中圖分類號(hào):X503.22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1007-273X(2010)07-0004-02

第三講沼氣利用技術(shù)

近年來(lái)，規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的糞尿污水集中排放，給社會(huì)環(huán)境帶來(lái)了極大壓力。沼氣開(kāi)發(fā)及綜合利用技術(shù)，就是以畜禽糞便的資源化和無(wú)害化利用為目的，以沼氣生產(chǎn)為紐帶，集能源、養(yǎng)殖和種植為一體的生產(chǎn)模式。沼氣可用于生產(chǎn)生活用能;沼液可用于作物的葉面噴施、土地灌溉;沼渣清運(yùn)到干糞貯存場(chǎng)所，無(wú)害化處理后還田或制作有機(jī)肥料。沼氣工程技術(shù)為發(fā)展現(xiàn)代循環(huán)型農(nóng)業(yè)提供了一條有效的技術(shù)途徑，是我國(guó)政府投入專項(xiàng)資金重點(diǎn)推廣的技術(shù)模式。

1沼氣的概念及主要成分

在自然界中，幾乎所有的有機(jī)質(zhì)都可以作為沼氣的發(fā)酵原料，1776年意大利科學(xué)家沃爾塔在沼澤地里發(fā)現(xiàn)從水底冒出一連串的氣泡，收集分析其主要成分為甲烷和二氧化碳等氣體，是由腐爛的生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生的，由于這種混合氣體最早發(fā)現(xiàn)于沼澤地，故俗稱“沼氣”。

沼氣是發(fā)酵微生物在厭氧環(huán)境下，將農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、生活污水、工業(yè)和生活有機(jī)廢物等等可降解的物質(zhì)經(jīng)過(guò)厭氧消化生成可燃的氣體。沼氣的主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，這兩種成分約占沼氣體積的95%(其中甲烷約占60%~70%，二氧化碳約占40%~60%)，此外沼氣中還含有大約5%的其他氣體(硫化氫、氮?dú)?、氨氣、一氧化碳、氫氣?，經(jīng)過(guò)凈化的沼氣完全燃燒后只生成二氧化碳和水，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因?yàn)檎託馐羌?xì)菌在厭氧條件下分解有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)物，畜禽糞便、污水處理后的污泥、有機(jī)垃圾、農(nóng)作物秸稈等皆可作為生產(chǎn)沼氣的原料，所以沼氣發(fā)酵在農(nóng)業(yè)和生態(tài)方面的綜合利用具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。

2利用畜禽糞便生產(chǎn)沼氣技術(shù)

2.1沼氣發(fā)酵原理

厭氧發(fā)酵畜禽糞便產(chǎn)生沼氣就是在無(wú)氧的條件下，利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌的分解作用聯(lián)合降解畜禽糞便中的有機(jī)物，最終生成二氧化碳和甲烷等氣體的過(guò)程。人們對(duì)于沼氣發(fā)酵過(guò)程的劃分仍存在爭(zhēng)議，目前普遍認(rèn)為沼氣發(fā)酵厭氧消化過(guò)程分為三個(gè)階段，即:水解液化、酸化和甲烷化三個(gè)階段。第一階段為水解液化階段，這一階段兼性厭氧菌和發(fā)酵性細(xì)菌將原料中非水溶性大分子碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)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)乙酸菌將第一階段生成的有機(jī)酸和醇繼續(xù)分解成簡(jiǎn)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)甲烷菌將第二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。

沼氣發(fā)酵分解過(guò)程是多種細(xì)菌共同作用的結(jié)果，產(chǎn)生甲烷的細(xì)菌是厭氧菌，少量的氧會(huì)嚴(yán)重影響其生長(zhǎng)繁殖，需要一個(gè)密閉消化池提供沼氣發(fā)酵中各種微生物所需的生活條件，保證沼氣發(fā)酵的正常進(jìn)行。產(chǎn)甲烷菌能在0～80℃的溫度范圍內(nèi)生存，最適宜的繁殖溫度分為三段:8~30℃稱為常溫發(fā)酵;31~45℃為中溫發(fā)酵;46~75℃為高溫發(fā)酵，在此范圍內(nèi)，溫度每升高10℃，產(chǎn)氣量增加1~2倍。保持沼氣發(fā)酵池合適的酸堿度也是很重要的影響因素，產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)繁殖最適宜的pH值為6.8～7.2，超出此范圍厭氧消化的效率就會(huì)降低。

2.2沼氣發(fā)酵的影響因素

影響畜禽糞便生產(chǎn)沼氣的因素有:發(fā)酵環(huán)境、碳氮比、發(fā)酵溫度、pH值、進(jìn)料濃度等。可采取以下措施提高沼氣產(chǎn)氣效率:①建造四壁不透氣的沼氣池或沼氣罐來(lái)實(shí)現(xiàn)厭氧環(huán)境。②有機(jī)物中碳氮比要適當(dāng)，在發(fā)酵原料中，碳氮比一般以25∶1時(shí)產(chǎn)氣系數(shù)較高。③研究發(fā)現(xiàn)在10～60℃環(huán)境下都可以進(jìn)行沼氣發(fā)酵，發(fā)酵溫度對(duì)沼氣發(fā)酵微生物的活性有很大影響，發(fā)酵溫度越高，發(fā)酵周期越短，產(chǎn)氣效率越高。發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵溫度的變化幅度也對(duì)發(fā)酵有很大影響，反應(yīng)溫度突然下降或升高5℃以上都會(huì)嚴(yán)重抑制產(chǎn)甲烷菌的活性而抑制沼氣的產(chǎn)生，但溫度恢復(fù)后又可正常進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氣。④沼氣發(fā)生時(shí)合適的pH值為6.8～7.2，pH值高于8或者低于6時(shí)沼氣產(chǎn)氣菌將受到抑制。⑤進(jìn)料濃度即發(fā)酵原料干物質(zhì)占發(fā)酵總量的比例。一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)料濃度在5%～10%比較適宜，發(fā)酵濃度過(guò)低則產(chǎn)氣量小，發(fā)酵設(shè)備利用率低;發(fā)酵濃度過(guò)大會(huì)造成發(fā)酵系統(tǒng)酸化影響發(fā)酵正常進(jìn)行。

2.3沼氣發(fā)酵工藝流程

我國(guó)的厭氧消化處理技術(shù)包括預(yù)處理系統(tǒng)、固液分離系統(tǒng)、厭氧發(fā)酵處理系統(tǒng)和沼液綜合利用系統(tǒng)4個(gè)部分(如圖1)。

3沼氣利用注意事項(xiàng)

3.1人身安全

沼氣池旁邊必須有明顯的標(biāo)識(shí)牌，警示安全范圍，保障人畜安全。沼氣池日常檢修維護(hù)工作必須由2人以上操作，沼氣池內(nèi)嚴(yán)禁明火，如需照明可用手電筒，萬(wàn)一發(fā)生安全事故，要及時(shí)救護(hù)并上報(bào)。

3.2沼氣池安全

經(jīng)常檢查管道接頭處密封情況，防止出現(xiàn)漏氣;檢查安全閥、氣壓表、自動(dòng)減壓閥、自動(dòng)排氣閥是否正常;廢棄舊沼氣池及管道要及時(shí)拆除或回填。

3.3冬季保溫

有資料表明，當(dāng)氣溫在6℃左右時(shí)，地下1.5m處溫度12～13℃左右，對(duì)于大多數(shù)地下式或半地下式沼氣池僅可以進(jìn)行常溫發(fā)酵，一般產(chǎn)沼氣0.08～0.10m3/m3·d-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于7～8月份的0.20～0.30 m3/m3·d-1。為了提高沼氣產(chǎn)氣率，建議將沼氣池建于背風(fēng)向陽(yáng)處，沼氣池進(jìn)、出料口和水箱都要加蓋農(nóng)作物秸稈等保溫，補(bǔ)料時(shí)可適當(dāng)添加熱性原料，如酒糟、馬糞等，有條件的地方，可以在補(bǔ)料時(shí)加一些熱水以提高池內(nèi)溫度。

4沼氣利用技術(shù)展望

2009年2月，“湖北省恩施州生態(tài)家園戶用沼氣池”項(xiàng)目獲聯(lián)合國(guó)批準(zhǔn)，成為農(nóng)村戶用沼氣國(guó)內(nèi)首個(gè)清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)項(xiàng)目，通過(guò)實(shí)施以戶用沼氣池建設(shè)為重點(diǎn)的“一池三改”模式，把沼氣池建設(shè)同改廚、改圈、改廁結(jié)合起來(lái)，改變農(nóng)村現(xiàn)有開(kāi)放式厭氧豬糞便及污水管理方式，減少農(nóng)戶豬糞便及污水的甲烷排放。預(yù)計(jì)該項(xiàng)目10年可為3.3萬(wàn)農(nóng)戶帶來(lái)6 000萬(wàn)元的直接經(jīng)濟(jì)效益。

沼氣是一種高熱值的清潔燃料，并且可以提純甲烷作為高純度燃料使用，厭氧發(fā)酵可以消解一些對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的有機(jī)物質(zhì)，同時(shí)在厭氧發(fā)酵過(guò)程中可以殺滅一些有害的細(xì)菌和害蟲(chóng)蟲(chóng)卵，減少生物質(zhì)直接丟棄引發(fā)農(nóng)作物病蟲(chóng)害的危險(xiǎn)。利用厭氧發(fā)酵處理畜禽糞便生產(chǎn)沼氣，解決了因畜禽養(yǎng)殖規(guī)模擴(kuò)大帶來(lái)的環(huán)境惡化問(wèn)題，極大地改善了農(nóng)業(yè)的生態(tài)環(huán)境，提高了人們的生活質(zhì)量，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，因此，該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

(未完待續(xù))