畜禽糞便厭氧發(fā)酵技術分析

管志云，邵 敏 ，劉玉坤

（1.新蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團有限公司 213000；2.上海環(huán)境工程設計研究院有限公司 200040）

隨著中國社會的不斷發(fā)展和居民生活水平的提高，人們對肉蛋奶類食品需求不斷增加，促使中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)朝著集約化與規(guī)?；l(fā)展，其中以豬、牛、羊養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展最快，2016年我國的豬、牛、羊存欄數(shù)量分別為 43503、10667、30112 萬頭[1]，目前，大型養(yǎng)豬場已突破50萬頭，養(yǎng)雞場100萬羽，全國大中型養(yǎng)殖場已近4萬多家[2]。畜禽養(yǎng)殖業(yè)在帶來社會效益與經(jīng)濟效益的同時，由于畜禽糞便、污水的大量產(chǎn)生，造成嚴重的水污染、土壤污染和大氣污染，根據(jù)2010年第一次全國污染源普查公報顯示，畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便產(chǎn)生量2.43億t，尿液產(chǎn)生量1.63億t，其中化學需氧量 1268.26萬 t， 總氮 102.48萬 t， 總磷 16.04萬 t，銅2397.23t，鋅 4756.94t[3]。

1 厭氧發(fā)酵

畜禽污糞中的大量有機物與氮磷元素不僅僅是污染物，若是利用得當其也是一種資源，利用厭氧發(fā)酵技術可以有效的降低COD含量，去除率大約在70%～80%。畜禽糞便通過厭氧發(fā)酵技術后產(chǎn)生沼液、沼渣與沼氣，沼渣可以用來生產(chǎn)肥料，沼液可以直接用來灌溉農(nóng)田，沼氣可以用來發(fā)電或是制天然氣，其中沼氣在帶來巨大的經(jīng)濟效益的同時也緩解我國的能源危機。厭氧發(fā)酵技術既能夠治理環(huán)境污染，營造良性的生態(tài)環(huán)境，又能夠產(chǎn)生新能源，為農(nóng)戶提供優(yōu)質(zhì)無害的肥料，其綜合效益非常高。針對厭氧發(fā)酵技術處理畜禽污糞的優(yōu)勢，國家相關部門出臺了一系列鼓勵政策，“十二五”期間，國家發(fā)展改革委會同農(nóng)業(yè)部累計安排中央預算內(nèi)投資142億元用于農(nóng)村沼氣建設，并不斷優(yōu)化投資結(jié)構(gòu)，在“十三五”規(guī)劃中明確提出了新建規(guī)?；锾烊粴夤こ?72個、規(guī)?；笮驼託夤こ?150個的目標[4]。

2 厭氧發(fā)酵工藝

一個完整的厭氧發(fā)酵工藝，無論其規(guī)模與大小都包含了如下的工藝流程：原料的收集、預處理、調(diào)節(jié)池、消化池（厭氧發(fā)酵器）、出料后的固液分離、氣體的氣水分離、脫硫與儲存等，基本工藝流程如下圖1所示：

原料包括畜禽污糞、秸稈、餐廚垃圾等，收集后把一定原料與廢水或是畜禽糞水進行混合攪拌，進行預處理，然后進入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池的主要作用是調(diào)節(jié)進料的含固率（TS）與溫度，使原料在消化池進行厭氧發(fā)酵時有足夠的產(chǎn)氣率，產(chǎn)生的沼氣進行氣水分離與脫硫后進行儲存，然后再加以利用，而從消化池排出的沼液有一部分回流到消化池進行接種，剩余的進行固液分離，分離出的沼渣可以用來作為有機肥使用，沼液可以用來澆灌農(nóng)作物。

圖1 厭氧發(fā)酵工藝

3 厭氧發(fā)酵工藝比較

厭氧發(fā)酵工藝根據(jù)厭氧消化罐進料的含固率不同分為濕法、半干法與干法。

濕法發(fā)酵工藝中含固率在10%以下，由于物料在發(fā)酵罐中含水率較高，物料處于可自由流動的漿液狀態(tài)，如果進料在進入消化池前沒有提前去除玻璃、碎石磚、塑料與纖維等異物，重物的沉淀累積和漂浮物在表面的集結(jié)，會對工藝造成嚴重的影響，因此，濕法厭氧消化技術要求較嚴格的預處理工藝，這會導致?lián)]發(fā)性有機組分的損失，從而影響產(chǎn)氣量。干法與半干法中物料處于不可流動的干泥狀態(tài)，其對物料的要求較低，對重物和塑料敏感度較小，不需嚴格分選，通常只需破碎并通過60mm的篩子即可。

干法與半干法發(fā)酵后，殘渣可以脫水擠壓到含固率40%左右?？梢灾苯舆M行好氧穩(wěn)定化或干化；而濕法發(fā)酵脫水后，沼渣含固率在20%左右，沼渣特性如同水泥廠的污泥，難以直接進行好氧穩(wěn)定化，需加入大量的干物料或是骨架材料。

濕法發(fā)酵中要求進料含固率在10%以下，畜禽糞便的含固率都在20%以上，若是采用濕法發(fā)酵則需要加入100%以上的水來稀釋，同時發(fā)酵后產(chǎn)生的需處理沼液也會非常多，對于200t/d的設備，有350～370t/d的沼液需處理；對于干法，只需處理工藝過程中發(fā)酵所產(chǎn)生的游離水，對于半干法加入的水量也少，畜禽糞便與糞水混合后基本達到所需的含固率，沼液處理量不多。

濕法發(fā)酵中由于需要加水及處理的沼液量大，造成濕法工藝能耗高，最高到產(chǎn)能的50%，而干法與半干法預處理與后處理簡單，能耗僅為總產(chǎn)能的20%～30%。對于處理相同數(shù)量的原料，濕法由于含固率低，需要較多的熱量用來保溫，在投入產(chǎn)出上有一定局限性。

干法與半干法在產(chǎn)氣效率與有機物去除率上與濕法相比也有一定的優(yōu)勢，Jha等[5]對比了濕法和半干法牛糞厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣效率和揮發(fā)性固體（VS）去除率，干法發(fā)酵過程（TS為15.18%）獲得的產(chǎn)氣效率和VS去除率均要優(yōu)于濕法發(fā)酵（TS為7.68%）。

干法工藝中物料流動性較差，泵輸送進入發(fā)酵罐困難，一般用于多批次發(fā)酵中，而且由于含固率較高，比較難攪拌，同時反應啟動條件苛刻。

目前，市場上的厭氧發(fā)酵工藝大多以濕法為主，但濕法發(fā)酵預處理復雜，設備投資高、能耗高，隨著干法與半干法技術設備與技術的成熟，其技術越來越受到人們的青睞，市場份額也是逐步在提高，干法與半干法技術是以后畜禽糞便厭氧發(fā)酵技術的發(fā)展方向。

4 結(jié)論

4.1 畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速的同時畜禽產(chǎn)生糞便與污水，造成嚴重的水污染、土壤污染和大氣污染，國家針對畜禽糞便污染問題出臺了一系列政策來控制與治理。

4.2 厭氧發(fā)酵技術不僅可以減少畜禽糞便污染，而且可以使其資源再利用，根據(jù)目前的產(chǎn)業(yè)政策與市場情況，厭氧發(fā)酵尤其是畜禽糞便規(guī)?；锾烊粴饧夹g是今后畜禽糞便治理的主要發(fā)展方向。

4.3 市場上的厭氧發(fā)酵工藝大多以濕法為主，但濕法發(fā)酵高能耗，預處理復雜，同時所需的水量大，運行穩(wěn)定性差，隨著干法與半干法技術設備與技術的成熟，其技術越來越受到人們的青睞，市場份額也是逐步在提高，干法與半干法技術是以后畜禽糞便厭氧發(fā)酵技術的發(fā)展方向。