大棚式沼氣工程在畜禽糞便污染治理中的應用

孫澤鋒,張效順,王　娟

(1.高密市環(huán)境監(jiān)測站， 山東 高密　261500;2.高密市恒陽環(huán)保工程有限公司， 山東 高密　261500)

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· 治理技術 ·

大棚式沼氣工程在畜禽糞便污染治理中的應用

孫澤鋒1,張效順2,王娟1

(1.高密市環(huán)境監(jiān)測站， 山東 高密261500;2.高密市恒陽環(huán)保工程有限公司， 山東 高密261500)

畜禽養(yǎng)殖污染已成為農村環(huán)境污染的主因，介紹了大棚式沼氣工程在治理農村畜禽養(yǎng)殖污染上的應用，該技術可解決冬季沼氣工程不產氣問題，保障沼氣工程正常運行，環(huán)境效益、社會效益顯著。該技術為畜禽糞便污染治理提供了經驗借鑒。

大棚式沼氣工程;畜禽糞便污染治理

1　引　言

近年來，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，養(yǎng)殖污染物排放量也不斷增多，畜禽養(yǎng)殖污染已成為農業(yè)農村環(huán)境污染的主要來源[1]，養(yǎng)殖業(yè)污染治理成為農業(yè)污染源控制的重點。沼氣技術作為畜禽糞便治理的有效技術，近年來也得到了廣泛推廣。據統(tǒng)計，截至2013年底全國擁有沼氣工程210 252處，產氣總量1 577 652萬m3[2]。沼氣發(fā)酵受溫度影響較大，大多數沼氣池春、夏、秋季運行正常，但是進入冬季后，氣溫降低，發(fā)酵變慢，甚至不產氣，2007年中國農村戶用沼氣年均正常產氣時間僅為9個月[3]。為提高發(fā)酵溫度，增加產氣率，國內外學者對不同形式的加熱沼氣池進行了研究，提出了多種保溫途徑，最多的保溫途徑是增加專門的鍋爐用于沼氣池保溫，冬季產生的沼氣基本全部用于鍋爐燃燒，由于得不到沼氣使用嚴重降低了沼氣用戶的積極性。本文在對山東省高密市建設的大棚式沼氣工程調研的基礎上，分析了該類型沼氣工程1年的運行數據，得出此模式降低了運行成本，保證了冬季繼續(xù)產氣，實現(xiàn)了在冬季較寒冷地區(qū)沼氣的全年利用，提高了沼氣工程的治污效果。

2　現(xiàn)狀調查

2.1工程基本情況

大棚式沼氣工程指在傳統(tǒng)的地埋式沼氣池上方建設溫室暖棚，溫室大棚在冬季起到保溫作用，保障沼氣池冬季正常運行產氣。同時在大棚內種植蔬菜、花卉或者養(yǎng)殖，增加了工程的經濟和景觀效益。大棚式沼氣工程以單體設計150m3/d為例，占地面積約300m2，構筑物全部建在地下，主要構筑物包括容積為150m3沼氣發(fā)酵池，50m3的沼渣、沼液貯存池1座，太陽能暖棚140m2，可為附近30戶村民實現(xiàn)集中供氣。150m3沼氣發(fā)酵池分為3個50 m3的沼氣發(fā)酵池，地下埋深35cm左右。高密市在大棚式沼氣工程應用方面進行了多年探索，取得了明顯的社會和環(huán)境效益。目前，高密市已建成運行大棚式沼氣工程40處，年處理糞污6萬t，日產沼氣4 000m3，為850戶居民提供生活用氣。

2.2運行模式

調研發(fā)現(xiàn)，該工程日處理干糞0.7～1m3、尿液10m3左右，根據《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術規(guī)范(HJ497-2009)》規(guī)定，一頭豬每天產糞2.0kg、尿液3.3kg，該工程適用于存欄生豬200頭以上、3 000頭以下的養(yǎng)殖小區(qū)、養(yǎng)殖場使用。工程周圍最好有葡萄基地、蔬菜基地等，工程所產沼氣通過管道輸送到周邊農戶用作燃氣，沼渣、沼液通過罐車或管道輸送到附近種植基地，作為有機肥施用。由養(yǎng)殖戶或養(yǎng)殖戶與專業(yè)人員聯(lián)合運行該設施，沼氣輸送前經棚內的脫硫罐脫硫后再輸送至用戶，開通沼氣燃氣的農戶按月交納燃氣費用，每方1.5元左右，沼氣價格便宜，使用方便，很受老百姓歡迎，保障了運行經費，建立起沼氣運行維護的長效機制。同時，采用物聯(lián)網技術實現(xiàn)了沼氣工程的遠程實時監(jiān)控。工程運行模式如圖1所示。

圖1　大棚式沼氣工程運行模式Fig.1　Operation mode of greenhouse biogas project

3　運行數據分析

3.1數據獲取

該工程采用沼氣工程物聯(lián)網系統(tǒng)進行控制，選用武漢四方光電科技有限公司的技術方案，設備包括超聲波沼氣流量計、沼氣成分分析、傳感器、物聯(lián)網應用軟件等。該系統(tǒng)可實時獲取沼氣工程運行參數，如溫度、壓力、沼氣流量、甲烷含量等。本文選取5處沼氣工程的物聯(lián)網系統(tǒng)運行參數進行分析研究。5處測試點生豬的存欄情況如下表。

表　5處測試點生豬的存欄情況

3.2溫度情況分析

該運行統(tǒng)計期從2014年9月開始，至2015年6月，共10個月，303天，日照天數228天。5處沼氣點及棚內外溫度變化如圖2所示。統(tǒng)計期間，月平均最低溫度出現(xiàn)在12月和1月，為-4℃;月平均最高溫度出現(xiàn)在6月，為31℃。5處沼氣點棚內溫度變化趨勢與棚外氣溫變化一致，沼氣點2處為最低溫度8.08℃，出現(xiàn)在1月份。農村家用沼氣池多采用低溫發(fā)酵，溫度一般為8℃～25℃[4]。從圖2分析，加蓋塑料棚后棚內溫度可提高9℃～12℃，冬季棚內溫度均在8℃以上，沼氣池內料液溫度保持在17℃以上，保證了冬季繼續(xù)產氣。

圖2　棚內外溫度狀況Fig.2　Temperature conditions inside and outside the greenhouse

3.3產氣量分析

運行期間各沼氣點產氣量如圖3所示，可以看出，沼氣點3產氣量最多，為3 238m3；沼氣點2產氣量最少，為2 000m3；沼氣點1、4、5產氣量基本一致。

圖3　各沼氣點產氣量Fig.3　Biogas production rate

沼氣發(fā)酵溫度的高低，對產氣速率影響也很大。如果在35℃時產氣速率為1，則在25℃時下降為0.89,20℃時下降為0.80,15℃僅有0.63左右[5]。從圖4看出，11月、12月、1月、2月份棚內月平均溫度均低于15℃，產氣量較低。9月份產氣量最低，原因是該沼氣工程從8月份開始調試運行，前期產氣量較低。棚內溫度最低月份為12月，產氣量最低出現(xiàn)在1月，較溫度略有滯后。3月后隨著溫度的升高，產氣量急速增加。

4　結　論

高密市的實踐證明，大棚式沼氣工程具有諸多優(yōu)點，零占地，冬季可以正常運行，產氣率較高，可滿足用戶用氣需求，充分發(fā)揮了其治污效果，建設大棚式沼氣工程治理畜禽養(yǎng)殖污染，是農業(yè)源減排的重要方式，是實現(xiàn)農業(yè)廢棄物減量化、資源化、無害化的有效途徑，為畜禽養(yǎng)殖污染治理提供了經驗。大棚式沼氣工程為解決我國北方畜禽糞便污染找到了新的途徑。

圖4　沼氣產生量與溫度關系Fig.4　Relationship between biogas production and temperature

[1]張陸彪,彭新宇.我國畜禽養(yǎng)殖污染防治的立法思考[J].環(huán)境保護,2007,(01A):39-42.

[2]中國農村統(tǒng)計年鑒[Z].北京：中國統(tǒng)計出版社，2014.

[3]湯云川，張衛(wèi)峰，馬林，張福鎖.戶用沼氣產氣量估算及能源經濟效益[J].農業(yè)工程學報,2010,26(3):281-283.

[4]馬洪儒.家用沼氣池穩(wěn)定產氣的技術要點[J].可再生資源，2003,(2)：29-30.

[5]周孟津，張榕林.沼氣實用技術[M].北京：化學工業(yè)出版社,2009.

Application of Greenhouse Biogas Project in Livestock and Poultry Excrement Pollution Control

SUN Ze-feng1, ZHANG Xiao-shun2, WANG Juan1

(1.EnvironmentalMonitoringofGaomi,Gaomi,Shandong261500,China;2.HengyangEnvironmentalProtectionEngineeringCo.Ltd.ofGaomi,Gaomi,Shandong261500,China)

Livestock and poultry excrement pollution has become the major cause of rural environmental pollution. In this paper, the application of greenhouse biogas project in livestock and poultry excrement pollution control of rural areas was introduced, the biogas no-production problem in winter could be solved and the normal operation of biogas project guaranteed through this technology, the environmental and social benefits were significant. The technology provided experience for reference in livestock and poultry excrement pollution control.

Greenhouse biogas project; livestock and poultry excrement pollution control

2016-07-04

孫澤鋒(1981-)，男，山東高青縣人，2008年畢業(yè)于中國海洋大學環(huán)境工程專業(yè)，碩士研究生，工程師，主要從事環(huán)境保護工作。

張效順，541943090@qq.com。

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1001-3644(2016)05-0073-03