鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)沼氣工程發(fā)展模式研究

李雪寒 溫春云 張廬陵

[摘要]本文就鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)沼氣工程發(fā)展模式進行研究，從生態(tài)經濟區(qū)發(fā)展沼氣工程的必要性，分析目前生態(tài)區(qū)內所存在的能源利用過程中存在的問題，對照國內外的先進沼氣工程應用模式，針對鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)生態(tài)建設的特點，提出適合生態(tài)經濟區(qū)的沼氣工程發(fā)展模式的相關建議，以期促進鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)的能源發(fā)展。

[關鍵詞]鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)；沼氣工程；發(fā)展模式

[中圖分類號]X382.1[文獻標識碼]A[文章編號]1674-6848（2012）04-0068-06

[作者簡介]李雪寒（1985—），女，廣西南寧人，江西農業(yè)大學工學院碩士研究生，主要從事農業(yè)生物環(huán)境與能源工程研究；溫春云（1988—），男，江西贛州人，江西農業(yè)大學國土院碩士研究生，主要從事污染防治與生態(tài)修復研究；張廬陵（1964—），男，江西南康人，江西農業(yè)大學工學院副教授，主要從事材料科學與工程、生物質及復合材料、材料熱行為、非線性科學及數(shù)學形態(tài)學研究。（江西南昌330045）

在全球要求發(fā)展低碳經濟、推動節(jié)能減排的驅動下，生物質能源以其含量巨大、可再生、具有普遍性、易取性、燃燒過程對環(huán)境污染小、可儲存和運輸、碳活性高、易燃的優(yōu)點，①在近20年來得到迅速發(fā)展，我國的生物質能源成為國家重要的戰(zhàn)略資源。特別是在廣大農村，探索新的農村生物質能源發(fā)展模式，不僅可以產生巨大的經濟效益、社會效益、生態(tài)效益，還能為農民提供潔凈能源，改善農村環(huán)境。鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)已經上升為國家戰(zhàn)略，要發(fā)展以生態(tài)為特色的經濟區(qū)，大力開發(fā)該地區(qū)的生物質能源成為關鍵。但是，在鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)內，生物質能源的利用率還很低。據調查，鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)每年有7000萬噸畜禽糞便及大量工業(yè)有機廢棄物成為水體的污染源，這些任意排放的廢棄物對生態(tài)經濟區(qū)內的地面土壤 / 湖區(qū)、濕地及地下水體造成嚴重的污染。①同時，農村地區(qū)的秸稈50%被直接燒掉或拋棄，這種粗放式的使用，導致大量秸稈能源利用效率低，浪費嚴重，產生的大量顆粒物和煙霧污染空氣，因此，現(xiàn)階段急需運用一定的技術和管理手段，尋求適合生態(tài)經濟區(qū)的能源發(fā)展模式，特別是沼氣工程的應用生態(tài)發(fā)展模式，恰當?shù)乩媒斩?、畜禽糞便等生物質能來發(fā)展沼氣，這是鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)利用清潔的可再生能源改善農村生態(tài)環(huán)境，實施新農村建設最有效的方法。

一、鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)發(fā)展沼氣工程的必要性及能源利用中存在的問題

（一）鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)發(fā)展沼氣工程的必要性

國務院正式批復的《鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)規(guī)劃》已經明確了生態(tài)經濟區(qū)的范圍：包括南昌、景德鎮(zhèn)、鷹潭3市，以及新余、九江、上饒、撫州、宜春、吉安的部分縣（市、區(qū)），共38個縣（市、區(qū)），國土面積為5.12平方公里。該區(qū)域占江西省國土面積的30%，承載了全省總人口的近50%。②生態(tài)經濟區(qū)面積廣，人口眾多，資源少，人均資源少，能源總量和資源的短缺必將成為發(fā)展的瓶頸，要擔負起科學發(fā)展、綠色崛起的神圣責任，發(fā)展適合該區(qū)的沼氣工程模式變得非常有必要性。

1．是鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)建設的要求

鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)建設的本質內涵是：特色是生態(tài)，核心是發(fā)展，關鍵是轉變發(fā)展方式，目標是實現(xiàn)科學發(fā)展，綠色崛起；③目標是：保護生態(tài)環(huán)境，爭取創(chuàng)建全國一流的生態(tài)示范區(qū)；主要的措施是：通過以水污染治理為重點，推進污水達標排放工程，嚴禁非法采砂工程，治理農業(yè)面源污染工程，提出節(jié)能降耗減排工程，加強自然保護區(qū)、森林公園及濕地保護工作等建設，實現(xiàn)“綠色生態(tài)江西工程”。要使污水達標排放，治理農業(yè)面源污染防治工程，現(xiàn)階段可行又有效的生態(tài)環(huán)保措施是進行厭氧消化處理技術，即通過發(fā)展沼氣工程的厭氧處理降低水污染程度，特別是濃度高的畜禽養(yǎng)殖場的糞便都需要采用沼氣工程處理，才能達到國家排放標準。

2．是緩解能源緊張、自然資源緊缺的需要

根據南昌市第一次農業(yè)污染源普查，種植業(yè)方面，僅南昌市耕地面積314萬畝，農作物秸稈年產量242.65萬噸，秸稈主要為家庭燃燒，直接還田和田間焚燒。養(yǎng)殖業(yè)方面，截至2008年底，全市生豬存欄213.43萬頭，生豬出欄343.09萬頭，家禽出籠4643.48萬羽，家禽存籠3324.31萬羽，全市共有畜禽場16027個，各類畜牧養(yǎng)殖小區(qū)191個，全市畜禽糞便年產量49.28萬噸，尿液年產量81.79萬噸。④如果這些污染源能夠充分利用為厭氧發(fā)酵原料，將緩解當?shù)剞r民及養(yǎng)殖戶能源緊張的問題，同時能夠防治農業(yè)面源污染。

3．是保護生態(tài)環(huán)境、減低碳排放量的需要

我國現(xiàn)階段的能源嚴重緊缺、消費結構不合理，主要以煤炭、石油、天然氣為主，而且絕大部分都依賴進口，這些能源的開發(fā)利用又是造成當今地球溫室效應的主要元兇，給人類的生存環(huán)境帶來嚴重的污染和危機。想要改善這個狀況，需要向能源多元化和可再生能源時代過渡，其中最佳選擇是開發(fā)生物質能。生物質能利用的碳循環(huán)零排放對解決溫室氣體排放問題有重要貢獻；同時,采用先進的生物質能利用技術可以消除農村傳統(tǒng)低效的利用技術以及秸稈就地焚燒引起的環(huán)境污染問題。

4．是改善農村能源結構生態(tài)環(huán)境、建設新農村的需要

沼氣工程是處理畜禽糞便的一種有效方法，它通過厭氧消化技術對畜禽糞便進行處理，產生沼氣、沼渣、沼液，實現(xiàn)畜禽糞便的無害化、減量化、資源化。沼氣為高品質的清潔能源，可用于農村炊事、發(fā)電、為大棚種植提供暖氣，如果充分利用起來，能改善我國的農村能源結構，解決因燃燒秸稈和薪柴等造成的森林覆蓋率低，土壤肥力下降，水土流失等問題。沼渣和沼液是優(yōu)質有機肥料，不僅可以減少化肥和農藥的使用量，還可以改良土壤，提高作物產量品質和抗寒抗病能力。自沼氣工程推廣以來，極大地促進了我國種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，提高了農民收入，改善了農村能源結構和生態(tài)環(huán)境，也有力促進了我國的社會主義新農村建設。①

（二）鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)能源利用中存在的問題

鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)是江西省重要的糧食產地和畜牧業(yè)基地，每年都會產生大量的農業(yè)廢棄物。至2009年，江西省年出欄生豬3000頭以上的養(yǎng)殖場已建368處，規(guī)劃2010～2015年新增1499處，平均每年新增299處。②2000年以后，隨著規(guī)模養(yǎng)殖和農業(yè)生產的迅猛發(fā)展，規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場產生的污染及農業(yè)生產過程中產生的廢棄物對環(huán)境的影響不斷加大，江西省按照污染防治、能源生產、生態(tài)農業(yè)發(fā)展的功能要求，實施了生態(tài)家園富民計劃、農村小型公益設施、生態(tài)環(huán)境綜合治理、農村沼氣建設國債項目等沼氣項目，迅速推進了江西省沼氣工程的建設和發(fā)展，至2008年底，僅在江西省已建設沼氣工程1951處。

目前，鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)的沼氣工程以戶用沼氣工程為主，畜禽養(yǎng)殖場的中型沼氣工程占少數(shù)。戶用及中型沼氣工程采用常溫常規(guī)的發(fā)酵工藝，發(fā)酵原料為單一的畜禽糞便，池型大多采用圓柱形。沼氣工程產生的沼氣主要供農戶的生產生活用能，而多余的沼氣則排放到環(huán)境中。江西省采用了南方典型的“豬-沼-果”生態(tài)模式，沼渣沼液一般直接用于種植和養(yǎng)魚，利用率較低，而且易造成二次污染。現(xiàn)階段生態(tài)經濟區(qū)在發(fā)展沼氣工程的過程中存在比較多的問題，其中最大問題是原來普遍采用的戶用型沼氣已經不適用。

1．重建設，疏管理

俗話說：“三分建，七分管。”可見管理在沼氣工程發(fā)展過程起著極其重要的作用。但是，由于我國南方沼氣工程管理與維護方面的技術不夠成熟、經驗欠缺，沼氣工程使用時間不長的現(xiàn)象還是比較普遍。調查發(fā)現(xiàn)，江西省2002年以前建的沼氣工程基本已經停用，后期建設的沼氣工程也經常出現(xiàn)一年好用，二年能用，三年停用的現(xiàn)象。雖然很多省份都引進了不少先進的管理經驗，如廣西的物業(yè)化管理模式、公司加農戶管理方法、農村服務隊（站）、專職技術人員等，但是，戶用型沼氣工程的管理方法在實施過程中還是有不盡人意之處，比如管理人員的工資沒有辦法發(fā)放。因此，提高管理水平是沼氣工程發(fā)展的重要保障之一。

2．溫度低，利用少

農村戶用沼氣主要采用常溫發(fā)酵的形式，在10～30℃范圍內，溫度越高，產氣量越大。據實驗數(shù)據表明，在溫度為10℃時盡管發(fā)酵了90噸，但產氣率只有30℃發(fā)酵27噸的59%。①而且，位于中國中部地區(qū)的鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)12月至次年2月日平均溫度多低于9℃，不利于沼氣發(fā)酵，一般全年正常有效使用時間為7～8個月，冬季時省部的北方沼氣池幾乎處于閑置狀態(tài)，農戶也沒有辦法享受到沼氣工程帶來的便利。如何在冬季提高產氣率，這是在進一步推廣過程中需要解決的技術難題。

3．少人員，缺原料

鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)內用于發(fā)酵的原料比較單一，幾乎都是依靠畜禽糞便。而且，隨著農村勞動力的轉移和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，集約化養(yǎng)殖業(yè)大規(guī)模發(fā)展，導致農戶分散、養(yǎng)殖數(shù)量日益減少，有些農戶甚至常年不養(yǎng)殖畜禽，而秸稈等原料需要預處理，用戶都覺得比較麻煩，因此，缺少發(fā)酵的原料，很多3、4年前建起來的戶用沼氣池，現(xiàn)在因為沒有原料而成為荒池。發(fā)酵原料的短缺嚴重影響鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)戶用沼氣的發(fā)展。

4．模式單一，發(fā)展受局限

在鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)內，絕大多數(shù)的沼氣建設都是以單個農戶為主，其余的少數(shù)畜禽養(yǎng)殖場也是因為超出國家規(guī)定的畜禽糞便排放量，才進行中型沼氣工程建設，其中大多數(shù)為能源環(huán)保型的，如贛州市章貢區(qū)很多沼氣工程都是在原有戶用沼氣池的基礎上放大，發(fā)酵工藝比較粗放，導致產氣率不高。有的畜禽糞便發(fā)酵的沼氣用不完，產生的沼渣沼液又任意排放到周邊，造成二次污染，建造的目的完成卻沒有達到保護生態(tài)環(huán)境的要求。能真正達到商品化經營的沼氣工程幾乎少之又少，有的只能基本上達到自給自足的狀態(tài)。如何因地制宜地發(fā)展沼氣模式成為迫切需要解決的難題。

江西省沼氣工程產生的沼液沼渣89%都直接用于農田和果園的施肥。這種生態(tài)模式在一定程度上解決了沼渣沼液對環(huán)境的二次污染，很好地實現(xiàn)了變廢為寶的目的。但是，隨著季節(jié)的變化，農田和果園對肥料的需求也在變化，夏季農田作物種植量大，果樹處在生長旺盛期，需要大量的肥料，可以吸收沼氣池產生的沼渣沼液；而在冬季，由于農作物減少，果樹進入休眠期，對肥料需求少，很難消化沼氣池產生的所有沼液沼渣，這些多余的沼渣和沼液就會再次污染環(huán)境。

二、國內外成效顯著的沼氣模式

厭氧發(fā)酵技術在我國經過近20年快速發(fā)展，已經探索出如“三結合”、“四位一體”、“五配套”等適合各地發(fā)展的模式，推出很多試驗成功的沼氣生態(tài)模式，國外歐洲各國的大中型沼氣工程也已達到技術相當成熟的程度。其中比較成功的案例不乏創(chuàng)新點。

（一）浙江金華市的聯(lián)戶沼氣模式

金華市在2004年開展聯(lián)戶沼氣試點工作，取得很好的效果，規(guī)模不斷擴大，在2009年已建成15個農村聯(lián)戶沼氣示范點。（如圖1）②通過此模式，可以解決戶用型沼氣原料缺少、人手不足、管理不規(guī)范等問題，讓農民用上清潔的可再生能源。

（二）北京德青源熱、電、肥聯(lián)產工程模式

位于北京延慶縣的全國最大的沼氣發(fā)電廠是德清源沼氣并網發(fā)電工程，該生態(tài)園是目前亞洲單場存欄最大的優(yōu)質雞蛋生產基地，每天產生雞糞210余噸，排出生產生活污水270余噸。為解決雞糞及廢水問題，德青源采用世界一流生物發(fā)酵技術和燃氣發(fā)電技術，將雞糞和廢水用來生產沼氣，沼氣再用于上網發(fā)電，發(fā)電機組余熱又用于厭氧罐增溫和蔬菜大棚供暖，整個系統(tǒng)的能源利用率達到80%以上。此外，沼液還可作為優(yōu)質液態(tài)有機肥用于2668萬m2蘋果園、葡萄園和飼料基地，熱電肥模式實現(xiàn)了養(yǎng)雞場廢棄物零排放和資源的循環(huán)利用。①

（三）陜西澄城縣沼氣合作社服務模式

2008年5月，“澄城縣眾友沼氣農民專業(yè)合作社”注冊成立，該合作社主要開展沼氣工程建設、技術培訓、產品安裝、維護管理、沼氣安全應急處理、配件更換、故障排除、新技術研發(fā)推廣、“三沼”綜合利用示范等服務項目。合作社結合國家鄉(xiāng)村服務網點建設項目的實施，同時沼氣村設立30個“沼氣服務網點”，以上下聯(lián)動、各負其責的沼氣服務體系，服務了全縣1萬多口沼池，解決了大部分農民在沼氣利用方面的知識缺失。②利用這個模式能夠解決服務人員保障無著落，運轉經費無來源，沼氣服務不長久，難以很好發(fā)揮作用等問題。因此，值得在比較分散的地區(qū)進行推廣。

（四）廣西田陽縣秸稈沼氣集中供氣工程運行模式

此項目的工藝技術路線如圖2所示，采用的是全進全出、批量式進料的工藝發(fā)酵，同時解決秸稈發(fā)酵傳質效果較差的難題，并擁有輸送沼氣系統(tǒng)穩(wěn)壓穩(wěn)定的送氣技術。③其創(chuàng)新點在于：建立以農村秸稈剩余物為沼氣池發(fā)酵原料，探索低碳的沼氣集中供氣循環(huán)經濟利用、發(fā)展生態(tài)環(huán)保的創(chuàng)新模式。

（五）德國及瑞典大型CSTR熱電聯(lián)產模式

歐洲發(fā)展沼氣工程的主要目的就是獲取能源，提高原料產氣率是沼氣工程的主要任務，因此，高濃度有機廢棄物聯(lián)合消化工藝（CSTR）成為歐洲發(fā)展沼氣工程的主要工藝之一。歐洲沼氣工程所用的原料是混合型的，其中的原料有工業(yè)廢水廢渣、畜禽糞便，同時也包括生活垃圾、玉米秸稈等，CSTR工藝可以對這些原料進行預處理，調節(jié)進入CSTR反應器的原料的TS濃度在8~13%范圍內，使各種原料達到最大產氣率（不同種類畜禽廢污的產氣率在0.25~0.5Nm3）。④沼氣進入熱電聯(lián)產系統(tǒng)后，產生的電能并網賣給當?shù)赜脩簦l(fā)電產生的熱能用于加熱原料。沼液COD濃度和TS濃度含量高，一般不經固液分離直接用于農田施肥。目前，歐洲大部分的沼氣工程已開始進入智能化全過程系統(tǒng)控制和優(yōu)化的階段。

三、探索適合鄱陽生態(tài)經濟區(qū)的沼氣工程發(fā)展模式

江西位于我國中部，農業(yè)生產仍然是農民收入的一大支柱，現(xiàn)有作物秸稈生產量巨大，也有一部分小型養(yǎng)殖場的畜禽糞便亟待解決。而鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)內農業(yè)生產產生的秸稈等副產物要是能充分利用起來，其能源效益將是非?？捎^的。因此，借鑒聯(lián)戶沼氣工程模式比較適合鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)農業(yè)生態(tài)能源的發(fā)展。

黃振俠等人研究了江西省吉安市農村小型沼氣工程集中（聯(lián)戶）供氣模式之后，認為聯(lián)戶模式有助于解決傳統(tǒng)戶用沼氣面臨的發(fā)展及推廣方面的障礙。①國家也在2007年頒布了《養(yǎng)殖小區(qū)和聯(lián)戶沼氣工程試點項目建設方案》，用于推廣聯(lián)戶沼氣工程的實施。聯(lián)戶型沼氣工程模式也分秸稈原料型和畜禽糞便原料型，可以滿足非養(yǎng)殖區(qū)的秸稈等農作物和小型養(yǎng)殖場畜禽糞便的處理利用。

雖然目前我國農村聯(lián)戶沼氣工程還缺少相關技術或實踐指導,有些地區(qū)因為缺少經驗而不敢探索、推廣；但是，也不乏成功推廣的地區(qū)，比如浙江省江山市淤頭鎮(zhèn)建設了一批中型聯(lián)戶沼氣池，共計278個。除此之外，淤頭鎮(zhèn)還建設了4個大型聯(lián)戶沼氣集中供氣工程，建成后單個工程可以供100戶以上的村民使用沼氣。與戶用沼氣相比，聯(lián)戶沼氣的規(guī)?；潭容^高，管理較為便利，政府資金支持相對較多，收益更大，農戶更容易接受，技術和市場的創(chuàng)新空間大，因而具備的優(yōu)勢更明顯，有更為廣闊的發(fā)展前景。②聯(lián)戶型沼氣模式值得在生態(tài)經濟區(qū)內推廣。

聯(lián)戶沼氣工程模式相對于戶用型沼氣工程需更多資金的投入和更多技術嫻熟的管理人員的參與。聯(lián)戶沼氣工程要在鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)內推廣，必須得到農民及養(yǎng)殖戶的接受認可，需要政策上的引導支持，政府的資金支助，農民的積極參與，更需要有聯(lián)戶沼氣工程標準化的規(guī)劃、設計、建造、運行使用方面的技術投入。總之，在生態(tài)經濟區(qū)進行經濟建設的同時，我們更應該注重生態(tài)建設，保護環(huán)境。厭氧技術的沼氣工程系統(tǒng)，必將為生態(tài)建設貢獻一份力量。

①樊沖、汪軍：《生物質能的利用技術》，《農村能源》2010年第8期。

①張廬陵、鄭建鴻、李雪寒等：《鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)沼氣工程系統(tǒng)的構建與經濟發(fā)展的戰(zhàn)略研究初探》，《鄱陽湖流域農業(yè)與生態(tài)研究》2010年第6期。

②《國務院正式批復〈鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)規(guī)劃〉》，《城市規(guī)劃通訊要聞》2010年第1期。

③《中共江西省委書記蘇榮在鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)動員大會上的講話》，《江西省人民政府公報》2010年第4期。

④郭子東、吳勇明：《發(fā)展農村沼氣，打造南昌低碳農業(yè)》，《江西農業(yè)》2010年第1期。

①趙立欣、董保成、田宜水：《大中型沼氣工程技術》，化學工業(yè)出版社，2007版，第5-6頁。

③賈曉菁、賈仁安、王翠霞：《自然人造復合系統(tǒng)的開發(fā)原理與途徑——以區(qū)域大中型沼氣能源工程系統(tǒng)開發(fā)為例》，《系統(tǒng)工程理論與實踐》2010年第4期。

①林聰：《沼氣技術理論與工程》，化學工業(yè)出版社，2006年版，第28-30頁。

②陶衛(wèi)平、蔣正明、張安來等：《淺談農村聯(lián)戶沼氣利用技術》，《中國沼氣》2010年第3期。

①李鳳桐：《北京地區(qū)沼氣工程利用現(xiàn)狀及分析》，《陽光能源》2009年第4期。

②王晨光、楊栓鎖、張振峰：《陜西省澄城縣沼氣合作社服務模式》，《農業(yè)工程技術(新能源產業(yè))》2010年第8期。

③田陽縣林業(yè)局：《廣西田陽縣秸稈沼氣集中供氣工程運行模式與管理經驗》，《農業(yè)工程技術（新能源產業(yè)）》2009年第6期。

④王淑寶、張國棟、曹曼：《歐洲大型沼氣工程技術國產化方法探討》，《中國沼氣》2009年第2期。

①黃振俠、朱軍平、劉艷琴等：《新農村沼氣建設的現(xiàn)狀分析和發(fā)展對策——以江西省吉安市農村沼氣發(fā)展為例》，《江西農業(yè)學報》2008年第3期。

②倪丹成、魏星：《農村聯(lián)戶沼氣工程可行性研究及經驗》，《中國環(huán)保產業(yè)》2010年第4期。

責任編輯：王俊