熱電肥聯(lián)產(chǎn)沼氣工程在養(yǎng)豬場的應(yīng)用

王奕陽　宋　波　何　煉

摘要：江蘇溧陽乾豐養(yǎng)殖有限公司是一家有飼養(yǎng)基礎(chǔ)母豬1200頭規(guī)模的豬場，年產(chǎn)商品豬25000頭。溧陽乾豐養(yǎng)殖有限公司沼氣工程是2007年農(nóng)業(yè)部大中型沼氣工程項目，2008年本沼氣工程投入使用，目前運(yùn)行狀況良好。本文介紹了溧陽乾豐養(yǎng)殖有限公司沼氣工程的工藝技術(shù)及其特點，以及目前最先進(jìn)的熱電肥聯(lián)產(chǎn)沼氣生態(tài)模式。

關(guān)鍵詞：畜禽糞便；熱電肥聯(lián)產(chǎn)；一體化；綜合利用

1 前言

江蘇溧陽乾豐養(yǎng)殖有限公司位于溧陽市天目湖鎮(zhèn)，是一家有飼養(yǎng)基礎(chǔ)母豬1200頭規(guī)模的豬場，年產(chǎn)商品豬25000頭，該養(yǎng)殖場日產(chǎn)豬糞18噸（TS20%）。建設(shè)年產(chǎn)萬噸的配合飼料廠，年產(chǎn)千噸的復(fù)合益生微生物制劑廠和有機(jī)肥廠。

本項目應(yīng)用沼氣技術(shù)對該養(yǎng)殖場的畜禽糞便進(jìn)行資源化開發(fā)和多層次利用，既制取了優(yōu)質(zhì)氣體燃料，又可開發(fā)再生飼料和優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料，同時治理了污染，凈化了環(huán)境。通過沼氣這個紐帶，多層次循環(huán)利用有機(jī)物資源，把養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)和加工業(yè)各項生產(chǎn)中的能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)循環(huán)有機(jī)地結(jié)合起來，提高了能源和資源的利用率，形成協(xié)調(diào)、轉(zhuǎn)化、再生、增殖的良性循環(huán)。

2 工藝流程

溧陽乾豐養(yǎng)殖有限公司熱電肥聯(lián)產(chǎn)沼氣工程流程框圖如圖2-1。

2 沼氣工程主要建設(shè)內(nèi)容

本工程包括預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧發(fā)酵與沼氣貯存系統(tǒng)、沼液貯存、沼氣凈化系統(tǒng)、沼氣發(fā)電及余熱利用系統(tǒng)等。

2.1 預(yù)處理系統(tǒng): 勻漿池一座: 100m3

2.2 厭氧發(fā)酵與沼氣貯存系統(tǒng): 產(chǎn)氣貯氣一體化厭氧發(fā)酵罐一座: 1000m3（厭氧罐）＋300m3（貯氣柜）

2.3 沼液貯存: 沼液貯池一座: 700m3

2.4 沼氣凈化系統(tǒng): 罐內(nèi)脫硫系統(tǒng)一套

2.5 沼氣發(fā)電及余熱利用系統(tǒng): 沼氣發(fā)電機(jī)組一臺：80kW，余熱回收增溫系統(tǒng)一套

3工藝特點

3.1 厭氧進(jìn)料濃度

采用目前國內(nèi)外最先進(jìn)的熱電肥聯(lián)產(chǎn)沼氣技術(shù)，要求厭氧進(jìn)料的濃度較高，TS濃度不能低于于8%。鮮豬糞濃度一般TS在20％左右，污水調(diào)配勻漿后TS濃度為10%。

3.2 酵溫度與停留時間

考慮到能量的平衡和目前國內(nèi)沼氣發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率與余熱回收利用效率，本沼氣工程厭氧發(fā)酵溫度采用中溫35～38℃，這樣發(fā)電機(jī)組回收熱量能夠使厭氧物料達(dá)到設(shè)計溫度。為了提升厭氧發(fā)酵的衛(wèi)生效果，有利于對人畜共患病菌的消毒和滅活雜草種子，本工程厭氧發(fā)酵HRT為25天。

3.3 厭氧發(fā)酵工藝

3.3.1厭氧反應(yīng)器的工藝

從以上列表可知，各種類型的厭氧反應(yīng)器各有其優(yōu)缺點和使用范圍，在一定的條件下選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)器型式是厭氧處理工藝成功的關(guān)鍵所在。本工程厭氧物料為高濃度豬糞廢水，因此，選擇完全混合厭氧反應(yīng)器（CSTR）是較為合適的，有利于節(jié)約投資；較長的水力停留時間也有利于糞污的分解與消化，沼氣的產(chǎn)量也相對穩(wěn)定，同時，更有利于項目的順利實施與運(yùn)行管理。

3.3.2 厭氧反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式

本工程采用產(chǎn)氣貯氣一體化厭氧罐（圖3-1），厭氧罐罐體采用lipp結(jié)構(gòu)，罐頂采用了雙層膜結(jié)構(gòu)代替密封頂，同時又作為貯氣柜使用。既節(jié)約了材料，節(jié)省了占地面積，又縮短了施工周期。采用罐體熱交換方式利用發(fā)電機(jī)組余熱增溫，高分子擠塑保溫材料進(jìn)行強(qiáng)化保溫。新型、高效、實用的一體化沼氣工程具有可靠性、安全性、低成本和適應(yīng)寒冷地區(qū)冬季正常運(yùn)行的優(yōu)勢。

罐頂雙層膜式貯氣柜由兩層膜組成。外膜用于保護(hù)和調(diào)控貯氣壓力，材料抗紫外線抗老化。內(nèi)膜用于貯存沼氣并使沼氣能夠穩(wěn)量穩(wěn)壓輸出，材料抗腐蝕。

3.3.3 攪拌

完全混合厭氧反應(yīng)器（CSTR）需有攪拌裝置，豬糞含有高濃度有機(jī)污染物和高濃度固態(tài)懸浮物，本工程厭氧罐總?cè)莘e為1000m3，容積較小。根據(jù)豬糞的組成特點及厭氧罐的規(guī)模，選用側(cè)攪拌機(jī)。側(cè)攪拌機(jī)具有安裝維修方便，操作簡單，攪拌效果好等特點。但側(cè)攪拌機(jī)攪拌空間有限，因此不適宜規(guī)模較大的罐體，或者粘度較大頂部易結(jié)殼的物料。

3.4 沼氣凈化

引進(jìn)德國農(nóng)場沼氣工程的脫硫技術(shù)，采用罐內(nèi)脫硫工藝（圖3-2）。罐內(nèi)脫硫原理是在適宜的溫度、濕度、pH和微氧條件下，通過脫硫細(xì)菌的代謝作用將H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或亞硫酸。生物脫硫既經(jīng)濟(jì)，又無污染，是化學(xué)脫硫的理想替代技術(shù)。

2H2S + 3O2 → 2H2SO3

2H2S + O2 → 2S + 2H2O

為較好的控制罐內(nèi)脫硫環(huán)境，采用SECOH空壓機(jī)，設(shè)備安裝簡便，硫化氫去除率>70%，運(yùn)行成本不到化學(xué)脫硫的1/3。

3.5 熱電肥聯(lián)產(chǎn)的高效模式

德國、丹麥等沼氣行業(yè)較發(fā)達(dá)的歐洲國家的經(jīng)驗表明: 大中型沼氣工程不僅具有生態(tài)、環(huán)保和社會效益，而且如果采用熱電肥聯(lián)產(chǎn)會具有更好的經(jīng)濟(jì)效益，這就是生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的魅力之所在。

本工程采用的就是這種以沼氣工程為核心，沼氣發(fā)電和有機(jī)肥生產(chǎn)為驅(qū)動力的大中型沼氣工程，即熱電肥聯(lián)產(chǎn)的沼氣工程模式。以豬糞為原料進(jìn)行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電，采用國產(chǎn)80kW專業(yè)沼氣熱電聯(lián)供發(fā)電機(jī)組，不僅有效地解決了沼氣的安全方便使用的問題，而且大大提高了沼氣能量的轉(zhuǎn)換率。目前，國產(chǎn)沼氣發(fā)電機(jī)可把沼氣中總含能量的30%左右的能量轉(zhuǎn)化成電能，每立方米沼氣可以產(chǎn)生電能1.80～2.00kW.h，40%左右可以以余熱的形式回收，沼氣的利用效率達(dá)到70%。圖3-3為國產(chǎn)熱電聯(lián)供發(fā)電機(jī)組沼氣利用效率圖。

沼氣發(fā)酵，不僅是一個生產(chǎn)沼氣能源的過程，也是一個造肥的過程。在這個過程中，廢棄物中95%以上的有害蟲卵、病菌被滅除，而作物生長所需的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，基本上都保存下來。 因此，沼液是很好的有機(jī)肥料。沼液中存留了豐富的氨基酸、B族維生素和某些植物激素，可用于植物防病治蟲。沼液輸送（管道、車輛）至飼料地、果園、苗圃、農(nóng)田等施肥用地，作為液態(tài)有機(jī)肥使用。

沼渣養(yǎng)分含量較為全面，是優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料。厭氧發(fā)酵后的出水中含有大量的固體物質(zhì)，經(jīng)過沉淀排渣過送至堆肥曬場生產(chǎn)固態(tài)有機(jī)肥料。

真正的做到“糞便資源化、污染減量化、治理生態(tài)化”，形成農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)。

4 結(jié)語

綜合利用畜禽糞便發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，是推進(jìn)畜禽標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖發(fā)展現(xiàn)代畜牧業(yè)的需要，是治理畜禽養(yǎng)殖污染保護(hù)生態(tài)環(huán)境的需要，是改善肥料結(jié)構(gòu)發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的需要，是開發(fā)新能源提高生活質(zhì)量的需要。推廣豬場熱電肥聯(lián)產(chǎn)配套模式，引導(dǎo)養(yǎng)殖場戶發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，綜合利用畜禽糞便，可發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實現(xiàn)畜牧業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。

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