规模化猪场粪污的沼气处理

淡江华 孟浈铱 冯燕平

（1，山西农业科学院畜牧兽医研究所 030032；2，山西农业大学 030801；3，山西省农业广播电视学校 030002）

猪浑身是宝，没有什么废物，包括猪粪也都是农业绝好的有机肥。猪粪利用好不仅能改善环境，还能给养殖场节约成本，甚至产生相当可观的经济收入，利用不好会影响人体健康，增加猪群疾病发生概率，《新环保法》 的出台及执行力度对养猪环保问题提出了更高的要求，意味着养猪场环境污染不达标将会面临生存危机。《畜禽规模养殖污染防治条例》 作为国家第一部专门针对畜禽养殖污染防治的法律性文件，明确以综合利用作为解决畜禽养殖废弃物污染问题的根本途径，为规模化养殖场废弃物污染治理指出一条可持续发展之路，目前我国猪场粪污主要处理方式有化粪池发酵、堆肥发酵、异位发酵床、沼气发酵处理等。本文主要针对规模化养猪场粪污的沼气处理方法做简单阐述。

1 猪粪污对环境的污染

在政策和行业发展要求之下，我国生猪养殖业的规模化发展进入了快速发展期，规模化、集约化的养殖小区不断增加，规模化饲养模式替代传统的散养模式是必然趋势，但与此同时，摆在我们面前的问题也非常突出，养猪场的粪便和污水排放剧增，养殖污染问题非常棘手。猪粪污中除含有多种营养成分外，还含有大量氮、磷、病原微生物、寄生虫、药物和饲料添加剂的残留物，是污染土壤、水源的主要有害成分，同时，猪粪污排放氨气、硫化氢、吲哚、粪臭素等有害气体，影响人体和猪群的健康，造成周围空气臭气冲天、蚊蝇成群。研究表明：1 头育肥猪从出生到出栏，排粪量850～1050kg，排尿量1200～1300kg；1 个万头猪场每年排放纯粪尿3 万t，再加上集约化生产的冲洗水，每年可排放粪尿及污水6 万～7 万t[1]，目前全国约有5000 头以上的养猪场1500 多家，如此庞大的粪污产生量，若没有得到很好减排、科学处理，污染物的排放给生态环境所带来的危害可想而知。

2 猪粪的沼气处理

猪场粪污沼气处理是以猪粪、污水的厌氧发酵为主要技术环节，以生产可再生能源为主要目的，使猪场粪污达到无害化处理、资源化利用的一项系统工程。

2.1 沼气发酵原理

沼气发酵又称厌氧消化、厌氧发酵。畜禽粪污的沼气发酵处理技术是对畜禽粪便、污水等废弃物的综合利用，是畜禽粪污在一定水分、温度、酸碱度、碳氮比和厌氧条件下被各类微生物分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等可燃性气体的过程。

沼气发酵有3 个阶段：第一阶段为水解阶段。这一阶段兼性厌氧菌和发酵性细菌将原料中较大分子的成分水解成可溶于水的有机酸和醇类等。第二阶段为酸化阶段。产氢产乙酸菌将水解阶段生成的有机酸和醇继续分解成简单的有机酸，同时生成氢气和二氧化碳。第三阶段为甲烷化阶段。产甲烷菌将酸化阶段生成的小分子物质转化为甲烷和二氧化碳气体，即发酵的最终产物沼气。

其中液化阶段和产酸阶段是一个连续过程，统称不产甲烷阶段，这个过程主要为产甲烷菌提供营养并创造适宜的厌氧条件，消除部分毒素。沼气发酵工艺多采用“两相发酵工艺”，也称两步厌氧消化。20 世纪70 年代初，S.Ghosh 和F.G.Pholand首次提出两相厌氧消化概念，即把产酸和产甲烷两个阶段的反应分别在两个独立的反应器内进行，以创造各自最佳的环境条件，并将这两个反应器串联起来，以创造各自最佳的环境条件，形成两相厌氧发酵系统。大量试验证明，“两步发酵”工艺能使整个沼气发酵过程最优化，显著提高反应速率。

2.2 沼气发酵需具备的条件

2.2.1 沼气池的建设

建设沼气池是一项专门技术，一方面必须保证安全，另一方面沼气池的密封要求高，我国有专门的国家标准可以遵照执行（GB-4759-4752-84，GB-4750-4752-2000）。目前，我国大部分县市都有专门的沼气推广部门，建沼气池要取得他们的支持和指导，不要自己随意建池，以免发生危险和漏气，造成二次污染。

2.2.2 沼气发酵需具备的条件

沼气发酵需具备以下几个重要的条件。

（1）严格的厌氧环境

沼气微生物的核心菌群-产甲烷菌是一种厌氧性细菌，对氧特别敏感，在生长、发育、繁殖、代谢等生命活动中不需要空气，空气中的氧气会使其生命活动受到抑制，甚至死亡，产甲烷菌只能在严格厌氧的环境中才能生长。所以修建沼气池要严格密闭，不漏水，不漏气。

（2）良好的发酵菌种

沼气发酵的前提条件是要接入含有大量丰富菌种的接种物，这种接种物在自然环境中是常在菌，如沼气发酵的核心微生物菌落产甲烷菌群，一切具备氧条件和含有有机物的地方都可以找到其踪迹，来源主要是老沼气池发酵液、池塘底部、阴沟污泥之中等[2]。

（3）适宜的发酵料液温度

通常把不同发酵温度分为4 个范围：50～60℃称为高温发酵，实际控制温度多在(53±2）℃，高温发酵微生物生长活跃，有机物分解速度快，产气率高，滞留时间短。但要维持消化器的高温运行，能量消耗较大；30～45℃称为中温发酵，是北方地区规模化养猪场较青睐的，与高温发酵相比，消化速度慢一些，产气率低一些，但维持中温发酵的能耗较少，沼气发酵能总体维持在一个较高的水平，产气速度比较快，料液基本不结壳，可保证常年稳定运行。25～30℃称为近中温发酵，主要是针对规模化养猪场猪粪污处理提出的。10～26℃称为常温发酵，是南方地区规模化猪场常用的一种厌氧发酵技术[3]。

（4）适宜的酸碱度（pH）

厌氧微生物要求中性的环境，或者微偏碱性，过酸、过碱都会影产气。酸碱度在pH6～8，均可产气，以pH6.5～7.5 产气量最高，pH 低于6 或高于9 时均不产气。在正常发酵过程中，沼气池内的酸碱度变化可以自然调解，先由高到低，然后又升高，最后达到恒定的自然平衡的pH，一般不需要人为调节。

（5）有规律的持续搅拌

沼气池的搅拌通常分为机械搅拌、气体搅拌和液体搅拌3种方式。对发酵液进行搅拌有利于厌氧微生物与有机物充分接触，并可打碎发酵过程中产生的浮渣层，使产生的沼气更容易逸出，搅拌后平均产气量可提高30%以上。推荐西北农林科技大学专家教授研制发明的国家专利——沼气池气动搅拌装置（专利号ZL97227660.2），可利用沼气池的产气动力，实现沼气池发酵装置自动搅拌和持续动态发酵的目的。

2.2.3 沼气发酵产污的资源化利用

猪粪便经厌氧发酵处理后，能有效将猪粪中细菌性病原、病毒性病原、寄生虫性病原及虫卵杀灭，并能使其中的有机物得到有效分解，变成容易被吸收利用的发酵产物。沼气发酵产物包括沼液、沼渣和沼气3 部分，发酵产物中除沼气，残余的沼渣和沼液统称为沼气发酵残留物，俗称沼肥。沼气是很好的再生能源，常用于发电、供气、大棚增温和保温、农产品的保鲜和贮存、生物燃气等；沼肥含有丰富的微量元素和氨基酸，有极高的营养价值，在种植业和养殖业得到较为广泛的推广应用[4]。

3 沼气处理注意事项

（1）沼气池的建设一定不要随意建池，要请当地的沼气部门帮助，以免发生危险和漏气。

（2）技术人员一定要经过正规培训才能进行操作，避免使用过程中发生安全事故。

（3）沼气池建设容量要与实际使用能力相匹配，不要盲目建设，防止产出的沼气用不完排入空气会造成二次污染。

总之，我国沼气事业发展从20 世纪20 年代后期发展至今，已有将近100 年的历史，尤其近10 年来，我国畜禽养殖场能源环境工程技术发展已相对成熟，完全有能力解决水造成的污染问题，正稳步向规模化、商业化进程推进，沼气发酵处理通过厌氧发酵处理猪粪污是规模化养猪场解决环境污染有效途径之一。虽然沼气大中型沼气工程的建设会有很大的经费投资，但在设计合理、发酵方法得当，资源化利用程度充分的情况下，不仅可以降低养殖场猪粪污对环境的污染，达到环标要求，而且开辟新能源利用，节省燃料，降低猪场运营成本，发酵产物的市场化运营是一笔稳定的非常可观的收入，提高了养猪场经济效益，沼气发酵处理规模化猪场粪污方法的推行，推动了养猪场无害化处理粪污的可持续发展。