沼氣在生產(chǎn)過程中

沼氣在生產(chǎn)過程中存在

的技術(shù)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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)過程中卻因為諸多原因而導致產(chǎn)氣量少等技術(shù)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(nóng)村混凝土結(jié)構(gòu)的水壓式為主,且主要用于燒飯電燈。

1958年,為解決農(nóng)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(shù)不成熟和經(jīng)驗缺乏,所能夠使用的沼氣池并不多。

20世紀70年代,因農(nóng)村燃料嚴重缺乏,再次掀起沼氣建設(shè)高潮,但由于技術(shù)和質(zhì)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(shù)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(nóng)作物秸稈或雜草、鮮糞直接入池發(fā)酵來生產(chǎn)沼氣。后者再打出料后重新啟動或新池建成投產(chǎn)時若處理不當，則造成沼氣池出料難、產(chǎn)氣率低、不能連續(xù)產(chǎn)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(chǎn)生沼氣的過程。一般認為,沼氣發(fā)酵存在有機物分解反應(yīng)和沼氣生成反應(yīng)。參與前一反應(yīng)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(zhì)氨化菌、脂類水解菌和其他厭氧細菌及產(chǎn)乙酸細菌等。在這些微生物的作用下，復雜的有機物被轉(zhuǎn)化為簡單的有機酸、醇、酮、H2和CO2等,為產(chǎn)甲烷細菌提供了生長基質(zhì)和產(chǎn)生CH4的底物。參與后一反應(yīng)的微生物是嚴格專一性厭氧細菌,即產(chǎn)甲烷細菌,將第一階段產(chǎn)生的不同分解程度的產(chǎn)物(如乙酸、甲酸等低級醇酸類以及CO2和H2等)轉(zhuǎn)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(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌（3）同型產(chǎn)乙酸菌（4）利用H2和CO2的產(chǎn)甲烷菌（5）分解乙酸的產(chǎn)甲烷菌

四、沼氣在生產(chǎn)中存在的問題(1)農(nóng)民養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)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(nóng)戶的家養(yǎng)牲畜大多滿足不了,產(chǎn)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(nóng)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(nóng)村沒有固定地點處理廢渣,而且農(nóng)戶7d一次清理費力費時。1、農(nóng)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(chǎn)氣量與糞便相當,不從事養(yǎng)殖的農(nóng)戶也能建設(shè)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(shù)為紐帶的生態(tài)農(nóng)業(yè)應(yīng)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(jié)合,實現(xiàn)物質(zhì)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(nóng)村能源建設(shè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展相結(jié)合的最為典型的模式。農(nóng)戶在庭院內(nèi)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(chǎn)生的廢棄物可作為原料,進入沼氣池發(fā)酵,發(fā)酵產(chǎn)生的能源供用戶使用。產(chǎn)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(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)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(shù)跟蹤服務(wù),確保沼氣長久使用。對建池率較高的村,要做到有技術(shù)人員服務(wù)。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(shè)施的正常運轉(zhuǎn)。要達到這一要求,必須要盡快建立健全農(nóng)村沼氣服務(wù)體系,突出抓好鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域服務(wù)中心沼氣服務(wù)站的建設(shè),確保技術(shù)咨詢、施工維修、零配件供應(yīng)等服務(wù)措施及時到位。(4)積極開發(fā)和引進沼氣先進技術(shù),搞好產(chǎn)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(chǎn)品技術(shù)水平和產(chǎn)品檔次全面升級,零部件生產(chǎn)已實現(xiàn)了標準化。但由于生產(chǎn)廠家眾多,產(chǎn)品質(zhì)量各不相同,因此,各級農(nóng)村能源管理部門應(yīng)加強對村級服務(wù)網(wǎng)點的指導與監(jiān)督,確保優(yōu)質(zhì)原材料及配套產(chǎn)品的合格供應(yīng),杜絕劣質(zhì)產(chǎn)品流入項目區(qū)。在沼氣配套器材采購中,一定要選擇農(nóng)業(yè)部中標企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)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(shù)講座、發(fā)放技術(shù)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(nóng)戶自己掌握簡單的管理維修技術(shù),自己解決自己家中的技術(shù)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(shè)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(quán)威組織統(tǒng)一的技術(shù)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(chǎn)氣率低。(2)產(chǎn)品利用率低,經(jīng)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(chǎn)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(shè)計中對產(chǎn)品的應(yīng)用重視不夠,包括有機肥的生產(chǎn)、沼氣發(fā)電余熱的利用等。在產(chǎn)品產(chǎn)量低、使用率低的情況下,工程的經(jīng)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(shè)備化低,生產(chǎn)方式落后。受限于技術(shù)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(shè)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(zhì)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(zhì)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(chǎn)生的沼液和沼渣數(shù)量過大,含水量高,不但需要專用設(shè)備運輸和施用,而且費事和成本高。農(nóng)民更愿意施用固體顆粒化肥。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(shù)能力,采用國外公司作為技術(shù)咨詢和指導方,國內(nèi)有設(shè)計能力、工程建設(shè)經(jīng)驗和有相應(yīng)資質(zhì)的公司進行技術(shù)引進的模式,既有效地引進了國外先進技術(shù),又解決了設(shè)計標準不統(tǒng)一等問題,在技術(shù)國產(chǎn)轉(zhuǎn)化的過程中開發(fā)出性價比高的國產(chǎn)設(shè)備。整個建設(shè)過程由國內(nèi)技術(shù)引進單位對項目統(tǒng)一負責,國外技術(shù)轉(zhuǎn)讓單位對國內(nèi)技術(shù)引進單位的技術(shù)負全責,權(quán)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(shù)引進模式。大中型沼氣工程具有社會公益性質(zhì),應(yīng)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(nóng)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(chǎn)生額外收益;利用國際援助資金和國際國內(nèi)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(shè)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(nèi)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(jīng)驗教訓已經(jīng)證明,大量產(chǎn)沼氣并取得顯著經(jīng)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(zhì)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(chǎn)物的綜合應(yīng)用

沼氣發(fā)酵產(chǎn)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(yīng)用，如沼氣在塑料大棚蔬菜生產(chǎn)的應(yīng)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(yīng)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(nóng)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(nóng)藥來防治農(nóng)業(yè)病蟲害。并且，沼液在養(yǎng)殖業(yè)中也有應(yīng)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(zhì),含有豐富的機質(zhì)、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(zhì)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(yīng)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(zhì)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(yīng)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(zhì)和高營養(yǎng)物質(zhì)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(chǎn)。用沼渣養(yǎng)蚯蚓與飼養(yǎng)家禽家畜結(jié)合起來，能最大限度地利用有機物質(zhì)，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(zhì)量快，產(chǎn)蛋量、產(chǎn)奶量提高。每頭奶牛喂蚯蚓250g/d，產(chǎn)奶量提高30%。蚯蚓不僅可做畜禽飼料，還可以加工生產(chǎn)蚯蚓制品，用于食品、醫(yī)藥等各個領(lǐng)域。參考文獻

[1]周孟津,張榕林,藺金印編著.沼氣使用技術(shù).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(shù)