糞草分離發酵沼氣裝置系統組合方式及評價的探討

王敦賢

糞草分離發酵是指人畜糞便與農作物秸稈和青雜草分別裝在兩個不同容器內（其中裝糞便的容器，簡稱糞料發酵池;裝秸稈和靑雜草的容器，簡稱草料發酵池），在厭氧（或好氧，或兼性）的條件下，通過各類微生物分解消化，并產甲烷（或產酸）的過程。人們知道：一個先進的沼氣發酵裝置是提高有機物發酵產氣（或產酸）的一個重要條件。然而，目前由于人畜糞便單一發酵受到農戶養豬發展水平的制約，使沼氣發酵裝置的生產能力得不到充分顯示，致使單一發酵沼氣裝置的推廣受到一定的限制。近年來，隨著人們對我國國情的認識加深，特別是利用秸稈辦沼氣，在恢復農業生態良性循環，建設有機農業，保護林業及國土資源，搞好生物質綜合利用，提高其效益，為廣大農民提供一種自給自足的理想能源等方面的意義和作用有了進一步的認識，從而加快了研究具有新一代中國特色的秸稈和糞便發酵沼氣裝置的步伐。

這以前推廣的農村家用水壓式規范化沼氣池，考慮發酵原料的多樣化及適應性，采用秸稈和糞便原料混裝發酵方式與之相匹配，比“遠、大、深”沼氣池前進了一大步，因而曾一度時期被人們有所接受，但由于該池型存在的料液短路、沉淀難除、結殼難消、菌種流失嚴重、菌種與原料混合不均、不同原料滯留期不同、進出料困難、肥氣矛盾突出、加蓋取蓋不方便、氣損較大、用氣壓力不穩、池容產氣率和原料產氣率不高等缺點，在推廣使用過程中逐漸暴露出來。表明該池型越來越不適應我國農村現狀和發展趨勢。因此，廣大農民迫切希望有一種具有先進性和適用性相統一，并與農村實際相一致的沼氣發酵裝置。即高效的糞草分離發酵沼氣生產裝置。由此可見，研究糞草分離式沼氣發酵裝置既是沼氣發展本身的需要，也是符合我國國情、民情的。現就糞草分離發酵沼氣裝置系統中的糞料發酵池、草料發酵池的基本組合方式進行歸納總結，并提出最優組合裝置系統的評價條件，以供各地研究參考。

一、糞草分離發酵沼氣裝置系統的組合方式

按其糞料發酵池和草料發酵池的相對位置可分為上下組合和水平組合兩大類。上下組合可分為半密封垂直組合、密封垂直組合和上下錯位組合三種。水平組合可分為并聯組合、同池分隔組合和包含組合三種。各類各種糞草分離發酵沼氣裝置系統除各自具有優缺點外，它們還具有共同的優缺點。其共同的優點是：制造有機肥得以實現有了保證，肥氣矛盾得到了緩和;可采用干濕結合發酵工藝提高秸稈消化率和產氣率;草料發酵池的料液在一定程度上能起到調節糞料發酵池碳氮比的作用;糞料發酵池能給草料發酵池補充菌種;糞草分離發酵能緩解料液分層結殼，增加菌種與原料的混合;能保證不同原料滯留期，從而充分利用不同原料發酵產氣;能根據用戶的實際情況，分別確定糞料發酵池、草料發酵池合理的容積，保證用肥、用氣的需要;糞草分離后草料出池和人畜糞便出池也變得比較方便;糞草分離發酵沼氣裝置系統還解決了養豬能力不足，但又渴望用沼氣的農戶建池，擴大了沼氣在農村的推廣對象等。其共同的缺點是：糞料發酵池仍存在水壓式沼氣池發酵、儲氣、蓄肥三者功能難于兼顧;池內料液壓出越多、池壓氣壓越大，氣損越嚴重;設有水壓間，池料溫度受外界氣溫的影響較大，不利于冬季保溫，糞料發酵池菌種流失嚴重、沉淀難除沒緩解，阻止分層結殼，實現菌種與原料混合充分未基本解決，發酵“死區”和料液“短路”現象（除包含組合裝置的環形糞料發酵池外）還存在組合裝置混合輸氣、用氣。使糞料發酵池壓力損失很大，若草料發酵池單獨輸用氣，由于氣壓太小，必須要有低壓燈爐具相配，才能正常使用，草料發酵池隨著原料發酵逐漸下落，氣箱逐漸增大，池內始終有部分沼氣無法使用;除分隔組合和半密封垂直組合兩種裝置外，其余裝置結構和施工較復雜，建造成本較大，管理環節多，維修不方便等。以上通過對組合方式及組合裝置系統的分析，為進一步改進和組裝新的糞草分離發酵裝置奠定了一定的基礎。

二、組合裝置的評價

我們認為正確地全面地評價糞草分離發酵沼氣裝置系統的最優組合方案，應把握八個方面的條件：

1、裝置的組合方式應與發酵工藝相統一。確保有較高的產氣率，滿足一戶生活用能;

2、組合裝置的先進性與實用性應相統一。在實用性方面，達到省工、省力、省費，施工和操作使用方便，管理程序簡單，以能源效益為主，肥料、環保等效益統籌兼顧;

3、裝置的組合方式和幾何結構優化簡單。因為復雜的組合方式和內部結構，必然增加裝置造價，增加施工難度，影響建池質量，增加維修和管理的困難;

4、組合裝置應以“小型、高效、工廠化生產、商品化經營”為目標。一般組合容積6m3左右，其中草料發酵池3-4m3，糞料發酵池2-3m3，采用自然溫度發酵，在有效使用期內，在發酵原料充足穩定的情況下，最低池容產氣率不低于0.25m3/m3·日，原料產氣率0.25m3/公斤TS左右;組合裝置的幾何尺寸和加工用料除考慮經濟實用性和裝置的氣密性、經久耐用性，還要能基本適應或關鍵部件適應工廠化生產，便于包裝運輸，商品化銷售。每套裝置成本不大于當地10m3標準水壓式沼氣池的投資。

5、裝置的組合方式應以“互補”為原則，即一個發酵池的運行對另一個發酵池的運行有互相促進、互相提高產氣率等功效。同時保持發酵間、儲氣間合理的有效容積;

6、管理方便。糞料發酵池的原料能方便進出，草料發酵池每次大換料用工不大于一個勞動日，大出料時人不需入池;

7、組合裝置應規范化，配套設施齊全，建造安裝符合國家標準、燃燒穩定。并對復雜的地形變化具有一定的適應性。即組合裝置的平面布局和立體設計應有利于三結合;

8、有利于開展綜合利用。

（作者單位：643020四川省自貢市貢井區土壤肥料站）