沼气发酵产物的综合利用

农业环境科学学报2007，26(增刊)：176—180JournalofAgro-EnvironmentScience沼气发酵产物的综合利用朱磊，卢剑波(浙江大学生命科学学院农业生态研究所，浙江杭州310058)摘要：随着畜禽养殖业的集约化，畜禽粪便的排放越来越集中，大大超过了当地环境的承载能力，对于当地居民的健康和养殖场本身的可持续发展都带来了巨大的压力。为此以对浙江省海宁市同仁养殖场和三联养殖场的调查分析为基础，同时引用其他方面的实例，介绍将畜禽粪便的发酵产物包括沼气、沼液和沼渣综合利用的方式：利用沼气作为燃料，利用其来保鲜水果和发电；利用沼液作为有机肥直接灌溉到农田中，或用作叶面肥，还可以利用沼液来浸种；利用沼渣直接作为有机肥，用来栽种蘑菇或将其加上添加剂制作成有机肥出售。总之，通过对畜禽粪便的发酵，以及对于发酵产物的综合利用，实现了物质和能量的多级利用，有利于可持续发展。关键词：沼气；沼液；沼渣；综合利用；可持续发展中图分类号：X713文献标识码：A文章编号：1672—2043(2007)增刊一0176—05IntegratedUtilizationofFermentationProductsfromBiogasGeneratorZHULei，LUJian-bo(AgroecologyInstituteofLifeScienceAcademy，Zh~iangUniversity，Hangzhou310058，China)Abstract：Alongwiththeanimalhusbandrypatternhasbeenchangedfromextensivebreedingtointensivebreeding，wastesfromthefarmingindustryhasreceivingmoreandmoreattention，asthepollutionmayoverruncarryingenvironmentalcapacity，causingheavypressuretolocalpeople’Shealthandsustainabledevelopmentofenvironment．TakingTongrenFarmofHainingCityandSanlianFarmofHainingCityandothercasesasexamplesthispaper，weintroducedseveralutilizationwaysofbiogas~rmentationproducts．Fermentationproductsincludebiogas，biogasliquidandbiogasresidue．Biogasisusedasfueltocook—ing，tokeepfruitsfleshandtogenerateelectricity．However，biogasliquidwasusedtoirrigatetofarmlandasthemanure，tospraytoovercropleavesasleafmanureandtopresoakcropseed．Inaddition，biogasresiduewasusedasorganicmanure，tofeedtheanimalorbeproducedasorganicmanureformarket．Inasimpleword，fermentationproductsfromanimaldung，mayhavemultilevelutilizationsinanaidofsustainabledevelopment．Keywords：biogas；biogasliquid；residue；integratedutilization；sustainabledevelopment随着我国人民生活水平的不断提高，对肉类食品的需求也在急剧地增加，传统的分散型养殖越来越不能满足人们对肉类的需要，集约化的大型养殖场应运而生。虽然集约化的养殖可以有效降低养殖的成本，更好地对畜禽进行防疫，但是由于畜禽养殖的过于集中，粪便的排放也相对集中，大大超过了当地环境的承受能力，给当地的环境造成了巨大的压力_1J。畜禽粪便对土地总体负荷警戒安全值以0．4为宜，而全收稿日期：2006—12—28基金项目：联合国粮农组织(FAO)资助项目(TCP／CPR／2904(A))作者简介：朱磊(1983一)，男，安徽凤阳人，硕士研究生，主要研究方向为生态工程(农业废弃物的综合利用)。E-mail：[e-mail]国总体平均水平已经达到0．49，对生态环境构成了明显的威胁态势J，同时也给当地居民的健康带来影响，制约了养殖场本身的可持续发展。由于畜禽粪便中含有丰富的生物质能，将其转化利用不但可以在一定程度上解决上述问题，而且可以获得能量，发酵产生的沼液、沼渣也可以作为很好的有机肥料胡J。于是，以畜禽粪便为原料的许多大型沼气发酵工程纷纷亮相，但不同沼气工程对于发酵产物——沼气、沼液、沼渣等的利用是不一样的，本文以浙江省海宁市的两项沼气工程(海宁同仁沼气发电工程和海宁市三联养殖场沼气工程)及其他一些沼气工程为例，综述发酵产物的各种不同的利用方式。维普资讯卷增刊农业环境科学学报浙江省海宁市同仁养殖场是海宁市重要肉猪生产基地。现存栏生猪3680头。根据同仁养殖场的养殖规模和废弃物排放，结合实际情况：一头生猪每天产粪量高达2kg左右，产尿约3．5kg，加上猪舍冲洗水每头每天1Okg，养殖场日粪便污水排放量为65t_9J。养殖场建有厌氧发酵池1000nl。及相关的配套设施，同时还有两台功率分别为5O和150kW的发电机。海宁市三联养殖场，常年存栏生猪3500头，年出栏商品猪1万头以上。养殖过程中产生了大量的猪粪尿和污水，日均在54．5t左右。三联养殖场建有沼气池510m。及相关的配套设施，铺设沼气管道约2000m，直接接到居民家中作为炊事使用。1沼气的综合利用沼气是有机物经厌氧发酵产生的混合性气体，主要成分甲烷(CH)约占沼气总量的55％～70％，另外还有二氧化碳(CO)、硫化氢(H：S)、一氧化碳(CO)、氢气(H：)等H。。。沼气具有很高的热值，可以作为燃烧燃料，同时也可将沼气充入水果储藏室，置换出里面的空气，减少氧气的含量，降低水果等的呼吸速率从而达到保鲜的目的等H。1．1沼气作为居民炊事的燃料在我国的广大农村地区长期以来一直使用麦秸、稻草、木柴等来用作炊事和取暖的材料，这样不但会造成对森林等的破坏，而且也会造成农村居民生活的不便，同时，大量的麦秸、稻草堆在房前屋后也会影响农村环境的整洁。海宁市三联养殖场沼气工程发酵产生的沼气经凝水、脱硫等净化处理后进人储气柜，再通过输气管道将沼气输送至农户家中作为炊事的燃料使用，现已有60余户农户常年使用该沼气工程输送的清洁能源——沼气。为了使本工程在经济上能够产生一定的效益保证工程的持续运行，所以在农户家中都装有沼气计量表，农户按照实际用的沼气的量交纳费用，每个月沼气使用量≤5In。时，价格为0．3元·m～；使用量5m。时，价格为0．6元·m～。由于目前的液化气价格比较高，这些使用沼气的村民每年的燃料费用仅相当于使用液化气的1／10，为农户节省了大笔的开支。另外，沼气的使用还显著地改善了周边农村的环境。1．2沼气发电沼气具有很高的燃烧值，仅用来作为炊事等的燃料，其利用范围就很窄，若将其转化为电能以后就大大扩大了它的利用范围。在浙江省海宁市同仁养殖场沼气发电工程有两台功率分别为50kW和150kW的发电机，发酵产生的沼气经过凝水器和脱硫器分别除去沼气里面含有的水汽和硫化物以后，再经过阻火器进入发电机中与一定比例的柴油混合后进行发电。50kW发电机发出的电能供养殖场本身和附近的农户使用，150kW发电机发出的电能供附近的一家砖瓦厂使用。经过一段时间的统计，参考相应的农户用电量，50kW发电机平均每小时的发电量为32．46kwh，每小时的平均用气量为2O．58m。，用油量为1．5kg，按照0．24kg柴油发一度电计算，1．5kg柴油可以发电6．25kWh，所以柴油对发电的贡献为19．9％，沼气对发电的贡献为80．1％，即1m。沼气可发电1．58kWh，优于通常情况下的1．2～1．5kWh。日产沼气500m。，用于发电，按每年正常产气320d计算，年产气16万m。，每立方沼气可发电1．58kwh，电价为0．656元·kwh～，每度电消耗的柴油为0．046kg，柴油的价格按5元·kg计算，每度电的固定资本转移为0．156元，所以每度电的成本为0．386元，每度电净利润约为0．3元，每年可创收7．58万元。养殖场的粪便经过发酵产生沼气，再将沼气中的能量转化为电能又重新被养殖场所使用，很好的实现了能量的多级利用。1．3利用沼气保鲜水果沼气除作为能源利用之外，还可作为一种保鲜气体，用于粮食、种子的灭虫贮藏和果品、蔬菜的保鲜贮藏，使被储藏物的呼吸强度降低从而达到保鲜的目的。在海宁市同仁养殖场，我们进行沼气保鲜葡萄的试验结果表明，沼气的加入可以使葡萄的腐烂速度减慢从而延长了葡萄的储存期。加入沼气的和没有加入沼气的葡萄在腐烂程度上的变化很明显：没有加入沼气的葡萄在放置15d以后就开始腐烂，而加入沼气的葡萄至少保存20d以后才开始腐烂，结果如表1所示。利用沼气来保鲜水果，要注意以下几点：首先，果品在采摘和储存的时候要尽量避免损坏，因为损坏的水果很容易腐烂，在储存时如果发现损坏的水果也要及时将其去除；其次，要控制好储存时的湿度，如果湿度过大也很容易造成水果的腐烂；最后，在沼气加入之前要将沼气进行脱硫，因为硫化物的存在会氧化水果表面，造成水果颜色的改变而影响色泽。2沼液的综合利用沼液的营养成分很高，但因投料量和加水量的不同，其养分含量都会有所不同m。一般情况下，人畜维普资讯朱磊等：沼气发酵产物的综合利用2007年3月表1沼气通入与葡萄腐烂的关系Table1Relationshipbetweenbiogasinputanddecayingdegreesofgrape粪便通过沼气池的厌氧发酵形成的沼液中，全c平均含量2．03mg·mL～，全N平均含量0．39mg·mL～，全P平均含量0．37mg·mL～，全K平均含量2．06mg·mL～，铵态N平均含量0．296mg·mL～，速效P平均含量0．073mg·mL～，速效K平均含量1．76mg·mL～，同时，还有l0多种金属离子¨。因此，可以直接将沼液作为有机肥灌溉到农田中，或者是把它作为叶面肥直接喷施均能达到很好的效果。还可以利用沼液来浸种，提高种子的出芽率和以后的生长能力¨，或者将沼液作为一种无毒、无残留的农药来防治农业病虫害¨。2．1沼液作为有机肥直接灌溉在浙江省海宁市三联养殖场沼气工程和同仁养殖场沼气发电工程分别铺设了2600m和1000m的管道，将发酵产生的沼液作为有机肥直接灌溉到附近的农田里。调查发现，经过沼液灌溉以后可以减少农田化肥的使用量，每年可以为当地农民节省1／3的化肥投入。同时，沼液的灌溉还可以改良土壤，改善农田土壤结构，增加土壤中有机质的含量，有利于土壤的可持续开发利用。在浙江省杭州市浮山综合生态场的研究表明，如表2所示，连续4a施用沼液的农田土壤有机质、全N、速效N、速效P和速效K的含量分别比施用化肥的高1．60％、0．116％、122×10一、171×10和43×10～，土壤密度下降了0．18g·cm～，而孔隙度提高了9．7％Ⅲ。表2连续4年施用沼液和化肥对农田土壤肥力和结构状况的比较Table2Comparisonofsoilfertilityandstructurefortreatedplotswithbiogasliquidandchemicalfertilizerappliedontofieldsfor4successiveyears2．2沼液作为叶面肥沼液除了作为有机肥直接施