規(guī)?；i場糞污的沼氣處理

淡江華 孟湞銥 馮燕平

（1，山西農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所 030032；2，山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 030801；3，山西省農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校 030002）

豬渾身是寶，沒有什么廢物，包括豬糞也都是農(nóng)業(yè)絕好的有機(jī)肥。豬糞利用好不僅能改善環(huán)境，還能給養(yǎng)殖場節(jié)約成本，甚至產(chǎn)生相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)收入，利用不好會(huì)影響人體健康，增加豬群疾病發(fā)生概率，《新環(huán)保法》 的出臺(tái)及執(zhí)行力度對(duì)養(yǎng)豬環(huán)保問題提出了更高的要求，意味著養(yǎng)豬場環(huán)境污染不達(dá)標(biāo)將會(huì)面臨生存危機(jī)?！缎笄菀?guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》 作為國家第一部專門針對(duì)畜禽養(yǎng)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(yǎng)殖廢棄物污染問題的根本途徑，為規(guī)模化養(yǎng)殖場廢棄物污染治理指出一條可持續(xù)發(fā)展之路，目前我國豬場糞污主要處理方式有化糞池發(fā)酵、堆肥發(fā)酵、異位發(fā)酵床、沼氣發(fā)酵處理等。本文主要針對(duì)規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污的沼氣處理方法做簡單闡述。

1 豬糞污對(duì)環(huán)境的污染

在政策和行業(yè)發(fā)展要求之下，我國生豬養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；l(fā)展進(jìn)入了快速發(fā)展期，規(guī)模化、集約化的養(yǎng)殖小區(qū)不斷增加，規(guī)?；曫B(yǎng)模式替代傳統(tǒng)的散養(yǎng)模式是必然趨勢，但與此同時(shí)，擺在我們面前的問題也非常突出，養(yǎng)豬場的糞便和污水排放劇增，養(yǎng)殖污染問題非常棘手。豬糞污中除含有多種營養(yǎng)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(shí)，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(gè)萬頭豬場每年排放純糞尿3 萬t，再加上集約化生產(chǎn)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(yǎng)豬場1500 多家，如此龐大的糞污產(chǎn)生量，若沒有得到很好減排、科學(xué)處理，污染物的排放給生態(tài)環(huán)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(fā)酵為主要技術(shù)環(huán)節(jié)，以生產(chǎn)可再生能源為主要目的，使豬場糞污達(dá)到無害化處理、資源化利用的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。

2.1 沼氣發(fā)酵原理

沼氣發(fā)酵又稱厭氧消化、厭氧發(fā)酵。畜禽糞污的沼氣發(fā)酵處理技術(shù)是對(duì)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(fā)酵有3 個(gè)階段：第一階段為水解階段。這一階段兼性厭氧菌和發(fā)酵性細(xì)菌將原料中較大分子的成分水解成可溶于水的有機(jī)酸和醇類等。第二階段為酸化階段。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將水解階段生成的有機(jī)酸和醇繼續(xù)分解成簡單的有機(jī)酸，同時(shí)生成氫氣和二氧化碳。第三階段為甲烷化階段。產(chǎn)甲烷菌將酸化階段生成的小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳?xì)怏w，即發(fā)酵的最終產(chǎn)物沼氣。

其中液化階段和產(chǎn)酸階段是一個(gè)連續(xù)過程，統(tǒng)稱不產(chǎn)甲烷階段，這個(gè)過程主要為產(chǎn)甲烷菌提供營養(yǎng)并創(chuàng)造適宜的厭氧條件，消除部分毒素。沼氣發(fā)酵工藝多采用“兩相發(fā)酵工藝”，也稱兩步厭氧消化。20 世紀(jì)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(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩個(gè)階段的反應(yīng)分別在兩個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，以創(chuàng)造各自最佳的環(huán)境條件，并將這兩個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)起來，以創(chuàng)造各自最佳的環(huán)境條件，形成兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)。大量試驗(yàn)證明，“兩步發(fā)酵”工藝能使整個(gè)沼氣發(fā)酵過程最優(yōu)化，顯著提高反應(yīng)速率。

2.2 沼氣發(fā)酵需具備的條件

2.2.1 沼氣池的建設(shè)

建設(shè)沼氣池是一項(xiàng)專門技術(shù)，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(biāo)準(zhǔn)可以遵照?qǐng)?zhí)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(dǎo)，不要自己隨意建池，以免發(fā)生危險(xiǎn)和漏氣，造成二次污染。

2.2.2 沼氣發(fā)酵需具備的條件

沼氣發(fā)酵需具備以下幾個(gè)重要的條件。

（1）嚴(yán)格的厭氧環(huán)境

沼氣微生物的核心菌群-產(chǎn)甲烷菌是一種厭氧性細(xì)菌，對(duì)氧特別敏感，在生長、發(fā)育、繁殖、代謝等生命活動(dòng)中不需要空氣，空氣中的氧氣會(huì)使其生命活動(dòng)受到抑制，甚至死亡，產(chǎn)甲烷菌只能在嚴(yán)格厭氧的環(huán)境中才能生長。所以修建沼氣池要嚴(yán)格密閉，不漏水，不漏氣。

（2）良好的發(fā)酵菌種

沼氣發(fā)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(huán)境中是常在菌，如沼氣發(fā)酵的核心微生物菌落產(chǎn)甲烷菌群，一切具備氧條件和含有有機(jī)物的地方都可以找到其蹤跡，來源主要是老沼氣池發(fā)酵液、池塘底部、陰溝污泥之中等[2]。

（3）適宜的發(fā)酵料液溫度

通常把不同發(fā)酵溫度分為4 個(gè)范圍：50～60℃稱為高溫發(fā)酵，實(shí)際控制溫度多在(53±2）℃，高溫發(fā)酵微生物生長活躍，有機(jī)物分解速度快，產(chǎn)氣率高，滯留時(shí)間短。但要維持消化器的高溫運(yùn)行，能量消耗較大；30～45℃稱為中溫發(fā)酵，是北方地區(qū)規(guī)?；B(yǎng)豬場較青睞的，與高溫發(fā)酵相比，消化速度慢一些，產(chǎn)氣率低一些，但維持中溫發(fā)酵的能耗較少，沼氣發(fā)酵能總體維持在一個(gè)較高的水平，產(chǎn)氣速度比較快，料液基本不結(jié)殼，可保證常年穩(wěn)定運(yùn)行。25～30℃稱為近中溫發(fā)酵，主要是針對(duì)規(guī)模化養(yǎng)豬場豬糞污處理提出的。10～26℃稱為常溫發(fā)酵，是南方地區(qū)規(guī)?；i場常用的一種厭氧發(fā)酵技術(shù)[3]。

（4）適宜的酸堿度（pH）

厭氧微生物要求中性的環(huán)境，或者微偏堿性，過酸、過堿都會(huì)影產(chǎn)氣。酸堿度在pH6～8，均可產(chǎn)氣，以pH6.5～7.5 產(chǎn)氣量最高，pH 低于6 或高于9 時(shí)均不產(chǎn)氣。在正常發(fā)酵過程中，沼氣池內(nèi)的酸堿度變化可以自然調(diào)解，先由高到低，然后又升高，最后達(dá)到恒定的自然平衡的pH，一般不需要人為調(diào)節(jié)。

（5）有規(guī)律的持續(xù)攪拌

沼氣池的攪拌通常分為機(jī)械攪拌、氣體攪拌和液體攪拌3種方式。對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行攪拌有利于厭氧微生物與有機(jī)物充分接觸，并可打碎發(fā)酵過程中產(chǎn)生的浮渣層，使產(chǎn)生的沼氣更容易逸出，攪拌后平均產(chǎn)氣量可提高30%以上。推薦西北農(nóng)林科技大學(xué)專家教授研制發(fā)明的國家專利——沼氣池氣動(dòng)攪拌裝置（專利號(hào)ZL97227660.2），可利用沼氣池的產(chǎn)氣動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)沼氣池發(fā)酵裝置自動(dòng)攪拌和持續(xù)動(dòng)態(tài)發(fā)酵的目的。

2.2.3 沼氣發(fā)酵產(chǎn)污的資源化利用

豬糞便經(jīng)厭氧發(fā)酵處理后，能有效將豬糞中細(xì)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(jī)物得到有效分解，變成容易被吸收利用的發(fā)酵產(chǎn)物。沼氣發(fā)酵產(chǎn)物包括沼液、沼渣和沼氣3 部分，發(fā)酵產(chǎn)物中除沼氣，殘余的沼渣和沼液統(tǒng)稱為沼氣發(fā)酵殘留物，俗稱沼肥。沼氣是很好的再生能源，常用于發(fā)電、供氣、大棚增溫和保溫、農(nóng)產(chǎn)品的保鮮和貯存、生物燃?xì)獾?；沼肥含有豐富的微量元素和氨基酸，有極高的營養(yǎng)價(jià)值，在種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)得到較為廣泛的推廣應(yīng)用[4]。

3 沼氣處理注意事項(xiàng)

（1）沼氣池的建設(shè)一定不要隨意建池，要請(qǐng)當(dāng)?shù)氐恼託獠块T幫助，以免發(fā)生危險(xiǎn)和漏氣。

（2）技術(shù)人員一定要經(jīng)過正規(guī)培訓(xùn)才能進(jìn)行操作，避免使用過程中發(fā)生安全事故。

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

總之，我國沼氣事業(yè)發(fā)展從20 世紀(jì)20 年代后期發(fā)展至今，已有將近100 年的歷史，尤其近10 年來，我國畜禽養(yǎng)殖場能源環(huán)境工程技術(shù)發(fā)展已相對(duì)成熟，完全有能力解決水造成的污染問題，正穩(wěn)步向規(guī)?；?、商業(yè)化進(jìn)程推進(jìn)，沼氣發(fā)酵處理通過厭氧發(fā)酵處理豬糞污是規(guī)?；B(yǎng)豬場解決環(huán)境污染有效途徑之一。雖然沼氣大中型沼氣工程的建設(shè)會(huì)有很大的經(jīng)費(fèi)投資，但在設(shè)計(jì)合理、發(fā)酵方法得當(dāng)，資源化利用程度充分的情況下，不僅可以降低養(yǎng)殖場豬糞污對(duì)環(huán)境的污染，達(dá)到環(huán)標(biāo)要求，而且開辟新能源利用，節(jié)省燃料，降低豬場運(yùn)營成本，發(fā)酵產(chǎn)物的市場化運(yùn)營是一筆穩(wěn)定的非?？捎^的收入，提高了養(yǎng)豬場經(jīng)濟(jì)效益，沼氣發(fā)酵處理規(guī)模化豬場糞污方法的推行，推動(dòng)了養(yǎng)豬場無害化處理糞污的可持續(xù)發(fā)展。