利用畜禽粪便厌氧发酵生产沼气技术的探讨

欧阳建，王勇(贵州省习水县农村能源办公室，贵州遵义564

摘要：文章详细阐述了利用畜禽粪便制备沼气的意义，详细探讨了厌氧发酵技术生产沼气的原理、影响因素和综合处理技术，并展望了用厌氧发酵技术生产沼气的发展前景。

关键词：禽畜粪便；厌氧发酵；沼气

1利用畜禽粪便制备沼气的意义

全球气候变暖将给人类带来一系列严重后果，农业和畜牧业可能受到影响；森林和陆地生态系统可能受到威胁，有些物种可能因为气候带的变迁而灭绝，热带雨林的减少和沙漠化的扩大可能加剧；海平面上升可能淹没大片农田和一些沿海城市，给人类带来巨大的经济损失；气候变暖可能导致一些地区积雪减少，融化提前，蒸发加剧，降水减少，从而加剧全球水资源供需矛盾；再是，气候变暖可能使传染病扩大，发病率提高，直接威胁到人类的健康和生命。因此清洁能源是各国政府亟待解决的公共问题。

以厌氧发酵为核心环节的沼气技术在我国已经得到了广泛的应用。据统计，到2002年底全国户用沼气池总量达到1000万个，畜禽养殖场沼气工程1100多处，城镇生活污水净化沼气池近10万处。沼气技术将畜牧养殖与作物种植科学结合在一起，将农业生产与农民生活合理地结合在一起，在促进农民增收，农业生产结构调整和农业与农村经济的可持续发展方面起到了重要的作用。同时，厌氧发酵沼气技术在改善农民生活、生产环境，乃至改善区域水环境和全球大气环境等方面效果显著。

由于发酵法中的厌氧发酵技术具有多功能性，即治理环境污染，又开发新能源一沼气，同时还为农户提供优质的有机肥料。因此，能够综合治理畜禽场粪便的厌氧发酵技术越来越受到人们的关注。

2利用畜禽粪便生产沼气的技术

2.1厌氧发酵基本原理

厌氧发酵畜禽粪便生产沼气就是利用受控制的厌氧细菌分解作用,将粪便中的有机物(碳水化合物、蛋白质和脂肪)转化成简单的有机酸，然后再将简单的有机酸转化为沼气和二氧化碳。目前人们普遍认为厌氧消化过程主要分为三个阶段：第一阶段为水解性细菌产生水解酶把非水溶性大分子的碳水化合物、脂肪和蛋白质等水解成可溶性的较小分子化合物的过程。第二阶段为产氢产酸阶段。第三阶段为产甲烷菌利用降解产物产生甲烷的过程。整个厌氧消化过程是一个产甲烷菌和非产甲烷菌相互作用，相互制约的动态平衡过程。用于厌氧消化的原料几乎都是不溶性的有机大分子，只有通过水解酶把它们分解成较小的分子后才能被产氢产乙酸菌和产甲烷菌利用，最终产生甲烷。

2.2厌氧消化处理技术的影响因素

影响畜禽粪便生产沼气的影响因素有：厌氧环境、充足的有机物、碳氮比、最适宜的温度区、合适的pH值、搅拌、稀释。可以通过建造四壁不透气的沼气池或沼气罐来实现厌氧环境。沼气池中需要充足的有机物，以保证沼气菌等各种微生物正常生长和大量繁殖。一般认为每立方米发酵池每天加入1.6-4.8kg固形物为宜。有机物中碳氮比要适当，在发酵原料中，碳氮比一般以25：1时产气系数较高。厌氧消化有个最适温度区，一是在34－36℃左右，称为中温消化，另一是在50－53℃左右，称为高温消化，在这两个温度区之间，即在40-45℃范围内，消化速度反而减慢。沼气发生时合适的pH值为6.4－7.2，高于8或者低于6时沼气菌将受到抑制。早期使用的发酵池不设搅拌设备，因而池内有分层现象，微生物与有机物不能充分接触，消化时间长。现代消化池是连续投入，不断搅拌，使微生物和有机物充分接触，能大大促进发酵过程，增加能量回收率和缩短发酵时间，搅拌可连续或间接进行。在粪便发酵过程中，挥发性酸、氨、氧、抗生素等过多将影响厌氧性分解。为了避免氨过多的影响，可将粪便稀释。通常发酵池干物质与水的比例以1：10为宜，过稀则耗水量增加，并增大发醉池容积。畜禽粪厌氧发酵后，约60%的碳素转变为沼气。

2.3厌氧消化技术处理畜禽粪便的综合治理技术

我国的厌氧消化处理技术包括预处理系统、固液分离机、厌氧发酵处理系统和沼液综合利用系统四个部分。

我国的厌氧消化技术在国际上享有很高的声望，其工艺水平代表和反映了厌氧消化技术的水平。上海市早在1999年就建成102个畜禽场污水治理工程；福建省福清市建成的治理畜禽场污水工程成功率和运行率达100%；河北省石家庄市采用微生物高温发醉生产优质有机肥料技术，建鸡粪发酵厂治理鸡粪污染；江苏省靖江市为解决农村能源及畜禽粪便污染环境问题，有16家畜禽养殖场建起沼气生物链工程。就目前而言，主要的厌氧处理设备有推流式厌氧消化装置、水压式发酵装置和全混合厌氧消化装置等几种厌氧消化装置，其中以中温全混合工艺占主导地位。

但是在沼气池的实际使用中存在一些普遍问题，表现为沼气发酵原料得不到充分利用，实际沼气转换率（原料利用率）较低，发酵原料的产气潜力得不到充分利用而被浪费。对于如何提高沼气产气率我国的科学工作者已做了大量的研究，并取得了一定的成效。沈阳农业大学的吕淑霞和陈祖洁的研究结果表明，纤维素酶在沼气发酵中能促进纤维素分解，从而提高沼气产气率；南京农学院农业微生物研究室的王天光和罗士兵曾研究了不同接种物中几个主要微生物生理群的相对数量对产气率的影响，研究结果表明，接种物中厌氧氨化细菌、产甲烷菌、厌氧纤维分解细菌含量均高，有利于缩短发酵启动期，而且能提高产气率；此外，叶发斌等研制出的GP产沼气微生物促进剂，能有效提高沼气产量；张无敌的研究组系统研究了牛粪、鸡粪、猪粪厌氧发酵产生沼气的过程中水解酶对沼气产量的影响。从其研究结果可以看出，在猪粪、鸡粪、牛粪的厌氧消化过程中，各种水解酶（蛋白酶、纤维素酶、脂肪酶和淀粉酶等）的酶活与沼气产量成正比关系，水解酶活均出现在产气峰值的附近，并且水解酶活与沼气产量的变化曲线相似。

3展望

利用厌氧发酵处理畜禽粪便生产沼气，解决了因养殖规模扩大带来的环境恶化问题，极大地改善了农业的生态环境，提高了人们的生活质量，促进了农业的可持续性发展，有着丰富的资源和广阔的前景。但是，在用厌氧发酵技术处理畜禽粪便生产沼气的过程中注意以下几点：一是要在国内大力推广现有的比较成熟的厌氧发酵技术；二是借鉴国外先进的厌氧发酵技术和模式，在抓好示范的基础上，结合我国国情加以完善；三是要利用国外先进技术，研究开发适合我国国情的厌氧发酵处理工艺，使得沼气生产和沼气发电系统实现自动控制。

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