淺析天津地區(qū)生物質(zhì)沼氣的開發(fā)與利用

張凱 王東岳 康蘇媛 邊房 （天津市天人合環(huán)保技術(shù)研發(fā)中心 天津300451）

淺析天津地區(qū)生物質(zhì)沼氣的開發(fā)與利用

張凱 王東岳 康蘇媛 邊房 （天津市天人合環(huán)保技術(shù)研發(fā)中心 天津300451）

生物質(zhì)沼氣是國際公認的現(xiàn)代生物質(zhì)能源。天津地區(qū)生物質(zhì)資源利用率低且不合理。為了兼具能源開發(fā)和環(huán)境保護，生物質(zhì)資源的沼氣化利用勢在必行。目前，天津地區(qū)的沼氣產(chǎn)業(yè)主要發(fā)展3種模式，即戶用沼氣工程、“四位一體”模式和養(yǎng)殖小區(qū)建大中型沼氣池。隨著沼氣技術(shù)的開發(fā)和利用，其生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益日益突出?？傊镔|(zhì)沼氣的開發(fā)利用對天津地區(qū)統(tǒng)籌城鄉(xiāng)社會經(jīng)濟發(fā)展，改善農(nóng)村生產(chǎn)生活環(huán)境，改良農(nóng)民生活方式，提高農(nóng)民生活質(zhì)量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

生物質(zhì)能 沼氣 新能源 秸稈 畜禽糞便

近年來，隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境惡化問題的日益嚴重，開發(fā)潔凈的新能源已經(jīng)成為全球緊迫的問題。為了應(yīng)對日益嚴重的環(huán)境污染和能源危機，我國已在國家“十二五”規(guī)劃中提出：“積極發(fā)展太陽能、生物質(zhì)能和地?zé)崮艿刃履茉础?。在各種可開發(fā)利用的新能源中，生物質(zhì)能是比較安全穩(wěn)定的能源，也是僅次于石油、煤炭、天然氣的第四大能源。生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，包括木材及森林工業(yè)廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機廢棄物以及動物糞便等。[1]國家“十二五”規(guī)劃中提出：“新能源產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展生物質(zhì)能”。由于生物質(zhì)能兼具能源開發(fā)和環(huán)境保護的雙重功能，其開發(fā)利用已經(jīng)成為人們越來越關(guān)注的焦點。

生物質(zhì)沼氣是國際公認的具有科技環(huán)保創(chuàng)新前景的現(xiàn)代生物質(zhì)能源，其技術(shù)升級已經(jīng)在歐洲國家引發(fā)出新的“生物天然氣”產(chǎn)業(yè)。[2]近年來隨著政府對沼氣項目的大力扶持，“十一五”期間，天津市已在武清、寧河、寶抵、薊縣建成了戶用各類沼氣模式4.96萬戶；大、中型畜禽養(yǎng)殖沼氣工程50處；小型畜禽養(yǎng)殖沼氣工程100處；污水凈化沼氣池示范工程100處。[3]“十二五”規(guī)劃中也明確指出：“加強農(nóng)村能源建設(shè)，大力發(fā)展沼氣”。天津市大力發(fā)展生物質(zhì)沼氣，對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、改善農(nóng)民生產(chǎn)生活條件、減少環(huán)境污染、促進農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、鞏固生態(tài)環(huán)境建設(shè)成果和循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展都具有重要意義。

1 生物質(zhì)資源的不合理利用

我國生物質(zhì)資源豐富，秸稈和農(nóng)業(yè)加工剩余物蘊藏量10.53億t，折標煤5.23億tee；人畜糞便蘊藏量43.66億t，折標煤17.29億tee；林木生物質(zhì)蘊藏量13.95億t，折標煤7.97億tee；能源植物蘊藏量2.28億t，折標煤0.39億tee。[4]據(jù)估算，我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能資源每年可轉(zhuǎn)化為能源的潛力近期約為5億t標準煤，遠期可達到10億t標準煤以上。[5]天津市生物質(zhì)能資源主要包括農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品等，發(fā)展?jié)摿薮螅臻g廣闊。2006年天津市農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)生量為255.44萬t，畜禽糞便產(chǎn)生量高達627.64萬t，2010年生物質(zhì)能年開發(fā)總量達到4.50萬t標準煤，有10余萬農(nóng)戶、30余萬人口直接受益。[3]

然而，目前生物質(zhì)資源絕大多數(shù)被直接燃燒利用，生物質(zhì)能的開發(fā)利用程度僅為1%。[6]據(jù)統(tǒng)計，天津市每年可產(chǎn)生秸稈180萬t，但其利用率卻不足1%。[7]表1給出了2007年天津地區(qū)和中國生物質(zhì)燃燒各污染物的排放量。[8]根據(jù)田賀忠等[6]的研究，2007 年天津地區(qū)生物質(zhì)燃燒排放的 NOx、SO2、CO、CO2、CH4和 PM分別為 5 096 t、610 t、307 213 t、4 812 609 t、10 882 t和17 923 t，分別占全國污染物排放總量的0.47%、0.35%、0.52%、0.51%、0.49%和0.5%。由此可見，生物質(zhì)資源的焚燒會導(dǎo)致煙霧的發(fā)生，嚴重影響交通安全，引起地區(qū)或區(qū)域的環(huán)境污染。而大量生物質(zhì)燃燒消耗，不僅破壞地表植被，造成水土流失，而且燃燒產(chǎn)生的污染物也成為導(dǎo)致大氣污染和氣候變化的重要原因。

表1 2007年天津地區(qū)和中國生物質(zhì)燃燒各污染物的排放量

2 天津市發(fā)展生物質(zhì)沼氣的必要性

農(nóng)村能源的持續(xù)利用和現(xiàn)代化是實現(xiàn)全面小康社會的重要環(huán)節(jié)。[9]生物質(zhì)能是農(nóng)村生活用能的主要組成部分，開發(fā)生物質(zhì)能的現(xiàn)代化利用方式有利于提高農(nóng)民生活水平、改善生態(tài)環(huán)境及緩解國家能源需求壓力。目前，生物質(zhì)能主要的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)詳見表2。在各種轉(zhuǎn)化利用技術(shù)中，農(nóng)村戶用沼氣技術(shù)、養(yǎng)殖場沼氣工程技術(shù)已經(jīng)比較成熟，通過政府補貼等經(jīng)濟激勵政策，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；秸稈沼氣技術(shù)正處于試點階段，將實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。[10]因此，沼氣技術(shù)在在生物質(zhì)資源的利用中具有很大的優(yōu)勢。國家“十二五”規(guī)劃已將“建設(shè)戶用沼氣、小型沼氣工程、大中型沼氣工程和沼氣服務(wù)體系”作為“新農(nóng)村建設(shè)重點工程”。生物質(zhì)沼氣既是一種可再生的清潔能源，又可減少農(nóng)村污染，同時也是農(nóng)村生物質(zhì)能源高效利用的一種重要方式，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和保護環(huán)境的一個重要環(huán)節(jié)。

表2 生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)

沼氣技術(shù)是通過厭氧發(fā)酵將生物質(zhì)資源如農(nóng)業(yè)廢棄物、水生與油料植物、城市和工業(yè)有機廢棄物以及動物糞便等資源化利用，同時產(chǎn)生清潔的沼氣，沼渣、沼液還可用于養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)。截至2007年底，天津市年產(chǎn)沼氣2 659萬m3，其中農(nóng)村戶用沼氣池567萬m3，大中型沼氣工程2 063萬m3，畜禽糞便中小型沼氣工程18.92萬m3。[3]環(huán)境與能源效益是推動生物質(zhì)沼氣發(fā)展的主要動力。沼氣工程能夠收集厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣等，最大化地減少了溫室氣體的排放量。研究表明，2009年農(nóng)村能源技術(shù)溫室氣體減排量為8 529 t CO2，農(nóng)村戶用沼氣減排量占68.3%。據(jù)此測算到2020年，農(nóng)村能源溫室氣體的減排潛力約為2.97億t CO2，其中農(nóng)村戶用沼氣占44.7%。[11]沼氣工程也能夠控制臭氣的釋放，杜絕了糞便肆意排放帶來的環(huán)境污染。此外，產(chǎn)生了可利用的沼氣能源和沼液、沼渣等有機肥料，也為緩解能源危機做出了貢獻。

3 天津市生物質(zhì)沼氣的發(fā)展現(xiàn)狀和綜合效益

3.1 生物質(zhì)沼氣的發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)農(nóng)業(yè)部《農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2007—2015年）》所提出的戰(zhàn)略目標：到2015年，建成規(guī)?；B(yǎng)殖場沼氣工程8 000處，年產(chǎn)沼氣6.7億m3。國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》提出：到2020年，建成大型畜禽養(yǎng)殖場沼氣工程10 000座、工業(yè)有機廢水沼氣工程6 000座，年產(chǎn)沼氣約140億m3。我國國家“十二五”規(guī)劃中上述政策得到了進一步強化。

經(jīng)過多年的研究開發(fā)，天津市的沼氣產(chǎn)業(yè)主要發(fā)展3種模式：①結(jié)合村莊環(huán)境治理推廣戶用沼氣工程，利用人畜糞便和生活垃圾解決生活能源；②“四位一體”模式，利用人畜糞便生產(chǎn)沼氣和沼肥，為農(nóng)戶提供生活用能和生產(chǎn)用肥；③養(yǎng)殖小區(qū)建大中型沼氣池，對小區(qū)內(nèi)的糞便進行無害化處理。據(jù)統(tǒng)計，2007年底天津地區(qū)薊縣、寶坻、武清和寧河等農(nóng)村戶用沼氣池保有量14 462戶，其中使用戶數(shù)14 360戶，利用率為99%，總產(chǎn)氣量已達567萬m3。大型沼氣工程共計5處，其中處理工業(yè)廢棄物的3處（薊縣天津桂月集團、寧河天津泰達酒業(yè)總公司、寧河冠達實業(yè)總公司），總池容3.08萬m3，年產(chǎn)沼氣2 036萬m3；處理農(nóng)業(yè)廢棄物的2處（寧河原種豬場、大港水藍畜牧養(yǎng)殖有限公司），總池容0.11萬m3，年產(chǎn)沼氣27.25萬m3。處理畜禽糞便的中小型沼氣工程76處，總池容0.40萬m3，年產(chǎn)沼氣18.92萬m3。以行政村為基本單元的生活污水凈化沼氣工程4處。[3]到2012年，天津市戶用沼氣達到30 000戶，使全市六成以上的農(nóng)村用上潔凈的新能源。

3.2 生物質(zhì)沼氣的綜合效益

隨著生物質(zhì)沼氣技術(shù)的開發(fā)和利用，其功能效應(yīng)日益顯現(xiàn)，生態(tài)、經(jīng)濟和社會的良性循環(huán)日益協(xié)調(diào)。具體來說，沼氣的功能效應(yīng)集中體現(xiàn)在三大效益上：

一是生態(tài)效益。首先體現(xiàn)在生物質(zhì)沼氣能夠替代農(nóng)村傳統(tǒng)能源，保護植被，減少水土流失，促進生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與改善。如薊縣在于橋水庫地區(qū)建立的沼氣池不僅有效保護了水庫周邊環(huán)境免遭污染，而且解決了農(nóng)民生活用能問題，改善了農(nóng)村衛(wèi)生條件。[7]寧河原種豬場投入使用的沼氣厭氧發(fā)酵池項目，日處理糞便臟水的能力可達到160 t，生產(chǎn)的沼氣還可用于發(fā)電、做飯、照明。其次，開發(fā)利用生物質(zhì)沼氣能減少污染，凈化大氣。如靜海區(qū)秸稈沼氣工程生產(chǎn)的沼氣供每戶每天使用，有效的遏制了秸稈焚燒現(xiàn)象，每戶每天可減少燃燒秸稈10 kg，減少大氣污染。再次，沼肥（包括沼渣和沼液）能改良土壤，培肥地力，提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，加強農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如寧河原種豬場沼氣厭氧發(fā)酵池項目產(chǎn)生的沼渣、沼液再用于農(nóng)作物，最終排放的清水還可以用于灌溉農(nóng)田、種花和養(yǎng)魚。此外，沼氣的生態(tài)效益還體現(xiàn)在它可生產(chǎn)無污染的綠色食品。

二是經(jīng)濟效益。生物質(zhì)沼氣能夠促進天津市農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，拓展農(nóng)民致富渠道，加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的進程。使農(nóng)民節(jié)省開支，增產(chǎn)增收，如2007年底天津市農(nóng)村戶用沼氣池總產(chǎn)氣量已達567萬m3可形成年節(jié)約4 050 t標準煤的能力。[3]能延長產(chǎn)業(yè)鏈，帶動和促進第一、二、第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

三是社會效益。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①啟迪農(nóng)民更新觀念，不斷提高自身素質(zhì)；②生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)綠色產(chǎn)品，不斷豐富社會需求；③保護和解放勞動力，優(yōu)化農(nóng)村勞動力結(jié)構(gòu)；④促進精神文明建設(shè)，構(gòu)建文明和諧新農(nóng)村。

總之，生物質(zhì)沼氣是加強農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境建設(shè)、促進清潔生產(chǎn)的重要手段，能夠充分利用農(nóng)村現(xiàn)有資源，方便和滿足農(nóng)村用能，解決能源稀缺問題，可與資源循環(huán)利用和環(huán)保融為一體，緩解農(nóng)村能源供應(yīng)緊張的局面。生物質(zhì)沼氣的開發(fā)利用對統(tǒng)籌天津地區(qū)城鄉(xiāng)社會經(jīng)濟發(fā)展，改善農(nóng)村生產(chǎn)生活環(huán)境，改良農(nóng)民生活方式，提高農(nóng)民生活質(zhì)量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。■

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2012-05-06