沼氣在生產過程中

沼氣在生產過程中存在

的技術問題及解決途徑

——我國沼氣第二組制作

沼氣是有機物在厭氧條件下經微生物的發(fā)酵作用生成的一種可燃性混合氣體,其主要成分是甲烷和二氧化碳,還有少量氫、氮氣、一氧化碳、硫化氫和氨等。

沼氣發(fā)酵是有機物在厭氧條件下被微生物分解生成沼氣。人們利用這一規(guī)律進行沼氣發(fā)酵,即可生產沼氣用作能源,又可處理有機肥無以保護環(huán)境。但在沼氣生產過程中卻因為諸多原因而導致產氣量少等技術問題。一、沼氣在我國的發(fā)展狀況

我國沼氣事業(yè)始于1930年左右,那時的沼氣池以農村混凝土結構的水壓式為主,且主要用于燒飯電燈。

1958年,為解決農村炊事用能,我國沼氣出現(xiàn)第二次高潮,全國各省都修建沼氣池,但因嚴格厭氧技術不成熟和經驗缺乏,所能夠使用的沼氣池并不多。

20世紀70年代,因農村燃料嚴重缺乏,再次掀起沼氣建設高潮,但由于技術和質量問題,其使用年限為1-3年,且邊修建邊報廢,至80年代中期全部報廢。到1980年后,在我國科學工作者的不懈努力下,通過國際間的學術交流和科研工作,在沼氣發(fā)酵工藝研究方面,基本達到世界先進水平。二、我國沼氣使用現(xiàn)狀

目前全國沼氣池大多采用以糞便為原料的發(fā)酵，小部分采用將農作物秸稈或雜草、鮮糞直接入池發(fā)酵來生產沼氣。后者再打出料后重新啟動或新池建成投產時若處理不當，則造成沼氣池出料難、產氣率低、不能連續(xù)產氣等問題。三、沼氣發(fā)酵的原理及條件1、發(fā)酵原理

沼氣發(fā)酵是有機物在嚴格嫌氣條件下,由多種厭氧性異養(yǎng)型微生物參與,產生沼氣的過程。一般認為,沼氣發(fā)酵存在有機物分解反應和沼氣生成反應。參與前一反應的微生物主要是厭氧性發(fā)酵細菌,包括纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、蛋白質氨化菌、脂類水解菌和其他厭氧細菌及產乙酸細菌等。在這些微生物的作用下，復雜的有機物被轉化為簡單的有機酸、醇、酮、H2和CO2等,為產甲烷細菌提供了生長基質和產生CH4的底物。參與后一反應的微生物是嚴格專一性厭氧細菌,即產甲烷細菌,將第一階段產生的不同分解程度的產物(如乙酸、甲酸等低級醇酸類以及CO2和H2等)轉變?yōu)檎託?例如：CH3COOH→CH4+CO24CH3OH→3CH4+CO2+2H2O2CH3CH2OH+CO2→2CH3COOH+CH42C3H7CH2OH+CO2

→2C3H7COOH+CH4CO2+4H2→CH4+CO2CH3COCH3+H2O→2CH4+CO22、沼氣的發(fā)酵階段對于四階段論還可用下圖方式于以表述:有機物厭氧消化生成沼氣過程:（1）發(fā)酵性細菌（2）產氫產乙酸細菌（3）同型產乙酸菌（4）利用H2和CO2的產甲烷菌（5）分解乙酸的產甲烷菌

四、沼氣在生產中存在的問題(1)農民養(yǎng)殖結構改變,沼氣原料來源減少。8~10m3的沼氣池7d需要1m3的糞便,現(xiàn)在農戶的家養(yǎng)牲畜大多滿足不了,產氣不足,導致很多沼氣池不能正常使用。(2)比較效益太低。一方面,現(xiàn)在農戶建1個沼氣池要花費2000元左右,而沼氣的市場價格雖低于液化氣,但1m3只相差0.2~0.3元;另一方面,農村沒有固定地點處理廢渣,而且農戶7d一次清理費力費時。1、農村用戶沼氣的缺點解決方法(1)秸稈沼氣。近幾年來,全國很多縣市積極推廣以秸稈作為沼氣發(fā)酵原料,通過添加生物菌劑對秸稈進行預處理,3~7d就可以進入沼氣池,產氣量與糞便相當,不從事養(yǎng)殖的農戶也能建設沼氣池,較好地解決了因發(fā)酵原料不足制約沼氣發(fā)展的瓶頸。(2)建立以

四位一體、三位一體和五配套等多種以沼氣技術為紐帶的生態(tài)農業(yè)應用模式。其核心是將沼氣發(fā)酵與種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)有機結合,實現(xiàn)物質良性循環(huán)和能量梯級利用。其中,四位一體能源生態(tài)模式是將農村能源建設和生態(tài)農業(yè)發(fā)展相結合的最為典型的模式。農戶在庭院內建日光溫室、地下沼氣池、豬舍和廁所,把太陽能、沼氣與種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)串聯(lián)起來,這樣,養(yǎng)殖業(yè)產生的廢棄物可作為原料,進入沼氣池發(fā)酵,發(fā)酵產生的能源供用戶使用。產生的沼液、沼渣喂豬、養(yǎng)魚、育菇,種植蔬菜、糧食、瓜、果等,提高農產品品質和產量,從而形成生態(tài)良性循環(huán),實現(xiàn)綜合效益最大化。(3)抓好技術跟蹤服務,確保沼氣長久使用。對建池率較高的村,要做到有技術人員服務。對于用戶使用過程中出現(xiàn)的問題,必須做到隨叫隨到,隨時幫助用戶排除運行故障,保證沼氣設施的正常運轉。要達到這一要求,必須要盡快建立健全農村沼氣服務體系,突出抓好鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域服務中心沼氣服務站的建設,確保技術咨詢、施工維修、零配件供應等服務措施及時到位。(4)積極開發(fā)和引進沼氣先進技術,搞好產品更新?lián)Q代。近年來,隨著國家對沼氣投入力度加大,沼氣產品技術水平和產品檔次全面升級,零部件生產已實現(xiàn)了標準化。但由于生產廠家眾多,產品質量各不相同,因此,各級農村能源管理部門應加強對村級服務網(wǎng)點的指導與監(jiān)督,確保優(yōu)質原材料及配套產品的合格供應,杜絕劣質產品流入項目區(qū)。在沼氣配套器材采購中,一定要選擇農業(yè)部中標企業(yè)生產的產品。(5)大力宣傳,普及沼氣管理使用知識,使建池家喻戶曉,人人皆知。要充分利用電視、報紙、宣傳畫、公示欄、陽光工程培訓、技術講座、發(fā)放技術手冊等多種形式,大力宣傳普及沼氣管理使用、安全發(fā)酵、越冬管理等知識,讓建池農戶自己掌握簡單的管理維修技術,自己解決自己家中的技術疑難問題,做到每個沼氣村有一個沼氣熱心人,每個沼氣用戶家里有一個沼氣明白人。2、大中型沼氣工程建設中存在的問題(1)工藝類型多,效率普遍不高。我國在發(fā)展沼氣工程的過程中,在戶用沼氣方面取得較大成就,到2005年底,全國戶用沼氣達到1800萬戶,大中型沼氣工程由于缺乏行業(yè)權威組織統(tǒng)一的技術指導,南北方地區(qū)差異較大,各地分別用土法建沼氣工程,發(fā)酵溫度低,缺攪拌,沼氣產氣率低。(2)產品利用率低,經濟效益差。我國建大中型沼氣工程開始以處理廢棄物和生產能源為出發(fā)點,而不是以充分利用資源為出發(fā)點,在工藝設計中對產品的應用重視不夠,包括有機肥的生產、沼氣發(fā)電余熱的利用等。在產品產量低、使用率低的情況下,工程的經濟效益自然就差,這也是我國沼氣工程發(fā)展緩慢、運行困難的根本原因。(3)工程設備化低,生產方式落后。受限于技術水平和成本控制,普遍采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場加工安裝方式,沒有實現(xiàn)工程的設備化和標準化。傳統(tǒng)安裝方式工期長、難維護、不便于檢修、質量難保障。同時進出料方式落后,手動操作管理,不但需要人工較多,而且外觀不佳,影響廠區(qū)整體環(huán)境。(4)從理論上說,沼氣發(fā)酵為有機廢棄物所含的養(yǎng)分和有機質的循環(huán)利用提供了理想的可行途徑。但實踐中,由于大、中型沼氣工程產生的沼液和沼渣數(shù)量過大,含水量高,不但需要專用設備運輸和施用,而且費事和成本高。農民更愿意施用固體顆?；?。因此沼液和沼渣的有效利用問題長期得不到解決。解決方式

根據(jù)我國國情和沼氣工程的技術能力,采用國外公司作為技術咨詢和指導方,國內有設計能力、工程建設經驗和有相應資質的公司進行技術引進的模式,既有效地引進了國外先進技術,又解決了設計標準不統(tǒng)一等問題,在技術國產轉化的過程中開發(fā)出性價比高的國產設備。整個建設過程由國內技術引進單位對項目統(tǒng)一負責,國外技術轉讓單位對國內技術引進單位的技術負全責,權利明確,

效率提高,

風險降低,是一種切實可行的適合中國國情的技術引進模式。大中型沼氣工程具有社會公益性質,應得到國家政策的大力扶持,作為能源和環(huán)境的交叉學科,是處于農業(yè)和工業(yè)邊緣的新興行業(yè),符合全球的可持續(xù)發(fā)展政策,如利用CDM政策,向發(fā)達國家銷售二氧化碳減排配額,產生額外收益;利用國際援助資金和國際國內投資商,引進第三方資金;

另外,還可以考慮將大型養(yǎng)殖場或養(yǎng)殖園區(qū)的糞污處理項目,整體交由第三方運營商建設和運營這種模式進行運作。

總體而言,可采用企業(yè)自籌資金、申請國內政府資助、利用國際援助資金、引進投資和運營商的模式進行項目運作。多年的正、反面經驗教訓已經證明,大量產沼氣并取得顯著經濟效益須成為大、中型沼氣工程的首要目標;必須在高效提取有機廢水/廢棄物中的生物能源過程中,自然而然地同時完成生化需氧量的降解;至于沼渣、液,則加工成優(yōu)質的有機復合肥料,或回流利用,以徹底取消傳統(tǒng)的脫氮、磷環(huán)節(jié),大幅度降低建造和運行成本,達到能源與環(huán)保的雙贏。五、沼氣發(fā)酵產物的綜合應用

沼氣發(fā)酵產物，亦稱沼氣肥，是沼氣發(fā)酵液（即沼氣肥水）和沉渣（即沼氣渣肥）的總稱。（1）沼氣的利用

沼氣除了用作生活燃料和發(fā)電的動力源外，還可以有多種應用，如沼氣在塑料大棚蔬菜生產的應用，利用沼氣為大棚增溫保溫，為蔬菜提供CO2氣肥；沼氣還有保鮮柑橘和沼氣儲糧等應用。（2）沼液的綜合利用

沼液的營養(yǎng)成分很高，但因投料量和加水量的不同，其養(yǎng)分含量都會不同。一般情況下，人畜糞便通過沼氣池,的厭氧發(fā)酵形成的沼液中，全碳平均含量為2.03mg/ml全氮平均含量為0.39mg/ml,全磷平均含量為0.37mg/ml,全鉀平均含量為2.06mg/ml,銨態(tài)氮平均含量為0.296mg/ml,速效磷平均含量為0.073mg/ml,速效鉀平均含量為1.76mg/ml,同時還有10多種金屬離子。因此，直接將沼液作為有幾肥灌溉到農田中或者作為葉面肥噴施均能達到很好的效果。此外，可以利用沼液來浸種，提高種子的出芽率和以后的生長能力，或者將沼液作為一種無毒、無殘留的農藥來防治農業(yè)病蟲害。并且，沼液在養(yǎng)殖業(yè)中也有應用前景，如養(yǎng)魚等。（3）沼渣的利用

沼渣是沼氣發(fā)酵后殘留在沼氣池底部的半固體物質,含有豐富的機質、腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、鉀和多種微量元素等，是一種緩速兼?zhèn)涞膬?yōu)質有機肥和養(yǎng)殖餌料。因此沼渣的利用方式也是多種多樣。例如：

首先，沼渣可做有機肥（直接施用、制成沼腐磷肥施用和沼渣與氮肥配合施用），沼渣可做為基肥、追肥，沼渣可與碳銨堆漚，與過磷酸鈣堆漚；其次，沼渣在種植業(yè)上的應用，沼渣可配制營養(yǎng)土和營養(yǎng)缽。沼渣養(yǎng)分全面，能滿足作物生長，而且沼渣的酸堿度適中、質地疏松、保墑性好，是人工栽培蘑菇的好培養(yǎng)料。此外，沼渣可栽培平菇、瓶栽靈芝等；

最后，沼渣也可應用在養(yǎng)殖業(yè)上，主要是養(yǎng)殖蚯蚓，蚯蚓是一種富含高蛋白質和高營養(yǎng)物質的低等環(huán)節(jié)動物，以攝取土壤中的有機殘渣和微生物為生，繁殖力強。蚯蚓糞含有較高的腐植酸，能活化土壤，促進作物增產。用沼渣養(yǎng)蚯蚓與飼養(yǎng)家禽家畜結合起來，能最大限度地利用有機物質，并凈化環(huán)境。沼渣養(yǎng)殖蚯蚓用于喂雞、鴨、豬、牛，不僅節(jié)約飼料，而且增體質量快，產蛋量、產奶量提高。每頭奶牛喂蚯蚓250g/d，產奶量提高30%。蚯蚓不僅可做畜禽飼料，還可以加工生產蚯蚓制品，用于食品、醫(yī)藥等各個領域。參考文獻

[1]周孟津,張榕林,藺金印編著.沼氣使用技術.化學工業(yè)出版社

[2]林聰,周孟津,張榕林,藺金印編著.養(yǎng)殖場沼氣工程實用技術