沼气是猪粪、 垫料等有机物质在厌氧环境中, 适宜的温度、 湿
度、 酸碱度、 碳氮比等条件下, 通过厌氧微生物发酵作用而产生的
一种可燃气体, 其主要成分为甲烷, 占60%~70%, 其余为二氧
化碳、 一氧化碳、 二氧化硫和氢气等。 生产沼气不仅可以利用大量
的猪粪便, 杀灭病原微生物和寄生虫卵, 防止环境污染, 而且开辟
了对二次能源的利用, 节省燃料。
沼气池在工作时, 粪便经粪泵和管道送入发酵罐中进行厌氧发
酵, 产生的沼气由导出管输入贮气罐中, 循环粪泵可使粪液通过热
交换器被加热, 提高粪液温度, 达到高温发酵, 提高发酵效率, 加
大产气量, 贮气罐有一个可以上下浮动的顶盖, 根据进气量的多少
上下浮动, 以保持沼气输出管路中有一定的压力。 经厌氧高温发酵
处理后的粪便, 其中的虫卵和致病细菌都被消灭, 成为无菌无害、
腐熟良好的优质肥料。 用沼气发生设备处理养猪场粪便污水, 不仅
可以得到优质肥料, 而且还可以获得作为能源的沼气。
(1) 沼气池建设
① 沼气池建设的基本技术 沼气池一定要按沼气的各项利用
技术要求进行建设和利用, 此外还要因地制宜, 北部寒冷地区可以
利用时间短一些, 建一些相对简易的池子, 黄河以南地区多发展一
些, 沼气池投资不是太大, 可因地制宜, 就地取材, 制池的材料种
类也较多, 一般农家用或小规模池的建设投资农民都能负担, 但大
型池投资较大, 需 要 有 一 定 的 资 金, 建 沼 气 池 的 投 资 一 般 2~3
年就可收回。 建设沼气池是一项专门技术, 一方面必须安全, 另
一方面对沼气池的密封要求高。 沼气池的建设一定要请当地的沼
228 现代猪病防制实战技术问答气部门帮助, 不要自己随意建池, 以免发生危险和漏气, 产出的
沼气要用掉, 否则排入空气会造成二次污染, 我国大部分县市都
有沼气推广部门, 建沼气池要取得它们的支持和指导, 不要盲目
建设。
② 沼气池的基本结构和类型 沼气池实际上是一个立方的或
圆立方的池体, 在这个池体内进行厌氧发酵, 发酵池有一个入料
口、 一个出渣口和出水口, 在池顶有一个出沼气口。 池内根据厌氧
方式的不同而有不同的设施, 如为了提高发酵效率, 加一些填料,
以附生更多的沼气菌; 为了加强沼液的流动, 有的池设计专门配置
的水管, 以 水 流 搅 动 料 液; 还 有 的 为 了 操 作 方 便 而 加 一 个 搅 拌
器的。
沼气口的类型有: 水压式沼气池、 浮罩式沼气池、 半塑式沼气
池、 塔型沼气池、 帽式沼气池、 方型浮罩式沼气池等。
③ 制作沼气池的建筑材料 沼气池制作材料很多, 可用砖、
水泥、 玻璃钢、 铸铁、 不锈钢板等, 体积小用砖即可, 体积大可根
据经济条件和建筑要求选材, 一般用水泥钢筋混凝土比较普遍, 国
外用不锈钢的比较多。 沼气池最主要是要坚固、 密封, 不能漏气。
因此建池的选料要考虑好。
(2) 沼气发生的几个重要条件
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, 它们在生长、 发育、 繁殖、 代谢
等生命活动中都不需要空气, 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。 修建
沼气池, 要严格密闭, 不漏水、 不漏气, 这不仅是收集沼气和贮存
沼气发酵原料的需要, 也是保证沼气微生物在厌氧的生态条件下生
活得好, 使沼气池能正常产气的需要, 这就是为什么把漏水、 漏气
的沼气池称为 “病态池” 的道理。
② 发酵液温度 通常把不同的发酵温度区分为三个范围, 即
把46~60℃称为高温发酵、 28~38℃ 称为中温发酵、 10~26℃ 称
为常温发酵。 在 10~60℃ 的范围内, 沼气池均能正常发酵产气;
低于10℃或高于60℃ 都严重抑制微生物生存、 繁殖, 影响产气。
第五章 病畜肉尸、 产品及废弃物的无害化处理 229在10~60℃这一温度范围内, 一般温度越高, 微生物活动越旺盛,
产气量越高, 这就是为什么沼气池在夏季, 特别是在气温最高的7
月产气量大, 而在冬季最冷的1月产气很少, 甚至不产气的原因,
也是沼气池在管理上强调冬天必须采取越冬措施, 以保证正常产气
的原因。 微生物对温度的变化十分敏感, 温度突升或突降, 都会影
响微生物的生命活动, 使产气状况恶化。
③ 发酵菌种 沼气发酵微生物是人工制取沼气的内因条件,
一切外因条件都是通过基本的内因条件才能起作用。 因此, 沼气发
酵的前提条件就是要接入含有大量这种微生物的接种物, 或者说含
量丰富的菌种。
沼气发酵微生物都是从自然界而来, 而沼气发酵的核心微生物
菌落是产甲烷菌群, 一切具备厌氧条件和含有有机物的地方都可以
找到它们的踪迹。 它们的生存场所, 或者说人们采集接种物的来
源主要有如下几处: 沼气池、 湖泊、 沼泽、 池塘底部; 阴沟污泥
之中; 积 水 粪 坑 之 中; 动 物 粪 便 及 其 肠 道 之 中; 屠 宰 场、 酿 造
厂、 豆制品厂、 副食品加工厂等阴沟之中以及人工厌氧消化装置
之中。
给新建的沼气池加入丰富的沼气微生物群落, 目的是为了很快
地启动发酵, 而后又使其在新的条件下繁殖增生, 不断富集, 以保
证大量产气。 沼气一般加入接种物的量为总投料量的10%~30%。
在其他条件相同的情况下, 加大接种量, 产气快, 气质好, 启动不
易出现偏差。
④ 发酵液酸碱度 厌氧微生物要求中性的环境, 或者微偏碱
性, 过酸、 过碱都会影响产气。 酸碱度在 pH6~8之间, 均可产
气, 以 pH 6.5~7.5 产 气 量 最 高, pH 低 于 6 或 高 于 9 时 均 不
产气。
沼气池发酵初期由于产酸菌的活动, 池内产生大量的有机酸,
导致pH 下降。 随着产酸持续进行, 氨化作用产生的氨中和一部分
有机酸, 同时甲烷菌的活动, 使大量的挥发酸转化为甲烷和二氧化
碳, 从而使pH 逐渐回升到正常值。 所以, 在正常的发酵过程中,
沼气池内的酸碱度变化可以自然进行调节, 先由高到低, 然后又升
230 现代猪病防制实战技术问答高, 最后达到恒定的自然平衡 (即适宜的 pH), 一般不需要进行
人为调节。 只有在配料和管理不当, 使正常发酵过程受到破坏的情
况下, 才可能出现有机酸大量积累、 发酵料液过于偏酸的现象。 此
时, 可取出部分料液, 加入等量的接种物, 将积累的有机酸转化为
甲烷, 或者添加适量的草木灰或石灰澄清液, 中和有机酸, 使酸碱
度恢复正常。
⑤ 发酵碳氮比 (C/N) 碳氮比在 (25~30)∶1时, 产气效果
最好。
⑥ 发酵料液的浓度 发酵料液的浓度过稀则难以产气, 即使
产气也是极少; 过浓则易引起酸化, 使发酵受阻而影响产气。 通常
在高温季节发酵料液浓度控制在6%~8%; 在低温季节发酵料液
浓度控制在9%~11%。 沼气池的负荷通常用发酵原料浓度来体
现, 适宜的干物质浓度为4%~10%, 即发酵原料含水量为90%~
96%。 发酵浓度随着温度的变化而变化, 夏季一般为6%左右, 冬
季一般为8%~10%。 浓度过高或过低, 都不利于沼气发酵。 浓度
过高, 则含水量过少, 发酵原料不易分解, 并容易积累大量酸性物
质, 不利于沼气菌的生长繁殖, 影响正常产气; 浓度过低, 则含水
量过多, 单位容积里的有机物含量相对减少, 则难以产气, 即使产
气也是极少。
⑦ 搅拌 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, 采用搅拌后, 平均产气量可提高30%以上。 沼气池的搅拌通
常分为机械搅拌、 气体搅拌和液体搅拌三种方式。 机械搅拌是通过
机械装置运转达到搅拌的目的; 气体搅拌是将沼气从池底部冲进
去, 产生较强的气体回流, 达到搅拌的目的; 液体搅拌是从沼气池
的出料间将发酵液抽出, 然后从进料管冲入沼气池内, 产生较强的
液体回流, 从而达到搅拌的目的。
农村用的沼气池通常采用强制回流的方法进行人工液体搅拌,
即用人工回流搅拌装置或污泥泵将沼气池底部料液抽出, 再泵入进
料部位, 促使池内料液强制循环流动, 提高产气量。 此外, 利用西
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
第五章 病畜肉尸、 产品及废弃物的无害化处理 231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。
特别要注意人不能进入沼气池, 以免出现危险。
⑧ 发酵罐的容积 厌氧微生物分解有机物的速度很慢, 猪粪
便要在发酵罐中停留很长时间才能充分腐熟分解, 因此发酵罐应该
有足够的容积。 大体上每头猪需要0.15米3的容积。 在设计时还应
留出0.5~1.0倍的贮备余量, 以保障设备的正常运行。
(3) 沼气发酵产物的综合利用 沼气发酵产物包括沼液、 沼渣
和沼气三部分 (图5-7)。
图5-7 猪场沼气发酵产物的综合利用
① 沼液的利用 沼液中含有多种微量元素和丰富的氨基酸。
因此, 沼液在种植业和养殖业得到了较为广泛的应用。 众所周知,
氮、 磷、 钾三种元素对农作物的生长、 发育以及产量等有着特别重
要的作用, 但土壤中这三种元素含量较少, 因此需要进行人为补
充。 化肥的利用率不高, 以氮肥 (如尿素、 碳酸氢铵等) 为例, 只
含有单一的肥料成分———铵态氮, 不能满足作物对各种养分的需
要, 也不易被作物吸收, 而且这些氮肥容易挥发, 若施用不当, 利
用率就会更低。 如果用沼液和这些氮素肥料配合使用, 则可以促进
化肥在土壤中溶解, 使作物更容易吸收养分, 减少氮素损失, 提高
232 现代猪病防制实战技术问答化肥利用率。
② 沼渣的综合利用 沼渣主要由未分解的原料固形物、 新产
生的微生物菌体组成, 将沼气发酵料液风干就可得到沼渣。 沼渣营
养成分丰富, 尤其是腐殖酸含量很高, 它对改良土壤、 增加土壤有
机质都具有重要作用, 沼渣也可以用来养猪、 养鱼或者作为叶面施
肥的材料来替代农药。
③ 沼气的综合利用 沼气是沼气发酵的主要产物, 它的应用
较广泛。
a. 在塑料大棚蔬菜生产中的应用 一是利用沼气为大棚增温
和保温。 燃烧1米3的沼气可放出2.3×104 千焦热量, 以此来确定
不同容积的大棚增温和保温所需沼气量。 二是利用沼气为蔬菜大棚
提供二氧化碳气肥。
b. 沼气养蚕 沼气灯用于蚕种感光和燃烧沼气, 给蚕室加温,
可以达到孵化快、 出蚕齐、 缩短饲养期、 提高蚕茧产量和质量的
目的。
c. 沼气保鲜和贮存农产品 沼气中二氧化碳含量高, 含氧少,
造成一种高二氧化碳低氧的状态, 以控制果蔬、 粮食的呼吸强度,
减少储存过程中基质的消耗, 防治虫、 霉、 病、 菌, 达到延长贮存
时间并保持良好品质的目的。
d. 做饭、 照明用 利用沼气发电是一项比较成熟的技术, 过
去用沼气发电需要配用一部分柴油, 现在已不用柴油, 这样成本可
以降低很多, 沼气的利用价值更高, 但必须解决沼气的产量和质
量, 要有足够量的沼气量, 按实际发电计算, 发一度电约需0.4~
0.6米3的沼气, 视沼气质量而定。 华南地区每立方米优质沼气池
平均每天能产0.8米3沼气, 但简易的沼气池产量要低不少, 可按
设计产气量计算需要建筑的沼气池的体积。 此外, 能源、 环境和资
源需求对传统沼气提出了更高的要求, 其用途将包括大规模集中供
气、 燃气发电、 燃气汽车、 火车和转化化工产品等。 从这个意义上
来讲, 将来的沼气可能成为以各种生物质为原料、 通过大型自动化
的现代工业发酵过程生产的、 可以用于部分取代石油和天然气的一
种能源产品———生物燃气。