生物质沼气产生的基本原理范文篇1

近年来，中国把农村沼气建设作为改变农村能源结构、恢复生态、改善环境和新农村建设的"六小工程"的重点内容来抓，农业部在总结各地经验的基础上，从2000年开始提出并组织实施了生态家园富民计划。各地以沼气建设为重点，与改厨、改厕、改圈相结合，引导推广北方"四位一体"、南方"猪沼果"、西北"五配套"等多种能源生态模式，建设生态家园，取得了良好的综合效益。在示范项目的推动下，带动了农村沼气的快速发展。截至2006年，全国农村户用沼气以近300万口/年的速度迅猛发展，已累计发展到2200万户左右［3］，年产沼气约90亿m3，受益人口7000万［4］。在改善农村地区卫生条件、保护生态环境、提高农民收入等方面已取得显著效果。然而目前沼气推广仍未达到规划要求［5］，部分地区已建成农村沼气工程也存在一些不容忽视的问题，实际运行效果不好。据统计，全国计建池1800万户时，真正好用并发挥作用的沼气最多不过60%［5］。究其原因除了受池型选择、技术推广、运行管理以及后续服务等因素影响外，沼气工程的直接经济效益对产业化的影响也是不容忽视。已往的研究大多是对沼气工程收益的正向报道［1，6－8］，一部分学者也只是认为沼气池直接经济效益并不显著［2，4，9］，出售温室气体减排量，可以获得额外资金收益［2，4，9］，而鲜见对其本与收益的详尽分析。文中通过对清洁发展机制(CDM)下农村沼气项目的直接经济效益以及提高项目市场竞争力和投资吸引力的相应措施进行分析，使项目发展由政府推动变为市场吸引，加快项目推广速度，改善运行效果。

1沼气池适用对象分类

在没有沼气工程的情形下，目前中国农村居民解决生活能源消费的途径依据所在地区和农民经济水平不同有4种来源:1)直接或间接使用化石燃料，如燃煤、液化石油气;2)使用秸秆等可再生生物质资源;3)使用薪柴等可再生生物质资源;4)用电等其它能源。

由于使用电或液化石油气等商业能源的农户通常处于城镇郊区，经济条件较好，不具备发展沼气的条件，因此在考虑沼气推广时主要考虑消费煤炭、秸秆和薪柴这3种情况。目前与此相关的农村生活能源消。

2农村户用沼气池经济效益分析

为便于分析，以一个标准的农村4口之家为例，养猪3～5头，日产鲜粪5～8．3kg，粪水30～50L，粪水浓度2%，COD为16000～18000mg/L，沼气工程采用国家推广的新式防渗太阳能保温型，设计容积8～10m3，产气率0．2～0．3m3/m3·d，全年正常工作，可产沼气380～450m

2．1沼气项目的直接经济收益来自以下三部分

(1)沼气燃烧效益(Pb):作为居民燃料，每立方米沼气可以替代2kg燃煤，以每池年产沼气400m3计，当农户原本燃煤时，每年可替代约0．8t燃煤［9］。无烟煤价格随地区和时间变化很大，按700元/t计算，可以节约560元;当农户原本燃用秸秆或薪柴等生物质原料时，这部分收益为零。

(2)沼液与沼渣效益(Pf):沼液与沼渣可以用来替代化肥农药并应用于养殖等，由于价格变动很大，预期可以节约农户450元的支出［4］。

(3)节约工时效益(PL):农户平均每年至少燃用2吨秸秆，包括收割、晾晒、运回码放至少需要5个工日;如果收集薪柴，全年至少需要7个工日。目前的零工价格在35～100元之间，以40元计，则节约劳动力价值分别为200和280元。当农户原本燃煤时，这部分收益为零。

2．2沼气项目的成本来自以下三部分

(1)建设成本(Cc):Cc=N×(1+R)n/n式中:N为工程投资，农村沼气工程的投资一般每户在3000～3500元，其中国家补助资金一般在1000～1200元［7〗。按每户自筹2000元，国家补贴1000元计;R为资金收益率，目前中国政府10年期的公债收益率为5．531%［4］;n为项目使用年限，按建成后使用15年计。可以得到:沼气池每年建设成本为448．5元，其中农户每年付出建设成本为299元。

(2)劳力成本(CL):新型沼气池自动进出料，每年有54m3的沼渣排出［10］。不建沼气池时粪便通常积攒于猪圈中，集中清运并堆肥，通常需要10个工日。由于农村没有固定地点处理沼渣，为改善农村环境卫生状况，需要及时清运到农田中并堆肥。折算至少需要18个工日，因此多支出8个工日的价值320元。

(3)肥料价值(Cf):不采用沼气池时，猪粪作为肥料价值200元。由此可得:沼气池年均直接收益R为:R=Pb+Pf+PL－Cc－CL－Cfa．当农户原本燃煤时，沼气池的收益为:R=41．5元;b．当农户原本燃用秸秆时，沼气池的收益为:R=－318．5元;c．当农户原本燃用薪柴时，沼气池的收益为:R=－238．5元同理，在国家每年补贴149．5元的前提下，农户的年均直接沼气收益R为:当农户原本燃煤时，191元;原本燃用秸秆时，－169元;原本燃用薪柴时，－89元。上述计算过程中大多数值采用的虽是估计值，但却代表了目前发展的平均水平。在目前情况下，沼气池建设具有很大环境社会效益，在经济上使用沼气的直接效益不高，对原本燃用秸秆或薪柴的农户而言是负收益。除了农村生活用能源缺乏的地区，沼气建设发展的动力更多依靠政府的推动和沼气池的间接效益，如改良土壤，增加产量［10］以及清洁卫生等环境社会效益。3CDM下沼气池经济收益分析

3．1沼气池减排潜力分析

减排量是由基准线排放减去项目排放，并考虑泄露的任何调整。

定义ER

emission

为工程项目产生的减排量:ER

baseline

为项目基准线排放;ER

project

代表项目自身的排放;

ER

leakage

代表项目产生的泄漏，则有［4］:ERemission=ERbaseline－ERproject－ERleakage

在农村沼气池项目中，基准线排放的是基于不存在沼气工程的情景下与沼气工程对应的活动的温室

气体排放量。沼气工程项目的基准线排放分为2部分:1)替代燃烧化石燃料和生物质原料所产生的CO2的排放;2)畜禽粪便引起温室气体排放。未实施沼气工程时，畜禽粪便引发排放的温室气体主要为甲烷。IPCC推荐了计算不同地区以及不同气候各种畜禽的甲烷排放因子，其中在亚洲的温暖地区(年平均气温高于15℃且低于25℃的区域)，每头猪的甲烷排放因子为4kg/a。中国南方的大部分地区属于温暖地区，每户沼气用户平均养4头猪，因为粪便和污水等导致的甲烷排放的量约为16kg/a，相当于336kgCO2当量［2］，人排泄粪便所产生甲烷因缺乏相应资料而未作考虑。除了甲烷外，养殖场还排放部分的二氧化碳。但是因为这部分碳的最初来源为生物质，因此，从碳平衡的角度来看，整个过程为零碳排放，不将其计入基准线排放。也有研究指出，猪粪沼渣用于稻田比使用农家堆肥可减少甲烷排放56．7～64．7%［11］。但这部分的减排量能否发生取决于沼渣的用途以及稻田之前所施用的肥料等，不好准确估算，此处计算沼气工程的排放基准线时不予考虑。相应的在计算沼气工程自身的温室气体排放量时，也不考虑沼渣等部分的排放量［7］。因此，定义ERbaseline为项目基准线排放;ERfuel为替代燃料产生的温室气体排放;ERCH4为畜禽粪便的甲烷排放，则:ERbaseline=ERfuel+ERCH4当农民原本用煤时，以沼气池年产沼气400m3计，每年可替代约0．8t燃煤。因煤炭使用导致的CO2排放因子为1．896tCO2/t煤［2］，则每年可避免CO2排放1．517t/a。为简化问题，对煤炭从矿井运输到农户的运输过程中的碳排放的减排未作考虑。对于原本燃用秸秆和薪柴的农户，使用沼气后节约下来的燃料作为生物质，通常被烧掉或自然腐化。所排放的CO2从碳平衡的角度来看，整个过程为零碳排放，不将其计入基准线。

生物质沼气产生的基本原理范文

关键词：沼液；养鱼；综合利用；研究趋势

中图分类号：X713；S963文献标识码：A文章编号：0439-8114（2016）22-5886-05

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.22.040

ResearchSituationandProspectofBiogasSlurryUtilizationinFishCulture

JINGDan-dan1，CHENYi-liang1，DAICheng2，LIPing-ping1

（1.CollegeofBiologyandtheEnvironment，NanjingForestryUniversity，Nanjing210037，China；

2.COFCOMeat（Jiangsu）Co.，Ltd.，Dongtai224200，Jiangsu，China）

Abstract：Treatmentandcomprehensiveutilizationofbiogasslurrygeneratedbyanimalmanurefermentationhaveattractedwideattentionofscholars.Thispaperintroducedthepresentsituationanddevelopmentprospectofresearchonbiogasslurryutilizationinfishculture.Theresearchstatuswasreviewedfromseveralaspects：activeconstituentsinbiogasslurry，mechanismoffishgrowthpromotedbybiogasslurry，fish-farmingtechniqueandbenefitbyusingbiogasslurry，potentialenvironmentalimpactandriskfromthebiogasslurryutilization.Basedonthose，researchdirectionsinthefuturewereproposed.

Keywords：biogasslurry；fishculture；comprehensiveutilization；review；researchtrend

随着中国畜禽养殖范围和规模不断扩大，畜禽粪污量随之增加。中国畜禽粪便产量2011年已达21.21亿t，预计2022年和2030年将分别达到28.75亿t和37.43亿t[1]，环境污染的风险日益增大[2]。厌氧发酵是一种成熟的、低成本、高效率的畜禽粪污处理工艺，产生的沼气是一种清洁能源，利用价值较高[3，4]。近年来，全国各地都在陆续兴建大中型沼气工程，以解决畜禽粪便的集约化处理并实现沼气能源的回收利用。厌氧发酵的产物还包括沼液和沼渣，沼渣脱水后可直接作为农用肥还田，或用于生产高效优质的生态型有机肥料[5]，进入市场销售，用于农作物肥料[6]、观赏性植物的栽培[7]及改良土壤[8，9]等。而沼液量往往很大，直接排放将对环境造成严重污染。沼液的处理处置已是解决“三沼”问题的重点所在。

如何处理和利用沼液，国内外专家学者进行了诸多探索。沼液制备水肥用于农作物种植[10，11]、沼液浸种[12]、沼液作为生物农药[13]、沼液用作猪鸡饲料[14，15]等方面已有较多文献报道，而且有学者进行了综述[16，17]。沼液养鱼也是一个重要的研究方向。从20世纪70年代末开始，中国科研人员即着手进行了沼液用于养鱼的试验[18]。尤其是近十年来，随着环境保护生态农业的快速发展，国内外诸多专家学者，因地制宜地开展了很多沼液养鱼的研究工作，获得了大量科学数据以及有益的经验和结论。本研究基于国内外的各种文献资料，系统地综述了沼液养鱼的研究现状，并提出未来的研究。

1沼液的有效成分

厌氧发酵的沼液成分十分复杂，其中含有大量水生物能够消纳利用的养分，（沼液典型营养成分见表1～表3），可以分为营养物质、微量元素、生物活性物质等3大类。①营养物。沼气发酵原料长期浸泡水中，原料中大分子物质由微生物降解，可溶性营养成分从固相转入液相，提高了沼液中的速效养分含量[19]。沼液可为养殖水体提供碳、氮、磷等营养元素，被浮游植物及饵料生物直接吸收利用，促使其快速繁殖，提高初级生产力。浮游植物生物量增加也可加强光合作用，释放氧气，改善鱼类的生活环境。②微量元素。沼气原料中所含的微量元素，如铁、锌、铜、锰等，这些元素是动植物体所必需的，可以直接或间接地为鱼类生长提供所需的微量元素。③生物活性物质。沼气发酵过程中微生物的复杂代谢产生具有生物活性的物质，如氨基酸类、B族维生素类、植物生长调节剂类、抗生素类等。沼液中多种氨基酸可补充鱼类在生长发育过程中对氨基酸的需求；B族维生素和生长调节剂能有效促进和刺激鱼类及浮游植物的生长发育；抗生素能有效抑制和杀灭养殖水体中的病原生物，增强鱼体的抗病能力，减少鱼病发生，提高成活率。

2沼液促进鱼生长机制

沼液可以为水中浮游生物提供营养，增加鱼塘中浮游生物产量，丰富滤食性鱼类饵料[30]，同时可减少向养殖水体施用大量尿素、碳铵等化学肥料带入大量的氮素危害正常生态环境，造成水体污染的问题，也能避免施用新鲜畜禽类便带来的寄生虫卵及病菌而引发的鱼病及损失，保障并大幅度提高效益[31]。

沼液促进鱼类生长的机理主要有两方面：①浮游植物吸收沼液中无机养分，在阳光参与下使其自身得到大量繁殖。浮游植物可直接作为滤食性鱼类的食饵，又可被浮游动物所z食，使浮游动物得到生长和繁殖，后者最终又是滤食性鱼类的食饵。有学者指出，用沼液养鱼后，鱼塘中的含氧量提高了13.8%，水解氮含量提高了15.5%，铵盐含量提高了52.9%，磷酸盐含量提高了11.8%，浮游生物量增长了12.1%，为鱼类营造了良好的水质环境[32]。②在水生生态系统中，微生物是连接非生物因素和生物界之间生产和分解的桥梁。在淡水水产养殖系统中，微生物活动具有更大的意义。Madhumita等[33]证实了施用沼液或者沼液配合饲料施用的鱼塘沉积物中异养细菌数量比施用牛粪或沼液配合无机肥施用异养细菌数量高。同时也表明了施用沼液的鱼塘沉积物―水体之间的相互作用比传统施肥鱼塘好。厌氧发酵残留物分离时，少量沼渣残留在沼液中，沼渣通过细菌的好氧和厌氧分解后产生的营养素及细菌均可被鱼类所利用。细菌除了被浮游动物和水体底栖小动物所摄食，进而被鱼类摄食外，也可直接被鱼类所摄食。沼液施加后各种营养成分的消纳以及食物链形成机制目前还未见报道，可以借鉴邵庆均等[34]有关猪粪水养鱼水体中食物链关系的研究。

3沼液养鱼技术

沼液是一种缓速兼备的有机肥，既可作鱼塘基肥，又可作追肥。沼液作为鱼池基肥应在鱼池消毒后、投放鱼种前进行，每公顷水面施入沼液3000～4500kg，一般不宜超过4500kg[35]。实际生产中，一般将沼液作追肥，利用沼液中富含的氨基酸、微量元素和速效氮、磷、钾等营养元素可直接被浮游生物吸收的特点，及时给处于生长期的浮游生物提供所需的营养物质，以保持养殖水体“肥、活、嫩、爽”，实现经济效益和生态效益。胡大彬等[36]在山区进行了沼液养鱼试验，施沼液4500kg/hm2作为基肥，4～6月每周施沼液3000kg/hm2，7～8月每周施沼液2250kg/hm2，9～11月每周施沼液1500～2250kg/hm2，利用此养鱼技术取得了平均产量和利润比常规养鱼方式增加10%以上的效益。左爱和[37]在新寨乡板山村张保宣的鱼塘进行试验，结果表明，用1000kg沼液培肥水质，在养殖过程中每天除投放所需饲料且每天泼撒沼液或沼渣100kg试验池产量5173kg/667m2比对照池（猪粪水）产量3990kg/667m2，增长1183kg，其增长率达28%，效果显著。

沼液养鱼中沼液的投加量、投加频率以及投加时机十分重要，沼液养鱼的技术要点归纳如表4。目前关于沼液养鱼技术的研究还不够系统和深入，经验性较强，科学性和理论性上还有很大的研究空间。

4沼液养鱼的效益

4.1提高产量，降低成本

水产养殖业面临的问题是颗粒饲料成本逐渐增加。而大量试验结果表明，利用沼液养鱼不仅减少了饲料用量，降低了鱼病的发生，而且提高了产量，保障并大幅度提高效益。江西省上高县沼气办公室[42]利用沼液沼渣进行养鱼，经过两年的应用，在水面均深1.05m的池塘内，每年净产成鱼481.6kg/667m2，较普通对照塘184.7kg/667m2多297.0kg/667m2，各类鱼的成活率较对照塘要30.0%～51.0%，净盈利为1603.3元/667m2，较对照塘819.5元/667m2要多783.8元/667m2；鱼的增肉倍数为7。陶朴良等[43]的研究表明，沼液养鱼使发病率明显降低，经济效益比传统养鱼提高10%～30%。董金锁等[44]等的研究表明，沼液养鱼与常规法养鱼相比，可节约精料40%，每公顷鱼塘增产450kg以上。龙胜碧等[45]利用沼液在稻田进行生态养鱼试验，结果表明，施沼液两个处理的稻田，鱼苗生长快，每公顷鱼产量分别比对照增产45.5%和49.8%；水稻每公顷比对照增产4.0%、5.1%；纯收入每公顷比对照增加1830.0元和1711.5元。Balasubramanian[46]用发酵原料为牛粪的沼液喂鱼，每3d饲喂1次，在不添加其他任何物质的情况下，经过125d，产鱼量为4826kg/hm2。

4.2鱼品质的改善

沼液通过肥水，增加水中细菌、原生动物以及浮游生物的生物量，而这些作为鱼类的高质量饵料生物，与人工饲料相比，具有更全面的营养成分。鱼类食用后其品质会有不同程度的提高或改善。张无敌等[47]研究表明，用沼气发酵残留物养殖的鱼类，比用鸡粪作对照养殖的同种鱼类，从鱼肉的营养成分来看，粗蛋白含量明显增加而重金属残留量比对照均有下降。采用全施沼液方法培育夏花鱼种和秋片鱼种，结果表明，沼肥养的鳙鱼、罗非鱼比鸡粪养的粗蛋白及氨基酸分别高0.5%、9.8%、0.18%和2.5%[18]。Mahadevaswamy等[48]用30kg/100m2兔粪发酵沼液作为池塘中鲤鱼的惟一饲料来源进行试验，经过120d的饲养，鱼产量为8.9kg/100m3，且鱼的色泽和口味都有改善。

4.3生态、环境、经济效益

沼气生产中，绝大多数沼气工程产生的沼液随意排放，造成二次污染，致使沼气产业发展停滞不前。沼液替代部分饲料养殖鱼类，为沼液随意排放导致的农业面源污染问题提供了消纳途径，同时给养殖场提供了更大更广阔的发展空间。“畜禽―沼―鱼”模式有机地将渔业和沼气与禽畜产业结合起来，实现了物质和能量的多层次综合利用，减少系统的无效输出，解决了沼液对环境污染的问题，同时获得所需的生物能源，间接起到保护生态环境的作用。此外，也克服了单纯生产沼气经济效益不高的弊病。

5沼液养鱼的潜在风险

5.1N、P等营养物质

研究表明，氮、磷是水体富营养化的限制性因素，当总氮在浓度0.5～1.5mg/L之间为富营养型，总磷浓度大于0.01mg/L时就有可能引起水体富营养化[49]。养殖期间若投加大量沼液进入水体可能会引起水体氮磷元素营养过剩，且大部分营养元素不能被水产品吸收而只能存留在水中或沉积在水体底部，当大量氮磷进入水体，在适宜环境下就会加速藻类和一些浮游生物的繁殖，形成水华或赤潮，水中的溶解氧被大量消耗[50]，反而对鱼类造成致命的伤害。鱼塘水质可能会超过国家渔业水质标准，进而在鱼塘换排水时进入养殖水域和污染周围环境。

5.2重金属

沼液对鱼类的影响还表现在其中的重金属上。少量的Cu、Zn等重金属离子是鱼类生长所必需的，但当鱼体内重金属累量超过正常发育所需要的最高容许浓度后就会对鱼产生毒害作用，抑制其生长和发育。尽管未见沼液在养殖过程带来的重金属污染问题的相关报道，但钟攀等[51]研究发现，在重庆地区采集的所有沼液中，As的总超标率达到60%，超标现象较严重，是沼液的主要污染重金属，此外还含有Cr、Hg、Cd等重金属。试验表明，沼液中Cu和Zn含量较高，沼液替代部分鱼饲料使用时，这些重金属可能被鱼类富集而进入食物链，其潜在危害不容小觑[52，53]。

5.3其他安全风险

受到原料和发酵过程影响，沼液的成分极其复杂。刘喜龙等[54]发现在厌氧发酵过程中，涉及的微生物数量巨大、种类复杂。其中，多数微生物既可以改变重金属在环境中的存在状态，使化学物质毒性增强，引起严重的环境问题，还可以浓缩重金属，并通过食物链而积累。畜禽排泄物厌氧发酵后四环素类抗生素和喹乙醇激素检出率也较高[55]。还有研究认为沼液可含有在多环芳烃[56]、二恶英[57]等持久性有机物。农用过程中，沼液直接作用于水体、土壤或农作物等，与食物链接触密切，对食品安全、环境与生态安全具有极大的潜在风险。

6沼液养鱼的研究趋势

沼液的利用当前主要集中在农作物种植方面，已取得不少研究成果和实践经验。而将沼液用于水产养殖，亦有其独特优势，是解决沼液综合利用、实现生态和经济效益的又一重要途径。沼液用于养鱼的研究尽管并不少见，但还不系统，多偏重经验性的研究和尝试，缺少理论和科学数据的支持。有诸多重要问题还需深入研究探讨，期待形成完善的理论与实践相结合的科学体系，将这些问题列举如下：

1）沼液促进鱼类生长的机制。主要包括沼液中有效成分的确定、沼液施用后养殖水质和水体生态的变化规律、沼液投加与鱼生长之间的定量关系以及沼液中有害成分对鱼类的毒理作用研究。

2）沼液养鱼精准施肥技术。沼液养鱼的施肥技术仅根据养殖人员的经验判断何时施用、施用量及施用次数等，这可能造成沼液施用的随意性和盲目性。

3）沼液施用对鱼品质的影响。目前的研究多停留在鱼产量提高、成本减少、收益增加等研究上，“沼液鱼”的营养价值和风味特征还未能有效挖掘，缺少科学数据的支持。沼液中所含重金属、激素、抗生素等有害物质的迁移转化及其在鱼体内的累积规律也缺少系统研究。

4）沼液的施用对水质、底泥和周边生态环境的影响有待长期观测和深入研究；建立沼液资源化利用的标准和技术规范体系，对沼液中的重金属含量和有害物质进行安全评价也很有必要[58，59]。

5）开发沼液综合利用的预处理技术，以去除沼液中的重金属、激素、抗生素等有害物质，可以从根本上降低沼液使用对生物以人体健康产生危害的风险。

6）沼液的浓缩对于降低沼液运输成本、促进沼液商品化（如制备肥水膏、水质改良剂等）意义重大，有必要对沼液浓缩前后其性质和效能的变化进行研究确认。

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生物质沼气产生的基本原理范文

摘要厌氧微生物直接对秸秆的降解消化能力较弱，用于沼气生产必须经过一个完整的原料预处理过程。秸秆不具有流动性，进出料困难，生产沼气需增加菌剂、氮素、揉切等多项技物支出，成为制约盐城市秸秆沼气发展的问题。通过成本测算和分析，重点提出了科学规划、实施沼气标准化并大力开展自主创新(包括联户供气工程、自研菌剂、引进新型反应器)等对策，为指导江苏省沿海地区秸秆沼气技术更大范围的推广提供了新的视角和依据。

关键词秸秆;沼气技术;存在问题;对策;江苏沿海地区

秸秆经揉切、加菌剂拌制、堆沤后入池厌氧发酵制取沼气在技术上已全面成熟，是目前最为有效并已取得不凡实绩的成功技术，自推广以来，有效地解决了秸秆的沼气化利用。但在实践推广中，也逐渐暴露出成本增加、技术普及不全面、后续管理脱节等不足，在盐城市的部分地区甚至根本无法顺利继续推广应用该技术。针对发展秸秆沼气的几个重点问题进行了分析，并提出相应对策，为秸秆沼气进一步推广提供参考。

1发展秸秆沼气的特点

秸秆沼气的原料广泛、充足，水稻、小麦、油菜、玉米、大豆等作物的秸秆及棉花壳、花生壳等都行;产气率高，新池启动能缩短3d的时间，一次装料可满足3~5口之家半年的生活用气需求，降低了劳动强度。操作工艺简单，成本低廉，而且产沼气后的沼渣还可以作庄稼肥料，可谓一举多得。通过对农作物秸秆沼气发酵与直接利用效益比较，得出沼气发酵与直接燃烧比较，提高了能量的转换和利用效率，秸秆沼气发酵比直接燃烧能量利用效率提高0.2~0.9倍。沼肥还田使农作物秸秆中的营养元素得到充分利用，减少了化肥的使用量，改善了农业生态系统内部的物质循环状况。长期施用沼肥的土壤有机质含量为2.17%、全氮量0.08%、密度1.189g/cm3、孔隙度55%，与施用无机肥的土壤相比，有机质、全氮、孔隙度分别增加0.8%、0.018%、6.3%，密度则下降0.199g/cm3。另外，常年施用沼肥的土壤中，土壤酶活性增强，土壤理化性状改善。总之，农作物秸秆沼气发酵，无论在能量利用、物质循环还是对生态环境的影响方面都比秸秆直接还田的效益显著[1]。

2秸秆沼气发展存在的主要问题

农作物秸秆细胞非常坚实，细胞壁的结构高度木质化，且细胞壁构成干物质的80%。其中的木质素作为秸秆细胞壁的主要成分，构成木质细胞壁的15%~30%。它在结构中含有生物化学上十分稳定的各种复杂结合形式，难于被一般微生物分解。尽管纤维素、半纤维素多糖类有机物质容易被微生物或酶分解，但是木质素与半纤维素在一起，将纤维素紧紧包裹在内，成为基质，阻止纤维素与微生物和降解酶的接触。另外，秸秆中无机盐含量都很低，而且明显缺乏钴、铜、硫、钠、硒和碘等元素。秸秆中的无机盐用粗灰分来表示，由硅酸盐和其他少量微量元素组成，含量大约为6%，稻草中的硅酸盐含量更达到12%以上。细胞壁中较高的硅酸盐含量，易造成秸秆原料的结壳，并严重影响秸秆正常的持续发酵。

在秸秆厌氧发酵产甲烷过程中，厌氧微生物直接对秸秆的降解消化能力较弱，导致水解过程缓慢、水解程度低，从而影响随后的酸化和气化过程，表现为作物秸秆的厌氧消化时间长、消化效率低、产气量少、投入产出效率差等，因此农作物秸秆用于沼气生产必须经过一个完整的原料预处理过程。相较于已成熟多年的传统沼气，秸秆沼气在拥有节能节本、产气含硫量低等多种优点的同时，必须增加菌剂、氮素、揉切等多项技物支出，成为制约盐城市秸秆沼气发展的最大问题;秸秆不具有流动性，无法进行连续消化，且密度小、体积大，进出料困难，生产效率低，大换料期间的供气、大出料等物管类问题也是发展秸秆沼气的另一瓶颈;此外，现有沼气反应器主要是畜禽粪便消化或污水处理用反应器，缺乏适合秸秆物料特性并能稳定、高效运行的专用反应器也是制约因子之一。

预处理成本测算为:一是典型户用沼气池。以现在比较普遍使用的8m3沼气池为例，需准备粉碎后的干秸秆400kg、碳酸氢铵20kg、绿秸灵秸秆预处理复合菌剂1kg(即1袋)，网眼袋50条。按碳酸氢铵700元/t、尿素1700元/t的价格计算，1个年产沼气350m3的普通8m3沼气池年均需氮素开支约为62元左右(按麦草、尿素计)。以1000kg/h功率的典型秸秆揉搓粉碎机9RQ-410A型揉搓粉碎机(北京合百意)为例，配用10.26kW的ZS-195型柴油机，处理年产沼气350m3的普通8m3沼气池秸秆原料耗油18.6元/h(3L/h，6.2元/L)，共需柴油开支为25元左右(按稻草计)。秸秆菌剂34.00元/kg，秸秆原料∶菌剂按400∶1的比例，年产沼气350m3的普通8m3沼气池约需3.36kg，需菌剂开支为114元左右(按稻草计)。塑料薄膜、网眼袋开支约10元，总开支为211元。二是典型秸秆沼气工程。以较小的50m3沼气工程为例，年产沼气12800m3，沼气原料麦秆、稻秆各占1/2，约需准备粉碎后的稻秆24576kg、麦秆23680kg，需添加尿素1225kg或碳酸氢铵3323kg、绿秸灵秸秆预处理复合菌剂120kg。按碳酸氢铵700元/t、尿素1700元/t的价格计算，年均需氮素开支最低约为2080元左右(按尿素计)。以1000kg/h功率的典型秸秆揉搓粉碎机9RQ-410A型揉搓粉碎机(北京合百意)为例，配用10.26kW的ZS-195型柴油机，耗油18.6元/h(3L/h，6.2元/L)，共需柴油开支为898元左右。秸秆菌剂34.00元/kg，总用量120kg，需菌剂开支为4080元左右。塑料薄膜、网眼袋开支约100元，总开支为7158元。三是秸秆沼气池的换料、出料及物管维护。经过10多年沼气生产企业的不懈努力，秸秆揉切粉碎、抽渣吸运、出料等配套机具已被全部研发成功。但是，这些配套机具虽不昂贵，但都是专具专用，农户自行购置不划算。秸秆技术优点很多，发酵剩余物经简单的过筛和短时间的堆肥即可用作园林肥料或农作物肥料;发酵前不需花费人力和设备将塑料、木块、沙石等捡出。但有的农户缺乏安全知识，由于闻不到普通沼气池内硫化氢的味道，就自认为无毒，擅自开盖维修，带来了安全隐患;沼渣等优质肥料不合理使用，作用没有充分发挥，效益打了折扣。目前，在秸秆沼气的推广实践中，预处理开支和秸秆进出料等物管费用是由沼气用户自行承担的，户用型最低需要添置498元抓卸器1台，并每年支付211元;沼气工程则需添置3项机械开支7080元，并每年支付7158元。过高的、没有被摊低的成本，降低了农民发展秸秆沼气的热情。

3对策

3.1科学进行秸秆沼气建设规划

在秸秆沼气规划中坚持正确的发展原则，一是坚持因地制宜、讲求实效的原则。在户用秸秆沼气建设方面，建设的模式、规模、速度要紧密结合当地实际，秸秆沼气与传统沼气相比，有成本上先天的劣势，在规划上必须严格错开，对有稳定的畜禽粪便发酵原料的地区，一般不鼓励发展;对种植业经济发展比较好的“三品”(有机食品、绿色食品、无公害农产品)生产基地和水产养殖区则要重点投入，不搞一刀切和盲目跟风。二是坚持示范带动和典型引路的原则。将秸秆转化为沼气(即秸秆常温气化)，其技术参照比较对象只能是存在投资高、热值低、管理难、易积焦等诸多难题的秸秆高温气化技术，秸秆沼气工程、技术总体上属于新生事物，要以各级示范村为载体，通过典型示范，不断总结经验，完善机制，逐步提高群众的认识程度，以此带动面上工作的开展。三是坚持建管并重、安全为先的原则。不断完善管理制度，提高管理水平，坚决克服重建轻管现象，建立完善秸秆沼气物业管理服务站(队、所)，确保秸秆沼气工程建设取得实效，让人民群众真正受益。禁绝沼气户自行出料现象，以避免安全事故，出料严格限定使用人工出料抓卸器和电动抓卸器，如使用多齿耙则必须加长手柄。四是坚持自觉自愿原则。沼气物业管理的管理者、服务对象都是农民，农民理解不理解、愿意不愿意、支持不支持是开展沼气物业管理工作的决定性因素。在试点中，必须充分尊重农民的意愿，在管理办法、服务内容、收费标准、管理员推选等的讨论中，让农民唱主角、让农民拿意见、让农民作决定。五是要体现优质气专用原则。秸秆沼气含硫量可低至50mg/kg，是可以不经洗气就可直接供沼气发动机使用的优质气，当作一般沼气作燃料体现不出它自身的价值。在僻远农区、水产养殖区要着重发展沼气电力和沼气热机，在市、县近郊有条件的点要逐步开展CNG(压缩天然气)试点工程建设。

3.2大力推进沼气标准化进程

严格规范的管理既是秸秆沼气标准化建设的重要内容，又是将沼气标准化落到实处的可靠保证。在秸秆沼气标准化建设上，重点是严格质量管理、检查和验收制度，实行“五统、四包、三卡”。“五统”即统一培训、统一安排施工人员、统一施工图纸、统一供应沼气配件、统一验收标准;“四包”即包建、包维修、包教会使用、建坏包赔偿;“三卡”即建立建池卡、验收卡、保修卡。加强工程建设的监督管理，组织专门管理人员驻村入户，监督、协调设备供应、工程建设质量和速度，督促施工单位和设备供应商做好售后服务[2]。

3.3自主推进秸秆沼气技术服务创新

秸秆沼气技术及服务的创新，是秸秆沼气技术能否成功推进的动力之源。盐城市在秸秆沼气推进的实践中，积极开展秸秆沼气配套技术的研发与推广，取得了一批重要的技术创新成果，并已用于江苏沿海地区秸秆沼气的推广实距中。一是针对户用池大换料期间的供气问题，在盐城地区主要探索了联户供气模式，多座户用沼气池共用1个贮气柜或多户输气管路并联进行调节供气，当其中某一户沼气池进行换料暂停产气期间，由共用贮气柜继续保持供气，确保了所有沼气用户能持续稳定用气。二是菌剂成本占到原料预处理成本的1/2以上，降低菌剂成本是能否推进秸秆沼气技术的关键。一方面积极引进菌剂自繁配方，鼓励沼气工程管理单位对菌剂进行简单自繁以节约成本;另一方面分离纯化筛选并经紫外线诱变获得纤维素酶高产木霉菌菌株ZQ1[生物学鉴定确定为真菌门(Fungi)、半知菌类(FungiImp-erfecti)、曲霉属(Aspergillus)]。以该菌株为有效成分的“沼气1号”菌剂成功研发推广并获得“江苏省政府科技进步三等奖”表彰，现正进行小规模试推广应用，麦秆型菌株ZQ3在盐城市科技局项目资助下也已开发成功，1t处理成本现已逼近北京化工大学李秀金秸秆化学药剂预处理法60元的水平[3-4]，典型50m3沼气工程实测仅需要约2900多元，可降低处理成本29.04%以上。三是消化引进了特氟龙涂布高效“卧式”厌氧发酵反应器。由于秸秆密度小、体积大、不具有流动性，入料后容易膨胀、飘浮，厌氧菌与物料接触不充分，营养传送和传热传质效果差。针对秸秆发酵这一特点，参考北京化工大学李秀金新型高效的反应器系统，并引进了特氟龙涂布工艺，设计安装施工的反应器内壁有优异的不沾性、极佳的耐磨性、极低的摩擦系数、优异的抗氧化腐蚀性，大大改善了导热传质装置的性能，进、出料也配套采用了螺旋和输送带，劳动强度大大降低，生产效率大大提高。

3.4多方争取政策支持，切实保障投入效果

一是加大政策扶持力度。省级财政应当增加沼气热机、沼气发电机的购置补贴资金，将沼气热机、沼气发电机等机具也纳入农机购置补贴范围;在沼气发电机、沼气热机的政府统一招标中要将生产厂家的售后服务水平和服务覆盖范围纳入应标的先决条件;将秸秆沼气利用纳入全市秸秆综合利用规划的细则当中，相关政策支持应“应享尽享”;交通管理部门应采取特事特办，对秸秆运输作业实行宽松政策，在规定时间内为秸秆运输开辟“绿色通道”，确保既能完成(下转第249页)

(上接第240页)

秸秆禁烧区秸秆收购任务，又不影响交通安全。二是设立沼气物业管理专项补助。沼气物业管理作为提供公共服务的机构，正常运作需要一定的费用，而盐城市农村还不富裕、农民承受能力还较弱，特别是在起步阶段，更需要加大政策扶持，在试点中，通过“政府补一点、沼气用户出一点、上级部门争取一点”的办法筹集物业管理费，并对沼气物业管理服务点购置的沼气池出料、沼肥运输、沼气池维修等机械设备给予重点扶持，为起步阶段尽快运行提供支撑，创造条件给予解决，这是开展沼气物业管理工作的关键。

3.5探索一条规模秸秆能源环境工程商业化发展的途径

一是研究现有的工程运行情况和综合效益，做出秸秆沼气技术的市场评价，找出影响商业化发展的政策、技术、融资、服务等方面的障碍。二是结合生产实际，研究秸秆的收集、处置、利用与生产2个系统科学融合的新系统，以降低秸秆沼气工程的综合造价及生产运行费用。三是研究能实现能源基本自给和生态良性循环的生态农场模式，在将建的试点验证。四是结合盐城市情况，研究几套适合不同县市的优化工程技术，选择资源和经济条件适宜的地点，建设商品化示范工程，为企业和投资者提供商品化工程展示的窗口。五是企业应以优质的产品服务于农村，以合理利润为目标。引入规范的市场竞争机制，发挥政府的指导作用，规范企业的生产、经营和服务行为，建立商品化沼气池的市场准入制度，建立良好的沼气产业。六是以企业为主体，联合高校和科研院所，加强沼气技术与产品的研究与开发，形成产、学、研发展格局，保证沼气事业的健康发展。

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