韓興燕 孔偉

（甘肅省家畜繁育改良管理站 733000）

1 影響因素

1.1 溫度

甲烷菌能在0～80℃的范圍內(nèi)生存，人工控制生產(chǎn)沼氣以中溫35～37℃為最佳發(fā)酵溫區(qū)，此溫度區(qū)間牛糞中的有機(jī)物易在厭氧條件下經(jīng)甲烷菌降解成沼氣。發(fā)酵溫度在15～20℃時產(chǎn)沼氣率受到抑制，溫度高于60℃以上產(chǎn)氣多，但菌種老化速度快。調(diào)漿溫控制在37～42℃，防止發(fā)酵罐內(nèi)溫度出現(xiàn)±5℃的波動。發(fā)酵罐體采取保溫隔熱材料防護(hù)，影響發(fā)酵產(chǎn)氣的持續(xù)性。發(fā)酵罐增加保溫或增溫措施是提高牛糞日產(chǎn)沼氣量和產(chǎn)氣率的關(guān)鍵[1]。

1.2 菌種

在沼氣發(fā)酵罐中存在厭氧和需氧菌，產(chǎn)氣與耗氧等5 類微生物菌群。新的沼氣池啟用前利用老沼氣池沼渣（沼液）、污泥等接種，用量一般占牛糞發(fā)酵液的30%產(chǎn)氣效果最佳[2]。在沼氣發(fā)酵過程中，不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間，相互依賴互為對方創(chuàng)造與維持生命活動所需要的良好環(huán)境條件，但它們之間又互相制約，在發(fā)酵過程中要通過罐內(nèi)發(fā)酵環(huán)境控制，及時補(bǔ)充甲烷菌，防止老化，保障牛糞物料的充分消化利用和產(chǎn)氣的持續(xù)性。

1.3 濃度

適宜的牛糞發(fā)酵漿料是甲烷菌保持自身需求，并產(chǎn)生沼氣的營養(yǎng)物質(zhì)，甲烷菌維持自身生長繁殖的牛糞漿料濃度為6%～12%，在生產(chǎn)實(shí)踐中保持糞漿濃度恒定在10%產(chǎn)氣率相對穩(wěn)定。

1.4 酸堿度

沼氣生產(chǎn)中沼氣菌適宜在中性或微堿性的環(huán)境中繁殖。自然狀態(tài)下調(diào)漿后的鮮牛糞漿液pH 一般在6.5～6.8。根據(jù)牛糞的飼料成分和飼養(yǎng)季節(jié)不同牛糞酸堿度有一定變化，在調(diào)制發(fā)酵液是將pH 控制在6.8～7.5 為宜。調(diào)好的發(fā)酵漿液經(jīng)pH 檢測，偏酸用5%～10%的草木灰溶液調(diào)偏，偏堿用醋酸或食醋加水稀釋后糾偏。

1.5 碳氮比

甲烷菌消化牛糞適宜的碳氮比為20～30：1，一般鮮牛糞的碳氮比在22～33，保持好四季的發(fā)酵溫度和糞漿濃度不需要調(diào)配就能直接用于沼氣生產(chǎn)。碳源和氮源濃度過高和過低均不利于細(xì)胞生長和外源蛋白表達(dá)與積累，影響甲烷菌的繁殖，不利于持續(xù)產(chǎn)氣。

1.6 糞水原料

用于沼氣生產(chǎn)的牛糞以新鮮含水量在40%～80%，無影響調(diào)漿發(fā)酵的雜物和消毒殺菌劑等化學(xué)物質(zhì)，未經(jīng)發(fā)酵腐熟的糞便。調(diào)漿水用牛屠宰場血水經(jīng)過濾加溫后調(diào)制牛糞漿液，加入發(fā)酵罐時保持糞漿溫度不低于35℃。牛糞混合后血水等進(jìn)行混合發(fā)酵可有效地提高發(fā)酵原料產(chǎn)氣量和甲烷含量，還可避免發(fā)酵過程中產(chǎn)生的不利影響，進(jìn)而能高效地提高牛糞生產(chǎn)沼氣的速率和綜合利用率[3]。

1.7 生產(chǎn)工藝

沼氣發(fā)酵是一個極其復(fù)雜的生物化學(xué)過程。全混合式（CSTR) 厭氧消化池是當(dāng)前用于較多的沼氣生產(chǎn)消化器，在該反應(yīng)器里原料的進(jìn)入和流出處于動態(tài)平衡狀態(tài)，發(fā)酵液中的液體、固體和微生物處于混合狀態(tài)，出水有機(jī)物濃度與反應(yīng)器內(nèi)料液濃度相等。其他條件具備情況下，產(chǎn)氣率可達(dá)到0.5～0.8以上，牛糞的發(fā)酵滯留期達(dá)到30～40d 以上。

1.8 厭氧環(huán)境

沼氣生產(chǎn)是一個嚴(yán)格的厭氧發(fā)酵過程，沼氣發(fā)酵的微生物包括產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌兩大類，都是厭氧細(xì)菌。因此，建造一個不漏氣、不漏水的密閉沼氣池是利用牛糞人工制取沼氣的關(guān)鍵。在加料過程中，空氣隨漿料被帶入發(fā)酵罐內(nèi)，液體原料里也有溶解氧，對甲烷細(xì)菌的生長非常不利。氧的去除需要依賴其他需氧微生物的氧化能力把氧消耗掉。通過這些微生物有順序地交替生長活動才能為甲烷菌生長創(chuàng)造適宜的條件，使甲烷菌能很好地生長繁殖和產(chǎn)氣。

2 沼氣生產(chǎn)模式

（1）厭氧消化所產(chǎn)的沼氣，其熱值達(dá) 39300KJ·m3，1m3含60%甲烷的沼氣相當(dāng)于0.6m3的天然氣，1.375m3的煤氣，0.76kg 的原煤，6.45Kwh 的電[1]。1m3牛糞在良好的生產(chǎn)條件下能產(chǎn)沼氣40～50m3，因其良好的生物環(huán)保價值，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化方面逐步地到應(yīng)用。目前，沼氣的利用模式也是影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素，從總體布局上分為大循環(huán)沼氣生態(tài)農(nóng)業(yè)示范模式、區(qū)域中循環(huán)沼氣生態(tài)農(nóng)業(yè)示范模式和主體小循環(huán)沼氣生態(tài)農(nóng)業(yè)示范模式等3 種模式[4]。

（2）中型沼氣循環(huán)生產(chǎn)模式，目前這種模式在新農(nóng)村建設(shè)和小城鎮(zhèn)建設(shè)方面作用突出，發(fā)展比較穩(wěn)定，也符合美麗鄉(xiāng)村建設(shè)需求，如圍繞小城鎮(zhèn)分散養(yǎng)殖，糞污集中生產(chǎn)沼氣向社區(qū)供氣，彌補(bǔ)天然氣管網(wǎng)無法覆蓋的社區(qū)、為農(nóng)村城鎮(zhèn)民用和工業(yè)生產(chǎn)提供能源。

（3）小型沼氣循環(huán)生產(chǎn)模式多以家庭和企業(yè)為單元，實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)自用的非商業(yè)化模式，如養(yǎng)殖-種植-沼氣-肥料循環(huán)利用模式，受勞動力、資金、外界氣溫等因素影響明顯，結(jié)合暖棚種植減少外界溫度影響，產(chǎn)生的 “三沼” 現(xiàn)場就能消化利用，是生產(chǎn)有機(jī)蔬菜，生物防蟲的有效措施。

3 問題與措施

（1）牛糞綜合利用率不高，農(nóng)村家庭建沼氣池后技術(shù)服務(wù)和生產(chǎn)工藝簡單，受季節(jié)性和外界氣溫變化影響較大，沼氣存儲困難，燃燒時間難控制，進(jìn)出料費(fèi)工費(fèi)時利用率不高[5]。有條件的地區(qū)將大棚種植與半地下式玻璃纖維發(fā)酵罐結(jié)合使用，將發(fā)酵罐建在蔬菜塑料暖棚內(nèi)，降低外界氣溫對發(fā)酵溫度的影響，方便沼液、沼渣肥料的就地利用，沼氣可以用于一般生活燃料和低溫季節(jié)大棚內(nèi)升溫保暖，沼液用于防治病蟲害。

（2）原料供給不充足，小型沼氣生產(chǎn)主要分布在農(nóng)村，受農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響，養(yǎng)殖業(yè)也受飼草料和勞動力的影響，牛的養(yǎng)殖數(shù)量變化起伏較大，影響沼氣設(shè)施的持續(xù)利用，加之設(shè)施維護(hù)工作不能持續(xù)，大批已建家庭式沼氣設(shè)施廢棄。

（3）政策性因素，農(nóng)村沼氣后續(xù)維護(hù)和管理工作，缺乏相應(yīng)的監(jiān)管激勵政策，影響農(nóng)村沼氣建設(shè)效益的發(fā)揮，難以適應(yīng)社會化服務(wù)的需要。開展沼氣綜合利用技術(shù)和種養(yǎng)殖技術(shù)、糞污治理技術(shù)、人畜共患傳染病防控技術(shù)、公共衛(wèi)生的知識培訓(xùn)、技術(shù)指導(dǎo)、示范應(yīng)用等政策扶持，鼓勵農(nóng)村發(fā)展種植-養(yǎng)殖-能源-肥料的農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)發(fā)展。

4 小結(jié)

利用厭氧消化沼氣生產(chǎn)技術(shù)處理糞污，處理成本較低，可降低養(yǎng)殖企業(yè)環(huán)境污染問題，又能獲得清潔能源和優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料，保護(hù)環(huán)境及廢棄物資源化利用，具有環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、能源、生態(tài)等諸多效益[6]。在糞污處理方面因地制宜，推廣沼氣生產(chǎn)技術(shù)，與新農(nóng)村城鎮(zhèn)化配套建設(shè)沼氣工程，結(jié)合養(yǎng)殖規(guī)模采取多種方式方法利用牛糞資源，是糞污無害化、資源化、能源化利用得到廣泛應(yīng)用和推廣的基礎(chǔ)。