沼气在生产过程中

沼气在生产过程中存在

的技术问题及解决途径

——我国沼气第二组制作

沼气是有机物在厌氧条件下经微生物的发酵作用生成的一种可燃性混合气体,其主要成分是甲烷和二氧化碳,还有少量氢、氮气、一氧化碳、硫化氢和氨等。

沼气发酵是有机物在厌氧条件下被微生物分解生成沼气。人们利用这一规律进行沼气发酵,即可生产沼气用作能源,又可处理有机肥无以保护环境。但在沼气生产过程中却因为诸多原因而导致产气量少等技术问题。一、沼气在我国的发展状况

我国沼气事业始于1930年左右,那时的沼气池以农村混凝土结构的水压式为主,且主要用于烧饭电灯。

1958年,为解决农村炊事用能,我国沼气出现第二次高潮,全国各省都修建沼气池,但因严格厌氧技术不成熟和经验缺乏,所能够使用的沼气池并不多。

20世纪70年代,因农村燃料严重缺乏,再次掀起沼气建设高潮,但由于技术和质量问题,其使用年限为1-3年,且边修建边报废,至80年代中期全部报废。到1980年后,在我国科学工作者的不懈努力下,通过国际间的学术交流和科研工作,在沼气发酵工艺研究方面,基本达到世界先进水平。二、我国沼气使用现状

目前全国沼气池大多采用以粪便为原料的发酵，小部分采用将农作物秸秆或杂草、鲜粪直接入池发酵来生产沼气。后者再打出料后重新启动或新池建成投产时若处理不当，则造成沼气池出料难、产气率低、不能连续产气等问题。三、沼气发酵的原理及条件1、发酵原理

沼气发酵是有机物在严格嫌气条件下,由多种厌氧性异养型微生物参与,产生沼气的过程。一般认为,沼气发酵存在有机物分解反应和沼气生成反应。参与前一反应的微生物主要是厌氧性发酵细菌,包括纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质氨化菌、脂类水解菌和其他厌氧细菌及产乙酸细菌等。在这些微生物的作用下，复杂的有机物被转化为简单的有机酸、醇、酮、H2和CO2等,为产甲烷细菌提供了生长基质和产生CH4的底物。参与后一反应的微生物是严格专一性厌氧细菌,即产甲烷细菌,将第一阶段产生的不同分解程度的产物(如乙酸、甲酸等低级醇酸类以及CO2和H2等)转变为沼气,例如：CH3COOH→CH4+CO24CH3OH→3CH4+CO2+2H2O2CH3CH2OH+CO2→2CH3COOH+CH42C3H7CH2OH+CO2

→2C3H7COOH+CH4CO2+4H2→CH4+CO2CH3COCH3+H2O→2CH4+CO22、沼气的发酵阶段对于四阶段论还可用下图方式于以表述:有机物厌氧消化生成沼气过程:（1）发酵性细菌（2）产氢产乙酸细菌（3）同型产乙酸菌（4）利用H2和CO2的产甲烷菌（5）分解乙酸的产甲烷菌

四、沼气在生产中存在的问题(1)农民养殖结构改变,沼气原料来源减少。8~10m3的沼气池7d需要1m3的粪便,现在农户的家养牲畜大多满足不了,产气不足,导致很多沼气池不能正常使用。(2)比较效益太低。一方面,现在农户建1个沼气池要花费2000元左右,而沼气的市场价格虽低于液化气,但1m3只相差0.2~0.3元;另一方面,农村没有固定地点处理废渣,而且农户7d一次清理费力费时。1、农村用户沼气的缺点解决方法(1)秸秆沼气。近几年来,全国很多县市积极推广以秸秆作为沼气发酵原料,通过添加生物菌剂对秸秆进行预处理,3~7d就可以进入沼气池,产气量与粪便相当,不从事养殖的农户也能建设沼气池,较好地解决了因发酵原料不足制约沼气发展的瓶颈。(2)建立以

四位一体、三位一体和五配套等多种以沼气技术为纽带的生态农业应用模式。其核心是将沼气发酵与种植业和养殖业有机结合,实现物质良性循环和能量梯级利用。其中,四位一体能源生态模式是将农村能源建设和生态农业发展相结合的最为典型的模式。农户在庭院内建日光温室、地下沼气池、猪舍和厕所,把太阳能、沼气与种植业、养殖业串联起来,这样,养殖业产生的废弃物可作为原料,进入沼气池发酵,发酵产生的能源供用户使用。产生的沼液、沼渣喂猪、养鱼、育菇,种植蔬菜、粮食、瓜、果等,提高农产品品质和产量,从而形成生态良性循环,实现综合效益最大化。(3)抓好技术跟踪服务,确保沼气长久使用。对建池率较高的村,要做到有技术人员服务。对于用户使用过程中出现的问题,必须做到随叫随到,随时帮助用户排除运行故障,保证沼气设施的正常运转。要达到这一要求,必须要尽快建立健全农村沼气服务体系,突出抓好乡镇区域服务中心沼气服务站的建设,确保技术咨询、施工维修、零配件供应等服务措施及时到位。(4)积极开发和引进沼气先进技术,搞好产品更新换代。近年来,随着国家对沼气投入力度加大,沼气产品技术水平和产品档次全面升级,零部件生产已实现了标准化。但由于生产厂家众多,产品质量各不相同,因此,各级农村能源管理部门应加强对村级服务网点的指导与监督,确保优质原材料及配套产品的合格供应,杜绝劣质产品流入项目区。在沼气配套器材采购中,一定要选择农业部中标企业生产的产品。(5)大力宣传,普及沼气管理使用知识,使建池家喻户晓,人人皆知。要充分利用电视、报纸、宣传画、公示栏、阳光工程培训、技术讲座、发放技术手册等多种形式,大力宣传普及沼气管理使用、安全发酵、越冬管理等知识,让建池农户自己掌握简单的管理维修技术,自己解决自己家中的技术疑难问题,做到每个沼气村有一个沼气热心人,每个沼气用户家里有一个沼气明白人。2、大中型沼气工程建设中存在的问题(1)工艺类型多,效率普遍不高。我国在发展沼气工程的过程中,在户用沼气方面取得较大成就,到2005年底,全国户用沼气达到1800万户,大中型沼气工程由于缺乏行业权威组织统一的技术指导,南北方地区差异较大,各地分别用土法建沼气工程,发酵温度低,缺搅拌,沼气产气率低。(2)产品利用率低,经济效益差。我国建大中型沼气工程开始以处理废弃物和生产能源为出发点,而不是以充分利用资源为出发点,在工艺设计中对产品的应用重视不够,包括有机肥的生产、沼气发电余热的利用等。在产品产量低、使用率低的情况下,工程的经济效益自然就差,这也是我国沼气工程发展缓慢、运行困难的根本原因。(3)工程设备化低,生产方式落后。受限于技术水平和成本控制,普遍采用传统的现场加工安装方式,没有实现工程的设备化和标准化。传统安装方式工期长、难维护、不便于检修、质量难保障。同时进出料方式落后,手动操作管理,不但需要人工较多,而且外观不佳,影响厂区整体环境。(4)从理论上说,沼气发酵为有机废弃物所含的养分和有机质的循环利用提供了理想的可行途径。但实践中,由于大、中型沼气工程产生的沼液和沼渣数量过大,含水量高,不但需要专用设备运输和施用,而且费事和成本高。农民更愿意施用固体颗粒化肥。因此沼液和沼渣的有效利用问题长期得不到解决。解决方式

根据我国国情和沼气工程的技术能力,采用国外公司作为技术咨询和指导方,国内有设计能力、工程建设经验和有相应资质的公司进行技术引进的模式,既有效地引进了国外先进技术,又解决了设计标准不统一等问题,在技术国产转化的过程中开发出性价比高的国产设备。整个建设过程由国内技术引进单位对项目统一负责,国外技术转让单位对国内技术引进单位的技术负全责,权利明确,

效率提高,

风险降低,是一种切实可行的适合中国国情的技术引进模式。大中型沼气工程具有社会公益性质,应得到国家政策的大力扶持,作为能源和环境的交叉学科,是处于农业和工业边缘的新兴行业,符合全球的可持续发展政策,如利用CDM政策,向发达国家销售二氧化碳减排配额,产生额外收益;利用国际援助资金和国际国内投资商,引进第三方资金;

另外,还可以考虑将大型养殖场或养殖园区的粪污处理项目,整体交由第三方运营商建设和运营这种模式进行运作。

总体而言,可采用企业自筹资金、申请国内政府资助、利用国际援助资金、引进投资和运营商的模式进行项目运作。多年的正、反面经验教训已经证明,大量产沼气并取得显著经济效益须成为大、中型沼气工程的首要目标;必须在高效提取有机废水/废弃物中的生物能源过程中,自然而然地同时完成生化需氧量的降解;至于沼渣、液,则加工成优质的有机复合肥料,或回流利用,以彻底取消传统的脱氮、磷环节,大幅度降低建造和运行成本,达到能源与环保的双赢。五、沼气发酵产物的综合应用

沼气发酵产物，亦称沼气肥，是沼气发酵液（即沼气肥水）和沉渣（即沼气渣肥）的总称。（1）沼气的利用

沼气除了用作生活燃料和发电的动力源外，还可以有多种应用，如沼气在塑料大棚蔬菜生产的应用，利用沼气为大棚增温保温，为蔬菜提供CO2气肥；沼气还有保鲜柑橘和沼气储粮等应用。（2）沼液的综合利用

沼液的营养成分很高，但因投料量和加水量的不同，其养分含量都会不同。一般情况下，人畜粪便通过沼气池,的厌氧发酵形成的沼液中，全碳平均含量为2.03mg/ml全氮平均含量为0.39mg/ml,全磷平均含量为0.37mg/ml,全钾平均含量为2.06mg/ml,铵态氮平均含量为0.296mg/ml,速效磷平均含量为0.073mg/ml,速效钾平均含量为1.76mg/ml,同时还有10多种金属离子。因此，直接将沼液作为有几肥灌溉到农田中或者作为叶面肥喷施均能达到很好的效果。此外，可以利用沼液来浸种，提高种子的出芽率和以后的生长能力，或者将沼液作为一种无毒、无残留的农药来防治农业病虫害。并且，沼液在养殖业中也有应用前景，如养鱼等。（3）沼渣的利用

沼渣是沼气发酵后残留在沼气池底部的半固体物质,含有丰富的机质、腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、钾和多种微量元素等，是一种缓速兼备的优质有机肥和养殖饵料。因此沼渣的利用方式也是多种多样。例如：

首先，沼渣可做有机肥（直接施用、制成沼腐磷肥施用和沼渣与氮肥配合施用），沼渣可做为基肥、追肥，沼渣可与碳铵堆沤，与过磷酸钙堆沤；其次，沼渣在种植业上的应用，沼渣可配制营养土和营养钵。沼渣养分全面，能满足作物生长，而且沼渣的酸碱度适中、质地疏松、保墒性好，是人工栽培蘑菇的好培养料。此外，沼渣可栽培平菇、瓶栽灵芝等；

最后，沼渣也可应用在养殖业上，主要是养殖蚯蚓，蚯蚓是一种富含高蛋白质和高营养物质的低等环节动物，以摄取土壤中的有机残渣和微生物为生，繁殖力强。蚯蚓粪含有较高的腐植酸，能活化土壤，促进作物增产。用沼渣养蚯蚓与饲养家禽家畜结合起来，能最大限度地利用有机物质，并净化环境。沼渣养殖蚯蚓用于喂鸡、鸭、猪、牛，不仅节约饲料，而且增体质量快，产蛋量、产奶量提高。每头奶牛喂蚯蚓250g/d，产奶量提高30%。蚯蚓不仅可做畜禽饲料，还可以加工生产蚯蚓制品，用于食品、医药等各个领域。参考文献

[1]周孟津,张榕林,蔺金印编著.沼气使用技术.化学工业出版社

[2]林聪,周孟津,张榕林,蔺金印编著.养殖场沼气工程实用技术