林敏

在高中化學(xué)新課程實(shí)施及上一輪高中化學(xué)新教材實(shí)施過(guò)程中，化學(xué)教育界積累了一定的研究落實(shí)新課程、推進(jìn)新課程的經(jīng)驗(yàn)，但也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。其中，對(duì)化學(xué)基本概念和基礎(chǔ)理論的教學(xué)存在著以下問(wèn)題：部分教師不注重聯(lián)系實(shí)際創(chuàng)設(shè)情境，教學(xué)內(nèi)容缺少時(shí)代性、人文性和教育性，學(xué)生學(xué)習(xí)比較被動(dòng)，思維層次低，學(xué)生覺(jué)得化學(xué)基本概念和基礎(chǔ)理論枯燥無(wú)味，難以生動(dòng)、活潑、主動(dòng)地學(xué)習(xí)和發(fā)展。

沼氣的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用，徹底改變了農(nóng)村傳統(tǒng)的燃料結(jié)構(gòu)，既使清潔能源得到了開(kāi)發(fā)利用，又使得環(huán)境得到了有效地保護(hù)。生態(tài)技術(shù)模式在農(nóng)村得到大力推廣，在顯著提高農(nóng)民收入的同時(shí)，在農(nóng)藥、化肥污染，控制畜禽糞便等方面發(fā)揮了積極的作用，有效地促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。筆者通過(guò)多次到農(nóng)村進(jìn)行實(shí)地考察，并且查閱大量相關(guān)資料，總結(jié)出有關(guān)沼氣凈化提純技術(shù)的方法與發(fā)展方向。闡明沼氣作為燃料的巨大潛力，如何發(fā)揮沼氣在日常生活中的作用，是一項(xiàng)值得長(zhǎng)期探究的問(wèn)題。

一、研究過(guò)程

為了能取得最能體現(xiàn)實(shí)際沼氣利用情況的數(shù)據(jù)，我們來(lái)到浙江省臺(tái)州市路橋區(qū)金清鎮(zhèn)進(jìn)行實(shí)地考察。在臺(tái)州地區(qū)與金清鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)局協(xié)作，以問(wèn)卷調(diào)查的形式獲取資料，同時(shí)我們又到實(shí)地對(duì)問(wèn)卷結(jié)果進(jìn)行了具體考察。主要考察了沼氣的利用情況，涉及到農(nóng)業(yè)廢棄物再利用、沼液與沼渣在農(nóng)業(yè)增收中發(fā)揮的作用及沼氣在農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)中的作用等。事實(shí)證明，在本地區(qū)沼氣的利用效果顯著。

二、研究報(bào)告

（一）沼氣的組成

甲烷（CH4）是沼氣中的主要組成部分，約占其組成的50％～80％，二氧化碳(CO2)約占20％～40％，氮?dú)猓∟2）約占組成的0％～5％。另外，還有極少量的氫氣(H2)、氧氣(O2)、硫化氫(H2S)等。因?yàn)橛辛蚧瘹涞拇嬖?，使得沼氣中含有臭味。其本質(zhì)特性和天然氣極其相似。沼氣屬于易燃?xì)怏w，所以當(dāng)沼氣在空氣中含量為8.6～20.8％時(shí)，此時(shí)的混合氣體能夠產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)。

（二）沼氣的開(kāi)發(fā)和利用的意義

1、沼氣生態(tài)模式技術(shù)

農(nóng)村沼氣生態(tài)模式是一種綜合性的技術(shù)模式，它把養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)、農(nóng)村的環(huán)境保護(hù)與農(nóng)村能源有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，把能源與環(huán)境技術(shù)、養(yǎng)殖與種植技術(shù)相結(jié)合，利用植物自然生長(zhǎng)、動(dòng)物進(jìn)行轉(zhuǎn)化、微生物徹底還原的方法，將農(nóng)業(yè)的廢棄物進(jìn)行資源化再回收利用，實(shí)現(xiàn)了無(wú)污染循環(huán)經(jīng)濟(jì)，從根本上解決了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的養(yǎng)殖與種植分離，能源與環(huán)保脫離的矛盾，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)效益的最大化，逐步解決環(huán)境污染問(wèn)題，并可提高農(nóng)民的收入，改善農(nóng)民的生活水平。其運(yùn)行模式如下：農(nóng)民將能收集到的糞便放入沼氣池內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，即可產(chǎn)生沼氣，同時(shí)生產(chǎn)出沼液與沼渣。農(nóng)民可以使用沼氣作為清潔能源使用，可以將沼液與沼渣作為肥料，應(yīng)用于蔬菜、水果、糧食的產(chǎn)品。此后生產(chǎn)出來(lái)蔬菜、糧食等可以進(jìn)行生豬養(yǎng)殖。簡(jiǎn)單說(shuō)是“豬—沼—果”新型生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。

2、沼氣生態(tài)模式技術(shù)是農(nóng)民增收的重要途徑

第一、利用沼氣生態(tài)技術(shù)將農(nóng)業(yè)廢棄物（畜禽糞便等）變廢為寶，實(shí)現(xiàn)廢棄物的再利用。例如：沼氣的使用，能夠取代以前的電力照明、石油液化氣等常規(guī)能源，這為農(nóng)民減少了額外的支出。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，組建一個(gè)8立方米沼氣池，其年產(chǎn)沼氣量?jī)r(jià)值等于650元左右的液化氣，其用量能夠滿(mǎn)足一個(gè)3-5口家庭的日常生活用氣，變相的增加了農(nóng)民的收入。

第二、沼液與沼渣在農(nóng)業(yè)增收中發(fā)揮著極其重要的作用。沼液與沼渣被人們稱(chēng)之為沼肥。其中沼液里含有大量的氮磷鉀等有機(jī)元素和極其豐富的微量元素。由于這些營(yíng)養(yǎng)元素是植物生長(zhǎng)的必要元素，極易被農(nóng)作物所吸收。另外，沼渣中所含的營(yíng)養(yǎng)元素組成和沼液大致相同，只是其中氮磷鉀的有效成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沼液，是目前天然的用于改良土壤的高效優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料。

3、推廣農(nóng)村沼氣生態(tài)技術(shù)模式,有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)

隨著農(nóng)村沼氣生態(tài)技術(shù)模式的應(yīng)用,農(nóng)村的生產(chǎn)和生活環(huán)境將得到極大改善。農(nóng)村沼氣的逐漸推廣，一定程度上緩解了農(nóng)村能源短缺的危機(jī)，而且避免了人們對(duì)環(huán)境的破壞，對(duì)生態(tài)環(huán)境起到了保護(hù)作用。沼液與沼渣作為農(nóng)村沼氣生產(chǎn)過(guò)程中的中間產(chǎn)物，具備了生物農(nóng)藥的全部特征，同時(shí)含有有機(jī)肥料的所有營(yíng)養(yǎng)元素。通過(guò)大量的研究表明，用沼液沼渣替代農(nóng)用化肥，提高了農(nóng)作物的畝產(chǎn)數(shù)量，是一種高效的、無(wú)污染的、綠色的農(nóng)業(yè)肥料。不斷發(fā)展沼氣生態(tài)技術(shù)在農(nóng)村的應(yīng)用，即解決了農(nóng)村的污染問(wèn)題，又增進(jìn)了農(nóng)村能源體系的建設(shè)，有效地保障了農(nóng)民的身體健康，成為建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的重要一環(huán)。

（三）沼氣的發(fā)展趨勢(shì)

在沼氣研究過(guò)程中，用戶(hù)沼氣池的發(fā)明可以說(shuō)是最早、最系統(tǒng)、最全面的，同時(shí)也取得了較大的成就。經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)踐，我國(guó)沼氣池已經(jīng)處于世界較先進(jìn)水平。目前的研究方向是發(fā)展高效、新型沼氣發(fā)酵技術(shù)，并逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

在近期用戶(hù)沼氣池的研究過(guò)程中，與太陽(yáng)能溫室結(jié)合，成為目前較為成功的研究成果，已經(jīng)在我國(guó)北方得到了廣泛的推廣和使用。盡管此種結(jié)合，對(duì)于沼氣技術(shù)本身沒(méi)有突破性進(jìn)展，已經(jīng)解決了由于北方溫度低，造成發(fā)酵溫度難以到達(dá)的問(wèn)題，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

二、研究結(jié)果分析

（一）農(nóng)作物秸稈的沼氣發(fā)展

不斷發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，其重點(diǎn)應(yīng)放在農(nóng)業(yè)資源的開(kāi)發(fā)與綜合利用上。現(xiàn)在農(nóng)村將大量農(nóng)作物秸稈直接用于取暖、做飯和燒水，不但造成了資源的浪費(fèi)，也為環(huán)境造成了極大地污染。有些地區(qū)農(nóng)民還將大量的秸稈置于田間或堆放于路邊，不但是誘發(fā)火災(zāi)的隱患，有時(shí)還會(huì)引發(fā)交通事故。這樣即對(duì)環(huán)境造成污染，又是資源的浪費(fèi)。如果把這些堆放的農(nóng)作物秸稈作為制作沼氣的原料，則可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用，也是順利實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要一環(huán)。如果運(yùn)用得當(dāng)，既可以使生態(tài)環(huán)境得以保護(hù)，又可以增加農(nóng)民的收入。沼氣綜合利用所帶來(lái)的綜合效益和較為直接的能源效益為我們實(shí)現(xiàn)秸稈沼氣的發(fā)展提供了較為強(qiáng)勁動(dòng)力來(lái)源。

（二）現(xiàn)有的凈化提純技術(shù)

CO2、H2S和水蒸氣等不可燃?xì)怏w的存在使沼氣熱值大大降低,使沼氣的燃燒并不完全。因此，天然的沼氣使用范圍極其有限,且效率低。一些現(xiàn)有的沼氣產(chǎn)業(yè)主要將沼氣應(yīng)用于改良的爐灶與發(fā)動(dòng)機(jī)使其產(chǎn)熱或發(fā)電，作為能源供當(dāng)?shù)赜脩?hù)使用。而沼氣經(jīng)純化后則可提高其成分中甲烷的相對(duì)含量,增加其熱值，其本質(zhì)上與天然氣的特性相似,所以使得純化后的沼氣用途擴(kuò)大許多。目前,車(chē)用天然氣中甲烷的平均體積分?jǐn)?shù)為88%左右。當(dāng)前美國(guó)將純化后的沼氣應(yīng)用在天然氣應(yīng)用的相關(guān)領(lǐng)域,包括將其并入管網(wǎng)輸送成為民用氣體裝置、商業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)氣體設(shè)備以及機(jī)動(dòng)車(chē)輛燃料。因此，對(duì)沼氣進(jìn)行凈化提純處理可以實(shí)現(xiàn)沼氣的高效利用。

沼氣純化過(guò)程的主要任務(wù)包括:脫除硫化氫、二氧化碳和水及其他不助燃的雜質(zhì)。目前凈化提純的方法很多，主要有氧化鐵脫硫法、碳酸鈉吸收法、生物氧化法、活性炭法、膜分離方法等等。

1、氧化鐵脫硫法

利用氧化鐵法進(jìn)行脫硫過(guò)程，氧化鐵與硫化氫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，沼氣通過(guò)脫硫器中時(shí)間越長(zhǎng)，流速越慢，使得硫化氫充分反映，已達(dá)到充分脫硫的目的。一般來(lái)說(shuō)，脫硫劑在使用一段時(shí)間后，其硫化鐵含量增加，導(dǎo)致脫硫效果降低，此時(shí)需要將脫硫劑接觸空氣，把硫置換出來(lái)，讓脫硫劑在產(chǎn)生效果。由于氧化鐵的含量豐富，價(jià)格便宜，被廣泛使用。

2、碳酸鈉吸收法

當(dāng)碳酸鈉溶液與酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，溶液中的酸堿度變化緩慢，是較穩(wěn)定的脫硫方法。在反應(yīng)過(guò)程中，H2S與CO2相比更容易被吸收，就這樣沼氣種的酸性氣體被碳酸鈉溶液吸收。此法經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，做法簡(jiǎn)單。不總的是，碳酸鈉會(huì)反應(yīng)生成硫酸鹽和重碳酸鈉，使降低吸收效率。

3、生物氧化法

通過(guò)排硫硫桿菌、脫氮硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌等將硫化氫中的硫離子生成硫單質(zhì)。生物氧化法已經(jīng)在世界上少數(shù)國(guó)家得到應(yīng)用，但其核心的反應(yīng)條件和控制方法均不夠成熟，仍有待研究。

（三）針對(duì)實(shí)地考察結(jié)果分析需解決的問(wèn)題及解決措施

1、降低沼氣池的成本，繼續(xù)研究沼氣的工藝過(guò)程及沼氣池所使用的新型材料。例如用戶(hù)軟體沼氣池的發(fā)明使用，它采用了新型材料、技術(shù)及生成工藝，適用于規(guī)?；?，工業(yè)化，商品化的生成模式，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)即裝即用的要求，質(zhì)量穩(wěn)定，要以便于大規(guī)模推廣。另外，軟體沼氣池能夠有效吸收太陽(yáng)能，具有良好的防滲效果和保溫功能。

2、徹底解決秸稈出料與進(jìn)料問(wèn)題。及時(shí)出料，并采用先出后進(jìn)的順序，保持出入平衡。不但能夠保證沼氣池內(nèi)部壓力與養(yǎng)料保持穩(wěn)定，而且能夠?qū)⒁徊糠忠种普託饩婊畹漠a(chǎn)物去除，確保沼氣的正常產(chǎn)生。

3、最大程度產(chǎn)生沼氣量，在原有溫度及發(fā)酵周期的過(guò)程中，總產(chǎn)氣量應(yīng)在現(xiàn)有50%的基礎(chǔ)上，提高至70%。促進(jìn)劑的使用，能夠是發(fā)酵微生物養(yǎng)分得到改善，滿(mǎn)足自身營(yíng)養(yǎng)要求；含有必要的微量元素促進(jìn)發(fā)酵微生物的生長(zhǎng)繁殖；使甲烷菌的生存環(huán)境變得穩(wěn)定，使其新陳代謝加快。

4、在保證出氣量大致相等的情況下，盡量降低發(fā)酵溫度。采取措施降低能量損耗，在正常的發(fā)酵工藝不變的情況下，保證發(fā)酵裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，特別對(duì)寒冷地區(qū)來(lái)說(shuō)顯得特別重要。

在我國(guó)大力發(fā)展農(nóng)村沼氣建設(shè)過(guò)程中，農(nóng)村沼氣建設(shè)設(shè)施不但在數(shù)量上顯著增加，而且從質(zhì)量上發(fā)生了根本的變化。農(nóng)村沼氣技術(shù)在農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)發(fā)展中取得了卓有成效的作用，改變了農(nóng)村傳統(tǒng)的燃料方式，促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域的開(kāi)拓創(chuàng)新。換句說(shuō)法，沼氣的使用價(jià)值不單單體現(xiàn)在使用沼氣氣體上，還包括沼肥等相關(guān)產(chǎn)品的綜合使用上，怎樣最大效益的發(fā)揮沼氣、沼液、沼渣在農(nóng)業(yè)中的作用，值得研究人員不斷探索創(chuàng)新。

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