規(guī)模集中供氣沼氣工程技術(shù)模式研究與實(shí)踐

黃振俠+鄒翔+熊江花+俞瑩+馬靜+萬(wàn)里平

摘要：以江西省新余市渝水區(qū)羅坊鎮(zhèn)羅坊鎮(zhèn)規(guī)模集中供氣沼氣工程項(xiàng)目為研究案例，運(yùn)用成本效益分析等方法，研究資源化利用規(guī)模養(yǎng)殖糞污、農(nóng)作物秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物混合發(fā)酵產(chǎn)沼氣工藝，以及建設(shè)鄉(xiāng)村沼氣集中供氣系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)踐，和沼液沼渣深加工有機(jī)肥等系列實(shí)用技術(shù)模式，探討農(nóng)業(yè)廢棄物資源化綜合利用項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及生態(tài)效益，并對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化綜合利用的可持續(xù)發(fā)展提出建議，推動(dòng)沼氣的產(chǎn)業(yè)化升級(jí)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：沼氣；農(nóng)業(yè)廢棄物；資源利用；集中供氣；實(shí)用技術(shù)模式

一、項(xiàng)目工程概況

為了解決區(qū)域農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物污染問(wèn)題，優(yōu)化改善農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)，江西省建立了多處以規(guī)模集中供氣沼氣工程為紐帶，以區(qū)域農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用、新農(nóng)村沼氣利用、沼液沼渣綜合利用為核心的區(qū)域生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)示范。2013年，在新余市羅坊鎮(zhèn)院前村建設(shè)江西首個(gè)大型集中供氣沼氣工程項(xiàng)目，建成首個(gè)區(qū)域農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用示范基地。羅坊鎮(zhèn)位于新余市東部，年總出欄生豬達(dá)18萬(wàn)頭，有大量的畜禽糞便；耕地面積10萬(wàn)畝、山地果園11萬(wàn)畝，水稻、蜜橘全國(guó)有名。

該項(xiàng)目一期建設(shè)一級(jí)CSTR厭氧發(fā)酵罐2座，有效容積3920m3，二級(jí)一體化CSTR發(fā)酵罐1座，有效容積1700 m3，單座儲(chǔ)氣膜容積1080 m3，高壓沼氣儲(chǔ)氣柜3座，儲(chǔ)氣總?cè)莘e1920 m3；混合原料預(yù)處理系統(tǒng)1套，主要有秸稈水解酸化系統(tǒng)、糞污勻漿加熱系統(tǒng)；后處理系統(tǒng)一套，包括固液分離系統(tǒng)1套，出料池，沼液儲(chǔ)存池，配套固肥加工生產(chǎn)線一條；按城市燃?xì)夤芫W(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)沼氣供戶管網(wǎng)系統(tǒng)，一期已供氣3000戶；日產(chǎn)沼氣能力4100 m3，年處理有機(jī)廢棄物約12390噸，2014年12月建成試運(yùn)行。

二、模式技術(shù)工藝流程

1、原料收集和預(yù)處理

項(xiàng)目根據(jù)區(qū)域內(nèi)畜禽糞便、病死畜禽、農(nóng)作物秸稈等不同原料的特點(diǎn)，建立了不同的收集系統(tǒng)。在規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)統(tǒng)一建設(shè)糞便收集平臺(tái)，基地定期將畜禽糞便運(yùn)回，去除雜質(zhì)進(jìn)入勻漿池；死亡禽畜由統(tǒng)一建設(shè)的冷庫(kù)暫存，基地定期將死亡畜禽運(yùn)回，經(jīng)過(guò)破碎和高溫蒸煮消毒處理后進(jìn)入勻漿池混合調(diào)配；水稻收割時(shí)秸稈由收割機(jī)直接打捆運(yùn)回堆儲(chǔ)，秸稈經(jīng)過(guò)破碎后，先進(jìn)入水解酸化池酸化后進(jìn)入勻漿池。

2、沼氣發(fā)酵

物料經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，還要進(jìn)行混合，然后經(jīng)由螺桿泵輸送至一級(jí)CSTR反應(yīng)器中進(jìn)行攪拌，通常采用立式攪拌器，確保物料濃度和溫均勻；設(shè)置自動(dòng)溫控沼氣熱水鍋爐供熱中心一座，以保證厭氧發(fā)酵罐溫度相對(duì)恒定。

3、沼氣凈化及輸配

發(fā)酵罐產(chǎn)生的沼氣集中在二級(jí)發(fā)酵罐頂部的儲(chǔ)氣膜內(nèi)，需要進(jìn)行脫硫、脫水處理，再進(jìn)入增壓儲(chǔ)存干式高壓儲(chǔ)氣罐中，然后經(jīng)調(diào)壓通過(guò)中低壓輸氣管網(wǎng)，輸送到居民區(qū)，再次調(diào)整為常壓后，入戶供給周邊居民做生活用氣。剩余沼氣供給基地沼氣熱水鍋爐、發(fā)電上網(wǎng)及供基地病死豬處理和有機(jī)肥生產(chǎn)用電。

4、沼液沼渣加工利用

料液發(fā)酵后，進(jìn)行固液分離，其中沼渣可以充當(dāng)固態(tài)有機(jī)肥，促進(jìn)植株生長(zhǎng)；沼液部分回流充當(dāng)預(yù)處理的稀釋水，部分則作為液態(tài)有機(jī)肥。工藝流程如圖1所示。

三、項(xiàng)目模式特點(diǎn)

1、工程運(yùn)行采用GPRS+PLC沼氣遠(yuǎn)程監(jiān)控

系統(tǒng)對(duì)工程設(shè)備的正常運(yùn)行和事故狀態(tài)下的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以綜合管理軟件為核心，結(jié)合嵌入式視頻服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等。通過(guò)兼容模擬視頻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)模擬視頻系統(tǒng)與數(shù)字視頻系統(tǒng)的數(shù)字化統(tǒng)一管理，操作員可以在室內(nèi)進(jìn)行集中管理，可實(shí)現(xiàn)車間無(wú)人值守。

2、用氣服務(wù)采用智能化管理模式

按照“集中供氣、用氣收費(fèi)、專人管理”的管理模式，每位沼氣農(nóng)戶建立檔案，設(shè)立信息登記制度，為用戶提供開(kāi)卡充值、維修等業(yè)務(wù)；為3000用戶統(tǒng)一安裝了智能沼氣流量計(jì)量表，先預(yù)存費(fèi)用、后用氣，省去了上門抄表和催繳費(fèi)用的麻煩；建立沼氣服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，定期對(duì)用戶進(jìn)行上門服務(wù)，每年進(jìn)行四次巡查，并詳細(xì)做好每沼氣維修服務(wù)卡記錄。

3、發(fā)酵原料采取全量化收集模式

基地年可處理農(nóng)業(yè)廢棄物共計(jì)12390噸，其中豬糞7080噸，占處理總量的57.1%?；嘏c周邊13個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)簽訂糞污全量收集處理協(xié)議，豬場(chǎng)按協(xié)議約定嚴(yán)格控制用水，糞污濃度在6%以內(nèi)，基地全量運(yùn)走集中處理。年處理稻草4248噸，占處理總量的34.3%，主要來(lái)自周邊5000畝水稻。基地與種植戶簽訂托管協(xié)議，種植戶按基地方案種植，水稻成熟后由基地全量收購(gòu)，包括秸稈。全量處理周邊13個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)病死牲畜1062噸，占處理總量的8.6%。

四、項(xiàng)目效益分析

1、經(jīng)濟(jì)效益

按照目前戶均用氣量1.16 m?進(jìn)行估算，項(xiàng)目目標(biāo)3000戶，達(dá)銷期2年，第一年負(fù)荷率為0%，第二年負(fù)荷率為50%，第三年負(fù)荷率為100%，沼氣銷售價(jià)格2.0元/m?。項(xiàng)目年產(chǎn)固態(tài)有機(jī)肥0.22萬(wàn)噸，銷售價(jià)格350元/噸，年產(chǎn)液態(tài)有機(jī)肥3.30萬(wàn)噸，銷售價(jià)格120元/噸。死亡畜禽處理年處理量為2.12萬(wàn)頭，每頭處理價(jià)格為80元。

項(xiàng)目工程使用壽命按17年，計(jì)算不計(jì)固定資產(chǎn)殘值，基準(zhǔn)收益率8%，項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)期內(nèi)年均銷售收入897.80萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)529.14萬(wàn)元。項(xiàng)目投資利潤(rùn)率為11.95%，靜態(tài)投資回收期7.14年。

2、社會(huì)效益

產(chǎn)量達(dá)標(biāo)后，要對(duì)區(qū)域內(nèi)的有機(jī)廢棄物進(jìn)行資源化生態(tài)利用。這樣不僅可以解決環(huán)境污染問(wèn)題，還可以增加生產(chǎn)食品的安全性，進(jìn)而推進(jìn)區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)的循環(huán)發(fā)展。用沼氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)液化氣，每月每戶可節(jié)約45元，全年每戶可少花費(fèi)540元，給老百姓帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

3、生態(tài)效益

該項(xiàng)目投產(chǎn)后，區(qū)域內(nèi)的畜禽糞便、農(nóng)業(yè)秸稈和死亡禽畜等有機(jī)廢棄物，可經(jīng)過(guò)中溫厭氧發(fā)酵處理，有利于緩和溫室效應(yīng)。沼渣、沼液分別加工成固態(tài)、液態(tài)有機(jī)肥出售，可減少化肥用量，改善土壤質(zhì)量，促進(jìn)區(qū)域內(nèi)水和土地資源的合理利用和生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)。

五、結(jié)語(yǔ)

沼氣工程是核心紐帶，沼氣發(fā)酵是資源化利用農(nóng)業(yè)廢棄物的最直接、最有效、最經(jīng)濟(jì)、最生態(tài)的途徑。一般選擇在廢棄物富集區(qū)、農(nóng)村環(huán)境連片整治村實(shí)施沼氣工程，這樣可以同時(shí)進(jìn)行污染治理和農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用，提升農(nóng)民經(jīng)濟(jì)。

對(duì)沼氣工程的各環(huán)節(jié)工藝技術(shù)要不斷優(yōu)化加強(qiáng)，進(jìn)而提高其儲(chǔ)氣能力、管網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量等性能。

為了確保沼氣供氣環(huán)節(jié)的正常運(yùn)營(yíng)，需要提高農(nóng)業(yè)廢棄物資源化綜合利用站的管理水平，以及管理、操作人員的技術(shù)能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡明秀. 農(nóng)業(yè)廢棄物資源化綜合利用途徑探討[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，32（4）：757-759，767.

[2] 王興平. 病死動(dòng)物尸體處理的技術(shù)與政策探討[J]. 甘肅畜牧獸醫(yī)，2011（6）：26-27.