畜禽糞便厭氧發酵技術分析

管志云，邵 敏 ，劉玉坤

（1.新蘇環保產業集團有限公司 213000；2.上海環境工程設計研究院有限公司 200040）

隨著中國社會的不斷發展和居民生活水平的提高，人們對肉蛋奶類食品需求不斷增加，促使中國畜禽養殖業朝著集約化與規模化發展，其中以豬、牛、羊養殖業發展最快，2016年我國的豬、牛、羊存欄數量分別為 43503、10667、30112 萬頭[1]，目前，大型養豬場已突破50萬頭，養雞場100萬羽，全國大中型養殖場已近4萬多家[2]。畜禽養殖業在帶來社會效益與經濟效益的同時，由于畜禽糞便、污水的大量產生，造成嚴重的水污染、土壤污染和大氣污染，根據2010年第一次全國污染源普查公報顯示，畜禽養殖業糞便產生量2.43億t，尿液產生量1.63億t，其中化學需氧量 1268.26萬 t， 總氮 102.48萬 t， 總磷 16.04萬 t，銅2397.23t，鋅 4756.94t[3]。

1 厭氧發酵

畜禽污糞中的大量有機物與氮磷元素不僅僅是污染物，若是利用得當其也是一種資源，利用厭氧發酵技術可以有效的降低COD含量，去除率大約在70%～80%。畜禽糞便通過厭氧發酵技術后產生沼液、沼渣與沼氣，沼渣可以用來生產肥料，沼液可以直接用來灌溉農田，沼氣可以用來發電或是制天然氣，其中沼氣在帶來巨大的經濟效益的同時也緩解我國的能源危機。厭氧發酵技術既能夠治理環境污染，營造良性的生態環境，又能夠產生新能源，為農戶提供優質無害的肥料，其綜合效益非常高。針對厭氧發酵技術處理畜禽污糞的優勢，國家相關部門出臺了一系列鼓勵政策，“十二五”期間，國家發展改革委會同農業部累計安排中央預算內投資142億元用于農村沼氣建設，并不斷優化投資結構，在“十三五”規劃中明確提出了新建規模化生物天然氣工程172個、規模化大型沼氣工程3150個的目標[4]。

2 厭氧發酵工藝

一個完整的厭氧發酵工藝，無論其規模與大小都包含了如下的工藝流程：原料的收集、預處理、調節池、消化池（厭氧發酵器）、出料后的固液分離、氣體的氣水分離、脫硫與儲存等，基本工藝流程如下圖1所示：

原料包括畜禽污糞、秸稈、餐廚垃圾等，收集后把一定原料與廢水或是畜禽糞水進行混合攪拌，進行預處理，然后進入調節池，調節池的主要作用是調節進料的含固率（TS）與溫度，使原料在消化池進行厭氧發酵時有足夠的產氣率，產生的沼氣進行氣水分離與脫硫后進行儲存，然后再加以利用，而從消化池排出的沼液有一部分回流到消化池進行接種，剩余的進行固液分離，分離出的沼渣可以用來作為有機肥使用，沼液可以用來澆灌農作物。

圖1 厭氧發酵工藝

3 厭氧發酵工藝比較

厭氧發酵工藝根據厭氧消化罐進料的含固率不同分為濕法、半干法與干法。

濕法發酵工藝中含固率在10%以下，由于物料在發酵罐中含水率較高，物料處于可自由流動的漿液狀態，如果進料在進入消化池前沒有提前去除玻璃、碎石磚、塑料與纖維等異物，重物的沉淀累積和漂浮物在表面的集結，會對工藝造成嚴重的影響，因此，濕法厭氧消化技術要求較嚴格的預處理工藝，這會導致揮發性有機組分的損失，從而影響產氣量。干法與半干法中物料處于不可流動的干泥狀態，其對物料的要求較低，對重物和塑料敏感度較小，不需嚴格分選，通常只需破碎并通過60mm的篩子即可。

干法與半干法發酵后，殘渣可以脫水擠壓到含固率40%左右。可以直接進行好氧穩定化或干化；而濕法發酵脫水后，沼渣含固率在20%左右，沼渣特性如同水泥廠的污泥，難以直接進行好氧穩定化，需加入大量的干物料或是骨架材料。

濕法發酵中要求進料含固率在10%以下，畜禽糞便的含固率都在20%以上，若是采用濕法發酵則需要加入100%以上的水來稀釋，同時發酵后產生的需處理沼液也會非常多，對于200t/d的設備，有350～370t/d的沼液需處理；對于干法，只需處理工藝過程中發酵所產生的游離水，對于半干法加入的水量也少，畜禽糞便與糞水混合后基本達到所需的含固率，沼液處理量不多。

濕法發酵中由于需要加水及處理的沼液量大，造成濕法工藝能耗高，最高到產能的50%，而干法與半干法預處理與后處理簡單，能耗僅為總產能的20%～30%。對于處理相同數量的原料，濕法由于含固率低，需要較多的熱量用來保溫，在投入產出上有一定局限性。

干法與半干法在產氣效率與有機物去除率上與濕法相比也有一定的優勢，Jha等[5]對比了濕法和半干法牛糞厭氧發酵的產氣效率和揮發性固體（VS）去除率，干法發酵過程（TS為15.18%）獲得的產氣效率和VS去除率均要優于濕法發酵（TS為7.68%）。

干法工藝中物料流動性較差，泵輸送進入發酵罐困難，一般用于多批次發酵中，而且由于含固率較高，比較難攪拌，同時反應啟動條件苛刻。

目前，市場上的厭氧發酵工藝大多以濕法為主，但濕法發酵預處理復雜，設備投資高、能耗高，隨著干法與半干法技術設備與技術的成熟，其技術越來越受到人們的青睞，市場份額也是逐步在提高，干法與半干法技術是以后畜禽糞便厭氧發酵技術的發展方向。

4 結論

4.1 畜禽養殖業發展迅速的同時畜禽產生糞便與污水，造成嚴重的水污染、土壤污染和大氣污染，國家針對畜禽糞便污染問題出臺了一系列政策來控制與治理。

4.2 厭氧發酵技術不僅可以減少畜禽糞便污染，而且可以使其資源再利用，根據目前的產業政策與市場情況，厭氧發酵尤其是畜禽糞便規模化生物天然氣技術是今后畜禽糞便治理的主要發展方向。

4.3 市場上的厭氧發酵工藝大多以濕法為主，但濕法發酵高能耗，預處理復雜，同時所需的水量大，運行穩定性差，隨著干法與半干法技術設備與技術的成熟，其技術越來越受到人們的青睞，市場份額也是逐步在提高，干法與半干法技術是以后畜禽糞便厭氧發酵技術的發展方向。