秸稈與畜禽糞污厭氧發(fā)酵制氣關(guān)鍵技術(shù)分析

趙寧波 鄧開美 姚蘭

摘要：隨著我國集中種植、養(yǎng)殖已經(jīng)規(guī)?；斩捙c畜禽糞污的集中產(chǎn)生量也急劇增加，對環(huán)境以及居民健康產(chǎn)生不利影響，秸稈與畜禽糞便、尿液是否可以實(shí)現(xiàn)無害、綠色處理，成為制約畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的因素之一。通過對秸稈與畜禽糞污厭氧發(fā)酵制氣中的關(guān)鍵工藝過程原料預(yù)處理與配比以及厭氧發(fā)酵進(jìn)行分析討論，以期加快畜禽糞污處理相關(guān)技術(shù)的研究和推廣，促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：秸稈;畜禽糞污;厭氧發(fā)酵;關(guān)鍵技術(shù)

前言

我國每年產(chǎn)生的秸稈和畜禽糞達(dá)到 8.00、32.64億噸[1]，僅我縣畜禽糞便、尿液年產(chǎn)生量大約50萬噸，隨著我國農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展，科學(xué)性、規(guī)模性養(yǎng)殖、種植已經(jīng)初具規(guī)模，近年國家對環(huán)保政策收緊以及居民的健康意識提高，對生活環(huán)境的要求逐漸嚴(yán)格。秸稈與畜禽糞污的原始處理方法多是焚燒與自然排放，但這與國家和人民的訴求背道而馳，且產(chǎn)生浪費(fèi)。近年來對秸稈與畜禽糞污的再利用開展了許多研究，從傳統(tǒng)發(fā)酵到現(xiàn)在的科技含量高、利用率高的技術(shù)手段，已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化與規(guī)?；?。秸稈與畜禽糞便的處理主要是用于產(chǎn)生CH4 ，根據(jù)其需氧情況可以分為需要發(fā)酵與厭氧發(fā)酵，而目前厭氧發(fā)酵是研究的主要方向，其方便管理、發(fā)酵效果好等優(yōu)點(diǎn)。使得秸稈與畜禽糞得到了無害化處理的同時還可以進(jìn)行資源再利用——提供CH4 與生物質(zhì)肥料。厭氧發(fā)酵技術(shù)在我國起步較早，但研究與開發(fā)相對遲緩，尤其在工業(yè)化程度上更為明顯。采用秸稈與畜禽糞污最為混合原料的厭氧發(fā)酵制氣工藝過程通常包括：原料預(yù)處理、厭氧發(fā)酵、沼氣脫硫、沼氣脫碳、有機(jī)肥制備等工藝環(huán)節(jié)組成[2]，其中原料預(yù)處理與厭氧發(fā)酵為關(guān)鍵技術(shù)，本研究針對該關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

1原料預(yù)處理與配比

秸稈與畜禽糞污的性質(zhì)不同，在原料處理過程中需要不同的處理方法，處理后的物料進(jìn)入攪拌罐中，在經(jīng)過勻漿處理、含固率調(diào)整后，傳送到發(fā)酵罐里進(jìn)行厭氧發(fā)酵。

1.1秸稈的處理

秸稈處理的目的主要是為了破壞秸稈本身的木質(zhì)素以及纖維素，使其在發(fā)酵過程能夠變成小分子，提高發(fā)酵原料的消化效率，增加降解程度。目前對秸稈的處理方法比較多，從其處理手段的原理上進(jìn)行劃分，通?？梢苑譃槲锢矸?、化學(xué)法、物化結(jié)合法，但大部分仍處于實(shí)驗室階段，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的方法有機(jī)械加工法、堿處理法、氨處理法、有機(jī)溶劑處理法、微生物處理法等，結(jié)合生產(chǎn)成本等因素，我國常用的預(yù)處理方法為物理法，即機(jī)械加工法，通過粉碎、均質(zhì)等程序，增加秸稈與微生物的接觸，提高發(fā)酵的效率。

1.2畜禽糞污的處理

畜禽糞污由于其為隨機(jī)排泄，對其進(jìn)行收集時，會夾帶砂礫，因此對畜禽糞污的處理主要目的是去除砂礫，并對其進(jìn)行均質(zhì)。沉砂渠法、提升式除砂法、折板沉砂渠法以及無軸螺旋除砂法為工業(yè)化常用除沙手段。

1.3秸稈與畜禽糞污原料的配比

沼氣產(chǎn)量與底物的組成有直接關(guān)系，而其中其主要作用的是底物的碳/氮比值，當(dāng)碳/氮比值高，則代表底物中氮含量低，使厭氧微生物的氮需求量得不到滿足，同時使消化液的緩沖效果下降，無法穩(wěn)定消化液的pH;當(dāng)碳/氮比值降低時，則代表底物中氮比重高、碳比重低，抑制厭氧微生物對底物的分解作用。當(dāng)碳/氮比值在25-35%之間時比較適合微生物的生存條件，此時CH4的發(fā)生量與發(fā)生速度都比較適宜。

2厭氧發(fā)酵

發(fā)酵過程主要以底物為基礎(chǔ)，通過微生物在一定條件下進(jìn)行菌體繁殖得到菌體增殖的過程，最終目標(biāo)是獲得菌絲體或其代謝產(chǎn)物。根據(jù)發(fā)酵的條件可以分為需氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵，其主要區(qū)別在于微生物對氧氣的需求不同而采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備。目前厭氧發(fā)酵由于其獨(dú)特的優(yōu)勢已經(jīng)得到充分的應(yīng)用。

厭氧發(fā)酵又分為濕法發(fā)酵和干法發(fā)酵，其主要區(qū)別在于底物的含量（總固體）的不同。通常濕法發(fā)酵其含量通常在10%左右，而干法則在20%-60%之間。干法發(fā)酵與濕法相比，其具有很多優(yōu)點(diǎn)，如[3]：（1）對底物來源要求低;（2）工業(yè)化成本較低，提高產(chǎn)能;（3）固含量高，降低用水量;（4）沼渣含水量較少，節(jié)省后續(xù)處理的費(fèi)用;（5）運(yùn)行過程穩(wěn)定;（6）臭氣排放量少，對環(huán)境影響小。通過厭氧發(fā)酵過程，增加了污水中有機(jī)物的溶解性，降低其對環(huán)境等方面的危害，當(dāng)秸稈與畜禽糞便投入發(fā)酵池中，通過厭氧發(fā)酵，使得底物中的致病菌與寄生蟲等由于無法滿足生存條件而死亡。

刮板式厭氧堆積發(fā)酵技術(shù)為干法發(fā)酵方法中的一種，其具有科學(xué)性高、適用性廣、效率高等特點(diǎn)。采用刮板將秸稈與畜禽糞便進(jìn)行干濕分離，對固體物采取堆積發(fā)酵工藝，而液體則排入沼氣池中，使其中的有機(jī)物被厭氧微生物降解，并產(chǎn)生CH4和CO2。沼氣可作為生活燃?xì)饣驅(qū)U棄物處理系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電供應(yīng)形成能量循環(huán)，沼渣做有機(jī)肥可還田或出售，沼液利用管網(wǎng)輸送至周圍農(nóng)戶或采用運(yùn)輸車進(jìn)行對外銷售。通過對秸稈與畜禽糞便的厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼渣與沼液進(jìn)行再次開發(fā)使用，使得農(nóng)牧業(yè)中的資源得到了可持續(xù)的利用，形成了從哪里來到哪里去的閉環(huán)循環(huán)，降低了生產(chǎn)成本的同時獲得了一定的商業(yè)利益。

3.結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國農(nóng)牧業(yè)也在不斷的進(jìn)步，規(guī)模化、集中化的規(guī)模得到不斷的提升，但同時也帶了環(huán)境的問題，尤其自“十二五”后，禁止焚燒秸稈等政策的出臺，使得大量的糞污與秸稈無法處理。而傳統(tǒng)的處理方法其自動化程度低、管理水平低、效率不高等缺點(diǎn)，不僅增加了處理成本，同時造成了資源浪費(fèi)。而刮板式厭氧堆積發(fā)酵技術(shù)為前端的發(fā)酵處理方法，使得在利用較少的人力基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)約化，原料利用最大化的效果。秸稈與畜禽糞通過刮板式厭氧堆積發(fā)酵后，產(chǎn)生了沼氣，其可以作為生活能源使用，而沼渣通過處理后可以使其加工處理為生物肥料，重新回歸與土地，節(jié)省了農(nóng)戶的生產(chǎn)成本。同時厭氧發(fā)酵由于其工藝特性，使得其氣味較小，對環(huán)境影響小。厭氧堆積發(fā)酵技術(shù)在我國農(nóng)牧業(yè)中對秸稈與糞污的處理具有重要作用，該項技術(shù)在以后的發(fā)展中，值得被推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭訊濤，王樂樂，張寓涵等.混合物料干濕厭氧發(fā)酵特性及菌群結(jié)構(gòu)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（8）：238-241.

[2]羅欣欣，李文濤，王美凈等.秸稈與畜禽糞污厭氧發(fā)酵制氣關(guān)鍵技術(shù)[J].西北水電，2020，（z1）：125-128，132.

[3]王禹霄飛，孫云博，曲威等.高濃度玉米秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣研究[J].海峽科技與產(chǎn)業(yè)，2019，（1）：184-186.