hcpf

正值中央大力支持可再生能源开发和新农村建设之际，2008年11月28日由农业部办公厅和国家发改委办公厅联合下发了农科办（2008）66号文。文件中明确指出“----高浓度厌氧消化工艺模式鼓励采用CSTR和HCPF厌氧消化器----”。何谓“HCPF”？它有什么特点？推广应用如何？现将有关情况作一介绍。“HCPF”是高浓度推流式沼气发酵工艺的英文缩写。它是农业部规划设计研究院于1981年在学习德国卧式机械搅拌沼气池技术的基础上，将“高浓度”技术引入而形成的一种新技术。1987年在北京窦店村建成100m3×4高浓度推流式沼气池，进料TS浓度为10％；九十年代又在上海市的万头猪场兴建了四座数百立方米的推流式沼气工程。以德国为代表的欧洲也在大力发展高浓度沼气发酵工艺！在将相邻农场畜禽粪便和餐厨垃圾等集中处理的沼气工程，多数采用高浓度全混合式沼气发酵工艺（即CSTR）；少数单一农场一般采用“HCPF”工艺。近年来美国农场沼气工程发展很快，在美国北方地区（纽约州、明尼苏达州、冬季平均气温零度以下）的奶牛场大都采用“HCPF”工艺（进料TS浓度一般为10～13％；处理规模1000～2400头奶牛）。近几年来，“HCPF”沼气工程发展很快，特别在北方寒冷地区。2006年10月份，由农业部规划设计研究院（简称农工院）承担设计的250m3×9“HCPF”沼气池建成投产，经过三年冬季零下35℃严冬的考验，正常运行至今。该工程的成功运行受到黑龙江省有关单位领导好评，许多沼气界人士前往参观。该项技术又在北京（图1）、黑龙江、内蒙古、山西、陕西、贵州、甘肃和天津等地推广与兴建。其中07年海南华富公司利用该项技术在黑龙江肇州壮大村建成250m3×8“HCPF”沼气池，并与20栋太阳能温室相结合、开展综合利用，经济效益颇丰。08年河南大地沼气开发公司在鸡西一猪场建成250m3×2“HCPF”沼气发电（75千瓦）工程。现将有关工艺技术作一介绍。图1：北京某农场100m3“HCPF”工艺及其卧式机械搅拌沼气池1、技术背景目前我国大中型畜禽场沼气工程多采用中温发酵的立式沼气池，由于受进料泵性能的限制其进料的干物质浓度（TS％）只有4～5％，需配兑2.5~3.5倍于发酵原料重量的污水，由于这部分污水也需要耗能加温，故其能量输出率η降低；又需设多级“予处理”以去除秸草等杂物，既加大工程投资，也加大了操作强度和运行成本；再之进料TS浓度低，带来悬浮物易上浮形成的浮渣也难以去除。发达国家为了治理牲畜粪便的污染和开发可再生能源，畜牧场（牲畜粪便+餐厨垃圾+等）沼气工程几乎都采用高浓度沼气发酵工艺！其进料TS浓度一般为10％；德国有的将青储饲料粉碎后掺入沼气池，使其进料TS浓度高达13～15％。2、HCPF工艺说明图2：HCPF工艺及其卧式机械搅拌沼气池示意图从“HCPF工艺及其卧式机械搅拌沼气池示意图”（图2）可见：畜禽粪便与配兑污水不需“予处理”而分别直接加入沼气池前端，并在机械搅拌和加热装置的共同作用下，沼气发酵产生沼气；沼气、沼液和沼渣分别由沼气管、溢料管和排渣管排出；每个沼气池的机械搅拌装置的功率（根据每个池容积100~250m3的大小）分别为1.0~1.5Kw；加热装置的方式有，低压蒸汽锅炉的蒸汽直接喷入池内、热水锅炉或沼气发电机组的余热或太阳能热水器通过池内热交换器加热发酵液等。3、HCPF工艺及其机械搅拌卧式沼气池的特点3.1、进料TS浓度高由于畜禽粪便与配兑污水不需“予处理”而分别直接加入沼气池，可人为控制进料TS浓度的提高。3.2、实现了“推流”的效果当进料TS浓度偏低时，其只能沿池内沉渣的表面流动并很快到达出口，形成“短路”；其流态如同含有泥沙河水流动一般。只有在料液高浓度的条件下，配以合理的搅拌，才能真正实现“推流式沼气发酵工艺”的效果。3.3、没有浮渣去除的难题由于进料TS浓度高，悬浮物难以上浮形成浮渣；即使有少量浮渣也会被不断旋转的叶片将其破碎且压入发酵液中而被消化去除。3.4、能量输出率η高以奶牛场沼气工程为例，我国现有立式沼气池工艺：进料TS浓度为5％时，每吨鲜粪需配兑2.6吨污水；本工艺：进料TS浓度为10％时，每吨鲜粪只需配兑0.8吨污水。仅此一项对比，本工艺就可节约加热发酵液热能消耗的50％。加之附属设备少耗电少，故能量输出率η高。如果采用“热电联产”其工程能量输出率η可达60％。3.5、工艺简单、操作方便该工程没有“予处理”的设施和工序。3.6、减少了沼液外运的能耗由于进料总量减少一半以上，故沼液外运的能耗大为降低。3.7、组合式结构有利于标准化和工厂化由于我国大多数畜禽场规模不大，这种组合式结构有利于设计的标准化和非标设备的工厂化。4、结束语为了改善畜牧场周边环境的污染和开发可再生能源，全国各地正在兴建和拟建一批大中型“能源生态型”沼气工程。采用何种沼气发酵工艺？值得我们重视！在借鉴国外先进技术和全国上下齐抓“节能降耗”工作的今天，黑龙江省海林农场的高浓度推流式沼气发酵工艺（HCPF）及其大型沼气工程的成功运行，为大幅度提高“能源生态型”沼气工程的能源效益提供了一个及时、可行和有益的“思路”。高浓度推流式沼气发酵工艺（HCPF）及其机械搅拌卧式沼气池，具有节能降耗、能量输出率η高、工程投资较低、运行管理方便和适合多种固体有机废物处理的特点，尤其适用于以畜禽粪便为原料、开发可再生能源（沼气）及其综合利用为目的的“能源生态型”沼气工程。参考文献：［1］胡启春宋立.奶牛养殖场粪污处理沼气工程技术与模式［J］.中国沼气，2005，23（4）：22~25.［2］中国奶业协会，等.奶业与生态环境国际论坛报告及论文集［C］.大连，2005.［3］周孟津，等.沼气发酵工艺的发展［A］.中国沼气十年［C］.北京：中国科学技术出版社，1990.65~68.［4］李长生