秸稈與畜禽糞污厭氧發酵制氣關鍵技術分析

趙寧波 鄧開美 姚蘭

摘要：隨著我國集中種植、養殖已經規模化，秸稈與畜禽糞污的集中產生量也急劇增加，對環境以及居民健康產生不利影響，秸稈與畜禽糞便、尿液是否可以實現無害、綠色處理，成為制約畜牧業可持續發展的因素之一。通過對秸稈與畜禽糞污厭氧發酵制氣中的關鍵工藝過程原料預處理與配比以及厭氧發酵進行分析討論，以期加快畜禽糞污處理相關技術的研究和推廣，促進現代農牧業發展。

關鍵詞：秸稈;畜禽糞污;厭氧發酵;關鍵技術

前言

我國每年產生的秸稈和畜禽糞達到 8.00、32.64億噸[1]，僅我縣畜禽糞便、尿液年產生量大約50萬噸，隨著我國農牧業的發展，科學性、規模性養殖、種植已經初具規模，近年國家對環保政策收緊以及居民的健康意識提高，對生活環境的要求逐漸嚴格。秸稈與畜禽糞污的原始處理方法多是焚燒與自然排放，但這與國家和人民的訴求背道而馳，且產生浪費。近年來對秸稈與畜禽糞污的再利用開展了許多研究，從傳統發酵到現在的科技含量高、利用率高的技術手段，已經初步實現了工業化與規模化。秸稈與畜禽糞便的處理主要是用于產生CH4 ，根據其需氧情況可以分為需要發酵與厭氧發酵，而目前厭氧發酵是研究的主要方向，其方便管理、發酵效果好等優點。使得秸稈與畜禽糞得到了無害化處理的同時還可以進行資源再利用——提供CH4 與生物質肥料。厭氧發酵技術在我國起步較早，但研究與開發相對遲緩，尤其在工業化程度上更為明顯。采用秸稈與畜禽糞污最為混合原料的厭氧發酵制氣工藝過程通常包括：原料預處理、厭氧發酵、沼氣脫硫、沼氣脫碳、有機肥制備等工藝環節組成[2]，其中原料預處理與厭氧發酵為關鍵技術，本研究針對該關鍵技術進行分析。

1原料預處理與配比

秸稈與畜禽糞污的性質不同，在原料處理過程中需要不同的處理方法，處理后的物料進入攪拌罐中，在經過勻漿處理、含固率調整后，傳送到發酵罐里進行厭氧發酵。

1.1秸稈的處理

秸稈處理的目的主要是為了破壞秸稈本身的木質素以及纖維素，使其在發酵過程能夠變成小分子，提高發酵原料的消化效率，增加降解程度。目前對秸稈的處理方法比較多，從其處理手段的原理上進行劃分，通常可以分為物理法、化學法、物化結合法，但大部分仍處于實驗室階段，已經實現工業化的方法有機械加工法、堿處理法、氨處理法、有機溶劑處理法、微生物處理法等，結合生產成本等因素，我國常用的預處理方法為物理法，即機械加工法，通過粉碎、均質等程序，增加秸稈與微生物的接觸，提高發酵的效率。

1.2畜禽糞污的處理

畜禽糞污由于其為隨機排泄，對其進行收集時，會夾帶砂礫，因此對畜禽糞污的處理主要目的是去除砂礫，并對其進行均質。沉砂渠法、提升式除砂法、折板沉砂渠法以及無軸螺旋除砂法為工業化常用除沙手段。

1.3秸稈與畜禽糞污原料的配比

沼氣產量與底物的組成有直接關系，而其中其主要作用的是底物的碳/氮比值，當碳/氮比值高，則代表底物中氮含量低，使厭氧微生物的氮需求量得不到滿足，同時使消化液的緩沖效果下降，無法穩定消化液的pH;當碳/氮比值降低時，則代表底物中氮比重高、碳比重低，抑制厭氧微生物對底物的分解作用。當碳/氮比值在25-35%之間時比較適合微生物的生存條件，此時CH4的發生量與發生速度都比較適宜。

2厭氧發酵

發酵過程主要以底物為基礎，通過微生物在一定條件下進行菌體繁殖得到菌體增殖的過程，最終目標是獲得菌絲體或其代謝產物。根據發酵的條件可以分為需氧發酵和厭氧發酵，其主要區別在于微生物對氧氣的需求不同而采用適當的設備。目前厭氧發酵由于其獨特的優勢已經得到充分的應用。

厭氧發酵又分為濕法發酵和干法發酵，其主要區別在于底物的含量（總固體）的不同。通常濕法發酵其含量通常在10%左右，而干法則在20%-60%之間。干法發酵與濕法相比，其具有很多優點，如[3]：（1）對底物來源要求低;（2）工業化成本較低，提高產能;（3）固含量高，降低用水量;（4）沼渣含水量較少，節省后續處理的費用;（5）運行過程穩定;（6）臭氣排放量少，對環境影響小。通過厭氧發酵過程，增加了污水中有機物的溶解性，降低其對環境等方面的危害，當秸稈與畜禽糞便投入發酵池中，通過厭氧發酵，使得底物中的致病菌與寄生蟲等由于無法滿足生存條件而死亡。

刮板式厭氧堆積發酵技術為干法發酵方法中的一種，其具有科學性高、適用性廣、效率高等特點。采用刮板將秸稈與畜禽糞便進行干濕分離，對固體物采取堆積發酵工藝，而液體則排入沼氣池中，使其中的有機物被厭氧微生物降解，并產生CH4和CO2。沼氣可作為生活燃氣或對廢棄物處理系統進行發電供應形成能量循環，沼渣做有機肥可還田或出售，沼液利用管網輸送至周圍農戶或采用運輸車進行對外銷售。通過對秸稈與畜禽糞便的厭氧發酵，產生的沼渣與沼液進行再次開發使用，使得農牧業中的資源得到了可持續的利用，形成了從哪里來到哪里去的閉環循環，降低了生產成本的同時獲得了一定的商業利益。

3.結論

隨著科學技術的發展，我國農牧業也在不斷的進步，規模化、集中化的規模得到不斷的提升，但同時也帶了環境的問題，尤其自“十二五”后，禁止焚燒秸稈等政策的出臺，使得大量的糞污與秸稈無法處理。而傳統的處理方法其自動化程度低、管理水平低、效率不高等缺點，不僅增加了處理成本，同時造成了資源浪費。而刮板式厭氧堆積發酵技術為前端的發酵處理方法，使得在利用較少的人力基礎上，實現了資源節約化，原料利用最大化的效果。秸稈與畜禽糞通過刮板式厭氧堆積發酵后，產生了沼氣，其可以作為生活能源使用，而沼渣通過處理后可以使其加工處理為生物肥料，重新回歸與土地，節省了農戶的生產成本。同時厭氧發酵由于其工藝特性，使得其氣味較小，對環境影響小。厭氧堆積發酵技術在我國農牧業中對秸稈與糞污的處理具有重要作用，該項技術在以后的發展中，值得被推廣使用。

參考文獻：

[1]鄭訊濤，王樂樂，張寓涵等.混合物料干濕厭氧發酵特性及菌群結構[J].江蘇農業科學，2019，47（8）：238-241.

[2]羅欣欣，李文濤，王美凈等.秸稈與畜禽糞污厭氧發酵制氣關鍵技術[J].西北水電，2020，（z1）：125-128，132.

[3]王禹霄飛，孫云博，曲威等.高濃度玉米秸稈厭氧發酵產沼氣研究[J].海峽科技與產業，2019，（1）：184-186.