沼气的制取与应用研究报告.docx
- 文档编号:6930567
- 上传时间:2023-01-12
- 格式:DOCX
- 页数:9
- 大小:48.12KB
沼气的制取与应用研究报告.docx
《沼气的制取与应用研究报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《沼气的制取与应用研究报告.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
沼气的制取与应用研究报告
《沼气的制取与应用》教学研究报告
一、背景资料
(一)知识背景
自然界中常可见到在湖泊或沼泽中有气泡从水底的污泥中冒出,这些气体收集起来可以点燃,称之为“沼气”。
研究表明,沼气是多种微生物在厌氧条件下对有机质进行分解代谢的产物,其主要成分是CH4(约60%)和CO2(约35%),还有少量H2S、H2、CO和N2等其他气体。
生成沼气的过程称为沼气发酵,一般说来,沼气发酵大致分为三个阶段。
第一阶段,微生物分泌胞外酶将生物质水解为水可溶性物质;第二阶段,进入微生物细胞的可溶性物质被各种胞内酶进一步分解代谢,成为挥发性的脂肪酸等;第三阶段由甲烷菌完成。
有机物生成甲烷的总反应
发酵原料和条件不同,所得沼气的成分也有所变化。
人粪、禽粪、屠宰废水发酵所得沼气,甲烷可达70%;秸杆为原料发酵时,沼气的甲烷含量约55%。
含甲烷60%的沼气与空气混合物的爆炸限为9-23%。
沼气发酵是在自然界中广泛存在的复杂微生物学过程。
由于参与这一过程的微生物种类繁多、性能不同、数量巨大,决定了沼气发酵的复杂性。
沼气的利用有生活用途和生产用途、燃料用途和非燃料用途之分。
除炊事、照明、孵化外还可作为内燃机燃料(用于驱动汽车、发电、抽水等)。
沼气发酵后的沼液含丰富的维生素、氨基酸、生长素、腐植酸等生物活性物质及氮、磷、钾、微量元素,经过滤后可浸种、喷施、制造高效有机肥。
沼渣可用于制造配合饲料等。
17世纪就有人发现了沼气,19世纪巴斯德就提出可利用沼气加热和照明。
由于沼气发酵既可解决环境污染问题,又可开发新的、经济的能源,因而有广泛的应用前景。
(二)方法背景
在广大农村有大量的废弃有机物,诸如人畜粪便、作物秸秆、青草、含有机物质的垃圾、工业废水和污泥等,这些有机物不及时处理,将污染环境,可利用生物转化法进行处理。
为了响应党中央建设社会主义新农村的伟大号召,基于农村初中学生毕业后一部分走升学之路,另一部分则不能继续读书深造,加入到新农村建设中的现实,我们从2005年起开展了生物科普系列活动,并以此为抓手,带动科技活动的开展,创出了教学的特色。
活动的内容包括沼气的制取、沼气的应用以及建立班级的生物角特色。
为了使这一特色活动能持续开展下去,并能通过活动,使学生有更多的收获、有实质性的提高,特别是结合课改的实施,让学生在科学活动中自主地进行探究性学习,在探究的过程中培养学生自己发现问题、探究问题、解决问题的能力,从而培养他们真正成为学习的主人。
沼气的制取是学生感兴趣的一项活动。
通过活动能让学生了解沼气的发酵过程。
在活动中培养学生的动手动脑的能力。
同时可以丰富他们的课余生活,给学生们创建一个探索科学奥秘的空间。
为了使以往开展生物科普系列活动得以延续和发展,决定将沼气的制取与应用作为校本课程加以实施。
二、活动目标
1.能通过对身边自然事物的观察,发现和提出问题。
2.能运用已有的知识做出自己对问题的假想答案。
3.能根据假想答案,制定简单的科学活动计划。
4.能通过观察、实验、制作等活动进行研究。
5.会阅读、整理从书刊及其他途径获得的科学资料。
6.能在已有的知识、经验和现有信息的基础上,通过简单的思维加工,作出自己的解释或结论,并知道这个结论是可以重复验证的。
7.能用自己擅长的方式表达探究结果,进行交流,并参与评议,直到对别人研究的结论提出质疑。
8.培养学生的环境保护意识和变废为宝的科学精神。
三.活动方案
(一)活动名称:
沼气的制取与应用
(二)沼气的制取的准备工作
1.场地
(1)大小可根据学校的具体条件而定。
(利用学校的空地挖掘一个池或利用一个较大且能封闭的缸等都可以)
(2)要有较好的通风条件。
2.发酵物的来源
可由学生自备秸杆或与农户联系,向他们购买禽粪,或利用学校的人粪,品种和数量可以根据学校情况而定。
3.注意事项
一是严格密闭沼气池。
沼气发酵中起主要作用的微生物是厌氧菌,只要有微量的氧气或氧化剂存在,就会阻碍发酵作用的正常进行。
因此,密闭沼气池,杜绝氧气进入,是保证人工制取沼气成功的先决条件。
二是选用合适的原料。
一般来说,所有的有机物质,包括人畜粪便、作物秸秆、青草、含有机物质的垃圾、工业废水和污泥等都可作为制取沼气的原料。
然而,不同的原料所产生的沼气量也不同,所以,应根据需要选用合适的原料。
(三)适用对象:
8—9年级学生
(四)活动目的
1.通过活动,了解变废为宝的科学常识。
2.学会一些收集资料的方法,并能在同学中进行交流。
3.了解沼气产生的环境和条件。
4.学会制取沼气的基本方法和技能。
5.学会做科学活动的纪录。
6.学会对自己和同学进行合理的评价。
7.培养团队间合作、互助的精神。
8.能写一些日记和体会并进行交流。
9.通过活动,培养学生自主探究、主动学习的能力。
(五)活动内容
活动一:
头脑风暴——制取沼气满足的条件
沼气是细菌在一定条件下发酵、分解有机物质产生的。
当制取沼气的条件越合适,细菌的生命活动越旺盛,产生的沼气就越多。
因此,在制取沼气时,要求产气量高,就必须使沼气微生物在厌氧条件下有较旺盛的生命活动,为此,创造一个良好的环境是生产沼气的关键。
制取沼气必须满足以下几个条件:
1.严格的厌氧环境
分解有机物质产生沼气的微生物都是嫌气性细菌,他们的整个生命活动都不需要空气(厌氧)。
相反,空气中的氧气对它们还有损害。
因此,修建不漏水、不漏气的沼气池,不仅是装料和贮气的需要,更重要的是保证细菌在厌氧条件下生活,使之达到非常产气的目的。
2.接种物
有机物质厌氧分解产生甲烷的过程,是由多种沼气微生物来完成的。
因此,在沼气发酵中,加入足够的所需要的微生物作为接种物(亦称菌种)是极为重要的。
有没有接种物决定了沼气发酵的成败,而接种物中的有效成分是活性直接关系发酵过程的好坏。
接种物中的有效成分是活的沼气微生物群体。
不同来源的接种物,活性是不同的。
因此,在选择接种物时,不但要有占投料量20%-30%的接种物,而且更应选择活性强的接种物。
3.充足的发酵原料
沼气微生物的生命活动除了严格的厌氧环境外,还需要一定的营养条件,主要是碳素、氮素、水分、矿物质等各种有机物质,如人、畜粪便、作物秸秆、生活污水,以及含有机物质的工业废料等,都可作为沼气池的发酵原料,也就是沼气微生物生长所需要的营养物质。
但微生物对营养物质中的碳素、氮素的需要量有一定的比例,据测定,碳、氮比为25:
1为最好。
人、畜粪便含氮比例大,秸秆、杂草等纤维多的物质碳含量高。
因为,为了保持一定的碳氮比,沼气池中,不仅需要经常补充足够的发酵原料,还应注意各种原料的合理搭配,综合进料才能多产气。
4.适当的温度
发酵温度是影响沼气发酵的重要因素。
在一定温度范围内,发酵原料的分解消化速度随温度的升高而提高,也就是产气量随温度升高而提高,但也不是越高越好。
对于采用自然温度发酵(即常温发酵)的方式发酵的,池内温度为10℃—30℃,超过30℃也不能正常发酵,但在10℃以下,发酵效果也不理想。
5.适当的酸碱度
酸碱度也是影响沼气发酵的重要因素。
这里说的酸碱度是指发酵液而不是原料的酸碱度。
沼气发酵的适宜酸碱度(也就是PH值),在6.5-7.5之间(可用PH试纸测定),过高、过低都会影响沼气发酵的顺利进行。
在沼气发酵的起动阶段,如果投料的浓度太高或原料含碳的比例太大,使有机酸积累太快而酸碱度下降到6时,就会严重抑制产甲烷菌的活动,产生的气体大部分是二氧化碳。
所以新池起动,投料浓度宁可低一些,也不要太浓。
当沼气发酵正常进行后,再逐渐加入适量的原料。
如果发现发酵液偏酸(PH值小于6.5),可在发酵液中加入适量的石灰或草木灰;如发酵液偏(PH值大于7.5),则应加入一些鲜草、水草、树叶和水,酸碱度可逐步得到调节。
6.掌握发酵原料和水的配合比例
产生沼气的原料必须有适量的水分才有利于产气,这是因为沼气细菌吸收养分、排泄废物和进行其他生命活动都需要有适宜的水分。
若水量过少,发酵液太浓,容易积累大量的有机酸,使发酵作用受阻影响产气。
如果水量过多,发酵液中干物质含量少,单位体积的产气量就少。
发酵液的含水量以90%-94%较适宜(干物质占6%-10%),在这个范围内,夏天可以稀一些,冬天可以浓一些。
如沼气池中原料和水的比例难估计,宁可稍稀,不要太浓。
活动二:
智慧大比拼
1.组织学生对制取沼气满足的条件进行深入理解。
(1)以小组为单位开展读书活动。
(2)在小组内开展制取沼气的交流活动。
(3)在全班范围开展汇报活动。
2.请老师给予每位同学参加活动一、活动二后一个总的评价。
活动三:
探究制取沼气的原理
1.查阅资料了解制取沼气的原理。
(1)以小组为单位开展查阅资料活动。
(2)汇报查阅资料情况。
2.探究制取沼气的原理。
(1)请学生根据理解谈谈对制取沼气的原理的认识。
(2)请学生对自己的原理进行评价,同时再对同组的同学进行评价。
3.请老师给予制取沼气的原理一个总的评价。
活动四:
画一画实验装置图
1.在上次活动的基础上组织活动。
2.小组中把沼气的制取装置和收集装置图画出来。
3.教师也可给同学适当的补充,注意要强调一个小组是一个整体,要资源共享。
4.教师适当讲解。
活动五:
在实验室里制取沼气
(1)在一个三角瓶(称为发酵瓶,图A中)放入80克猪粪(提供氮、磷等元素)、20克粉碎的玉米秆(提供有机物,主要是碳源)、50克池底污泥(其中含有各种微生物,尤其是含有厌氧的产甲烷细菌),再加入350毫升水,混匀。
(2)在另一个三角瓶(称为集气瓶,图B中)装满水。
(3)第三个三角瓶为集水瓶(图C),实验开始时,该瓶装入少量清水,以封住导水玻管口即可。
按下图装好,注意橡皮塞、玻璃管和乳胶管的各个接口不要漏气,必要时可用蜡封。
(4)将上述装置放在温暖处(25℃以上)或28~30℃保温室培养。
此时,将图①、③处弹簧夹夹紧。
(5)发酵开始后,由装有原料的三角瓶中释放的气体将B瓶中的水压入C瓶中。
一般自培养之次日起就可逐日观察并记录产气量。
(6)发酵一周后,B瓶中应收集有含甲烷较多的沼气,此时可进行点燃试验。
即将②处弹簧夹夹紧并将集水瓶C放在高于集气瓶B的位置上,使水流回集气瓶B,同时打开③处弹簧夹,使气体自燃烧口徐徐排出。
以燃烧的火柴点燃排出的气体,即可看到甲烷燃烧时发出的蓝色火焰。
活动六:
做做尝尝
1.利用学校的空地挖掘一个发酵池,像下图一样制作。
2.发动学生自备秸杆或与农户联系,向他们购买禽粪,或利用学校的人粪作为发酵物。
3.对制取的沼气进行点燃试验。
4.让学生谈谈制取沼气的体会。
5.以小组为单位确定自己小组的做法,并做好记录。
6.在老师的指导下动手操作,在实践中验证。
7.同学间进行评价,也请老师给学生一个评价。
沼气池结构示意图
沼气池结构剖面图
活动七:
收获体会
1.写一篇参加活动的体会文章或日记。
2.小组交流,选出代表进行大组交流。
3.每位学生请同学和老师对你的表现进行评价。
四.指导性方案
活动一:
头脑风暴——制取沼气满足的条件
1.活动目标:
(1)通过活动,了解沼气产生的环境和条件。
(2)学会一些收集资料的方法。
(3)通过活动,培养学生自主探究、主动学习的能力。
2.活动重点:
通过活动,了解沼气产生的条件。
3.活动难点:
理解沼气产生的条件。
4.活动准备:
教师:
校本教材、沼气产生的展示资料(图片、课件等)。
学生:
铅笔、橡皮。
5.活动过程:
(1)同学们,由于农村经济的发展和社会的进步,人们越来越希望清洁、环保的能源,在我们农村如何把秸秆、人禽的粪便等变成一种新型的清洁的能源呢?
今天我们来探究沼气的制取。
出示沼气产生的展示资料(图片、课件等)。
(2)沼气的产生是不是自然的呢?
它需要怎样的条件呢?
请同学们大胆地猜想。
(3)下面,我们详细了解沼气产生的环境和条件。
五.拓展性方案
活动二:
智慧大比拼
1.现在同学们对沼气产生的条件有一些认识了,小组内同学相互讨论,有哪些还不清楚,提出来讨论。
2.教师引导学生小结。
3.各组提出问题,全班共同讨论。
4.教师评价。
六、实践性方案
活动六:
做做尝尝
1.发酵池的做好后,怎样检查它的密闭性。
2.在老师的指导下对制取沼气进行点燃试验。
3.当沼气量少时,如何分析原因,并找到症结。
4.由同学通过实践,归纳注意事项。
5.教师评价。
七、可能出现的问题及解决预案
1.产生的沼气量少,效果不明显。
解决预案:
查找原因,根据原因进行补救。
2.学生在操作过程中怕苦、怕脏。
解决预案:
对学生进行劳动观念教育。
3.在操作中预防发生安全事故。
解决预案:
对学生进行安全常识教育,特别严禁学生带易燃物品到沼气池和实验场所处。
4.实验时间长。
解决预案:
告诉学生物体发酵时间的长短。
八、参考资料
1.农村适用技术培训手册。
2.生物课程标准。
3.十万个为什么。
4.中国沼气网。
牧歌寄谦牧翁
[宋]王柏
山前群羊儿,群羊化为石。
山后谦牧翁,双牛挂虚壁。
仙佛道不同,妙处各自得。
我来牧坡上,牧翁已牧出。
风行麦浪高,日暖柳阴直。
沙平草正软,隔林数声笛。
试问翁牧意,著鞭还用力。
牵起鼻撩天,蹋地四蹄实。
汤饮菩提泉,饥来噍刍苾。
步行颠倒骑,神光背上射。
因悟角前后,通身白的皪。
勿使蹊人田,毋乃失其职。
舍策脱蓑归,人牛两无迹。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 沼气 制取 应用 研究 报告