农村能源沼气池的使命探索

刀永思

摘要：开发利用沼气，建池是基础，管理是关键。曾经辉煌的沼气大利用，大开发时期已经过去，而接下来，是如何充分利用好已有的沼气池、如何让它再次发挥应有的功能？

关键词：农村能源;沼气池;探索

一、沼气的起源及发展历史

（一）沼气的起源

沼气，顾名思义就是沼泽里的气体。人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪池里，有气泡咕嘟咕嘟往外冒出，气温越高，气泡冒得越多，如果我们把这些小气泡收集起来，用火一点，它就会燃烧。这些气泡内的气体，就是沼气。由于最初人们在沼泽中发现这种气体，所以就给它命名为“沼气”。又因沼气是生物在厌氧条件下产生出来的气体，因此又叫生物气。根据沼气的来源不同，沼气分为天然沼气和人工沼气两大类。天然沼气是在自然环境条件下有机质被微生物厌氧分解产生的，是自发的厌氧发酵产物。人工沼气是在人为创造厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件下，在特定的装置里，积累高浓度厌氧微生物，分解发酵配制好的有机质而产生的。在自然界中，沼气分布非常广泛。除人工制取沼气外，沼泽、粪窖、阴沟、城市下水道、海洋深处以及人和动物的消化道中都有沼气存在。

譬如：反刍动物的瘤胃就是一个典型的沼气发生器，在牛的瘤胃中有大量的沼气发酵细菌，这些细菌通过消化分解纤维，形成甲烷和二氧化碳，当其打嗝时，这些气体释放出来。

自然界稻田中有机质在厌氧情况下，经微生物作用也会释放出甲烷。城市生活污水的地下管网，生活垃圾的填埋场都在自然环境下进行着沼气发酵。总之，沼气发酵是自然界普遍存在的厌氧发酵过程，只要存在厌氧生态系统，就普遍产生沼气，每年从这些地方产生释放到大气中的甲烷可达13亿吨之多，约占大气中甲烷来源总量的90%天然气也是一种生物气，它是远古年代地底下的动植物残体及其它有机物质在厌氧条件下，经微生物的分解产生的高品位气体燃料，其甲烷含量比沼气中甲烷含量高，一般在 95%左右。

（二）沼气的成份及燃烧特性

沼气是各种有机物质在隔绝空气，并有适宜温、湿度条件下，经过微生物的发酵作用而产生的一种可燃性气体。它不是单一的气体，而是由多种气体组成的混合气体，含有甲烷、二氧化碳、硫化氢、一氧化碳、氢、氧、氮等气体。其中主要成分是甲烷和二氧化碳，甲烷占总体积的 55～70%，二氧化碳含量为 30～45%.其它几种气体含量较少，一般不超过总体积的 2%.沼气燃烧主要是甲烷的燃烧。甲烷是一种理想的气体燃料，它无色、无味、无毒，分子式为CH4，分子量为 16.04，它和适量的空气混合后即可燃烧，每立方米纯甲烷发热量为34000焦耳，燃烧时发出蓝色的火焰，并放出大量热能。每立方米沼气的发热量约为20800～23600焦耳，即 1立方米沼气完全燃烧后，能产生相当于 0.7公斤无烟煤提供的能量。由于沼气中含有硫化氢，常会闻到臭鸡蛋的气味，点火燃烧后，这种气味就没有了。沼气燃烧就是沼气中的可燃成份（ CH4，H2，C0，H28等），在一定条件下与氧发生激烈的

氧化作用，并产生大量的热和光的物理化学反应过程

其燃烧反应方程式为：

CH4+202→C02+2H20

2C0+02→2C02

2H4+02→2H20

2H2S+302→2S02+2H20

沼气的燃烧需要供给适量的氧气，氧气过多或过少均对燃烧不利。当沼气与空气混合到一定浓度时，遇到明火则引起爆炸。但若空气浓度低于一定限度时，氧化反应产生的热量不足以弥补散失的热量时，沼气则无法燃烧。我们可以通过实验自制沼气，观察其燃烧。其方法是将菜皮、菜根、萝卜之类切碎捣烂，紧紧地堆在一起，把一根玻璃管插在堆积物中心，堆积物周围用稀泥糊起来，形成小丘状，玻璃管的一端管口露在土堆外面。为了保证清洁卫生，可以将这堆材料装在塑料袋里，玻璃管口应露在袋外。用一只曾吹过一次的气球套在玻璃管口，用棉线扎紧，使整套装置不漏气。如果气温在 25～35℃，经过3-5天，可以观察到气球慢慢地鼓了起来，待气球膨大后，可将棉线剪去，取走气球，找一个瓶子。瓶口向下套在玻璃管口上，几小时后将瓶子缓缓抽出，瓶口仍应保持向下。此时迅速地用一根点燃的火柴放到瓶口，可见瓶内气体着火燃烧。原来，沼气比空气轻，因此我们采取瓶口向下，用排气集气法来收集沼气。

二、沼气的发展迅速时期

很久以前，人们就发现了沼气，但对沼气微生物的研究仅有一百年时间。1776年，意大利科学家沃尔塔通过分析，测定沼气的主要成分为甲烷和二氧化碳。1781年，法国科学

家穆拉发明人工沼气发生器。之后，沼气逐渐被人们所利用。

八十年代中后期，随着沼气生产使用技术的日趋完善，沼气生产发展较快。目前世界约有农村家用沼气池530万个，一些大型沼气工程也有了迅速发展。

我国虽然很早就发现了沼气，但是真正推广应用是在20世纪20年代后期，一位叫罗国瑞的人，在广东的潮梅地区建成了我国第一个有使用价值的混凝土沼气池，并成立了“中国国瑞瓦斯总行”（当时称“沼气”为“瓦斯”），专门建造沼气池和生产沼气灯具等，推广沼气实用技术。到了30年代，我国许多地方都建造了这种类型的沼气池。解放后，我国政府曾多次组织推广沼气技术。

20世纪 60年代未到 70年代初，我国出现了兴建沼气的热潮，全国建起了600 多万个沼气池，基本上都是农村家用沼气池及少量大中型人、畜粪便沼气池。但由于技术水平的限制及发展速度过快，沼气池的设计和施工都很不规范、缺乏正确的技术管理，能有效使用的沼气池为数很少。1979年，国务院成立了全国沼气建设领导小组，认真总结了沼气工作中的经验教训，1988年又成立了中国沼气协会，组织1700多名沼气技术工作者，对沼气的关键技术进行协作攻关，提出了“因地制宜、坚持质量、建管并重、综合利用、讲求实效、积极稳步发展”的沼气建设方针，开展了大规模的基础应用技术研究，引进消化国外厌氧研究新成果，逐步形成了规范标准的水压式沼气池及相配套的科学建池技术、发酵工艺及配套设备，使我国沼气建设进入了健康、稳步发展的阶段。至1997年底，全国农村户用沼气池638万个，大中型沼气工程 600多处，年产沼气 13亿立方米。2002年全国户用沼气池总量达到 1000万个，畜禽养殖场沼气工程1100多处，城镇污水沼气净化池近 10万处。同时建立了从国家到省、地、县的沼气管理、推广、科研、质检及培训体系。探索了一些以沼气池为纽带的农村生态模式，将农村沼气和农业生态紧密结合起来，促进了农村经济和农业生产的发展，使农村沼气更具生命力。如广西恭城的“养殖一沼气一种植”三位一体模式;赣州的“猪一沼一果”能源生态模式;辽宁的塑料大棚、沼气池、禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”北方能源生态模式等。这些模式将厕所、猪圈和沼气池、种植业结合在一起，人畜糞便自动排入沼气池，经发酵后生产沼气供人们使用，沼液、沼渣用来发展种植业、养猪、生产蚯蚓食用菌等，综合经济效益、生态效益很高，为广大群

众所欢迎，发展速度较快。与此同时，我国大中型沼气工程也有了较快发展。1936年，由中华国瑞天然瓦斯总行宁波分行负责承建的浙江舟山普陀山洪筏禅院内的一个125.172m³的沼气池，用于煮饭照明，发酵原料为粪便、厨房废物和青草。1958年在广东番禹建成了我国最大的农业沼气工程，即番禹市桥沼气发电站，容积为3000m³，开动 44kw 的沼气发电机。1964年在我国河南南阳酒精厂建成了一座 2000m³的工业沼气池，利用酒精废料生产沼气，80年代又修建了两个容积为 5000m³的大型工业沼气池，使该厂拥有沼气池12000m³，贮气罐 30000m³，日产沼气 4万多m³，为南阳市 215个单位和 12751户居民提供燃气;同时利用沼气生产二氯甲烷和三氯甲烷，1993年产量已达 1020吨，产值 1000多万元，利税 100多万元。酒精废料经厌氧消化后，COD除去率达 84%以上，BOD 除去率为 90.8%，悬浮物降低 96.5%，大大减轻了对环境的污染。在南阳酒精厂大型沼气工程的示范作用下，80 年代全国有很多酒厂、糖厂、食品加工厂和畜牧厂修建了大中型沼气池。至90年代，大中型沼气工程的热状已经成熟，并逐渐达到标准化。

我国沼气的基础研究始于80年代。1980年北京师范学院在国内首次分离获得了甲八叠球菌的培养物。接着浙江农业大学、中国科学院成都生物研究所和微生物研究所相继派人到美国加州大学、美国佛罗里达大学进修或合作研究，陆续分离出多株产甲烷细菌、产氢产酸菌和厌氧纤维素分解菌，探索了厌氧食物链中各菌类的相互关系。随后浙江农业大学、中国科学院成都生物研究所、农业部成都沼气研究所等许多院所相继建立了厌氧微生物实验室。其中成都沼气研究所建立了农业部厌氧微生物重点开放实验室，对沼气发酵微生物学、生态学和生物化学进行了比较广泛的研究，发表了大量论文，取得了多项成果，使我国在沼气基础研究的某些方面逐渐接近国际先进水平。

三、发展沼气的优势、优点

沼气的综合利用是沼气综合效益最集中的体现，能为建设社会主义新农村添砖加瓦。具体为：

（一）沼气建设就是好，变废为宝出“三沼”。沼气池中的有机物如秸秆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥、工业有机废水等在厌氧条件下，通过各类微生物的分解代谢而产生的气体为沼气，所剩下的发酵残留物中的液体为沼液，其余物质沉淀下来的为沼渣，统称“三沼”。沼气发酵实现了将这些严重污染环境的有机废弃物转化为人们清洁无污染的燃料、饲料和肥料。沼气建设把这种变废为宝的科学技术在农村大规模推广，促进了农村经济发展。特别是对生态环境的保护起到了不可替代的作用，为还自然绿水青山、提高森林覆盖率，起到了不可磨灭的作用。

（二）“三沼”功能有特色，生产生活利用多。人们所称的沼气综合利用就是指将沼气、沼液、沼渣（简称“三沼”）运用到人们的生产、生活过程中，是农村利用沼气来降低生产成本、提高经济效益的一系列综合性技术措施，它不仅解决了生活能源而且可作为肥料、饲料、饵料和“准农药”，用于作物浸种、防治作物病虫害，提高作物品种产量和质量，进行农产品储存保鲜以及农产品加工干燥等方面。对促进农村产业结构调整，改善生态环境，提高农产品的产量和质量，增加农民收入，实现可持续发展，具有重要的意义。

（三）综合利用效果好，对号入座看下表

（四）利用模式南北方，南方突出猪-沼-果蔬

沼气综合利用模式多种多样，但主要有南方“猪-沼-果蔬”和北方的“四位一体”两类综合利用模式。南方模式突出了以沼气为纽带的作用，将种植业、养殖业通过沼气池这个纽带链接起来，实现增收节支，提高农产品质量，获得综合的经济效益。其主要特点是“猪-沼-果蔬”，其余大都是在此基础上延伸的。实践证明，连接的生态链越长、冲刺越多，效益越显著。

四、沼气发展的衰落时期

（一）随着社会的发展，随着人们生活水平的不断提高，在农村为了改善生活环境等各方面条件，很多农民也想出了很多方法，但是效果都比较一般。在之前比较风靡的就是建造沼气池，现在也逐渐淡出了人们的视线。有些农村的朋友说，之前为了修筑沼气池，花了很多钱也受到了国家的大部分补贴，可如今沼气池还在，但是却很少见人使用了。大部分人使用的都是自家灶台以及各种高科技产品，随着科技的先进做饭方法和以前很大的区别，目前的一些锅不仅能够蒸米饭还能够煲汤，做菜等等，非常的方便。

（二）沼气池的自身存在缺陷，导致很多农户闲置不用。之前有些村干部说沼气的淘汰是必然的，原因就在于他存在着很多的缺陷，下面我们就来具体了解一下。首先对我们而言，最重要的就是安全问题，沼气池非常的不稳定，给我们带来一定的安全隐患，而且它的量的多少很难控制，如果家中来的人多，想要炒菜，大多数时候就不可以用它了，如果用到一半就没了，会显得十分尴尬，如果遇到天气寒冷，就变得更加没用了。其次，就是原料问题，随着人民的意识不断提高，使得很少人进行小规模的养殖牲畜，因此沼气池就减少了原料来源，而那些卖原料的商家恶意抬价使得成本变得非常高，遇到这样的问题一部分人自然就选择了放弃使用沼气池。卫生条件也是很大的问题，感觉温度的影响，温度高，沼气的生产也会变多，甚至会泄露出来味道十分的难闻。温度过低沼气又不够用，使得百姓们十分的为难。最后就是尾料处理问题，很多在农村的朋友们都知道，一般早期的沼气池的规模都不大，在夏天的时候因为温度过高时间不长就已经生产满了，需要根据实际情况进行处理，现在大部分的青年人都选择去城里打工，只有少数的老人和小孩留在农村，让他们处理都不太现实，雇佣工人来处理原料费也要很高，农村的大部分地区科技发展较为缓慢，不能及时到配置相关的设备，使得废气堆积在沼气池里，最后造成无法使用的现象。

（三）沼气池的推广，是为了改善农村地区的污染情况，以及发展经济和改变居住环境的一种措施。记得，为了推动农村沼气池的快速发展，国家提供了大量的资金补助，补贴也从最初的几百元，到现在的2000元左右，如果是大型的沼气池或者是超大型的，补贴更高，最高能补助5000万元。在补贴政策的推动下，农村很多地区的沼氣池的发展越来越快，但是，问题也随之出现。“一年好，两年差，三年垮”，这是一些朋友对沼气池现状的概括，为啥会出现这种情况？

一是一些人为了当时的补助，修建了沼气池，但是一直用，从不换料，产沼气就用，停沼气就闲着。二是有些人把沼气池当作了垃圾池，什么东西都往里面倒，有些不能倒进去的也倒，最后真变成了一个垃圾池。三是光知道用气，不知道维修，一些管道、零件等，长期收到沼气的腐蚀，需要不定期进行维修或更換，在使用过程中出现漏气、不打火的情况，就是这种情况引起的。四是在一些农村，留守在家里的一般都是老人和孩子，他们也不会用，由于安全的原因，也不会让他们去用，所以，就导致当劳动力不在家时，就关闭，只有过年期间回来的几天，才会使用。五是维修问题，目前沼气池的维修，还没有得到普及，一些家庭的沼气池坏了之后，不及时维修，就放那不管了，而且自己去维修的话，又有危险性。总之，为了使沼气池能够长期使用，需要有关部门，加大对农村沼气池的重视程度，加强对农民使用沼气池知识的培训，我们都知道，“三分在建设，七分靠管理”。希望这样一个惠民工程，能够发挥其最大作用，让其正常的运行起来。

（四）2018年以来，国家积极推进农村人居环境整治工作，坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻落实习近平总书记关于“厕所革命”重要指示批示，把农村“厕所革命”作为实施乡村振兴战略的具体举措，作为重要的民生工程、生态工程、文明工程来抓，按照“有序推进、整体提升、建管并重、长效运行”的基本思路，先试点示范、后面上推广、再整体提升，因地制宜推进农村户用厕所无害化建设改造和行政村村委会所在地水冲式公共卫生厕所全面覆盖，全面提升农村厕所改建品质和管理质量，引导农民群众养成良好如厕和卫生习惯，切实增强农民群众的获得感和幸福感。一是各地严格按照《农村改厕技术指南》的规范要求，要改造为具备有效降低粪便中生物性致病因子传染性设施的卫生厕所，具体要求为：有墙、有顶，厕坑使用便器、避免粪便裸露，厕内清洁、无蝇蛆，基本无臭，设置化粪池（贮粪池）等粪便无害化处理设施，且不渗、不漏、密闭有盖，及时清除粪便并进行无害化处理。常见无害化卫生厕所包括三格式化粪池厕所、双瓮漏斗式厕所、三联沼气式厕所、粪尿分集式厕所、双坑交替式厕所和具有完整下水道的水冲式厕所。二是为使厕所达到无害化处理，很多农村就把闲置不用的沼气池改造为厕所化粪池，起到了厌氧发酵的无害化作用。导致以产气为主的农村沼气池改变了最终用途，改变为以化粪灭菌为主的化粪池。