼氣池總量達到 1000萬個，畜禽養(yǎng)殖場沼氣工程1100多處，城鎮(zhèn)污水沼氣凈化池近 10萬處。同時建立了從國家到省、地、縣的沼氣管理、推廣、科研、質(zhì)檢及培訓體系。探索了一些以沼氣池為紐帶的農(nóng)村生態(tài)模式，將農(nóng)村沼氣和農(nóng)業(yè)生態(tài)緊密結(jié)合起來，促進了農(nóng)村經(jīng)濟和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，使農(nóng)村沼氣更具生命力。如廣西恭城的“養(yǎng)殖一沼氣一種植”三位一體模式;贛州的“豬一沼一果”能源生態(tài)模式;遼寧的塑料大棚、沼氣池、禽畜舍和廁所相結(jié)合的“四位一體”北方能源生態(tài)模式等。這些模式將廁所、豬圈和沼氣池、種植業(yè)結(jié)合在一起，人畜糞便自動排入沼氣池，經(jīng)發(fā)酵后生產(chǎn)沼氣供人們使用，沼液、沼渣用來發(fā)展種植業(yè)、養(yǎng)豬、生產(chǎn)蚯蚓食用菌等，綜合經(jīng)濟效益、生態(tài)效益很高，為廣大群

眾所歡迎，發(fā)展速度較快。與此同時，我國大中型沼氣工程也有了較快發(fā)展。1936年，由中華國瑞天然瓦斯總行寧波分行負責承建的浙江舟山普陀山洪筏禪院內(nèi)的一個125.172m3的沼氣池，用于煮飯照明，發(fā)酵原料為糞便、廚房廢物和青草。1958年在廣東番禹建成了我國最大的農(nóng)業(yè)沼氣工程，即番禹市橋沼氣發(fā)電站，容積為3000m3，開動 44kw 的沼氣發(fā)電機。1964年在我國河南南陽酒精廠建成了一座 2000m3的工業(yè)沼氣池，利用酒精廢料生產(chǎn)沼氣，80年代又修建了兩個容積為 5000m3的大型工業(yè)沼氣池，使該廠擁有沼氣池12000m3，貯氣罐 30000m3，日產(chǎn)沼氣 4萬多m3，為南陽市 215個單位和 12751戶居民提供燃氣;同時利用沼氣生產(chǎn)二氯甲烷和三氯甲烷，1993年產(chǎn)量已達 1020噸，產(chǎn)值 1000多萬元，利稅 100多萬元。酒精廢料經(jīng)厭氧消化后，COD除去率達 84%以上，BOD 除去率為 90.8%，懸浮物降低 96.5%，大大減輕了對環(huán)境的污染。在南陽酒精廠大型沼氣工程的示范作用下，80 年代全國有很多酒廠、糖廠、食品加工廠和畜牧廠修建了大中型沼氣池。至90年代，大中型沼氣工程的熱狀已經(jīng)成熟，并逐漸達到標準化。

我國沼氣的基礎研究始于80年代。1980年北京師范學院在國內(nèi)首次分離獲得了甲八疊球菌的培養(yǎng)物。接著浙江農(nóng)業(yè)大學、中國科學院成都生物研究所和微生物研究所相繼派人到美國加州大學、美國佛羅里達大學進修或合作研究，陸續(xù)分離出多株產(chǎn)甲烷細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌和厭氧纖維素分解菌，探索了厭氧食物鏈中各菌類的相互關系。隨后浙江農(nóng)業(yè)大學、中國科學院成都生物研究所、農(nóng)業(yè)部成都沼氣研究所等許多院所相繼建立了厭氧微生物實驗室。其中成都沼氣研究所建立了農(nóng)業(yè)部厭氧微生物重點開放實驗室，對沼氣發(fā)酵微生物學、生態(tài)學和生物化學進行了比較廣泛的研究，發(fā)表了大量論文，取得了多項成果，使我國在沼氣基礎研究的某些方面逐漸接近國際先進水平。

三、發(fā)展沼氣的優(yōu)勢、優(yōu)點

沼氣的綜合利用是沼氣綜合效益最集中的體現(xiàn)，能為建設社會主義新農(nóng)村添磚加瓦。具體為：

（一）沼氣建設就是好，變廢為寶出“三沼”。沼氣池中的有機物如秸稈、雜草、人畜糞便、垃圾、污泥、工業(yè)有機廢水等在厭氧條件下，通過各類微生物的分解代謝而產(chǎn)生的氣體為沼氣，所剩下的發(fā)酵殘留物中的液體為沼液，其余物質(zhì)沉淀下來的為沼渣，統(tǒng)稱“三沼”。沼氣發(fā)酵實現(xiàn)了將這些嚴重污染環(huán)境的有機廢棄物轉(zhuǎn)化為人們清潔無污染的燃料、飼料和肥料。沼氣建設把這種變廢為寶的科學技術在農(nóng)村大規(guī)模推廣，促進了農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展。特別是對生態(tài)環(huán)境的保護起到了不可替代的作用，為還自然綠水青山、提高森林覆蓋率，起到了不可磨滅的作用。

（二）“三沼”功能有特色，生產(chǎn)生活利用多。人們所稱的沼氣綜合利用就是指將沼氣、沼液、沼渣（簡稱“三沼”）運用到人們的生產(chǎn)、生活過程中，是農(nóng)村利用沼氣來降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益的一系列綜合性技術措施，它不僅解決了生活能源而且可作為肥料、飼料、餌料和“準農(nóng)藥”，用于作物浸種、防治作物病蟲害，提高作物品種產(chǎn)量和質(zhì)量，進行農(nóng)產(chǎn)品儲存保鮮以及農(nóng)產(chǎn)品加工干燥等方面。對促進農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，改善生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，增加農(nóng)民收入，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的意義。

（三）綜合利用效果好，對號入座看下表

（四）利用模式南北方，南方突出豬-沼-果蔬

沼氣綜合利用模式多種多樣，但主要有南方“豬-沼-果蔬”和北方的“四位一體”兩類綜合利用模式。南方模式突出了以沼氣為紐帶的作用，將種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)通過沼氣池這個紐帶鏈接起來，實現(xiàn)增收節(jié)支，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，獲得綜合的經(jīng)濟效益。其主要特點是“豬-沼-果蔬”，其余大都是在此基礎上延伸的。實踐證明，連接的生態(tài)鏈越長、沖刺越多，效益越顯著。

四、沼氣發(fā)展的衰落時期

（一）隨著社會的發(fā)展，隨著人們生活水平的不斷提高，在農(nóng)村為了改善生活環(huán)境等各方面條件，很多農(nóng)民也想出了很多方法，但是效果都比較一般。在之前比較風靡的就是建造沼氣池，現(xiàn)在也逐漸淡出了人們的視線。有些農(nóng)村的朋友說，之前為了修筑沼氣池，花了很多錢也受到了國家的大部分補貼，可如今沼氣池還在，但是卻很少見人使用了。大部分人使用的都是自家灶臺以及各種高科技產(chǎn)品，隨著科技的先進做飯方法和以前很大的區(qū)別，目前的一些鍋不僅能夠蒸米飯還能夠煲湯，做菜等等，非常的方便。

（二）沼氣池的自身存在缺陷，導致很多農(nóng)戶閑置不用。之前有些村干部說沼氣的淘汰是必然的，原因就在于他存在著很多的缺陷，下面我們就來具體了解一下。首先對我們而言，最重要的就是安全問題，沼氣池非常的不穩(wěn)定，給我們帶來一定的安全隱患，而且它的量的多少很難控制，如果家中來的人多，想要炒菜，大多數(shù)時候就不可以用它了，如果用到一半就沒了，會顯得十分尷尬，如果遇到天氣寒冷，就變得更加沒用了。其次，就是原料問題，隨著人民的意識不斷提高，使得很少人進行小規(guī)模的養(yǎng)殖牲畜，因此沼氣池就減少了原料來源，而那些賣原料的商家惡意抬價使得成本變得非常高，遇到這樣的問題一部分人自然就選擇了放棄使用沼氣池。衛(wèi)生條件也是很大的問題，感覺溫度的影響，溫度高，沼氣的生產(chǎn)也會變多，甚至會泄露出來味道十分的難聞。溫度過低沼氣又不夠用，使得百姓們十分的為難。最后就是尾料處理問題，很多在農(nóng)村的朋友們都知道，一般早期的沼氣池的規(guī)模都不大，在夏天的時候因為溫度過高時間不長就已經(jīng)生產(chǎn)滿了，需要根據(jù)實際情況進行處理，現(xiàn)在大部分的青年人都選擇去城里打工，只有少數(shù)的老人和小孩留在農(nóng)村，讓他們處理都不太現(xiàn)實，雇傭工人來處理原料費也要很高，農(nóng)村的大部分地區(qū)科技發(fā)展較為緩慢，不能及時到配置相關的設備，使得廢氣堆積在沼氣池里，最后造成無法使用的現(xiàn)象。

（三）沼氣池的推廣，是為了改善農(nóng)村地區(qū)的污染情況，以及發(fā)展經(jīng)濟和改變居住環(huán)境的一種措施。記得，為了推動農(nóng)村沼氣池的快速發(fā)展，國家提供了大量的資金補助，補貼也從最初的幾百元，到現(xiàn)在的2000元左右，如果是大型的沼氣池或者是超大型的，補貼更高，最高能補助5000萬元。在補貼政策的推動下，農(nóng)村很多地區(qū)的沼氣池的發(fā)展越來越快，但是，問題也隨之出現(xiàn)。“一年好，兩年差，三年垮”，這是一些朋友對沼氣池現(xiàn)狀的概括，為啥會出現(xiàn)這種情況？

一是一些人為了當時的補助，修建了沼氣池，但是一直用，從不換料，產(chǎn)沼氣就用，停沼氣就閑著。二是有些人把沼氣池當作了垃圾池，什么東西都往里面倒，有些不能倒進去的也倒，最后真變成了一個垃圾池。三是光知道用氣，不知道維修，一些管道、零件等，長期收到沼氣的腐蝕，需要不定期進行維修或更換，在使用過程中出現(xiàn)漏氣、不打火的情況，就是這種情況引起的。四是在一些農(nóng)村，留守在家里的一般都是老人和孩子，他們也不會用，由于安全的原因，也不會讓他們?nèi)ビ?，所以，就導致當勞動力不在家時，就關閉，只有過年期間回來的幾天，才會使用。五是維修問題，目前沼氣池的維修，還沒有得到普及，一些家庭的沼氣池壞了之后，不及時維修，就放那不管了，而且自己去維修的話，又有危險性?？傊?，為了使沼氣池能夠長期使用，需要有關部門，加大對農(nóng)村沼氣池的重視程度，加強對農(nóng)民使用沼氣池知識的培訓，我們都知道，“三分在建設，七分靠管理”。希望這樣一個惠民工程，能夠發(fā)揮其最大作用，讓其正常的運行起來。

（四）2018年以來，國家積極推進農(nóng)村人居環(huán)境整治工作，堅持以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，深入貫徹落實習近平總書記關于“廁所革命”重要指示批示，把農(nóng)村“廁所革命”作為實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的具體舉措，作為重要的民生工程、生態(tài)工程、文明工程來抓，按照“有序推進、整體提升、建管并重、長效運行”的基本思路，先試點示范、后面上推廣、再整體提升，因地制宜推進農(nóng)村戶用廁所無害化建設改造和行政村村委會所在地水沖式公共衛(wèi)生廁所全面覆蓋，全面提升農(nóng)村廁所改建品質(zhì)和管理質(zhì)量，引導農(nóng)民群眾養(yǎng)成良好如廁和衛(wèi)生習慣，切實增強農(nóng)民群眾的獲得感和幸福感。一是各地嚴格按照《農(nóng)村改廁技術指南》的規(guī)范要求，要改造為具備有效降低糞便中生物性致病因子傳染性設施的衛(wèi)生廁所，具體要求為：有墻、有頂，廁坑使用便器、避免糞便裸露，廁內(nèi)清潔、無蠅蛆，基本無臭，設置化糞池（貯糞池）等糞便無害化處理設施，且不滲、不漏、密閉有蓋，及時清除糞便并進行無害化處理。常見無害化衛(wèi)生廁所包括三格式化糞池廁所、雙甕漏斗式廁所、三聯(lián)沼氣式廁所、糞尿分集式廁所、雙坑交替式廁所和具有完整下水道的水沖式廁所。二是為使廁所達到無害化處理，很多農(nóng)村就把閑置不用的沼氣池改造為廁所化糞池，起到了厭氧發(fā)酵的無害化作用。導致以產(chǎn)氣為主的農(nóng)村沼氣池改變了最終用途，改變?yōu)橐曰S滅菌為主的化糞池。