养殖场怎样合理建设并利用好沼气工程

戚守登+++++樊玉川+++++燕海平+++++高磊

近年来，随着国家生态文明建设以及养殖场污染物治理等相关法规出台，对养殖场污染物治理提出更高要求，而沼气发酵作为养殖场治污一项重要措施被逐渐采用。然而在沼气工程建设中还存在许多需要解决的问题：一是不能合理确定哪些场需要建设沼气池，造成盲目建设，资金浪费；二是沼气工程工艺路线不对路，不仅没有达到治污目的，反而造成更多污染；三是不能合理确定沼气建设规模，过小处理能力不足，过大造成资金浪费；四是不能因地制宜合理确定沼气建设模式，造成沼气发酵效果不理想；五是配套设施不完善，沼气生产不够稳定；六是沼气生产维护不到位，出现故障较多；七是沼液不能合理利用，甚至直接外排，造成污染。因此，对于沼气工程建设，首先应该明确其发酵原理及发酵条件，然后选择合理的工艺及模式，确定合理的建设规模，配备必要的设施与设备，进行科学的管理与维护，确保沼气工程发挥最大效益。

一、沼气发酵的原理及条件

1. 沼气发酵原理

沼气发酵是指有机物质（如人畜家禽粪便等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过各种微生物的分解代谢，最终形成甲烷等可燃性混合气体（沼气）的过程。

2. 沼气发酵条件

①温度。沼气发酵可在较为广泛的温度范围内进行，4～65℃都能产气，随着温度的升高，产气速度加快，但不呈线性关系。温度的突然变化会对产气发生很大影响，温度变化超过5℃，产气量显著降低，若变化过大则产气停止。

②接种物。正常沼气发酵是一定数量和种类的微生物来完成的。新池装料前，要收集老沼气池里含有丰富的沼气细菌的沼渣、沼液、粪坑的底脚黑色沉渣以及塘泥、城镇污水沟的污泥等作为接种物。接种物的数量要达到发酵原料的10%～30%，把接种物和发酵原料均匀混合，一同加入池内。

③厌氧环境。沼气发酵需要在厌氧环境下进行，为了保证厌氧条件，必须修建严格密闭的沼气池，保证沼气池不漏水、漏气。

④料液的pH值。甲烷菌要求的酸碱度范围很窄，一般pH值为7左右，发酵过程通常维持在6.8～7.5。在正常情况下，沼气发酵的酸碱度有一个自然平衡的过程，一般不需调节。只有在配料和管理不当的情况下才会出现挥发酸的大量积累导致pH值降低。

⑤搅拌。在常规的发酵池，发酵液通常自然分为四层，从上到下分别为浮渣层、上清层、活性层和沉渣层。发酵池需要不停搅拌才能达到好的发酵效果，搅拌的目的：一是发酵原料分布均匀，增加微生物与原料的接触面，加快产气速度；二是防止原料浮面结壳，产生的沼气释放不出来；三是防止局部酸的积累。

⑥原料要求。适宜的干物质浓度为6%～12%，浓度过高，发酵原料不易分解，并易积累大量酸性物质，影响正常产气；浓度过低，产气量也会减少。沼气池要低负荷（6%以下的浓度）启动，待产气正常后，再逐步加大负荷。沼气微生物所需的碳氮比以20～30∶1为宜，最适碳氮比为25∶1。

⑦压力。甲烷菌能适应较大的静水压力，但它对压力变化极为敏感，需要工艺来稳定压力。在进料、出料和沼气消耗时，沼气池中的压力发生变化，对甲烷菌的生命活动有抑制作用。

⑧添加剂与抑制剂。有些物质少量添加于沼气池后就可显著促进产气，这类物质称为添加剂；而另一些物质少量添加于沼气池后则显著抑制产气，这类物质称为抑制剂。

二、合理进行沼气工程建设

1. 理性确定是否需要建设沼气工程

目前，养殖场沼气建设主要目的是消除养殖场粪便、污水对周边环境的污染，对养殖场来说是一笔较大投资，因此，我们应根据实际情况科学论证是否需要建设沼气工程。

①小型养殖场沼气建设必要性不大。从环保角度考虑规模较小的养殖场，如果周边农田能完全消纳，养殖场只要设立具有三防（防雨、防渗、防外溢）堆粪场和水泥硬化的废水池，将粪便和污水发酵完全用于农业生产，就可以达到消除环境污染效果。如果从能源利用角度考虑，养猪、养牛场可以建设沼气工程，将粪便或污水进行发酵，但是应在资金充裕且沼液能完全被消纳的条件下施行。

②从环境保护角度考虑，规模较大的养鸡、养牛、养羊场建设沼气工程意义不大。养鸡场废水产生量较小，鸡粪易酸化、沉淀物多、碳氮比不适合微生物需要，单独发酵非常困难，因此养鸡场沼气生产困难较大；牛、羊养殖多数时间在舍外，产生的尿液多被就地蒸发，牛、羊养殖场废水产生量较小，主要是挤奶站冲洗用水和雨水冲刷产生的污水。据调查，每头牛年产生废水1米3左右，羊则更少，牛、羊粪易于运输，也容易发酵制作有机肥，因此从环保角度考虑，一般牛、羊养殖场建设沼气工程意义不大。因此，规模较大的养鸡场、养牛场、养羊场，若周边农田不能完全消纳粪便，应配置有机肥生产设备或干湿分离设备，将粪便制作成有机肥或干性粪便向外输送或销售；污水经水泥池发酵用于周边农田。规模牛场若建设沼气工程，应在资金充裕且沼液能完全被消纳的条件下施行。

③大中型养猪场应建设沼气工程。养猪场废水产生量较大，平均每头每天5～10升，干清粪的少，水冲（泡）粪的多。大中型养猪场产生粪便和废水不能被周边农作物消化，应配置干湿分离设备，将干性粪便向外输送、销售或制作有机肥；污水经沼气发酵综合利用，沼液用于周边农田，周边农田消纳不完的沼液应做进一步净化处理，达标后排放。

2. 科学确定沼气建设工艺路线

目前，沼气生产工艺路线分两大类，即环保型和能源型。

①环保型。这种工艺是对养殖场粪便和污水进行干湿分离，分离出的干性粪便可以直接堆积发酵，便于储存和外运，也可以进行有机肥生产，提高其附加值；分离出的污水进入沼气池发酵产生沼气。这种工艺类型沼气池容量相对小，产生的沼液少，后期处理压力小，同时经过干湿分离处理的废水中有机物颗粒适中，发酵过程产生浮渣少，处理沼渣工作量较小。

②能源型。将养殖场粪便和污水按照沼气发酵原料要求稀释成合适比例，全部进入沼气池发酵，这种工艺类型要求沼气池容量相对大，产生的沼液多，后期处理压力大，发酵过程产生污泥和浮渣多，处理沼渣工作量较大。

在目前环保压力大的情况下，建议尽量采用环保型沼气生产工艺，谨慎采用能源型沼气生产工艺。

3. 合理确定沼气建设模式

目前，沼气发酵设备主要有两类模式，即地下发酵池和地上发酵罐。养殖场应根据实际情况，在保证发酵温度、尽量节约能源的原则下确定模式。

①地下发酵池。这种模式是在地下挖池并用钢筋水泥硬化，地下池又分为全封闭水泥池和红泥塑料沼气池（见图1），前者因多种原因逐步淘汰；后者是对前者的改良，池顶采用红泥塑料封顶，这种发酵装置不仅建造成本较低，而且还有以下优势：一是充分利用地热和红泥塑料吸热，冬季沼气池内温度较高，保证了沼气发酵，一般不需要加热，节约了大量能源。实践证明，冬季外界气温在-12℃沼气发酵仍然进行，如果在池上面建造保温塑料大棚发酵效果更加理想。二是红泥塑料作为池顶，有较大弹性，在池内出入物料、产气排气不均时能够起到一定缓冲作用，保持池内压力相对稳定，确保甲烷菌正常活动，也确保了沼气生产安全。三是维护简便，如果需要对池内进行检修、维护，将红泥塑料打开抽取池内污水即可进行操作。因此，建议北方寒冷地区采用此种模式。

②地上发酵罐（见图2）。这种模式是在地上筑造保温铁罐，将污水输入罐内进行发酵。此种发酵罐与红泥塑料发酵池相比维修放水相对方便，罐内混合效果较好，但是造价较高，而且在冬季需要加热消耗大量热量才能运行，运行成本高，在寒冷的北方谨慎采用。

4. 确定合理沼气池（罐）容积

沼气池（罐）容积要根据养殖场进入沼气池原料数量和原料滞留时间而确定，一般计算方法是将原料（含干物质8%左右）乘以原料滞留时间，即可得到沼气池容积。例如：某养殖场每天产污水130立方米，如果原料滞留期按30天计算，需要沼气池3900立方米。原料滞留时间也就是沼气发酵时间，而沼气发酵时间又主要取决于沼气生产工艺、沼气发酵原料、沼气池内的温度等因素。经过实践，在豫西地区采用干清粪工艺，经过干湿分离后进入红泥塑料沼气池内的污水需要发酵25～30天，而水泡粪需要时间相对短一些，需要发酵15～25天。

5. 完善相关设施设备，最大限度保证沼气生产需要

①完善沼气池内搅拌设备。充分搅拌既有利于微生物和物料接触，保证充分发酵，又能防止物料沉入池底。搅拌的方法有3种：一是机械搅拌，在池内安装叶轮进行搅拌。二是气搅拌，将沼气从池上部抽出后，通过管道又从池底压进去，产生强大的气流，达到搅拌的目的。三是液搅拌，采用底部进料，顶部出料，产生强大的液体上流，达到搅拌的目的。

②完善物料储备与处理设备。进入沼气池的物料必须经过处理，方能保证沼气正常发酵。一是要配备物料搅拌池与搅拌机，对将要进入沼气池的粪便及污水充分搅拌，使其固态物得到破碎，并使物料混合均匀，有利于沼气发酵。二是干湿分离设备，将混合物料中的较大颗粒物质分离出来，减轻沼气池发酵负荷。三是建造预处理池（同时可以作为缓冲池），容积达到日产生污水量的3倍以上，既能保证污水系统出现故障情况下进入沼气池的水量稳定，又可以使小固体向下沉降，大浮渣向上漂浮，保证进入沼气池内污水所含有机物颗粒适中；必要时也可以进行酸度调节。

③完善原料应急处理设施。一是要配置污水排放应急管道系统，由于控制疾病等原因造成的污水中含有消毒药物、抗菌药物、杀虫药物或洗衣液含量大的污水，不能进入沼气池，应设置专用管道排到沼液池或专用污水处理池。二是按照环保要求配置应急处理池，在沼气发酵出现故障后，污水进入应急池暂时存放。

④完善沼气储备、处理与应用设备。大型沼气池应设置储气装置，使沼气及时排出沼气池储存，保证沼气池压力稳定，也利于沼气使用时气源稳定。同时应配备沼气脱硫、脱水、增压、缷压装置，使沼气供应纯净而稳定。沼气应用设备主要包括燃烧、发电、照明等设备，根据实际情况配备。

三、科学管理，精心维护

1. 科学管理

①维护池内压力稳定。进料和出料的速度尽量保持一致，所进原料和所排出的废料体积应相等，及时排除产生的沼气，以保持沼气池内压力稳定，确保甲烷菌正常活动。

②保持池内沼气菌群数量稳定。每日进料总量保持稳定，保持池内微生物菌群稳定，切忌进料量突然加大，从而使大量菌群随着出料的突然增加而流失；也不能突然减少进料，菌群养料减少会造成数量下降。

③避免抑制发酵的污水进入。当猪群大量使用消毒药物、抗菌药物、杀虫药物时，猪舍污水不要进入沼气池，以免抑制沼气发酵；尽量使用残留期短或无残留的药物，采用超声波、紫外线等物理消毒方法可以避免药物残留。

④及时调节酸度。出现发酵液酸度较大时，要及时调节，具体措施：一是稀释发酵液的挥发酸，以提高pH值；二是采用加草木灰或适量氨水来提高pH值；三是当发酵液过酸时，用石灰水调节pH值。

2. 精心维护

沼气生产是靠厌氧菌发酵进行，如果某个环节出现故障就会导致一连串不良反应，例如：某种因素造成沼气发酵能力下降，不仅降低了厌氧菌群繁殖速度，从而使菌群数量大幅降低，而且引发气搅拌功能下降，进一步降低了发酵程度，形成恶性循环。因此，在沼气生产中要及时检修各种设备，发现问题及时处理，避免恶性循环发展。

3. 沼液处理

沼液中含有丰富的氮、磷、钾、氨基酸、维生素、蛋白质、碳水化合物、核酸以及抗生素等活性物质，因此有促进作物生长和控制病害发生的双重作用，不仅可以取代化肥，还是生产有机食品的最佳肥料。但是，沼液中COD含量还较高，不能直接对外排放，养殖场必须对此有清醒认识，决不能认为污水经过沼气发酵就可以对外排放。

①沼液作为肥料处理。沼液作为肥料可用于大部分农作物生产，但是需要稀释或经过池塘等将有机物浓度降低后方可使用，一般每亩需浇50米3左右。浇灌次数根据气候条件、土地以及农作物消纳能力而定。

②沼液排放达标处理。沼液产量过大，周边农作物不能消纳时就要考虑沼液达标排放处理，处理方法一般采用有氧曝气，其处理时间较长、成本较高。目前，有一种有氧曝气加化学药品的处理方法，其处理时间较短、成本较低，可以借鉴采用。