聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程經(jīng)濟(jì)效益分析
——以福建省新星種豬育種有限公司為例

錢　蕾，徐慶賢，官雪芳，林　斌，黃菊青

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程技術(shù)所　350003)

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聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程經(jīng)濟(jì)效益分析
——以福建省新星種豬育種有限公司為例

錢蕾，徐慶賢，官雪芳，林斌，黃菊青

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程技術(shù)所350003)

摘要：總結(jié)聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程主要單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其流程，以福建省新星種豬育種有限公司為例，分析其經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)果表明：在沼氣充分利用的情況下，聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程在規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)；聯(lián)動(dòng)沼氣池；經(jīng)濟(jì)效益

規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)高濃度糞便污水排放量大，利用沼氣池可以有效處理養(yǎng)殖廢棄物，避免環(huán)境污染[1-2]，還可以生產(chǎn)沼氣向周圍用戶提供清潔能源，對(duì)開發(fā)可再生能源及發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)都具有重要意義[3-4]。但沼氣工程在福建省規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)的應(yīng)用過程中存在一些問題，如冬季山區(qū)氣溫低，沼氣池產(chǎn)氣量低，甚至不產(chǎn)氣；沼氣池工藝簡(jiǎn)單，效率低；多采用鋼制儲(chǔ)氣柜，使用壽命短，安裝檢修不方便。針對(duì)以上情況，通過技術(shù)集成建立聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程工藝，并在福建省新星種豬育種有限公司進(jìn)行示范應(yīng)用。本文對(duì)工程實(shí)例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，為規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)發(fā)展生態(tài)循環(huán)養(yǎng)殖模式提供參考。

1　福建省新星種豬育種有限公司簡(jiǎn)況

2　聯(lián)動(dòng)沼氣池發(fā)酵工藝流程

本工藝技術(shù)最大特點(diǎn)是以聯(lián)動(dòng)沼氣池為技術(shù)核心，糞污預(yù)處理采用固液分離池技術(shù)，沼氣應(yīng)用采用玻璃鋼沼氣儲(chǔ)氣柜技術(shù)，通過智能化自動(dòng)控制，形成聯(lián)動(dòng)沼氣池發(fā)酵工藝技術(shù)。主要包括以下3個(gè)方面的技術(shù)創(chuàng)新：①預(yù)處理采用固液分離池技術(shù)，代替固液分離機(jī)，減少了建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用；②主發(fā)酵采用聯(lián)動(dòng)沼氣池發(fā)酵技術(shù)，通過推流式沼氣池和上流式沼氣池組合應(yīng)用，對(duì)沼氣池發(fā)酵壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，并增加沼氣池儲(chǔ)氣空間；③應(yīng)用玻璃鋼沼氣儲(chǔ)氣柜，沼氣供氣壓力可調(diào)，在不增加動(dòng)力情況下，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離供氣。綜上所述，依據(jù)物質(zhì)流、能量流循環(huán)原理，根據(jù)規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)糞污特性，本工藝采用“沉砂池-固液分離池-酸化池-聯(lián)動(dòng)沼氣池-玻璃鋼沼氣儲(chǔ)氣柜”技術(shù)流程，實(shí)現(xiàn)糞污沼氣發(fā)酵和沼氣綜合利用，其主要工藝流程見圖1。

3　聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程主要單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1預(yù)處理設(shè)施

預(yù)處理設(shè)施主要包括格柵、沉砂池、固液分離池和酸化調(diào)節(jié)池。格柵結(jié)構(gòu)為磚混凝結(jié)構(gòu)，格柵槽0.96 m3、格柵2道、格柵集水井10 m3，格網(wǎng)尺寸15～25 mm、格柵傾角50°～70°。格柵設(shè)置有工作平臺(tái)，便于清除固態(tài)物和清洗。沉砂池設(shè)置2個(gè)，尺寸為1.5 m×1.5 m×0.6 m。固液分離池為磚混凝結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)池體，每個(gè)尺寸為10.0 m×5.0 m×1.0 m，池體通過一橫向?yàn)V膜劃分為上下兩層，上層為固液混合層，下層為液體分離層，濾膜下方設(shè)若干個(gè)用于支撐濾膜的縱向支撐體，固液混合層連通進(jìn)料管，液體分離層連通用于排除污水的出水管。液體分離層內(nèi)還設(shè)有貫穿固液分離池縱向設(shè)置的L形調(diào)節(jié)管，調(diào)節(jié)管上端開口與固液分離池外部空氣相連通，拐口一端開口與出液管置于液體分離層內(nèi)的端口相對(duì)應(yīng)，當(dāng)調(diào)節(jié)管開口套住出液管時(shí)，可以阻止出水管出水。固液分離池由塑料膜和竹片、塑料管道、木樁以及混凝土澆筑構(gòu)成，所用材料都是農(nóng)村極易取得并可直接使用的材料，節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用，大大降低固液分離的成本，有效減輕中小規(guī)模畜禽養(yǎng)殖企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保壓力。一般固液分離池的支撐體為木樁，濾膜包括塑料膜和貼附在塑料膜上表面的竹片，進(jìn)料管與出水管材料為PVC塑料；酸化調(diào)節(jié)池的結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為10.0 m×5.0 m×2.0 m。

3.2聯(lián)動(dòng)沼氣池設(shè)計(jì)

厭氧發(fā)酵是整個(gè)糞污處理工藝的關(guān)鍵技術(shù)[5]，污水中大部分CODCr和BOD5在此過程中被消化去除，直接影響整個(gè)沼氣工程的運(yùn)行和后處理各單元的工程投入。厭氧發(fā)酵技術(shù)采用聯(lián)動(dòng)高效沼氣池，由上流式沼氣池和推流式沼氣池組合構(gòu)建而成。在實(shí)際應(yīng)用中，2種類型沼氣池組合采取的是進(jìn)料并聯(lián)，其特征在于上流式沼氣池頂部設(shè)有沼氣輸出管路，與推流式沼氣池的儲(chǔ)氣室上腔相連通，儲(chǔ)氣室兩側(cè)設(shè)有水壓間，與儲(chǔ)氣室底部相連通，通過水壓間控制上流式沼氣池和推流式沼氣池儲(chǔ)氣室內(nèi)沼氣氣壓。具體如圖2所示。

上流式沼氣池主體采用混凝土鋼筋澆筑，為圓柱體，體積700 m3、有效容積670 m3、池半徑4.6 m、池內(nèi)高度12 m，池體內(nèi)外均涂刷有機(jī)玻璃鋼材料進(jìn)行密封和保溫，并在池內(nèi)設(shè)置氣水分離器和排渣裝置，在距池底2.45 m處設(shè)置聚乙烯填料層，填料層高2 m，填料間隔0.1 m。距離厭氧發(fā)酵池底部2 m處預(yù)埋熱交換盤管，安裝太陽能集熱站(300 m2)，對(duì)發(fā)酵池底部循環(huán)管內(nèi)水進(jìn)行加熱，通過熱交換對(duì)池內(nèi)的污水進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。整個(gè)沼氣池水力停留時(shí)間(HRT)為10 d。推流式沼氣池采用混凝土鋼筋整體澆筑，為地埋式長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，有效容積500 m3，大池平均分割成5個(gè)單池并聯(lián)結(jié)而成，發(fā)酵液折流通過，單池長(zhǎng)×寬×高為11.0 m×3.6 m×2.7 m，池體內(nèi)外均涂刷玻璃鋼材料進(jìn)行密封和保溫，并在池內(nèi)設(shè)置破殼裝置和排渣裝置，池內(nèi)裝有聚乙烯填料，填料間隔0.2 m，占整個(gè)池體容積的1/3，整個(gè)沼氣池水力停留時(shí)間(HRT)為10 d。

3.3玻璃鋼沼氣儲(chǔ)氣柜

玻璃鋼沼氣儲(chǔ)氣柜由半地下式的圓柱型水池和玻璃鋼圓柱型浮罩組成。基礎(chǔ)池底用混凝土澆制，兩側(cè)為進(jìn)、出料管，池體呈圓柱狀。浮罩由內(nèi)外雙層有機(jī)玻璃鋼罩和夾于內(nèi)外層玻璃鋼罩之間的環(huán)狀金屬框架構(gòu)成，儲(chǔ)氣罩外部連接有滑輪，金屬網(wǎng)架內(nèi)環(huán)面布有與滑輪相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)軌，儲(chǔ)氣罩的頂部設(shè)有控制調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣柜配重的儲(chǔ)水槽。沼氣儲(chǔ)氣柜容積150 m3，可調(diào)節(jié)壓力范圍為800～1500 mm水柱。具體如圖3所示。

沼氣綜合利用包括沼氣集中供氣和沼氣發(fā)電。目前，建設(shè)單位已經(jīng)向建甌市徐墩鎮(zhèn)山邊村150戶提供沼氣。輸配沼氣管采用架空敷設(shè)，管道采用UPVC管，管道管徑不小于DN 30，供氣距離3 km以上。每天早上6：30-7：30，中午11：00-12：30和下午17：30-19：00等3個(gè)時(shí)間段向農(nóng)戶供氣，除此之外通過壓力傳感器檢測(cè)，當(dāng)沼氣壓力達(dá)到80 kPa時(shí)，PLC通過modbus總線向沼氣發(fā)電機(jī)發(fā)送啟動(dòng)命令，沼氣發(fā)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。沼氣利用工藝流程如圖4所示。

4　聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1成本核算

4.1.1總投資成本聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程總投資147.61萬元，項(xiàng)目壽命為20年，項(xiàng)目殘值為15萬元。具體如表1所示。

4.1.2運(yùn)行費(fèi)用聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程的運(yùn)行費(fèi)用主要包括人工費(fèi)用、修理費(fèi)用和動(dòng)力費(fèi)。工程運(yùn)行需2人，人均年薪1.2萬元，即年人工費(fèi)用為2.4萬元。修理費(fèi)用按折舊費(fèi)的40%計(jì)算。年維修費(fèi)=(147.61-15)/20×40%=2.65萬元。聯(lián)動(dòng)沼氣池3年清渣1次，費(fèi)用2100元，則年清渣費(fèi)用為0.07萬元。污水處理設(shè)備總裝機(jī)容量22.5 kW，設(shè)備平均日運(yùn)行4 h，電費(fèi)按0.6元/kWh計(jì)算，則年動(dòng)力費(fèi)為1.97萬元。綜上，聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程總的年運(yùn)行費(fèi)用為7.09萬元。

4.2沼氣經(jīng)濟(jì)效益

聯(lián)動(dòng)沼氣池平均產(chǎn)氣率為0.75 m3/(m3·d)，年產(chǎn)沼氣32.85萬m3，主要供應(yīng)豬場(chǎng)沼氣發(fā)電以及周邊150戶農(nóng)戶日常生活用能，按沼氣熱值換算，以1.0元/m3計(jì)算，則沼氣代替常規(guī)能源收益合計(jì)32.85萬元。

表1　主要構(gòu)筑物、設(shè)備及其價(jià)格

4.3技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程的使用壽命按20年計(jì)算，社會(huì)貼現(xiàn)率為10%，其財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)現(xiàn)金流見表2?？梢钥闯?，其凈現(xiàn)值(NPV)71.68>0，內(nèi)部收益率(IRR)20.5%>社會(huì)貼現(xiàn)率。因此，聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和較大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

表2　財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)現(xiàn)金流　(萬元)

5　結(jié)論

總結(jié)福建省新星種豬育種有限公司聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程的技術(shù)工藝，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：在沼氣充分商業(yè)化利用的情況下，聯(lián)動(dòng)沼氣池系統(tǒng)工程具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和較大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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(責(zé)任編輯：劉新永)

收稿日期：2016-02-05

作者簡(jiǎn)介：錢蕾，女，197 年生，助理研究員。 通訊作者：徐慶賢，男，1979年生，副研究員(E-mail:xqx591@126.com)。

基金項(xiàng)目：福建省科技廳公益類科研院所專項(xiàng)(2014R1015-12)；福建省農(nóng)科院青年人才創(chuàng)新基金(2014CX-21)；福建省農(nóng)科院“雙百”行動(dòng)項(xiàng)目(sbmb1612)。

DOI：10.13651/j.cnki.fjnykj.2016.02.013

Economic efficiency of integrated biogas pool system——A case study of Fujian Xinxing Pig Breeding Company

QIAN Lei, XU Qing-xian, GUAN Xue-fang, LIN Bin, HUANG Ju-qing

(InstituteofAgriculturalEngineeringTechnology,FujianAcademyofAgriculturalSciences,FujianProvince350003)

Abstract:Taking Fujian Xinxing Pig Breeding Company as an example, the design of main block structure and its technological process for integrated biogas pool system were summarized, and the economic efficiency was analyzed. The results showed that high economic efficiency of integrated biogas pool could be obtained in large-scale piggery when the biogas could be fully used.

Key words:Large-scale piggery; integrated biogas pool; economic efficiency