牛糞生產沼氣的影響因素

韓興燕 孔偉

（甘肅省家畜繁育改良管理站 733000）

1 影響因素

1.1 溫度

甲烷菌能在0～80℃的范圍內生存，人工控制生產沼氣以中溫35～37℃為最佳發酵溫區，此溫度區間牛糞中的有機物易在厭氧條件下經甲烷菌降解成沼氣。發酵溫度在15～20℃時產沼氣率受到抑制，溫度高于60℃以上產氣多，但菌種老化速度快。調漿溫控制在37～42℃，防止發酵罐內溫度出現±5℃的波動。發酵罐體采取保溫隔熱材料防護，影響發酵產氣的持續性。發酵罐增加保溫或增溫措施是提高牛糞日產沼氣量和產氣率的關鍵[1]。

1.2 菌種

在沼氣發酵罐中存在厭氧和需氧菌，產氣與耗氧等5 類微生物菌群。新的沼氣池啟用前利用老沼氣池沼渣（沼液）、污泥等接種，用量一般占牛糞發酵液的30%產氣效果最佳[2]。在沼氣發酵過程中，不產甲烷細菌和產甲烷細菌之間，相互依賴互為對方創造與維持生命活動所需要的良好環境條件，但它們之間又互相制約，在發酵過程中要通過罐內發酵環境控制，及時補充甲烷菌，防止老化，保障牛糞物料的充分消化利用和產氣的持續性。

1.3 濃度

適宜的牛糞發酵漿料是甲烷菌保持自身需求，并產生沼氣的營養物質，甲烷菌維持自身生長繁殖的牛糞漿料濃度為6%～12%，在生產實踐中保持糞漿濃度恒定在10%產氣率相對穩定。

1.4 酸堿度

沼氣生產中沼氣菌適宜在中性或微堿性的環境中繁殖。自然狀態下調漿后的鮮牛糞漿液pH 一般在6.5～6.8。根據牛糞的飼料成分和飼養季節不同牛糞酸堿度有一定變化，在調制發酵液是將pH 控制在6.8～7.5 為宜。調好的發酵漿液經pH 檢測，偏酸用5%～10%的草木灰溶液調偏，偏堿用醋酸或食醋加水稀釋后糾偏。

1.5 碳氮比

甲烷菌消化牛糞適宜的碳氮比為20～30：1，一般鮮牛糞的碳氮比在22～33，保持好四季的發酵溫度和糞漿濃度不需要調配就能直接用于沼氣生產。碳源和氮源濃度過高和過低均不利于細胞生長和外源蛋白表達與積累，影響甲烷菌的繁殖，不利于持續產氣。

1.6 糞水原料

用于沼氣生產的牛糞以新鮮含水量在40%～80%，無影響調漿發酵的雜物和消毒殺菌劑等化學物質，未經發酵腐熟的糞便。調漿水用牛屠宰場血水經過濾加溫后調制牛糞漿液，加入發酵罐時保持糞漿溫度不低于35℃。牛糞混合后血水等進行混合發酵可有效地提高發酵原料產氣量和甲烷含量，還可避免發酵過程中產生的不利影響，進而能高效地提高牛糞生產沼氣的速率和綜合利用率[3]。

1.7 生產工藝

沼氣發酵是一個極其復雜的生物化學過程。全混合式（CSTR) 厭氧消化池是當前用于較多的沼氣生產消化器，在該反應器里原料的進入和流出處于動態平衡狀態，發酵液中的液體、固體和微生物處于混合狀態，出水有機物濃度與反應器內料液濃度相等。其他條件具備情況下，產氣率可達到0.5～0.8以上，牛糞的發酵滯留期達到30～40d 以上。

1.8 厭氧環境

沼氣生產是一個嚴格的厭氧發酵過程，沼氣發酵的微生物包括產酸菌和產甲烷菌兩大類，都是厭氧細菌。因此，建造一個不漏氣、不漏水的密閉沼氣池是利用牛糞人工制取沼氣的關鍵。在加料過程中，空氣隨漿料被帶入發酵罐內，液體原料里也有溶解氧，對甲烷細菌的生長非常不利。氧的去除需要依賴其他需氧微生物的氧化能力把氧消耗掉。通過這些微生物有順序地交替生長活動才能為甲烷菌生長創造適宜的條件，使甲烷菌能很好地生長繁殖和產氣。

2 沼氣生產模式

（1）厭氧消化所產的沼氣，其熱值達 39300KJ·m3，1m3含60%甲烷的沼氣相當于0.6m3的天然氣，1.375m3的煤氣，0.76kg 的原煤，6.45Kwh 的電[1]。1m3牛糞在良好的生產條件下能產沼氣40～50m3，因其良好的生物環保價值，在農業產業化方面逐步地到應用。目前，沼氣的利用模式也是影響產業發展的重要因素，從總體布局上分為大循環沼氣生態農業示范模式、區域中循環沼氣生態農業示范模式和主體小循環沼氣生態農業示范模式等3 種模式[4]。

（2）中型沼氣循環生產模式，目前這種模式在新農村建設和小城鎮建設方面作用突出，發展比較穩定，也符合美麗鄉村建設需求，如圍繞小城鎮分散養殖，糞污集中生產沼氣向社區供氣，彌補天然氣管網無法覆蓋的社區、為農村城鎮民用和工業生產提供能源。

（3）小型沼氣循環生產模式多以家庭和企業為單元，實現自產自用的非商業化模式，如養殖-種植-沼氣-肥料循環利用模式，受勞動力、資金、外界氣溫等因素影響明顯，結合暖棚種植減少外界溫度影響，產生的 “三沼” 現場就能消化利用，是生產有機蔬菜，生物防蟲的有效措施。

3 問題與措施

（1）牛糞綜合利用率不高，農村家庭建沼氣池后技術服務和生產工藝簡單，受季節性和外界氣溫變化影響較大，沼氣存儲困難，燃燒時間難控制，進出料費工費時利用率不高[5]。有條件的地區將大棚種植與半地下式玻璃纖維發酵罐結合使用，將發酵罐建在蔬菜塑料暖棚內，降低外界氣溫對發酵溫度的影響，方便沼液、沼渣肥料的就地利用，沼氣可以用于一般生活燃料和低溫季節大棚內升溫保暖，沼液用于防治病蟲害。

（2）原料供給不充足，小型沼氣生產主要分布在農村，受農業產業結構的影響，養殖業也受飼草料和勞動力的影響，牛的養殖數量變化起伏較大，影響沼氣設施的持續利用，加之設施維護工作不能持續，大批已建家庭式沼氣設施廢棄。

（3）政策性因素，農村沼氣后續維護和管理工作，缺乏相應的監管激勵政策，影響農村沼氣建設效益的發揮，難以適應社會化服務的需要。開展沼氣綜合利用技術和種養殖技術、糞污治理技術、人畜共患傳染病防控技術、公共衛生的知識培訓、技術指導、示范應用等政策扶持，鼓勵農村發展種植-養殖-能源-肥料的農業生態良性循環發展。

4 小結

利用厭氧消化沼氣生產技術處理糞污，處理成本較低，可降低養殖企業環境污染問題，又能獲得清潔能源和優質有機肥料，保護環境及廢棄物資源化利用，具有環保、經濟、能源、生態等諸多效益[6]。在糞污處理方面因地制宜，推廣沼氣生產技術，與新農村城鎮化配套建設沼氣工程，結合養殖規模采取多種方式方法利用牛糞資源，是糞污無害化、資源化、能源化利用得到廣泛應用和推廣的基礎。