規模化豬場糞污的沼氣處理

淡江華 孟湞銥 馮燕平

（1，山西農業科學院畜牧獸醫研究所 030032；2，山西農業大學 030801；3，山西省農業廣播電視學校 030002）

豬渾身是寶，沒有什么廢物，包括豬糞也都是農業絕好的有機肥。豬糞利用好不僅能改善環境，還能給養殖場節約成本，甚至產生相當可觀的經濟收入，利用不好會影響人體健康，增加豬群疾病發生概率，《新環保法》 的出臺及執行力度對養豬環保問題提出了更高的要求，意味著養豬場環境污染不達標將會面臨生存危機。《畜禽規模養殖污染防治條例》 作為國家第一部專門針對畜禽養殖污染防治的法律性文件，明確以綜合利用作為解決畜禽養殖廢棄物污染問題的根本途徑，為規模化養殖場廢棄物污染治理指出一條可持續發展之路，目前我國豬場糞污主要處理方式有化糞池發酵、堆肥發酵、異位發酵床、沼氣發酵處理等。本文主要針對規模化養豬場糞污的沼氣處理方法做簡單闡述。

1 豬糞污對環境的污染

在政策和行業發展要求之下，我國生豬養殖業的規模化發展進入了快速發展期，規模化、集約化的養殖小區不斷增加，規模化飼養模式替代傳統的散養模式是必然趨勢，但與此同時，擺在我們面前的問題也非常突出，養豬場的糞便和污水排放劇增，養殖污染問題非常棘手。豬糞污中除含有多種營養成分外，還含有大量氮、磷、病原微生物、寄生蟲、藥物和飼料添加劑的殘留物，是污染土壤、水源的主要有害成分，同時，豬糞污排放氨氣、硫化氫、吲哚、糞臭素等有害氣體，影響人體和豬群的健康，造成周圍空氣臭氣沖天、蚊蠅成群。研究表明：1 頭育肥豬從出生到出欄，排糞量850～1050kg，排尿量1200～1300kg；1 個萬頭豬場每年排放純糞尿3 萬t，再加上集約化生產的沖洗水，每年可排放糞尿及污水6 萬～7 萬t[1]，目前全國約有5000 頭以上的養豬場1500 多家，如此龐大的糞污產生量，若沒有得到很好減排、科學處理，污染物的排放給生態環境所帶來的危害可想而知。

2 豬糞的沼氣處理

豬場糞污沼氣處理是以豬糞、污水的厭氧發酵為主要技術環節，以生產可再生能源為主要目的，使豬場糞污達到無害化處理、資源化利用的一項系統工程。

2.1 沼氣發酵原理

沼氣發酵又稱厭氧消化、厭氧發酵。畜禽糞污的沼氣發酵處理技術是對畜禽糞便、污水等廢棄物的綜合利用，是畜禽糞污在一定水分、溫度、酸堿度、碳氮比和厭氧條件下被各類微生物分解代謝，最終形成甲烷和二氧化碳等可燃性氣體的過程。

沼氣發酵有3 個階段：第一階段為水解階段。這一階段兼性厭氧菌和發酵性細菌將原料中較大分子的成分水解成可溶于水的有機酸和醇類等。第二階段為酸化階段。產氫產乙酸菌將水解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。產甲烷菌將酸化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。

其中液化階段和產酸階段是一個連續過程，統稱不產甲烷階段，這個過程主要為產甲烷菌提供營養并創造適宜的厭氧條件，消除部分毒素。沼氣發酵工藝多采用“兩相發酵工藝”，也稱兩步厭氧消化。20 世紀70 年代初，S.Ghosh 和F.G.Pholand首次提出兩相厭氧消化概念，即把產酸和產甲烷兩個階段的反應分別在兩個獨立的反應器內進行，以創造各自最佳的環境條件，并將這兩個反應器串聯起來，以創造各自最佳的環境條件，形成兩相厭氧發酵系統。大量試驗證明，“兩步發酵”工藝能使整個沼氣發酵過程最優化，顯著提高反應速率。

2.2 沼氣發酵需具備的條件

2.2.1 沼氣池的建設

建設沼氣池是一項專門技術，一方面必須保證安全，另一方面沼氣池的密封要求高，我國有專門的國家標準可以遵照執行（GB-4759-4752-84，GB-4750-4752-2000）。目前，我國大部分縣市都有專門的沼氣推廣部門，建沼氣池要取得他們的支持和指導，不要自己隨意建池，以免發生危險和漏氣，造成二次污染。

2.2.2 沼氣發酵需具備的條件

沼氣發酵需具備以下幾個重要的條件。

（1）嚴格的厭氧環境

沼氣微生物的核心菌群-產甲烷菌是一種厭氧性細菌，對氧特別敏感，在生長、發育、繁殖、代謝等生命活動中不需要空氣，空氣中的氧氣會使其生命活動受到抑制，甚至死亡，產甲烷菌只能在嚴格厭氧的環境中才能生長。所以修建沼氣池要嚴格密閉，不漏水，不漏氣。

（2）良好的發酵菌種

沼氣發酵的前提條件是要接入含有大量豐富菌種的接種物，這種接種物在自然環境中是常在菌，如沼氣發酵的核心微生物菌落產甲烷菌群，一切具備氧條件和含有有機物的地方都可以找到其蹤跡，來源主要是老沼氣池發酵液、池塘底部、陰溝污泥之中等[2]。

（3）適宜的發酵料液溫度

通常把不同發酵溫度分為4 個范圍：50～60℃稱為高溫發酵，實際控制溫度多在(53±2）℃，高溫發酵微生物生長活躍，有機物分解速度快，產氣率高，滯留時間短。但要維持消化器的高溫運行，能量消耗較大；30～45℃稱為中溫發酵，是北方地區規模化養豬場較青睞的，與高溫發酵相比，消化速度慢一些，產氣率低一些，但維持中溫發酵的能耗較少，沼氣發酵能總體維持在一個較高的水平，產氣速度比較快，料液基本不結殼，可保證常年穩定運行。25～30℃稱為近中溫發酵，主要是針對規模化養豬場豬糞污處理提出的。10～26℃稱為常溫發酵，是南方地區規模化豬場常用的一種厭氧發酵技術[3]。

（4）適宜的酸堿度（pH）

厭氧微生物要求中性的環境，或者微偏堿性，過酸、過堿都會影產氣。酸堿度在pH6～8，均可產氣，以pH6.5～7.5 產氣量最高，pH 低于6 或高于9 時均不產氣。在正常發酵過程中，沼氣池內的酸堿度變化可以自然調解，先由高到低，然后又升高，最后達到恒定的自然平衡的pH，一般不需要人為調節。

（5）有規律的持續攪拌

沼氣池的攪拌通常分為機械攪拌、氣體攪拌和液體攪拌3種方式。對發酵液進行攪拌有利于厭氧微生物與有機物充分接觸，并可打碎發酵過程中產生的浮渣層，使產生的沼氣更容易逸出，攪拌后平均產氣量可提高30%以上。推薦西北農林科技大學專家教授研制發明的國家專利——沼氣池氣動攪拌裝置（專利號ZL97227660.2），可利用沼氣池的產氣動力，實現沼氣池發酵裝置自動攪拌和持續動態發酵的目的。

2.2.3 沼氣發酵產污的資源化利用

豬糞便經厭氧發酵處理后，能有效將豬糞中細菌性病原、病毒性病原、寄生蟲性病原及蟲卵殺滅，并能使其中的有機物得到有效分解，變成容易被吸收利用的發酵產物。沼氣發酵產物包括沼液、沼渣和沼氣3 部分，發酵產物中除沼氣，殘余的沼渣和沼液統稱為沼氣發酵殘留物，俗稱沼肥。沼氣是很好的再生能源，常用于發電、供氣、大棚增溫和保溫、農產品的保鮮和貯存、生物燃氣等；沼肥含有豐富的微量元素和氨基酸，有極高的營養價值，在種植業和養殖業得到較為廣泛的推廣應用[4]。

3 沼氣處理注意事項

（1）沼氣池的建設一定不要隨意建池，要請當地的沼氣部門幫助，以免發生危險和漏氣。

（2）技術人員一定要經過正規培訓才能進行操作，避免使用過程中發生安全事故。

（3）沼氣池建設容量要與實際使用能力相匹配，不要盲目建設，防止產出的沼氣用不完排入空氣會造成二次污染。

總之，我國沼氣事業發展從20 世紀20 年代后期發展至今，已有將近100 年的歷史，尤其近10 年來，我國畜禽養殖場能源環境工程技術發展已相對成熟，完全有能力解決水造成的污染問題，正穩步向規模化、商業化進程推進，沼氣發酵處理通過厭氧發酵處理豬糞污是規模化養豬場解決環境污染有效途徑之一。雖然沼氣大中型沼氣工程的建設會有很大的經費投資，但在設計合理、發酵方法得當，資源化利用程度充分的情況下，不僅可以降低養殖場豬糞污對環境的污染，達到環標要求，而且開辟新能源利用，節省燃料，降低豬場運營成本，發酵產物的市場化運營是一筆穩定的非常可觀的收入，提高了養豬場經濟效益，沼氣發酵處理規模化豬場糞污方法的推行，推動了養豬場無害化處理糞污的可持續發展。