養殖場怎樣合理建設并利用好沼氣工程

戚守登+++++樊玉川+++++燕海平+++++高磊

近年來，隨著國家生態文明建設以及養殖場污染物治理等相關法規出臺，對養殖場污染物治理提出更高要求，而沼氣發酵作為養殖場治污一項重要措施被逐漸采用。然而在沼氣工程建設中還存在許多需要解決的問題：一是不能合理確定哪些場需要建設沼氣池，造成盲目建設，資金浪費；二是沼氣工程工藝路線不對路，不僅沒有達到治污目的，反而造成更多污染；三是不能合理確定沼氣建設規模，過小處理能力不足，過大造成資金浪費；四是不能因地制宜合理確定沼氣建設模式，造成沼氣發酵效果不理想；五是配套設施不完善，沼氣生產不夠穩定；六是沼氣生產維護不到位，出現故障較多；七是沼液不能合理利用，甚至直接外排，造成污染。因此，對于沼氣工程建設，首先應該明確其發酵原理及發酵條件，然后選擇合理的工藝及模式，確定合理的建設規模，配備必要的設施與設備，進行科學的管理與維護，確保沼氣工程發揮最大效益。

一、沼氣發酵的原理及條件

1. 沼氣發酵原理

沼氣發酵是指有機物質（如人畜家禽糞便等）在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過各種微生物的分解代謝，最終形成甲烷等可燃性混合氣體（沼氣）的過程。

2. 沼氣發酵條件

①溫度。沼氣發酵可在較為廣泛的溫度范圍內進行，4～65℃都能產氣，隨著溫度的升高，產氣速度加快，但不呈線性關系。溫度的突然變化會對產氣發生很大影響，溫度變化超過5℃，產氣量顯著降低，若變化過大則產氣停止。

②接種物。正常沼氣發酵是一定數量和種類的微生物來完成的。新池裝料前，要收集老沼氣池里含有豐富的沼氣細菌的沼渣、沼液、糞坑的底腳黑色沉渣以及塘泥、城鎮污水溝的污泥等作為接種物。接種物的數量要達到發酵原料的10%～30%，把接種物和發酵原料均勻混合，一同加入池內。

③厭氧環境。沼氣發酵需要在厭氧環境下進行，為了保證厭氧條件，必須修建嚴格密閉的沼氣池，保證沼氣池不漏水、漏氣。

④料液的pH值。甲烷菌要求的酸堿度范圍很窄，一般pH值為7左右，發酵過程通常維持在6.8～7.5。在正常情況下，沼氣發酵的酸堿度有一個自然平衡的過程，一般不需調節。只有在配料和管理不當的情況下才會出現揮發酸的大量積累導致pH值降低。

⑤攪拌。在常規的發酵池，發酵液通常自然分為四層，從上到下分別為浮渣層、上清層、活性層和沉渣層。發酵池需要不停攪拌才能達到好的發酵效果，攪拌的目的：一是發酵原料分布均勻，增加微生物與原料的接觸面，加快產氣速度；二是防止原料浮面結殼，產生的沼氣釋放不出來；三是防止局部酸的積累。

⑥原料要求。適宜的干物質濃度為6%～12%，濃度過高，發酵原料不易分解，并易積累大量酸性物質，影響正常產氣；濃度過低，產氣量也會減少。沼氣池要低負荷（6%以下的濃度）啟動，待產氣正常后，再逐步加大負荷。沼氣微生物所需的碳氮比以20～30∶1為宜，最適碳氮比為25∶1。

⑦壓力。甲烷菌能適應較大的靜水壓力，但它對壓力變化極為敏感，需要工藝來穩定壓力。在進料、出料和沼氣消耗時，沼氣池中的壓力發生變化，對甲烷菌的生命活動有抑制作用。

⑧添加劑與抑制劑。有些物質少量添加于沼氣池后就可顯著促進產氣，這類物質稱為添加劑；而另一些物質少量添加于沼氣池后則顯著抑制產氣，這類物質稱為抑制劑。

二、合理進行沼氣工程建設

1. 理性確定是否需要建設沼氣工程

目前，養殖場沼氣建設主要目的是消除養殖場糞便、污水對周邊環境的污染，對養殖場來說是一筆較大投資，因此，我們應根據實際情況科學論證是否需要建設沼氣工程。

①小型養殖場沼氣建設必要性不大。從環保角度考慮規模較小的養殖場，如果周邊農田能完全消納，養殖場只要設立具有三防（防雨、防滲、防外溢）堆糞場和水泥硬化的廢水池，將糞便和污水發酵完全用于農業生產，就可以達到消除環境污染效果。如果從能源利用角度考慮，養豬、養牛場可以建設沼氣工程，將糞便或污水進行發酵，但是應在資金充裕且沼液能完全被消納的條件下施行。

②從環境保護角度考慮，規模較大的養雞、養牛、養羊場建設沼氣工程意義不大。養雞場廢水產生量較小，雞糞易酸化、沉淀物多、碳氮比不適合微生物需要，單獨發酵非常困難，因此養雞場沼氣生產困難較大；牛、羊養殖多數時間在舍外，產生的尿液多被就地蒸發，牛、羊養殖場廢水產生量較小，主要是擠奶站沖洗用水和雨水沖刷產生的污水。據調查，每頭牛年產生廢水1米3左右，羊則更少，牛、羊糞易于運輸，也容易發酵制作有機肥，因此從環保角度考慮，一般牛、羊養殖場建設沼氣工程意義不大。因此，規模較大的養雞場、養牛場、養羊場，若周邊農田不能完全消納糞便，應配置有機肥生產設備或干濕分離設備，將糞便制作成有機肥或干性糞便向外輸送或銷售；污水經水泥池發酵用于周邊農田。規模牛場若建設沼氣工程，應在資金充裕且沼液能完全被消納的條件下施行。

③大中型養豬場應建設沼氣工程。養豬場廢水產生量較大，平均每頭每天5～10升，干清糞的少，水沖（泡）糞的多。大中型養豬場產生糞便和廢水不能被周邊農作物消化，應配置干濕分離設備，將干性糞便向外輸送、銷售或制作有機肥；污水經沼氣發酵綜合利用，沼液用于周邊農田，周邊農田消納不完的沼液應做進一步凈化處理，達標后排放。

2. 科學確定沼氣建設工藝路線

目前，沼氣生產工藝路線分兩大類，即環保型和能源型。

①環保型。這種工藝是對養殖場糞便和污水進行干濕分離，分離出的干性糞便可以直接堆積發酵，便于儲存和外運，也可以進行有機肥生產，提高其附加值；分離出的污水進入沼氣池發酵產生沼氣。這種工藝類型沼氣池容量相對小，產生的沼液少，后期處理壓力小，同時經過干濕分離處理的廢水中有機物顆粒適中，發酵過程產生浮渣少，處理沼渣工作量較小。

②能源型。將養殖場糞便和污水按照沼氣發酵原料要求稀釋成合適比例，全部進入沼氣池發酵，這種工藝類型要求沼氣池容量相對大，產生的沼液多，后期處理壓力大，發酵過程產生污泥和浮渣多，處理沼渣工作量較大。

在目前環保壓力大的情況下，建議盡量采用環保型沼氣生產工藝，謹慎采用能源型沼氣生產工藝。

3. 合理確定沼氣建設模式

目前，沼氣發酵設備主要有兩類模式，即地下發酵池和地上發酵罐。養殖場應根據實際情況，在保證發酵溫度、盡量節約能源的原則下確定模式。

①地下發酵池。這種模式是在地下挖池并用鋼筋水泥硬化，地下池又分為全封閉水泥池和紅泥塑料沼氣池（見圖1），前者因多種原因逐步淘汰；后者是對前者的改良，池頂采用紅泥塑料封頂，這種發酵裝置不僅建造成本較低，而且還有以下優勢：一是充分利用地熱和紅泥塑料吸熱，冬季沼氣池內溫度較高，保證了沼氣發酵，一般不需要加熱，節約了大量能源。實踐證明，冬季外界氣溫在-12℃沼氣發酵仍然進行，如果在池上面建造保溫塑料大棚發酵效果更加理想。二是紅泥塑料作為池頂，有較大彈性，在池內出入物料、產氣排氣不均時能夠起到一定緩沖作用，保持池內壓力相對穩定，確保甲烷菌正常活動，也確保了沼氣生產安全。三是維護簡便，如果需要對池內進行檢修、維護，將紅泥塑料打開抽取池內污水即可進行操作。因此，建議北方寒冷地區采用此種模式。

②地上發酵罐（見圖2）。這種模式是在地上筑造保溫鐵罐，將污水輸入罐內進行發酵。此種發酵罐與紅泥塑料發酵池相比維修放水相對方便，罐內混合效果較好，但是造價較高，而且在冬季需要加熱消耗大量熱量才能運行，運行成本高，在寒冷的北方謹慎采用。

4. 確定合理沼氣池（罐）容積

沼氣池（罐）容積要根據養殖場進入沼氣池原料數量和原料滯留時間而確定，一般計算方法是將原料（含干物質8%左右）乘以原料滯留時間，即可得到沼氣池容積。例如：某養殖場每天產污水130立方米，如果原料滯留期按30天計算，需要沼氣池3900立方米。原料滯留時間也就是沼氣發酵時間，而沼氣發酵時間又主要取決于沼氣生產工藝、沼氣發酵原料、沼氣池內的溫度等因素。經過實踐，在豫西地區采用干清糞工藝，經過干濕分離后進入紅泥塑料沼氣池內的污水需要發酵25～30天，而水泡糞需要時間相對短一些，需要發酵15～25天。

5. 完善相關設施設備，最大限度保證沼氣生產需要

①完善沼氣池內攪拌設備。充分攪拌既有利于微生物和物料接觸，保證充分發酵，又能防止物料沉入池底。攪拌的方法有3種：一是機械攪拌，在池內安裝葉輪進行攪拌。二是氣攪拌，將沼氣從池上部抽出后，通過管道又從池底壓進去，產生強大的氣流，達到攪拌的目的。三是液攪拌，采用底部進料，頂部出料，產生強大的液體上流，達到攪拌的目的。

②完善物料儲備與處理設備。進入沼氣池的物料必須經過處理，方能保證沼氣正常發酵。一是要配備物料攪拌池與攪拌機，對將要進入沼氣池的糞便及污水充分攪拌，使其固態物得到破碎，并使物料混合均勻，有利于沼氣發酵。二是干濕分離設備，將混合物料中的較大顆粒物質分離出來，減輕沼氣池發酵負荷。三是建造預處理池（同時可以作為緩沖池），容積達到日產生污水量的3倍以上，既能保證污水系統出現故障情況下進入沼氣池的水量穩定，又可以使小固體向下沉降，大浮渣向上漂浮，保證進入沼氣池內污水所含有機物顆粒適中；必要時也可以進行酸度調節。

③完善原料應急處理設施。一是要配置污水排放應急管道系統，由于控制疾病等原因造成的污水中含有消毒藥物、抗菌藥物、殺蟲藥物或洗衣液含量大的污水，不能進入沼氣池，應設置專用管道排到沼液池或專用污水處理池。二是按照環保要求配置應急處理池，在沼氣發酵出現故障后，污水進入應急池暫時存放。

④完善沼氣儲備、處理與應用設備。大型沼氣池應設置儲氣裝置，使沼氣及時排出沼氣池儲存，保證沼氣池壓力穩定，也利于沼氣使用時氣源穩定。同時應配備沼氣脫硫、脫水、增壓、缷壓裝置，使沼氣供應純凈而穩定。沼氣應用設備主要包括燃燒、發電、照明等設備，根據實際情況配備。

三、科學管理，精心維護

1. 科學管理

①維護池內壓力穩定。進料和出料的速度盡量保持一致，所進原料和所排出的廢料體積應相等，及時排除產生的沼氣，以保持沼氣池內壓力穩定，確保甲烷菌正常活動。

②保持池內沼氣菌群數量穩定。每日進料總量保持穩定，保持池內微生物菌群穩定，切忌進料量突然加大，從而使大量菌群隨著出料的突然增加而流失；也不能突然減少進料，菌群養料減少會造成數量下降。

③避免抑制發酵的污水進入。當豬群大量使用消毒藥物、抗菌藥物、殺蟲藥物時，豬舍污水不要進入沼氣池，以免抑制沼氣發酵；盡量使用殘留期短或無殘留的藥物，采用超聲波、紫外線等物理消毒方法可以避免藥物殘留。

④及時調節酸度。出現發酵液酸度較大時，要及時調節，具體措施：一是稀釋發酵液的揮發酸，以提高pH值；二是采用加草木灰或適量氨水來提高pH值；三是當發酵液過酸時，用石灰水調節pH值。

2. 精心維護

沼氣生產是靠厭氧菌發酵進行，如果某個環節出現故障就會導致一連串不良反應，例如：某種因素造成沼氣發酵能力下降，不僅降低了厭氧菌群繁殖速度，從而使菌群數量大幅降低，而且引發氣攪拌功能下降，進一步降低了發酵程度，形成惡性循環。因此，在沼氣生產中要及時檢修各種設備，發現問題及時處理，避免惡性循環發展。

3. 沼液處理

沼液中含有豐富的氮、磷、鉀、氨基酸、維生素、蛋白質、碳水化合物、核酸以及抗生素等活性物質，因此有促進作物生長和控制病害發生的雙重作用，不僅可以取代化肥，還是生產有機食品的最佳肥料。但是，沼液中COD含量還較高，不能直接對外排放，養殖場必須對此有清醒認識，決不能認為污水經過沼氣發酵就可以對外排放。

①沼液作為肥料處理。沼液作為肥料可用于大部分農作物生產，但是需要稀釋或經過池塘等將有機物濃度降低后方可使用，一般每畝需澆50米3左右。澆灌次數根據氣候條件、土地以及農作物消納能力而定。

②沼液排放達標處理。沼液產量過大，周邊農作物不能消納時就要考慮沼液達標排放處理，處理方法一般采用有氧曝氣，其處理時間較長、成本較高。目前，有一種有氧曝氣加化學藥品的處理方法，其處理時間較短、成本較低，可以借鑒采用。