生物氣

　　有機物質受微生物作用而生成的可燃氣體。因最初發現它從沼澤底部發生，故也稱沼氣。

　　生物氣原料來源廣泛，除動植物和微生物的廢棄物和殘體外，還有生活和生產中的各種有機廢物。通常，農作物秸稈、人畜糞便、城市垃圾以及發酵、皮革、制糖、造紙、制藥、食品和某些有機合成等工業的有機廢物，都可作為人工制取生物氣的原料。這些原料的有機化學成分，主要是碳水化合物、蛋白質和脂類。

　　生物氣生成機理　解釋生物氣生成過程的有較早的二階段圖式和較近的三階段圖式。按三階段說（圖1），第一階段由發酵性細菌水解有機質，使碳水化合物、蛋白質和脂類等降解為有機酸、醇類、二氧化碳、氫、氨和硫化物等；第二階段由產乙酸菌把有機酸和醇類降解為乙酸、二氧化碳和氫；第三階段由產甲烷菌把乙酸分解為甲烷和二氧化碳，或利用氫還原二氧化碳而生成甲烷。有時可能還有第四類細菌利用氫還原二氧化碳而生成乙酸。

　　有機質在厭氧條件下降解時耗能很少，約90％的能量轉入產物甲烷中。生物氣的產率主要決定於原料的性質和成分，1公斤碳水化合物、蛋白質和脂類完全厭氧發酵時，理論上可分別產生甲烷約0.37、0.49和1.04米³。一般生物氣中含有甲烷55～65％，二氧化碳30～40％，還有微量的氫、硫化氫和氨等(發熱量約20～25兆焦/米³)。產氣率還與發酵過程的工藝條件有關。

　　厭氧發酵反應器　類型很多。按發酵溫度區分，有高溫（55°C左右）、中溫（35°C左右）和常溫（當地自然氣溫）三種工藝。按反應器進出料的連續性可分為連續發酵、半連續發酵和批量發酵。按發酵液在反應器中流動混合情況有攪拌混合式和塞流式等反應器。按反應器中微生物和有機物接觸的方式，可分為厭氧生物膜法和厭氧活性污泥法。前者如厭氧過濾器和厭氧流化床等，反應器中的微生物附著在陶粒、砂粒、塑料粒或塑料盤片上生長，形成生物膜，借以保持和提高反應器中的微生物量，增加處理負荷。後者如普通發酵池和上流式厭氧污泥床等，反應器中的微生物形成活性污泥，和發酵液中的有機質相混合。此外，按反應器級數的多少，可分為單級、二級和多級發酵等。圖2表示一種利用自產生物氣進行氣動攪拌的單級中溫發酵裝置。發酵原料液經過池外換熱器提高溫度後，從池底中心流入池內。池內也設有換熱器，利用內燃機冷卻水的餘熱和（或）鍋產生的蒸汽或熱水，使池內保持中溫。

　　簡況和展望　有機廢物厭氧處理技術於19世紀下葉創始於法國。目前，世界上最大的厭氧發酵池容積已超過1萬米³。中國20世紀50和70年代兩次大規模在農村推廣沼氣，至1978年全國累計建立沼氣池近700萬個，廣大農村傢庭用上瞭沼氣；在城市中利用厭氧發酵技術處理城市污水、糞便和工業有機廢物的工作也有相當成績。當前，生物氣作為一種可再生的並有益於環境保護和生態平衡的新能源，正日益受到世界各國的重視，開發和研究工作已取得進展的有各種有機廢物利用、海洋植物利用、高效高生產率發酵反應器研制以及厭氧發酵和熱解氣化聯合制氣新工藝研究等。

　　

參考書目

　徐曾符主編：《沼氣工藝學》，農業出版社，北京，1981。

　D.I.Wise，ed.，Fuel Gas Production from Biomass，Vol.1 and2，CRC Press，Bocaraton，Florida，1981.