罗文忠1，刘舰林2，王 静3，陈 玲2
（1.兵团第十三师红星一场，新疆 哈密 839108；2.新疆绿野宝油环保能源科技有限公司；3.新疆农垦科学院检测中心）
摘要：沼气池通过微生物发酵使畜禽粪便产生沼气，具有生态、环保、经济的多重功能。新疆是我国第2大畜牧区，畜禽粪便的处理、环保压力及养殖场能源需求，都要求大力发展沼气事业，减少农村面源污染。而膜结构沼气池能够克服现有产品能耗高、产气率低、处理量小等弊端，实现冬季正常运行产气，是适应新疆大中型养殖场高效处理畜禽粪便、产生沼气能源的关键设备。本文简要介绍了该设备在新疆养殖业中的应用。
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关键词 ：沼气；膜结构沼气池；养殖场
新疆是我国第二大畜牧区，畜禽粪便的无害化处理、环境保护的压力以及养殖场能源的需求，要求大力发展沼气事业，减少农村面源污染。而膜结构沼气池能够克服以往产品能耗高、防腐效果差、运行成本高、气密性差等弊端，实现新疆冬季可正常运行，是适应新疆大中型养殖场高效处理畜禽粪便，实现畜牧业健康可持续发展、农业废弃物再生利用的关键设备。
1 设计方案
1.1 设计原则
1.1.1 资源化原则
畜禽粪便是一种有价值的宝贵资源，养殖业废弃物无害化处理是污染防治的重要原则。畜禽粪便经处理后，可以产生新能源沼气和有机肥（固态肥沼渣、液态肥沼液），对种植业的生产具有较好的经济价值。
1.1.2 生态化原则
依据物质循环、能量流动的生态学基本原理，强化种养平衡，促进种植业与养殖业结合，实现生态系统的良性循环，以达到充分处理粪便的目的。
1.1.3 综合效益原则
兼顾环境效益、社会效益和经济效益，将治理污染与资源开发有机结合，提高了粪便处理工程的综合效益。
1.2 工艺选择
1.2.1 厌氧发酵工艺
在设计中采用膜结构沼气池产品，运用完全混合厌氧反应器（CSTR）厌氧处理工艺。
1.2.2 增温保温方案
保温处理： 包括管道、阀门、池体及储气柜的保温。整个系统采用地埋式，地上管路采用北方地区常规保温方式实现。
增温方式：膜结构沼气池方便增温，且增温效果明显。主要采取沼气池底部铺设热水循环管路，通过热交换实现增温。热源主要通过水暖锅炉或四季太阳能提供。
1.3 技术方案
新疆地区冬季寒冷，昼夜温差大，用膜结构沼气池代替传统的混凝土沼气池，解决了沼气池冬季冻池、密封层被破坏的问题。同时，简化了沼气池的建池工艺，提高了建池效率。采用聚乙烯高分子复合材料制成的膜结构沼气池具有以下特性：（1）密封性好：充气5 kPa，可保持24 h无破裂或渗漏；（2）热合撕裂强度≥50 kN/m，拉伸强度≥16 MPa；（3）低温冲击脆化在-25 ℃下无损坏。应用专利折叠袖口技术循环搅拌，使沼气池不同反应区之间发酵液与沼气菌充分接触，提高有机质降解速度，同时，可以加入秸秆、玉米秆等高碳发酵原料，方便进出料，提高了碳氮平衡，可增加发酵效率。另外，通过折叠袖口控制结壳及破壳，能保证沼气池长期有效地运行。膜结构沼气池系统采用太阳能集热、水暖锅炉辅助等增温技术，通过膜式换热装置，保证了沼气池发酵所需的温度，通过系统集成可以实现增温的自动调节。其工艺流程见图1。
2 运行及维护
2.1 预处理
预处理对提高有机废弃物厌氧发酵的效率十分重要。预处理包括生物法、机械法及物理化学法等。本设计采用物理化学方法，预处理系统包括预处理池、循环池、进出料池等。预处理系统一般建在养殖场室内，大小根据养殖场规模来确定。畜禽粪便、垃圾及污水等有机废弃物需先进行砂石、长草、毛发、铁丝等杂物的分离后进入预处理池。当原料为干粪、羊粪、鲜禽粪时，也必须进行预处理。在预处理过程中，先使发酵细菌大量生长繁殖，减缓酸化作用，同时防止料液入池后干粪漂浮与上层结壳或产酸过多，使发酵受阻。预处理池与进出料口、循环池为一体，中间有循环管路连通，可对发酵料液进行循环搅拌处理，能明显提高产气率。
2.2 运行及维护
膜结构沼气池是沼气厌氧发酵的核心部分，在采取增保温措施的情况下，运行及维护应注意以下几点：（1）沼气池第1次装料时，原料浓度为4% ~ 6%，接种物约占池容的30%以上。原料要预先堆沤，即将鲜粪加适量的水拌匀，加水量以料堆下部不渗水为宜，料堆上加盖塑料薄膜，以积聚热量加速菌种的繁殖。一般夏季堆沤3 ~ 5 d，春、秋季堆沤5 ~ 7 d。加水时应选用饮用水，水温不低于20 ℃，有利于发酵启动，快速产气。堆沤后的原料可通过预处理池进入沼气池。（2）沼气池要勤进料、勤出料，不断补充新鲜原料，使产气正常、持久、稳定。一般沼气池启动后，第1个月产气最旺，消耗原料最多；第2个月产气量开始下降，分解速度减慢；第3个月产气量明显下降。所以要在产气量高峰没有下降以前加新料，出旧料。（3）折叠袖口一般安装在沼气池侧上方，方便开启及维护，主要起破壳、搅拌及循环等作用。沼气池结壳会导致厌氧反应器有效容积变小，产生的沼气聚集受阻，无法进入气室[1]，甚至会导致浮渣堵塞出料管并引起反应器爆裂[2]。折叠袖口的破壳设置对于沼气池长期稳定运行、维护起关键性作用。（4）沼气池夏季可以采用太阳能集热技术增加沼气池的温度，冬季可采用水暖锅炉增温或采用煤、气两用水暖炉增温。（5）沼气池必须由专业管理维护人员维护。健全的服务体系和物业管理是沼气池安全生产的重要保障[3]。沼气系统是一个独立的集产、供、用气为一体的体系，要保证农牧民最终用好沼气，必须抓好建池、管理、日常维护等各个环节[4]。只有加强沼气池物业化管理及专业人员培训工作，才能保证新疆沼气事业的可持续发展。
2.3 沼渣、沼液的利用
沼气发酵的残留物沼渣、沼液中含有丰富的氨基酸、微量元素、B族维生素、各种水解酶类、有机酸类、植物激素类、抗生素类以及腐植酸等生物活性物质；所含的矿物质主要有钙、钠、氯、硫、镁、钾等常量元素和铁、锌、铜、锰、钴、铬、钒等微量元素。沼渣经过初步处理，就可作为优质肥料和养殖饵料。沼液通过过滤、浓缩等处理，可以通过滴灌应用在农田生产，也可以叶面喷施。通过沼渣、沼液的应用，可有效提高农作物产量，增加土壤中有机质、全量养分及速效养分的含量[5]。
3 小结
新疆发展养殖业，在处理畜禽粪便过程中，要因地制宜的将发展沼气事业与生产有机肥相结合；将沼气供气与沼气发电相结合；将种植业和养殖业相结合，只有这样才能真正实现能源效益、经济效益、生态效益和社会效益的和谐统一。膜结构沼气池通过“粪 - 气 - 电 - 热 - 肥 - 田”模式运行，在处理畜禽粪便污染、资源合理利用、环境保护方面具有积极的促进作用，对新疆畜牧业的可持续发展具有重要意义。
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参考文献
[1]苏宜虎. 陈晓东. 马洪儒．搅拌对沼气发酵的影响 [J]．安徽农业科学，2007，35（28）：8961-8962．
[2]周孟津，张榕林，蔺金印．沼气实用技术[M]．北京：化学工业出版社，2004：57．
[3]孙振清. 沼气物业服务体系模式分析[J]. 中国沼气，2006（1）：40-44.
[4]倪慎军. 沼气服务体系建设探析 [J].可再生能源，2006（3）：91-92.
[5] 杨合法，范聚芳，郝晋珉，等．沼肥对保护地番茄产量、品质和上壤肥力的影响[J]．中国农学通报，2006，22（7）：369-372．