畜禽養殖場污染防治技術

中圖分類號:X503.22文獻標識碼:B文章編號:1007-273X(2010)07-0004-02

第三講沼氣利用技術

近年來，規模化畜禽養殖業產生的糞尿污水集中排放，給社會環境帶來了極大壓力。沼氣開發及綜合利用技術，就是以畜禽糞便的資源化和無害化利用為目的，以沼氣生產為紐帶，集能源、養殖和種植為一體的生產模式。沼氣可用于生產生活用能;沼液可用于作物的葉面噴施、土地灌溉;沼渣清運到干糞貯存場所，無害化處理后還田或制作有機肥料。沼氣工程技術為發展現代循環型農業提供了一條有效的技術途徑，是我國政府投入專項資金重點推廣的技術模式。

1沼氣的概念及主要成分

在自然界中，幾乎所有的有機質都可以作為沼氣的發酵原料，1776年意大利科學家沃爾塔在沼澤地里發現從水底冒出一連串的氣泡，收集分析其主要成分為甲烷和二氧化碳等氣體，是由腐爛的生物質發酵產生的，由于這種混合氣體最早發現于沼澤地，故俗稱“沼氣”。

沼氣是發酵微生物在厭氧環境下，將農作物秸稈、畜禽糞便、生活污水、工業和生活有機廢物等等可降解的物質經過厭氧消化生成可燃的氣體。沼氣的主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，這兩種成分約占沼氣體積的95%(其中甲烷約占60%~70%，二氧化碳約占40%~60%)，此外沼氣中還含有大約5%的其他氣體(硫化氫、氮氣、氨氣、一氧化碳、氫氣等)，經過凈化的沼氣完全燃燒后只生成二氧化碳和水，不會對環境造成污染。因為沼氣是細菌在厭氧條件下分解有機質的產物，畜禽糞便、污水處理后的污泥、有機垃圾、農作物秸稈等皆可作為生產沼氣的原料，所以沼氣發酵在農業和生態方面的綜合利用具有很大的經濟價值和社會效益。

2利用畜禽糞便生產沼氣技術

2.1沼氣發酵原理

厭氧發酵畜禽糞便產生沼氣就是在無氧的條件下，利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌的分解作用聯合降解畜禽糞便中的有機物，最終生成二氧化碳和甲烷等氣體的過程。人們對于沼氣發酵過程的劃分仍存在爭議，目前普遍認為沼氣發酵厭氧消化過程分為三個階段，即:水解液化、酸化和甲烷化三個階段。第一階段為水解液化階段，這一階段兼性厭氧菌和發酵性細菌將原料中非水溶性大分子碳水化合物、脂肪、蛋白質水解成可溶于水的有機酸和醇類等。第二階段為酸化階段，產氫產乙酸菌將第一階段生成的有機酸和醇繼續分解成簡單的有機酸，同時生成氫氣和二氧化碳。第三階段為甲烷化階段，產甲烷菌將第二階段生成的小分子物質轉化為甲烷和二氧化碳氣體，即發酵的最終產物沼氣。

沼氣發酵分解過程是多種細菌共同作用的結果，產生甲烷的細菌是厭氧菌，少量的氧會嚴重影響其生長繁殖，需要一個密閉消化池提供沼氣發酵中各種微生物所需的生活條件，保證沼氣發酵的正常進行。產甲烷菌能在0～80℃的溫度范圍內生存，最適宜的繁殖溫度分為三段:8~30℃稱為常溫發酵;31~45℃為中溫發酵;46~75℃為高溫發酵，在此范圍內，溫度每升高10℃，產氣量增加1~2倍。保持沼氣發酵池合適的酸堿度也是很重要的影響因素，產甲烷菌生長繁殖最適宜的pH值為6.8～7.2，超出此范圍厭氧消化的效率就會降低。

2.2沼氣發酵的影響因素

影響畜禽糞便生產沼氣的因素有:發酵環境、碳氮比、發酵溫度、pH值、進料濃度等。可采取以下措施提高沼氣產氣效率:①建造四壁不透氣的沼氣池或沼氣罐來實現厭氧環境。②有機物中碳氮比要適當，在發酵原料中，碳氮比一般以25∶1時產氣系數較高。③研究發現在10～60℃環境下都可以進行沼氣發酵，發酵溫度對沼氣發酵微生物的活性有很大影響，發酵溫度越高，發酵周期越短，產氣效率越高。發酵過程中發酵溫度的變化幅度也對發酵有很大影響，反應溫度突然下降或升高5℃以上都會嚴重抑制產甲烷菌的活性而抑制沼氣的產生，但溫度恢復后又可正常進行發酵產氣。④沼氣發生時合適的pH值為6.8～7.2，pH值高于8或者低于6時沼氣產氣菌將受到抑制。⑤進料濃度即發酵原料干物質占發酵總量的比例。一般來說，進料濃度在5%～10%比較適宜，發酵濃度過低則產氣量小，發酵設備利用率低;發酵濃度過大會造成發酵系統酸化影響發酵正常進行。

2.3沼氣發酵工藝流程

我國的厭氧消化處理技術包括預處理系統、固液分離系統、厭氧發酵處理系統和沼液綜合利用系統4個部分(如圖1)。

3沼氣利用注意事項

3.1人身安全

沼氣池旁邊必須有明顯的標識牌，警示安全范圍，保障人畜安全。沼氣池日常檢修維護工作必須由2人以上操作，沼氣池內嚴禁明火，如需照明可用手電筒，萬一發生安全事故，要及時救護并上報。

3.2沼氣池安全

經常檢查管道接頭處密封情況，防止出現漏氣;檢查安全閥、氣壓表、自動減壓閥、自動排氣閥是否正常;廢棄舊沼氣池及管道要及時拆除或回填。

3.3冬季保溫

有資料表明，當氣溫在6℃左右時，地下1.5m處溫度12～13℃左右，對于大多數地下式或半地下式沼氣池僅可以進行常溫發酵，一般產沼氣0.08～0.10m3/m3·d-1，遠遠低于7～8月份的0.20～0.30 m3/m3·d-1。為了提高沼氣產氣率，建議將沼氣池建于背風向陽處，沼氣池進、出料口和水箱都要加蓋農作物秸稈等保溫，補料時可適當添加熱性原料，如酒糟、馬糞等，有條件的地方，可以在補料時加一些熱水以提高池內溫度。

4沼氣利用技術展望

2009年2月，“湖北省恩施州生態家園戶用沼氣池”項目獲聯合國批準，成為農村戶用沼氣國內首個清潔發展機制(CDM)項目，通過實施以戶用沼氣池建設為重點的“一池三改”模式，把沼氣池建設同改廚、改圈、改廁結合起來，改變農村現有開放式厭氧豬糞便及污水管理方式，減少農戶豬糞便及污水的甲烷排放。預計該項目10年可為3.3萬農戶帶來6 000萬元的直接經濟效益。

沼氣是一種高熱值的清潔燃料，并且可以提純甲烷作為高純度燃料使用，厭氧發酵可以消解一些對環境污染嚴重的有機物質，同時在厭氧發酵過程中可以殺滅一些有害的細菌和害蟲蟲卵，減少生物質直接丟棄引發農作物病蟲害的危險。利用厭氧發酵處理畜禽糞便生產沼氣，解決了因畜禽養殖規模擴大帶來的環境惡化問題，極大地改善了農業的生態環境，提高了人們的生活質量，促進了農業的可持續性發展，因此，該項技術應用前景廣闊，經濟和社會效益顯著。

(未完待續)