秸秆与畜禽粪污厌氧发酵制气关键技术分析

赵宁波 邓开美 姚兰

摘要：随着我国集中种植、养殖已经规模化，秸秆与畜禽粪污的集中产生量也急剧增加，对环境以及居民健康产生不利影响，秸秆与畜禽粪便、尿液是否可以实现无害、绿色处理，成为制约畜牧业可持续发展的因素之一。通过对秸秆与畜禽粪污厌氧发酵制气中的关键工艺过程原料预处理与配比以及厌氧发酵进行分析讨论，以期加快畜禽粪污处理相关技术的研究和推广，促进现代农牧业发展。

关键词：秸秆;畜禽粪污;厌氧发酵;关键技术

前言

我国每年产生的秸秆和畜禽粪达到 8.00、32.64亿吨[1]，仅我县畜禽粪便、尿液年产生量大约50万吨，随着我国农牧业的发展，科学性、规模性养殖、种植已经初具规模，近年国家对环保政策收紧以及居民的健康意识提高，对生活环境的要求逐渐严格。秸秆与畜禽粪污的原始处理方法多是焚烧与自然排放，但这与国家和人民的诉求背道而驰，且产生浪费。近年来对秸秆与畜禽粪污的再利用开展了许多研究，从传统发酵到现在的科技含量高、利用率高的技术手段，已经初步实现了工业化与规模化。秸秆与畜禽粪便的处理主要是用于产生CH4 ，根据其需氧情况可以分为需要发酵与厌氧发酵，而目前厌氧发酵是研究的主要方向，其方便管理、发酵效果好等优点。使得秸秆与畜禽粪得到了无害化处理的同时还可以进行资源再利用——提供CH4 与生物质肥料。厌氧发酵技术在我国起步较早，但研究与开发相对迟缓，尤其在工业化程度上更为明显。采用秸秆与畜禽粪污最为混合原料的厌氧发酵制气工艺过程通常包括：原料预处理、厌氧发酵、沼气脱硫、沼气脱碳、有机肥制备等工艺环节组成[2]，其中原料预处理与厌氧发酵为关键技术，本研究针对该关键技术进行分析。

1原料预处理与配比

秸秆与畜禽粪污的性质不同，在原料处理过程中需要不同的处理方法，处理后的物料进入搅拌罐中，在经过匀浆处理、含固率调整后，传送到发酵罐里进行厌氧发酵。

1.1秸秆的处理

秸秆处理的目的主要是为了破坏秸秆本身的木质素以及纤维素，使其在发酵过程能够变成小分子，提高发酵原料的消化效率，增加降解程度。目前对秸秆的处理方法比较多，从其处理手段的原理上进行划分，通常可以分为物理法、化学法、物化结合法，但大部分仍处于实验室阶段，已经实现工业化的方法有机械加工法、碱处理法、氨处理法、有机溶剂处理法、微生物处理法等，结合生产成本等因素，我国常用的预处理方法为物理法，即机械加工法，通过粉碎、均质等程序，增加秸秆与微生物的接触，提高发酵的效率。

1.2畜禽粪污的处理

畜禽粪污由于其为随机排泄，对其进行收集时，会夹带砂砾，因此对畜禽粪污的处理主要目的是去除砂砾，并对其进行均质。沉砂渠法、提升式除砂法、折板沉砂渠法以及无轴螺旋除砂法为工业化常用除沙手段。

1.3秸秆与畜禽粪污原料的配比

沼气产量与底物的组成有直接关系，而其中其主要作用的是底物的碳/氮比值，当碳/氮比值高，则代表底物中氮含量低，使厌氧微生物的氮需求量得不到满足，同时使消化液的缓冲效果下降，无法稳定消化液的pH;当碳/氮比值降低时，则代表底物中氮比重高、碳比重低，抑制厌氧微生物对底物的分解作用。当碳/氮比值在25-35%之间时比较适合微生物的生存条件，此时CH4的发生量与发生速度都比较适宜。

2厌氧发酵

发酵过程主要以底物为基础，通过微生物在一定条件下进行菌体繁殖得到菌体增殖的过程，最终目标是获得菌丝体或其代谢产物。根据发酵的条件可以分为需氧发酵和厌氧发酵，其主要区别在于微生物对氧气的需求不同而采用适当的设备。目前厌氧发酵由于其独特的优势已经得到充分的应用。

厌氧发酵又分为湿法发酵和干法发酵，其主要区别在于底物的含量（总固体）的不同。通常湿法发酵其含量通常在10%左右，而干法则在20%-60%之间。干法发酵与湿法相比，其具有很多优点，如[3]：（1）对底物来源要求低;（2）工业化成本较低，提高产能;（3）固含量高，降低用水量;（4）沼渣含水量较少，节省后续处理的费用;（5）运行过程稳定;（6）臭气排放量少，对环境影响小。通过厌氧发酵过程，增加了污水中有机物的溶解性，降低其对环境等方面的危害，当秸秆与畜禽粪便投入发酵池中，通过厌氧发酵，使得底物中的致病菌与寄生虫等由于无法满足生存条件而死亡。

刮板式厌氧堆积发酵技术为干法发酵方法中的一种，其具有科学性高、适用性广、效率高等特点。采用刮板将秸秆与畜禽粪便进行干湿分离，对固体物采取堆积发酵工艺，而液体则排入沼气池中，使其中的有机物被厌氧微生物降解，并产生CH4和CO2。沼气可作为生活燃气或对废弃物处理系统进行发电供应形成能量循环，沼渣做有机肥可还田或出售，沼液利用管网输送至周围农户或采用运输车进行对外销售。通过对秸秆与畜禽粪便的厌氧发酵，产生的沼渣与沼液进行再次开发使用，使得农牧业中的资源得到了可持续的利用，形成了从哪里来到哪里去的闭环循环，降低了生产成本的同时获得了一定的商业利益。

3.结论

随着科学技术的发展，我国农牧业也在不断的进步，规模化、集中化的规模得到不断的提升，但同时也带了环境的问题，尤其自“十二五”后，禁止焚烧秸秆等政策的出台，使得大量的粪污与秸秆无法处理。而傳统的处理方法其自动化程度低、管理水平低、效率不高等缺点，不仅增加了处理成本，同时造成了资源浪费。而刮板式厌氧堆积发酵技术为前端的发酵处理方法，使得在利用较少的人力基础上，实现了资源节约化，原料利用最大化的效果。秸秆与畜禽粪通过刮板式厌氧堆积发酵后，产生了沼气，其可以作为生活能源使用，而沼渣通过处理后可以使其加工处理为生物肥料，重新回归与土地，节省了农户的生产成本。同时厌氧发酵由于其工艺特性，使得其气味较小，对环境影响小。厌氧堆积发酵技术在我国农牧业中对秸秆与粪污的处理具有重要作用，该项技术在以后的发展中，值得被推广使用。

参考文献：

[1]郑讯涛，王乐乐，张寓涵等.混合物料干湿厌氧发酵特性及菌群结构[J].江苏农业科学，2019，47（8）：238-241.

[2]罗欣欣，李文涛，王美净等.秸秆与畜禽粪污厌氧发酵制气关键技术[J].西北水电，2020，（z1）：125-128，132.

[3]王禹霄飞，孙云博，曲威等.高浓度玉米秸秆厌氧发酵产沼气研究[J].海峡科技与产业，2019，（1）：184-186.