秸秆沼气池怎么做？用这种模具更省事

4.2　秸秆制沼气技术

「十二五」期间，中央提出建设生态文明的要求，提倡发展节约型农业、循环农业、生态农业，加强生态环境保护，这一政策的实施为秸秆的综合利用提供了新的机遇。2007 年中央 1 号文件提出了关于「推进人畜粪便、农作物秸秆的综合治理和转化利用」的精神，鼓励沼气技术的大力推广；同年，农业部又把秸秆沼气生产技术列为我国农业和农村「十大节能减排技术」之首，表明了对秸秆沼气技术的支持与肯定。利用农作物秸秆进行厌氧发酵产沼气，是一条清洁高效的秸秆能源化利用途径。

4.2.1　技术原理与应用

（1）技术原理

秸秆制沼气是以农作物秸秆（小麦、玉米、花生、大豆等）为主要发酵原料，在严格厌氧环境和适宜的温度、水分、酸碱度等条件下，经过微生物的厌氧发酵产生沼气的技术。该技术具有原料充足、产气率高、生态环保、供应周期长等优点，可以解决常规沼气技术中粪便供应不足的问题。秸秆厌氧发酵产生的沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，甲烷含量通常为 50%～70%，二氧化碳含量为 30%～50%，热值比天然气低 40% 左右，1m3沼气燃烧产生的热量为 20930～25120kJ，是一种可再生、无污染、高热值的清洁能源。

（2）秸秆沼气技术的应用

目前，我国农村沼气池主要是以畜禽粪便为发酵原料，但随着近年来规模化养殖业的快速推进，畜禽分散养殖量日益减少，以畜禽粪便为发酵原料的农村户用沼气建设面临原料不足的问题，因此，全国大约有 27% 的农户需要花钱购买畜禽粪便以维持沼气生产的局面。近些年来，我国广大科研工作者针对户用秸秆沼气池进行了大量的研究和试验，取得了实质性突破，相关技术已进入示范推广阶段。从 2005 年开始，农业部在赣、鲁、苏、浙、川等 11 个省市的 100 多个县进行了试点示范。到 2006 年年底，全国已建成农村户用秸秆沼气池 5104 个。

秸秆沼气技术包括户用秸秆沼气池和秸秆沼气集中供气技术（又称为秸秆沼气工程）两种推广模式。户用沼气池是针对农户使用的小型沼气池，秸秆经粉碎后加入一定的碳铵（调碳氮比）进行堆沤，以提高产气效率，然后一次性投入沼气池发酵所需的秸秆。这种批量化投入秸秆的操作模式，产气时间长，但 8～10 个月后必须大换料一次才能再次使用。秸秆沼气集中供气技术，是以自然村为单元，建设沼气发酵装置、贮气设备，通过管网把沼气输送到农户家中。目前，农业部已在山西、河南、内蒙古、浙江、江苏、山东、四川、贵州、广西和黑龙江农垦总局 12 个省、区（局）启动了秸秆沼气集中供气工程试点项目。

4.2.2　技术流程

秸秆沼气发酵工艺是指从农作物秸秆收集、预处理、发酵到生产沼气的整个过程所采用的技术和方法，主要包括原料的收集和预处理、接种物的选择和富集、沼气发酵装置的启动和日常操作维护及其他相应的技术措施。

4.2.2.1　秸秆发酵预处理方法

农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素、木质素组成，这些物质在秸秆中相互缠绕形成致密的空间结构，不易被厌氧微生物及酶直接利用，因此，在沼气发酵前需对秸秆进行预处理。进行预处理的目的是通过破坏秸秆的空间结构，使厌氧菌和酶更容易附着在纤维素和半纤维素上，有利于原料的水解酸化，从而提高发酵的产气量。因此，秸秆预处理应满足以下几个方面的要求：a.形成活性纤维结构，易于被酶或微生物利用；b.避免破坏纤维素和半纤维素结构；c.不能引入或生成破坏或抑制微生物酶活性的物质；d.降低秸秆原料的破碎费用；e.不产生残渣；f.不消耗或者少消耗化学用品。

目前，秸秆制沼气预处理方法主要有物理处理、化学处理、热处理和生物处理四种。

（1）物理处理

物理处理主要是采用粉碎、揉丝、浸泡等方法，改变秸秆的内部组织结构或外部形态，以达到厌氧微生物快速降解和利用秸秆中养分的目的。目前采用最多的是机械破碎将秸秆铡短或粉碎到 3cm 以下。玉米秸秆采用揉搓机粉碎，稻草和麦秸采用铡草机粉碎，物理法对提高秸秆沼气的发酵效率有限，且过细破碎会导致较高的能耗，因而一般与其他处理方法结合使用。

（2）化学处理

化学处理就是利用化学药剂破坏秸秆细胞壁中木质素与半纤维素形成的共价键，以达到提高秸秆消化率的目的。主要包括碱化处理和氨化处理两种方法。

碱化处理是用 NaOH，Ca（OH）2或 KOH 等碱性溶液浸泡秸秆或喷洒于秸秆表面，打开纤维素、半纤维素和木质素之间的β-1，4 糖苷键，使纤维素、半纤维素和一部分木质素及硅酸盐溶解，提高消化率。该方法在山东德州、黑龙江佳木斯、广西临桂及河南洛阳等地的秸秆沼气工程中较为常见。

氨化处理是用氨水、无水氨或尿素对秸秆进行预处理以提高秸秆的消化率。氨化处理具有三种作用： 第一，氨为碱性，可起到与碱化处理同样的作用； 第二，氨与秸秆中的有机物发生反应生成铵盐，作为发酵所需氮源被厌氧微生物利用，并与碳、氧、硫等元素一起合成氨基酸，进一步合成菌体蛋白；第三，氨呈碱性，可与秸秆发酵中产生的有机酸中和，消除秸秆中潜在的酸性，维持发酵环境适宜的 pH 值，从而提高微生物的活性，进而提高秸秆的消化率。

（3）热处理

热处理方法中已经应用的是高压水蒸气爆破法，旨在破坏秸秆结构，提高秸秆利用率。河南农业大学秸秆能源工程化项目中玉米秸秆预处理采用汽爆方法，大大提高秸秆厌氧发酵的产气率和产气速率，能够节约发酵时间，缩短发酵周期。但是，该方法处理成本较高，而且需要采用专用设备，因而该方法的推广应用受到限制。

（4）生物处理

生物处理就是在人为控制下，利用筛选出的具有超强木质纤维素降解能力的微生物对秸秆进行固态发酵，将木质纤维素降解成为易于被厌氧微生物利用的水溶性小分子物质，从而缩短厌氧发酵时间，提高干物质消化率和产气率。该方法的技术关键就是筛选出具有强木质素降解能力的菌种。由于生物法具有处理成本低、条件温和、效果好和无需专门设备设施等优点，近年来受到极大的关注。如天津市静海县南柳木村秸秆沼气工程和四党口秸秆沼气工程、山西省高平市秸秆沼气工程等均采用玉米秸秆青贮方法进行预处理。江苏淮安秸秆沼气工程在沼气发酵前向原料中投加绿秸灵复合菌剂，进行堆沤处理 15d 左右，然后进行厌氧发酵。此外，四川省成都市新津县秸秆沼气集中供气示范工程、山西省高平市秸秆沼气集中供气示范工程、河南省安阳县白璧镇秸秆沼气站利用沼液中的水解酸化菌对原料进行预处理，沼液预处理具有经济、高效、环保等优点。

4.2.2.2　户用秸秆沼气池

（1）户用沼气池发酵模式

沼气厌氧发酵需要维持微生物所需的适宜的营养物比例，厌氧消化最适宜的碳氮比为（25～30）∶1。但农作物秸秆的碳氮比较高，一般为（53～87）∶1，高于厌氧消化最适碳氮比 2～3 倍 （表 4-1），因此，秸秆沼气发酵通常需要额外补充氮源，经常采取的措施有两种：一是与人畜禽粪便等富氮原料混合发酵； 二是定期补充添加尿素或碳酸氢铵等氮素物料。因此，户用秸秆沼气池有相应的两种发酵模式。

表 4-1　主要农作物秸秆碳氮比例