5沼气科学管理与使用

1、 分解有机物质产生沼气的细菌，是 厌氧性细菌，整个生命活动(包括生长、 发育、繁殖、代谢等)都不需要空气。相 反，空气中的氧气还会使其生命活动受 到抑制，甚至死亡。而有机物质的分解， 在有氧的情况下，产生二氧化碳；在无 氧的情况下，产生甲烷。因此，农户必 须给沼气创造一个严格的厌氧环境。 (1)首先建造个不漏水、不漏气的密 闭沼气发酵池，是农村沼气的首要条件。 这样，既可以满足发酵原料发酵和贮气的 需要，同时也能保证产沼气细菌在厌氧条 件下正常生活，实现正常、持久地产气。 (2)沼气池在第一次投料时，要加满水 再封盖，以便把空气全部排净。然后，随 着产气的增多，把多加的水从水压间取出。 取出水

2、的体积为沼气池主池容积的10为 宜。这种做法可使沼气池提前23天产沼 气。 (3)沼气池活动盖要严格密封，而 且要加固，一定要防止池内沼气压 力大时，顶得沼气活动盖出现裂缝， 出现漏气。 (4)沼气池的进出料管下口上沿要 距拱脚30厘米，避免沼气池产气达 到最大量时(沼气池内最大气压限制 为12000帕)，沼气从进出料口溢出。 据沼气发酵原料的化学性质和来源， 可以分为以下几类： 富氮原料。在农村主要是指人、牲畜 和家禽的粪便。这类原料的碳氮比(含碳 量与含氮量之比)一般都小于25：1。 富碳原料。在农村主要指各种农作物 秸秆、杂草等。这类原料的碳氮比一般都在 30：1以上，主要由木质素、纤维

3、素、半纤 维素、果胶和蜡质等化合物组成。其特点是 碳素含量较高，产气周期较长，但分解速度 较慢。 另外，水生植物也是沼气发酵的好原料。 主要包括水葫芦、水花生、水白菜及其他水 草、藻类。 其他类型的发酵原料。如城市生活污 水、有机垃圾、废渣和污泥等。 按发热性质可分为：按发热性质可分为： 热性原料：热性原料：纤维素含量高，疏松多孔，纤维素含量高，疏松多孔， 水分易蒸发，含水少，同时，粪中含有纤水分易蒸发，含水少，同时，粪中含有纤 维细菌很多，能促进纤维素分解，在堆放维细菌很多，能促进纤维素分解，在堆放 过程中能产生高于过程中能产生高于5050以上的高温，这一以上的高温，这一 类肥料统称为热性原

4、料。如：马粪、羊粪、类肥料统称为热性原料。如：马粪、羊粪、 纯猪粪、蚕粪、禽粪、秸杆堆肥等。纯猪粪、蚕粪、禽粪、秸杆堆肥等。 冷性原料：冷性原料：也叫凉性原料。凡是堆制过也叫凉性原料。凡是堆制过 程中不能产生高温，温度低于程中不能产生高温，温度低于5050者，统者，统 称为冷性原料。如：牛粪、人粪尿（或粪称为冷性原料。如：牛粪、人粪尿（或粪 稀）等。稀）等。 人粪：是食物不消化的部分，混有各种消化液、人粪：是食物不消化的部分，混有各种消化液、 半消化液和少量腐败生成物。半消化液和少量腐败生成物。70-80%70-80%水分，水分，20%20%左左 右的有机物质和少量无机物质。右的有机物质和少量

5、无机物质。 主要成分是纤维素、半纤维素、脂肪和脂主要成分是纤维素、半纤维素、脂肪和脂 肪酸、蛋白质、肽、氨基酸、各种酶、胆质和肪酸、蛋白质、肽、氨基酸、各种酶、胆质和 各种无机化合物，同是还含有大量已死的和活各种无机化合物，同是还含有大量已死的和活 着的微生物。具有臭味物质如吲哚、丁酸、硫着的微生物。具有臭味物质如吲哚、丁酸、硫 化氢等。一般呈中性反应，但肉食者，呈碱性，化氢等。一般呈中性反应，但肉食者，呈碱性， 混食者呈中性。混食者呈中性。 （1）人类尿的组成和性质）人类尿的组成和性质 人类尿的成分：人类尿的成分： 人粪尿的成分含量看，含氮量均较人粪尿的成分含量看，含氮量均较 高，而磷、钾较

6、少，所以常把人粪高，而磷、钾较少，所以常把人粪 尿当作氮肥使用。尿当作氮肥使用。 人尿：人尿： 含水量含水量95%95%，以及可溶性氮化物和，以及可溶性氮化物和 无机盐类。如尿素无机盐类。如尿素1-2%1-2%、naclnacl 1% 1% 左右、氨基酸等，不含任何微生物，左右、氨基酸等，不含任何微生物， 人尿属酸性反应。人尿属酸性反应。 （2） 家畜粪尿的成分和性质家畜粪尿的成分和性质 成分：成分： 粪是饲料经家禽消化器官消化后，没有被吸收利用粪是饲料经家禽消化器官消化后，没有被吸收利用 而排出体外的物质。主要有纤维素、半纤维素、木质素、而排出体外的物质。主要有纤维素、半纤维素、木质素、 蛋

7、白质、氨基酸、有机酸、酶和各种无机盐类。蛋白质、氨基酸、有机酸、酶和各种无机盐类。 尿是饲料中的营养成分被消化吸收，进入血液，经过尿是饲料中的营养成分被消化吸收，进入血液，经过 新陈代谢后，以液体排出体外的部分。尿的成分都是水溶新陈代谢后，以液体排出体外的部分。尿的成分都是水溶 性物质，主要有尿素、尿酸、马尿酸以及钾、钠、钙、镁性物质，主要有尿素、尿酸、马尿酸以及钾、钠、钙、镁 等无机盐类。等无机盐类。 畜粪中有机质较多，约为畜粪中有机质较多，约为15-30%，羊，羊 粪尿中氮磷钾含量最高，猪、马次之，粪尿中氮磷钾含量最高，猪、马次之， 牛最差。以排泄量论，牛最多，马次之，牛最差。以排泄量论，

8、牛最多，马次之， 猪又次之，羊最少。猪又次之，羊最少。 家畜粪的性质家畜粪的性质 猪粪：猪粪： 由于饲料的多样化，猪粪中由于饲料的多样化，猪粪中 养分含量常不一致，氮素含量比养分含量常不一致，氮素含量比 牛粪高一倍，磷钾含量也高于牛牛粪高一倍，磷钾含量也高于牛 粪和马粪，只是钙、镁、含量低粪和马粪，只是钙、镁、含量低 于其它粪肥，猪粪于其它粪肥，猪粪c/n比值较低，比值较低， 且含有大量的氨化细菌，比较易且含有大量的氨化细菌，比较易 于腐熟。于腐熟。 牛粪：牛粪： 牛是反刍动物，饲料经胃中反复消化粪质牛是反刍动物，饲料经胃中反复消化粪质 细蜜，牛饮水多，粪中含水量较高，通气细蜜，牛饮水多，粪中

9、含水量较高，通气 性差，分解腐熟缓慢，发酵温度低，故称性差，分解腐熟缓慢，发酵温度低，故称 冷性发酵原料。冷性发酵原料。 马粪：马粪： 马对饲料的消化不及牛细致，所马对饲料的消化不及牛细致，所 以，粪中纤维素含量高，疏松多以，粪中纤维素含量高，疏松多 孔，水分易于蒸发，含水分少，孔，水分易于蒸发，含水分少， 同时粪中高温纤维细菌很多，能同时粪中高温纤维细菌很多，能 促进纤维素分解腐熟，分解快，促进纤维素分解腐熟，分解快， 堆积时发热量大，所以称马粪为堆积时发热量大，所以称马粪为 热性发酵原料。热性发酵原料。 羊粪：羊粪： 羊也是反刍动物，羊饮水少，肥质细密干羊也是反刍动物，羊饮水少，肥质细密干

10、 燥，肥分浓厚，羊粪也是热性发酵原料。燥，肥分浓厚，羊粪也是热性发酵原料。 含有多量的马尿酸，尿素含量则比人含有多量的马尿酸，尿素含量则比人 尿少。家禽尿液成分比较复杂，分解缓慢，尿少。家禽尿液成分比较复杂，分解缓慢， 必须经过腐解，转变为碳酸铵后，才能被必须经过腐解，转变为碳酸铵后，才能被 土壤吸附或被作物吸收利用。家禽尿一般土壤吸附或被作物吸收利用。家禽尿一般 呈碱性反应。呈碱性反应。 家畜尿的性质：家畜尿的性质： 目前，农村沼气发酵大多采用混合原 料入池发酵(一般为农作物秸秆和人、畜 粪便等)。因此，掌握农村沼气原料的配 料原则，对科学配料，提高沼气的产气 量和产气速度十分必要。一般原则

11、是： 适当多加产甲烷多的发酵原料。这 样有利于提高甲烷的产量和甲烷在沼气 中的含量。 将发酵速度快与慢的原料合理搭配进 料。这种搭配有利于产气均衡、持久。 要注意含碳素原料和含氮素原料的合理 搭配。沼气发酵需要有合适的碳氮比。 另外，各种发酵原料产生沼气的量、 产生沼气中甲烷的含量，以及产气持续 时间也是不同的。 实践证明，发酵原料碳氮比过高，新池 发酵启动较慢，会一定程度上影响产气 效果。根据目前农村沼气发酵原料多以 农作物秸秆和人畜粪便为主的情况，农 村户用沼气池发酵原料的碳氮比以20 30：1为适宜。特殊情况时，碳氮比最低 应控制在13：1以上，最高控制在40：1 以下。 沼气发酵中保持

12、适宜的发酵料液浓度， 对提高产气量，维持产气高峰十分重要。 发酵原料浓度是指原料的干物质重量占 发酵原料的重量的百分比。 农村户用沼气池在装入发酵原料时， 体积大约可按以下比例配制：人粪便占 10，牲畜粪便、秸秆及青草类占40， 水占50(不包括气箱部分)。 8米3沼气池发酵原料配比示意图 在我国农村，虽然各地的地理位置、 气候、温度都有所不同，但总的讲，农村 户用沼气的发酵料液浓度还是以610 为宜。一般来说，北方地区适当高些， 南方地区可低些。夏季气温高，原料分解 快，发酵料液浓度可适当低一些，一般以 6左右为好；冬季气温低，原料分解较 慢，应适当提高发酵料液浓度，通常以10 为佳。 “三

13、结合”沼气池，由于粪便天 天连续进入沼气池，第一次投料浓度可掌 握在4左右。 人畜粪便和秸秆是农村最多的发酵原 料。由于目前农村大都采用秸秆和粪便 混合的发酵原料，所以，明确农村沼气 池粪便与秸秆的适宜比例就有很现实的 意义。 多年经验表明，农村沼气用人畜粪便 和秸秆作为混合原料，第一次投料启动 时，粪与秸秆比对产气效果影响很大。 一般粪与秸秆比应掌握在2：1以上，不 宜小于1：1。 发酵原料预先沤制后进沼气池，可使沼 气池加快产气，且沼气中的甲烷含量也高。 具体讲，秸秆类原料预先堆沤，有以下好 处： 在堆沤过程中，可以促进发酵细菌大量 生长繁殖，起到增加富集菌种的作用； 堆沤原料进沼气池后，

14、可起到减缓酸化 的作用，有利于沼气发酵过程中的酸化 和产甲烷的平衡； 发酵原料经堆沤后，纤维素变松散，扩 大了纤维素分解菌与纤维素的接触面， 可加速对纤维素的分解速度，加速沼气 的发酵； 堆沤的纤维素原料，会增加含水量，不 易造成浮面结壳； 原料堆沤后体积缩小，便于装池。 堆沤的方法和程序堆沤的方法和程序 首先将秸秆用粉碎机磨碎或铡成3厘 米左右，铺10厘米厚左右，泼2的石灰 澄清液和1左右的粪水(与秸秆的重量 比)，同时补充一些清水(最好是污水)。 直到原料吸够水后再铺第二层，依次再 铺第三层、第四层。堆好后用塑料膜覆 盖。气温较高的季节堆沤23天；气候 较低季节，一般堆沤57天，即可入池

15、发酵。 有机物在厌氧条件下发酵产生甲烷， 是由多种微生物来完成的。池内微生物 的多少，直接决定着沼气的发酵速度和 发酵的质量，因此，在沼气池投料启动 运行时，增加足够的发酵菌种极为重要， 有利于加快沼气的产生和气质的提高。 老沼气池的沼渣、沼液，城市下水道 的污泥，湖泊、池塘、粪坑底部的污泥， 屠宰场、食品加工厂的污泥、沉渣都含 有大量微生物，这些都可做农村沼气的 发酵接种物。 如果菌种不足，为了在短时间内获得 数量多、质量好的接种物，可以人工对 接种物进行富集培养。夏季培养57天， 春秋季710天，就可加入沼气池作接种物。 对农村沼气池来说，接种数量(即 接种物的体积)一般应占发酵料液的 1

16、015，当采用老沼气池发酵 液作为接种物时，接种数量应占总 发酵料液的30。 沼气池内的发酵温度对微生物菌群的 生长影响很大，因而，直接影响着沼气 的产气量和产气率。当温度适宜时，细 菌生命力旺盛，发酵加快，沼气产生得 多，含甲烷率也高。沼气发酵的温度范 围较大，一般在860c条件下都能产生 沼气。 沼气发酵，可分为高温发酵、中温发 酵和常温发酵三种类型。 适宜温度为4755c，沼气池产气 率为225米3米3日(即沼气池1 米3容积、1日产沼气的数量)。高温 发酵一般用来处理发酵企业排出的有 机废水、废物，酒厂排出的酒糟等。 其温度因在70以上，在这种环境下 的沼气发酵不需要外部补充热量来提

17、高发酵温度。 适宜温度为3035，沼气池产 气率为115米3米3日。中温发 酵一般用来处理城市污泥，工业有 机废水、废物，大、中型畜禽养殖 场的牲畜粪便等。 农村户用沼气池由于建在室外， 埋于地下，沼气池的运转和产气量 直接受外界的气温、地温影响，所 以，农村户用沼气称为常温发酵。 农村户用沼气池夏秋季节一般可保 持在1027，平均产气率可达 01502米3米3日。 在沼气发酵过程中，沼气细菌适宜在 中性或微碱性的环境中生长繁殖，池中 发酵料液的酸碱度以ph78为宜(可用ph 试纸测定)，过酸(ph小于7)或过碱(ph大 于8)都不利于沼气细菌的生长繁殖，进 而影响原料的发酵和沼气的产生。农村

18、 户用沼气池在发酵过程中，池内酸碱度 先由高 到低，然后又升高，最后达到自 然平衡，即达到中性或微碱性。 沼气池投料后，池内酸碱度达到正常 值所需要的时间长短，与发酵温度、浓 度等因素有密切关系。夏季发酵温度在 2427时，6天内酸碱度就能达到中性， 而秋季气温在1820时，则需要14 18天才能达到中性。 沼气发酵过程中池内的酸碱度有一个 自然平衡过程，一般不需要进行调节。 但在料液浓度偏高或管理不当，挥发酸 (即有机酸)大量积累、酸碱度低时，则需 要采取一些技术措施进行调节。 从向沼气池内投入原料和接 种物，到沼气池正常产生沼气 的过程称为沼气池发酵启动。 为了加快沼气发酵的启动速 度和提

19、高沼气池产气量而向沼 气池加入的富含沼气微生物的 物质，统称接种物。 新池启动需添加10% 30%的接种物。农村来源广、 使用方便的接种物是沼渣和 沼液。接种物和原料分层加 入以利启动。 启动原料优选纯净牛粪， 或一半牛马粪+一半猪粪，忌 用鸡粪和人粪。 8立方米户用沼气池启动 原料需要2立方米，10 立方 米户用沼气池启动原料需要 2.53立方米。 启动前，原料进行池外堆沤 （夏季35天，春秋季68天）， 堆沤时，在粪堆上泼水，保持湿 润，并加盖塑料薄膜，以聚集热 量和富集菌种。 启动水温应控制在20以 上,秋冬季节启动，原料需要 充分堆沤，加入池内的水要 加热到35以上。 新池启动，加入水

20、量为 池容的2/3左右，水位控 制在零压面位置。 用晒热的污水坑或池塘的 水启动新池，切忌将从井里 抽出来的冷水直接加入池内。 按6%的低浓度启动， 正常产气后，逐步加大到 设计负荷。 负荷过重，酸化速度过快， 数量较少的产甲烷菌不能分解 过量有机酸，容易形成有机酸 积累，使启动失败。 启动原料最适宜酸碱度为 ph=7.0，启动过程一旦发生 酸败, 表现为所产气体长期不 能点燃，发酵液的颜色变黄。 当ph值降到6.0以下时，可 增加接种物，也可加入草木灰 或石灰澄清液，将 ph 值调节 到6.5以上，以顺利启动。 将粘土锤碎、过筛后， 按351 的重量比与石灰 粉干拌均匀，加水拌和揉搓 成为面

21、团状。 用水冲洗蓄水圈，将揉好的石 灰胶泥，均匀地铺在活动盖口表 面上，再把活动盖装在胶泥上， 用脚踏紧，使之紧密结合。再加 水养护，保持密封。 沼气池启动初期，所产气 体主要是二氧化碳，因气体中 的甲烷含量低，通常不能燃烧。 当沼气压力达到40厘米时， 应放气试火。所产气体中的甲 烷含量为30%时，所产生的沼 气即可点燃使用。 沼气发酵过程中，微生物在对蛋白质 等分解过程中会产生一定量的硫化氢气 体，并进入沼气。由于它是一种腐蚀性 很强的气体，能引起管道及仪表的快速 腐蚀，本身及燃烧后生成的二氧化硫对 人体有一定毒害作用，因此，农村户用 沼气池应安装脱硫装置进行脱硫净化。 沼气是高湿度的混合

22、气。沼气自消化池进入 管道时，温度逐渐降低，管道中会产生大量含 杂质的冷凝水。冷凝水长期积累在管路中会影 响沼气的输送。沼气管道最靠近消化池的位置， 沼气温降值最大，产生的冷凝水最多，可在此 处 (沼气管路的最低处) 加一个集水器，管路中 冷凝的水就会流入集水器，然后及时放出。 净化沼气中的二氧化碳气体，可在 输气管路的首端加一个装置，装入 生石灰水，待二氧化碳气体流经装 置时，就会与石灰水钙化产生沉淀。 沼气池装入原料和菌种， 启动使用后，加强日常管理， 控制好发酵过程条件，是维 持高产气率的重要技术措施。 要使沼气池经久不衰地产 气好，产气旺，必须把沼气 池当做有生命的生物体看待， 不能当

23、做垃圾坑。 加入沼气池的发酵原料，经沼 气细菌分解，逐渐被消耗或转化。 如果不及时补充新鲜原料，沼气 细菌就会“吃不饱”、“吃不 好”，产气量就会下降。 为了保证沼气细菌有充足的食 物，并进行正常的新陈代谢，使 产气正常而持久，要不断地补充 新鲜原料，做到勤加料，勤出料。 应当注意的是: 目前农村大多数建池户都 是以生产用肥代替出料，不用肥则不出 料，这种状况应当改变。沼气池及时出 料是保持长其均衡产气的最基本也是最 有效的手段。 经常进行搅拌也是保持长期均衡产气的 最基本最有效的手段。 搅拌能使原料与沼气细菌充 分接触，促进沼气细菌的新陈 代谢，生长繁殖，提高产气率。 搅拌可以打破上层结壳，使 中、下层所产生的附着在发酵 原料上的沼气，由小气泡聚积 成大气泡，并上升到气箱。 搅拌可以使沼气细菌的 生活环境不断更新，有利 于它们获得新的养料。 设置有强制回流装置的新 池型，每天用活塞在抽渣管 中上下抽动10分钟，进行强 制回流搅拌。 沼气细菌的生命活性随温 度变化而变化，因此，变温 发酵工艺的负荷应随季节变 化而变化。 适宜的浓度：夏季6% 8%；冬季10%12%。浓 度过高过低都不利于沼气 细菌的活动和沼气的产生。 户用沼气池发酵初期，由 于接种物不足，常会使酸化 速度大大超过甲烷化速度， 造成挥发酸大量积累。 发酵原料是否酸化，一 般用ph 值测定仪或ph试