戚守登+++++樊玉川+++++燕海平+++++高磊

近年來(lái)，隨著國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)以及養(yǎng)殖場(chǎng)污染物治理等相關(guān)法規(guī)出臺(tái)，對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)污染物治理提出更高要求，而沼氣發(fā)酵作為養(yǎng)殖場(chǎng)治污一項(xiàng)重要措施被逐漸采用。然而在沼氣工程建設(shè)中還存在許多需要解決的問(wèn)題：一是不能合理確定哪些場(chǎng)需要建設(shè)沼氣池，造成盲目建設(shè)，資金浪費(fèi)；二是沼氣工程工藝路線不對(duì)路，不僅沒(méi)有達(dá)到治污目的，反而造成更多污染；三是不能合理確定沼氣建設(shè)規(guī)模，過(guò)小處理能力不足，過(guò)大造成資金浪費(fèi)；四是不能因地制宜合理確定沼氣建設(shè)模式，造成沼氣發(fā)酵效果不理想；五是配套設(shè)施不完善，沼氣生產(chǎn)不夠穩(wěn)定；六是沼氣生產(chǎn)維護(hù)不到位，出現(xiàn)故障較多；七是沼液不能合理利用，甚至直接外排，造成污染。因此，對(duì)于沼氣工程建設(shè)，首先應(yīng)該明確其發(fā)酵原理及發(fā)酵條件，然后選擇合理的工藝及模式，確定合理的建設(shè)規(guī)模，配備必要的設(shè)施與設(shè)備，進(jìn)行科學(xué)的管理與維護(hù)，確保沼氣工程發(fā)揮最大效益。

一、沼氣發(fā)酵的原理及條件

1. 沼氣發(fā)酵原理

沼氣發(fā)酵是指有機(jī)物質(zhì)（如人畜家禽糞便等）在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過(guò)各種微生物的分解代謝，最終形成甲烷等可燃性混合氣體（沼氣）的過(guò)程。

2. 沼氣發(fā)酵條件

①溫度。沼氣發(fā)酵可在較為廣泛的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，4～65℃都能產(chǎn)氣，隨著溫度的升高，產(chǎn)氣速度加快，但不呈線性關(guān)系。溫度的突然變化會(huì)對(duì)產(chǎn)氣發(fā)生很大影響，溫度變化超過(guò)5℃，產(chǎn)氣量顯著降低，若變化過(guò)大則產(chǎn)氣停止。

②接種物。正常沼氣發(fā)酵是一定數(shù)量和種類的微生物來(lái)完成的。新池裝料前，要收集老沼氣池里含有豐富的沼氣細(xì)菌的沼渣、沼液、糞坑的底腳黑色沉渣以及塘泥、城鎮(zhèn)污水溝的污泥等作為接種物。接種物的數(shù)量要達(dá)到發(fā)酵原料的10%～30%，把接種物和發(fā)酵原料均勻混合，一同加入池內(nèi)。

③厭氧環(huán)境。沼氣發(fā)酵需要在厭氧環(huán)境下進(jìn)行，為了保證厭氧條件，必須修建嚴(yán)格密閉的沼氣池，保證沼氣池不漏水、漏氣。

④料液的pH值。甲烷菌要求的酸堿度范圍很窄，一般pH值為7左右，發(fā)酵過(guò)程通常維持在6.8～7.5。在正常情況下，沼氣發(fā)酵的酸堿度有一個(gè)自然平衡的過(guò)程，一般不需調(diào)節(jié)。只有在配料和管理不當(dāng)?shù)那闆r下才會(huì)出現(xiàn)揮發(fā)酸的大量積累導(dǎo)致pH值降低。

⑤攪拌。在常規(guī)的發(fā)酵池，發(fā)酵液通常自然分為四層，從上到下分別為浮渣層、上清層、活性層和沉渣層。發(fā)酵池需要不停攪拌才能達(dá)到好的發(fā)酵效果，攪拌的目的：一是發(fā)酵原料分布均勻，增加微生物與原料的接觸面，加快產(chǎn)氣速度；二是防止原料浮面結(jié)殼，產(chǎn)生的沼氣釋放不出來(lái)；三是防止局部酸的積累。

⑥原料要求。適宜的干物質(zhì)濃度為6%～12%，濃度過(guò)高，發(fā)酵原料不易分解，并易積累大量酸性物質(zhì)，影響正常產(chǎn)氣；濃度過(guò)低，產(chǎn)氣量也會(huì)減少。沼氣池要低負(fù)荷（6%以下的濃度）啟動(dòng)，待產(chǎn)氣正常后，再逐步加大負(fù)荷。沼氣微生物所需的碳氮比以20～30∶1為宜，最適碳氮比為25∶1。

⑦壓力。甲烷菌能適應(yīng)較大的靜水壓力，但它對(duì)壓力變化極為敏感，需要工藝來(lái)穩(wěn)定壓力。在進(jìn)料、出料和沼氣消耗時(shí)，沼氣池中的壓力發(fā)生變化，對(duì)甲烷菌的生命活動(dòng)有抑制作用。

⑧添加劑與抑制劑。有些物質(zhì)少量添加于沼氣池后就可顯著促進(jìn)產(chǎn)氣，這類物質(zhì)稱為添加劑；而另一些物質(zhì)少量添加于沼氣池后則顯著抑制產(chǎn)氣，這類物質(zhì)稱為抑制劑。

二、合理進(jìn)行沼氣工程建設(shè)

1. 理性確定是否需要建設(shè)沼氣工程

目前，養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣建設(shè)主要目的是消除養(yǎng)殖場(chǎng)糞便、污水對(duì)周邊環(huán)境的污染，對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)來(lái)說(shuō)是一筆較大投資，因此，我們應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)論證是否需要建設(shè)沼氣工程。

①小型養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣建設(shè)必要性不大。從環(huán)保角度考慮規(guī)模較小的養(yǎng)殖場(chǎng)，如果周邊農(nóng)田能完全消納，養(yǎng)殖場(chǎng)只要設(shè)立具有三防（防雨、防滲、防外溢）堆糞場(chǎng)和水泥硬化的廢水池，將糞便和污水發(fā)酵完全用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，就可以達(dá)到消除環(huán)境污染效果。如果從能源利用角度考慮，養(yǎng)豬、養(yǎng)牛場(chǎng)可以建設(shè)沼氣工程，將糞便或污水進(jìn)行發(fā)酵，但是應(yīng)在資金充裕且沼液能完全被消納的條件下施行。

②從環(huán)境保護(hù)角度考慮，規(guī)模較大的養(yǎng)雞、養(yǎng)牛、養(yǎng)羊場(chǎng)建設(shè)沼氣工程意義不大。養(yǎng)雞場(chǎng)廢水產(chǎn)生量較小，雞糞易酸化、沉淀物多、碳氮比不適合微生物需要，單獨(dú)發(fā)酵非常困難，因此養(yǎng)雞場(chǎng)沼氣生產(chǎn)困難較大；牛、羊養(yǎng)殖多數(shù)時(shí)間在舍外，產(chǎn)生的尿液多被就地蒸發(fā)，牛、羊養(yǎng)殖場(chǎng)廢水產(chǎn)生量較小，主要是擠奶站沖洗用水和雨水沖刷產(chǎn)生的污水。據(jù)調(diào)查，每頭牛年產(chǎn)生廢水1米3左右，羊則更少，牛、羊糞易于運(yùn)輸，也容易發(fā)酵制作有機(jī)肥，因此從環(huán)保角度考慮，一般牛、羊養(yǎng)殖場(chǎng)建設(shè)沼氣工程意義不大。因此，規(guī)模較大的養(yǎng)雞場(chǎng)、養(yǎng)牛場(chǎng)、養(yǎng)羊場(chǎng)，若周邊農(nóng)田不能完全消納糞便，應(yīng)配置有機(jī)肥生產(chǎn)設(shè)備或干濕分離設(shè)備，將糞便制作成有機(jī)肥或干性糞便向外輸送或銷售；污水經(jīng)水泥池發(fā)酵用于周邊農(nóng)田。規(guī)模牛場(chǎng)若建設(shè)沼氣工程，應(yīng)在資金充裕且沼液能完全被消納的條件下施行。

③大中型養(yǎng)豬場(chǎng)應(yīng)建設(shè)沼氣工程。養(yǎng)豬場(chǎng)廢水產(chǎn)生量較大，平均每頭每天5～10升，干清糞的少，水沖（泡）糞的多。大中型養(yǎng)豬場(chǎng)產(chǎn)生糞便和廢水不能被周邊農(nóng)作物消化，應(yīng)配置干濕分離設(shè)備，將干性糞便向外輸送、銷售或制作有機(jī)肥；污水經(jīng)沼氣發(fā)酵綜合利用，沼液用于周邊農(nóng)田，周邊農(nóng)田消納不完的沼液應(yīng)做進(jìn)一步凈化處理，達(dá)標(biāo)后排放。

2. 科學(xué)確定沼氣建設(shè)工藝路線

目前，沼氣生產(chǎn)工藝路線分兩大類，即環(huán)保型和能源型。

①環(huán)保型。這種工藝是對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)糞便和污水進(jìn)行干濕分離，分離出的干性糞便可以直接堆積發(fā)酵，便于儲(chǔ)存和外運(yùn)，也可以進(jìn)行有機(jī)肥生產(chǎn)，提高其附加值；分離出的污水進(jìn)入沼氣池發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。這種工藝類型沼氣池容量相對(duì)小，產(chǎn)生的沼液少，后期處理壓力小，同時(shí)經(jīng)過(guò)干濕分離處理的廢水中有機(jī)物顆粒適中，發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生浮渣少，處理沼渣工作量較小。

②能源型。將養(yǎng)殖場(chǎng)糞便和污水按照沼氣發(fā)酵原料要求稀釋成合適比例，全部進(jìn)入沼氣池發(fā)酵，這種工藝類型要求沼氣池容量相對(duì)大，產(chǎn)生的沼液多，后期處理壓力大，發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生污泥和浮渣多，處理沼渣工作量較大。

在目前環(huán)保壓力大的情況下，建議盡量采用環(huán)保型沼氣生產(chǎn)工藝，謹(jǐn)慎采用能源型沼氣生產(chǎn)工藝。

3. 合理確定沼氣建設(shè)模式

目前，沼氣發(fā)酵設(shè)備主要有兩類模式，即地下發(fā)酵池和地上發(fā)酵罐。養(yǎng)殖場(chǎng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，在保證發(fā)酵溫度、盡量節(jié)約能源的原則下確定模式。

①地下發(fā)酵池。這種模式是在地下挖池并用鋼筋水泥硬化，地下池又分為全封閉水泥池和紅泥塑料沼氣池（見(jiàn)圖1），前者因多種原因逐步淘汰；后者是對(duì)前者的改良，池頂采用紅泥塑料封頂，這種發(fā)酵裝置不僅建造成本較低，而且還有以下優(yōu)勢(shì)：一是充分利用地?zé)岷图t泥塑料吸熱，冬季沼氣池內(nèi)溫度較高，保證了沼氣發(fā)酵，一般不需要加熱，節(jié)約了大量能源。實(shí)踐證明，冬季外界氣溫在-12℃沼氣發(fā)酵仍然進(jìn)行，如果在池上面建造保溫塑料大棚發(fā)酵效果更加理想。二是紅泥塑料作為池頂，有較大彈性，在池內(nèi)出入物料、產(chǎn)氣排氣不均時(shí)能夠起到一定緩沖作用，保持池內(nèi)壓力相對(duì)穩(wěn)定，確保甲烷菌正常活動(dòng)，也確保了沼氣生產(chǎn)安全。三是維護(hù)簡(jiǎn)便，如果需要對(duì)池內(nèi)進(jìn)行檢修、維護(hù)，將紅泥塑料打開抽取池內(nèi)污水即可進(jìn)行操作。因此，建議北方寒冷地區(qū)采用此種模式。

②地上發(fā)酵罐（見(jiàn)圖2）。這種模式是在地上筑造保溫鐵罐，將污水輸入罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵。此種發(fā)酵罐與紅泥塑料發(fā)酵池相比維修放水相對(duì)方便，罐內(nèi)混合效果較好，但是造價(jià)較高，而且在冬季需要加熱消耗大量熱量才能運(yùn)行，運(yùn)行成本高，在寒冷的北方謹(jǐn)慎采用。

4. 確定合理沼氣池（罐）容積

沼氣池（罐）容積要根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)入沼氣池原料數(shù)量和原料滯留時(shí)間而確定，一般計(jì)算方法是將原料（含干物質(zhì)8%左右）乘以原料滯留時(shí)間，即可得到沼氣池容積。例如：某養(yǎng)殖場(chǎng)每天產(chǎn)污水130立方米，如果原料滯留期按30天計(jì)算，需要沼氣池3900立方米。原料滯留時(shí)間也就是沼氣發(fā)酵時(shí)間，而沼氣發(fā)酵時(shí)間又主要取決于沼氣生產(chǎn)工藝、沼氣發(fā)酵原料、沼氣池內(nèi)的溫度等因素。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，在豫西地區(qū)采用干清糞工藝，經(jīng)過(guò)干濕分離后進(jìn)入紅泥塑料沼氣池內(nèi)的污水需要發(fā)酵25～30天，而水泡糞需要時(shí)間相對(duì)短一些，需要發(fā)酵15～25天。

5. 完善相關(guān)設(shè)施設(shè)備，最大限度保證沼氣生產(chǎn)需要

①完善沼氣池內(nèi)攪拌設(shè)備。充分?jǐn)嚢杓扔欣谖⑸锖臀锪辖佑|，保證充分發(fā)酵，又能防止物料沉入池底。攪拌的方法有3種：一是機(jī)械攪拌，在池內(nèi)安裝葉輪進(jìn)行攪拌。二是氣攪拌，將沼氣從池上部抽出后，通過(guò)管道又從池底壓進(jìn)去，產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流，達(dá)到攪拌的目的。三是液攪拌，采用底部進(jìn)料，頂部出料，產(chǎn)生強(qiáng)大的液體上流，達(dá)到攪拌的目的。

②完善物料儲(chǔ)備與處理設(shè)備。進(jìn)入沼氣池的物料必須經(jīng)過(guò)處理，方能保證沼氣正常發(fā)酵。一是要配備物料攪拌池與攪拌機(jī)，對(duì)將要進(jìn)入沼氣池的糞便及污水充分?jǐn)嚢?，使其固態(tài)物得到破碎，并使物料混合均勻，有利于沼氣發(fā)酵。二是干濕分離設(shè)備，將混合物料中的較大顆粒物質(zhì)分離出來(lái)，減輕沼氣池發(fā)酵負(fù)荷。三是建造預(yù)處理池（同時(shí)可以作為緩沖池），容積達(dá)到日產(chǎn)生污水量的3倍以上，既能保證污水系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況下進(jìn)入沼氣池的水量穩(wěn)定，又可以使小固體向下沉降，大浮渣向上漂浮，保證進(jìn)入沼氣池內(nèi)污水所含有機(jī)物顆粒適中；必要時(shí)也可以進(jìn)行酸度調(diào)節(jié)。

③完善原料應(yīng)急處理設(shè)施。一是要配置污水排放應(yīng)急管道系統(tǒng)，由于控制疾病等原因造成的污水中含有消毒藥物、抗菌藥物、殺蟲藥物或洗衣液含量大的污水，不能進(jìn)入沼氣池，應(yīng)設(shè)置專用管道排到沼液池或?qū)Ｓ梦鬯幚沓亍６前凑窄h(huán)保要求配置應(yīng)急處理池，在沼氣發(fā)酵出現(xiàn)故障后，污水進(jìn)入應(yīng)急池暫時(shí)存放。

④完善沼氣儲(chǔ)備、處理與應(yīng)用設(shè)備。大型沼氣池應(yīng)設(shè)置儲(chǔ)氣裝置，使沼氣及時(shí)排出沼氣池儲(chǔ)存，保證沼氣池壓力穩(wěn)定，也利于沼氣使用時(shí)氣源穩(wěn)定。同時(shí)應(yīng)配備沼氣脫硫、脫水、增壓、缷壓裝置，使沼氣供應(yīng)純凈而穩(wěn)定。沼氣應(yīng)用設(shè)備主要包括燃燒、發(fā)電、照明等設(shè)備，根據(jù)實(shí)際情況配備。

三、科學(xué)管理，精心維護(hù)

1. 科學(xué)管理

①維護(hù)池內(nèi)壓力穩(wěn)定。進(jìn)料和出料的速度盡量保持一致，所進(jìn)原料和所排出的廢料體積應(yīng)相等，及時(shí)排除產(chǎn)生的沼氣，以保持沼氣池內(nèi)壓力穩(wěn)定，確保甲烷菌正?；顒?dòng)。

②保持池內(nèi)沼氣菌群數(shù)量穩(wěn)定。每日進(jìn)料總量保持穩(wěn)定，保持池內(nèi)微生物菌群穩(wěn)定，切忌進(jìn)料量突然加大，從而使大量菌群隨著出料的突然增加而流失；也不能突然減少進(jìn)料，菌群養(yǎng)料減少會(huì)造成數(shù)量下降。

③避免抑制發(fā)酵的污水進(jìn)入。當(dāng)豬群大量使用消毒藥物、抗菌藥物、殺蟲藥物時(shí)，豬舍污水不要進(jìn)入沼氣池，以免抑制沼氣發(fā)酵；盡量使用殘留期短或無(wú)殘留的藥物，采用超聲波、紫外線等物理消毒方法可以避免藥物殘留。

④及時(shí)調(diào)節(jié)酸度。出現(xiàn)發(fā)酵液酸度較大時(shí)，要及時(shí)調(diào)節(jié)，具體措施：一是稀釋發(fā)酵液的揮發(fā)酸，以提高pH值；二是采用加草木灰或適量氨水來(lái)提高pH值；三是當(dāng)發(fā)酵液過(guò)酸時(shí)，用石灰水調(diào)節(jié)pH值。

2. 精心維護(hù)

沼氣生產(chǎn)是靠厭氧菌發(fā)酵進(jìn)行，如果某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障就會(huì)導(dǎo)致一連串不良反應(yīng)，例如：某種因素造成沼氣發(fā)酵能力下降，不僅降低了厭氧菌群繁殖速度，從而使菌群數(shù)量大幅降低，而且引發(fā)氣攪拌功能下降，進(jìn)一步降低了發(fā)酵程度，形成惡性循環(huán)。因此，在沼氣生產(chǎn)中要及時(shí)檢修各種設(shè)備，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，避免惡性循環(huán)發(fā)展。

3. 沼液處理

沼液中含有豐富的氮、磷、鉀、氨基酸、維生素、蛋白質(zhì)、碳水化合物、核酸以及抗生素等活性物質(zhì)，因此有促進(jìn)作物生長(zhǎng)和控制病害發(fā)生的雙重作用，不僅可以取代化肥，還是生產(chǎn)有機(jī)食品的最佳肥料。但是，沼液中COD含量還較高，不能直接對(duì)外排放，養(yǎng)殖場(chǎng)必須對(duì)此有清醒認(rèn)識(shí)，決不能認(rèn)為污水經(jīng)過(guò)沼氣發(fā)酵就可以對(duì)外排放。

①沼液作為肥料處理。沼液作為肥料可用于大部分農(nóng)作物生產(chǎn)，但是需要稀釋或經(jīng)過(guò)池塘等將有機(jī)物濃度降低后方可使用，一般每畝需澆50米3左右。澆灌次數(shù)根據(jù)氣候條件、土地以及農(nóng)作物消納能力而定。

②沼液排放達(dá)標(biāo)處理。沼液產(chǎn)量過(guò)大，周邊農(nóng)作物不能消納時(shí)就要考慮沼液達(dá)標(biāo)排放處理，處理方法一般采用有氧曝氣，其處理時(shí)間較長(zhǎng)、成本較高。目前，有一種有氧曝氣加化學(xué)藥品的處理方法，其處理時(shí)間較短、成本較低，可以借鑒采用。