关于农村沼气技术综合开发与利用的探索关婷卉

关于农村沼气技术综合开发与利用的探索关婷卉杨明富(邓州市农业局河南邓州474150:演川县农业局河南横川465150)近年来,沼气厌氧发酵技术作为解决畜禽粪便污染、改善农村生态环境的主要技术措施,产生了巨大的社会、环境、经济效益。为此,国家和地方各级政府通过多种渠道推进沼气发酵技术的发展和推广,积极构建以沼气厌氧发酵为核心,以农业种植、畜禽养殖及农村生态环境建设为一体的农业循环经济模式。截止到2010年底,全国农村户用沼气已超过4《XX)万户,年产沼气150亿立方米;建设养殖场沼气工程4.2万处,年产沼气5.8亿立方米。沼气厌氧发酵在我国农村地区节能减排及生态环境治理中发挥了巨大作用。但由于目前我国农村地区经济文化发展的不均衡性,沼气厌氧发酵技术的推广应用还主要集中在以沼气能源供给为主,其次为畜禽粪便及有机废水等污染物的削量减排等方面,但对于沼液、沼渣等发酵后的副产物仅作为一般的有机肥料使用,尤其是以单个农户体制下的自我供给使用。同时,由于我国农村地区养殖企业的集约化发展,养殖企业一般都远离现有的村舍,这些养殖企业虽然能够对畜禽粪便进行必要的厌氧发酵处置,但由于厌氧发酵自身的技术原因,其发酵产物都远远达不到相应的水质排放标准,而增加好氧、曝气等后继处理工艺将会增加养殖企业的负担,使本来就微利经营的养殖更是雪上加霜,由此往往导致养殖企业仅能在厌氧层面上对畜禽粪便进行初步的处理之后就进行排放,局部范围内的环境危害还是在所难免。沼气厌氧发酵液作为畜禽粪便厌氧发酵后的主要副产物,是畜禽粪便、秸秆等有机质经微生物代谢分解后形成的复杂有机物的水溶物,其主要成分不仅含有丰富的氮、磷、钾等营养元素和锌等微量元素,还含有大量各种形式氨基酸、维生素、糖类、核糖、赤霉素、叫噪乙酸等物质。根据资料研究表明,畜禽粪便类厌氧发酵产物不仅能提供农作物生长所需要的各种有机肥料成分,其还对农作物的防虫、抗病具有特有的作用,尤其是利用厌氧发酵液为基质可以杀死蚜虫、红蜘蛛等青叶类害虫和防止小麦白腐病、锈粉病、水稻镰刀球菌等真菌类病害,其作为畜禽粪便进行厌氧发酵处理的后继产业化加工和深层次利用不仅可以解决畜禽养殖企业粪便污染问题,以沼液为基础的液肥多层次综合利用,可以极大提高畜禽粪便处理工程的经济效益,降低养殖企业的经济负担,使厌氧发酵摆脱仅能进行有限沼气生产和畜禽粪便减害化处理的限制,延长生产加工产业链,将种植与养殖通过沼液的综合利用技术有机衔接在一起,实现种植、养殖业的生态化、资源化和无害化发展。·219·经济策论基于粪便+秸秆厌氧发酵综合技术对沼气产业化发展的重要意义,通过对邓州市积极开展“三段式太阳能增温沼气池发酵技术”和“沼液、沼渣在粮食作物生产中的利用”的探索,以粪便+秸秆厌氧发酵深层次综合利用为核心,联结畜禽养殖、农业种植两大农业生产基础形式的综合性示范工程,实现养殖污染零排放、化学肥料零供给、化学农药减半施用的现代农业生态发展模式,为我市养殖一沼气一种植探索出一条新的发展模式,取得了较好的效果,并具有较高创新性,其技术研究水平将进一步提高。1邓州市基本情况1.1自然、社会经济概况1.1.1自然地理概况邓州市地处河南省西南部南襄盆地中部偏西地区,全市总面积2300平方千米,耕地面积244万亩(1亩二667平方米,下同)。辖28个乡镇办,579个行政村,总人口156万,其中农业人口120万。我市四季分明,温度适中,日照充足,雨量充沛,气候湿润,年平均气温巧.1℃,年平均日照时数1986小时,年平均降水量724毫米,全年无霜期229天,适宜小麦、玉米、棉花、花生、红薯、大豆等农作物生长。1.1.2种植业发展状况2010年,邓州农作物播种面积为510.6万亩,其中小麦面积202万亩15.2亿斤(1斤=0.5千克,下同),玉米面积47万亩4.1亿斤;棉花面积45万亩,皮棉1.5亿斤;油料作物面积98万亩,总产5.4亿斤;蔬菜面积60.1万亩,总产199万吨。农业总产值分别完成90.4亿元和102亿元。1.1.3畜牧业发展状况邓州市是畜牧养殖大市,以饲养牛、猪、羊、鸡为主。2008年全市肉牛出栏量19100头,奶牛存栏量2500头,规模化养殖场840个(50头以上)。已形成了so个养殖专业村,8处养殖小区。1.1.4农村沼气发展特点及现状1.1.4.1农村沼气发展特点(l)资源品种多,但人均占有量少。我市除以生物质能为主外,还有太阳能、沼气、风能等。①品种较多,但总量少,并且商品能源煤、油、电、气大部分靠外来。②我市人多地少,据计算,秸秆人均量属稀少区。③由于属北亚热带季风型大陆性气候,年平均气温巧.1℃,四季分明,温差较大,因此风力属不可利用区。(2)生物质能为主,时空分布差异明显。在我市开发利用能源中,生物质能占总量的80%,地方性常规能源只占20%。1.1.4.2农村沼气发展现状2003年以来,在市委、市政府的高度重视和正确领导下,我市农村沼气工作得到长足发展,特别是农村户用沼气建设成为我市新农村发展的一个亮点,较好地改善了农村生·220·关于农村沼气技市综台开发与利用的探索态环境,提高了农民生活质量。止2010年底,全市已累计建设户用沼气池2万余座,发展粪便原料型沼气工程13处,其中国债项目建设7000户,通过省、市检查验收。为提高沼气建设的建后服务,已建立市级沼气服务中心和30处村级沼气服务点,配备沼气服务车辆、抽渣车、监测设备、维修工具,确保后期服务工作的顺利开展。随着我市社会主义新农村建设和农业结构调整,人们认识到减少环境污染,提高农产品品质,保护生态环境,发展生态农业的重要性和必要性,促使人们不断探索生态农业、环保农业、订单农业。根据我县资源状况,种、养水平已形成三大农业种植结构区。因此通过对沼气的技术研究,积极开展推广以“三段式太阳能增温沼气池发酵技术”和“沼液、沼渣在粮食作物生产中的利用”是节约能源,建设绿色能源县、保护生态的一项重要举措,尤其是对南水北调中线区域水质保证更为重要。2三段式太阳能增温沼气池发酵技术2.1三段式太阳能增温沼气池的结构特点三段式太阳能增温沼气池由酸化水解池、粪便发酵池、秸秆发酵池、太阳能暖棚、气体回流增压搅拌系统、供气系统六个部分组成。2.1.1酸化水解池酸化池是圆桶形砖混池子,直径2.8米,深2米,有效容积为10耐。酸化池内设搅拌器和抽料泵。酸化池的作用是暂存发酵粪液,在酸化池内可以对料液进行调节,使料液干物质浓度夏季达到6%左右,冬季达到8%一10%,达到发酵最佳浓度。同时利用发酵池内在沼液冲洗圈舍后,再次进人酸化池与原料(粪便十秸秆)混合,充分搅拌,使原料均匀,接种物充分。在酸化池内原料经过6一18个小时(随温度不同而不同),使原料充分酸化和水解,转化成易于被沼气细菌分解的物质,使原料一旦进人粪便发酵池,便能迅速被分解而产生沼气。2.1.2粪便发酵池该池为80耐顶返水常规水压型沼气池,设计池内最高压力1200毫米水柱,出料口为1.5x1.6m3门形结构,以便于大出料及维修通行。该池利用酸化池把已被酸化水解的粪液在进人前充分混人接种物,进入池内后迅速可进人产甲烷阶段。所产沼气上升至上部贮气室供农户利用,最大贮气量为15时,可供30户农户用气需求,该池还承担着输气保压功能,除其本身产生的沼气外,同时将秸秆发酵池所产生的沼气,通过气泵打人粪便发酵池,对粪便发酵池进行气体搅拌后上升到贮气室,供农户利用。最后粪便发酵池发酵的沼液进人秸秆发酵池,进行再发酵,同时为秸秆池补充氮素,促进秸秆池发酵产沼气。2.1.3秸秆发酵池该池紧靠粪便发酵池,为一体设计建造。是一个发酵容积100耐的红泥塑料气罩式沼气池,该池下部发酵池部分为砖混结构池体,上部为红泥塑料集气罩,内设喷淋装置,该池的发酵原料为各种农作物秸秆,由于秸秆为富碳原料,碳氮比高于30:1,所以将再221经济策论次利用粪便发酵池的富氮沼液,对秸秆进行调和,使碳氮比达到沼气发酵最佳比例20:1,达到秸秆最大产气量。2.1.4太阳能暖棚。在沼气池上方设置12mx15m的太阳能暖棚,进行增温和夜间保温。经测试,夏季棚内平均温度达到60℃以上,冬季棚内日平均温度可达到12℃以上。夏季沼气池内料液温度可达到40℃,比无增温、无增温棚沼气池(26一28℃)可增12一14℃,冬季料液温度可达到16一18℃,比无增温、无增温棚沼气池提高5一8℃,产气率夏季可达到0.6m,/耐料液,冬季可达到0.2m3/耐料液,夏季比常规沼气池提高100%,冬季比常规沼气池提高80%。2.1.5气体回流增压系统。该系统由红泥塑料气膜高低位控制器、粪便池气压控制器、增压机组成。其工作原理是秸秆池红泥塑料气膜达到一定压力时(安全压力上限),气泵启动,向粪便池输气,当红泥塑料气膜下降到一定程度,秸秆池存气达到安全下限时,气泵停止工作,当粪便池沼气用到压力下限时,气泵启动,当粪便池压力达到压力上限时,气泵停止工作。从而实现秸秆池沼气向粪便池合理转移,对粪便池进行气体搅拌并供给农户使用。2.1.6供气系统。供气系统由脱硫器、脱水器、阻火器、管道、开关阀门、计量器、灶具等组成,保证供气质量和用气安全。2.2三段式太阳能增温沼气池工艺流程三段式太阳能增温沼气池要实现粪便酸化水解、粪便发酵与秸秆发酵有机结合,解决了集中供气沼气池不能使用秸秆发酵的难题(图1)。图l·222·关于农村沼气技市综台开发与利用的探索3沼液、沼渣在养殖和粮食生产中的利用3.1养殖利用在沼气池一侧建设年出栏300头小型猪舍,存栏100头日产粪便2.5吨,利用沼液冲圈,粪便直接进人酸化池,进人粪便原料池,作为发酵原料。沼液中普遍存在着养殖杆菌。养殖杆菌的作用主要表现在以下几个方面:有助于食物消化。养殖杆菌能产生大量的消化酶,还能增加动物自身消化酶的分泌。这些都可以促进饲料的消化吸收,特别是饲料中草料等较粗糙部分。改善动物营养。养殖杆菌能合成多种维生素,如维生素B;、维生素B:、维生素B6、维生素B12等。产生抗菌物质。在抑制病原菌和刺激动物生长方面,某些养殖杆菌具有明显的抑菌活性。它们能产生多肤类和溶菌酶等生物活性物质,对病原菌和致病真菌产生的产生抑制作用。提高机体免疫功能,增强抗病能力。养殖杆菌可提高机体免疫球蛋白A的产量,在肠道内产生抗感染作用。产生过氧化物歧化酶,消除氧自由基的影响。机体在代谢过程中,形成的氧自由基是一种有害物质。养殖杆菌产生的大量的过氧化物歧化酶,有助于消除氧自由基的破坏作用。利用厌氧发酵所产生的沼液喂猪,可以使猪迅速增重。3.2粮食生产利用选择土地平整,有一定灌溉条件,集中连片种植,模式为小麦、玉米示范方200亩。以沼气厌氧发酵后的沼渣和部分沼液提供种植所需的营养肥料,摆脱对化学肥料的依赖,利用沼肥对土壤的改良作用改善现有土质富氮化、板结化的现状;使用以沼液为基质消除作物种植中的部分病虫害,增强作物抵抗力,减少化学农药的施用量,由此实现示范工程范围内畜禽粪便废物零排放、种植肥料零施用、农药减半施用的总体目标。利用沼气厌氧发酵后的原料,满足粮食生产过程中夏、秋两季的作物底肥需要,减少化肥施用量50%以上,通过液肥的生产追肥和叶面喷施减少生产过程化肥施用量的60%以上;作物生产期间通过沼液的使用减少化学农药使用量40%以上,建立以沼气厌氧发酵产物综合利用农业生态种植模式。同时通过示范工程实施完善本地的沼气物业化服务水平,建立沼气服务区域站,通过配套沼液抽取车、液肥运输车摆脱沼气池出料难、运料难、使用难的问题,推动该示范点无公害农作物的良性发展。该模式立足我国传统农业种植,以粮食高产、丰产和高质为出发点,建立以沼气厌氧发酵产物为原料,液肥和抗病杀虫剂使用为主导,集农田灌溉、肥料使用、病虫防治为一体的生态农业综合种植形式。实行就近转化原则,与农田相邻,沼液厌氧发酵产物通过收集集中后进人大田贮存池;同时配同建设农业供水水井及管道增压设备,管道增压设备将液肥产品或灌溉用水输送到灌溉系统中实现对农作物的喷施施肥、药剂喷洒和农田灌溉。使节水农业种植与生态农业种植紧密结合在一起,确保粮食作物的稳产、高产。适用于人口、耕地相对