淺議小型秸稈沼氣集中供氣工程的運(yùn)行與管理

尤濱乾，張國(guó)聽，楊 麗

(1.海寧市新能源技術(shù)服務(wù)站，浙江 海寧 314400； 2.海鹽縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)局，浙江 海鹽 314300)

淺議小型秸稈沼氣集中供氣工程的運(yùn)行與管理

尤濱乾1，張國(guó)聽2*，楊 麗1

(1.海寧市新能源技術(shù)服務(wù)站，浙江 海寧 314400； 2.海鹽縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)局，浙江 海鹽 314300)

建設(shè)小型秸稈沼氣集中供氣工程，既可滿足周邊農(nóng)村居民小區(qū)日常用氣需求，又可消納周邊廢棄的農(nóng)作物秸稈，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用。本文以浙江省海寧市利眾村秸稈沼氣工程為例，對(duì)小型秸稈沼氣集中供氣工程的設(shè)施運(yùn)行、管理模式、主要特點(diǎn)等進(jìn)行了探討，以期為推廣相應(yīng)技術(shù)提供借鑒。

秸稈沼氣； 集中供氣； 運(yùn)行管理

近年來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)民生活的改善，作為農(nóng)村炊事重要燃料的秸稈逐漸被煤氣和天然氣取代[1]。每當(dāng)收獲季節(jié)，就會(huì)出現(xiàn)農(nóng)作物秸稈被廢棄或焚燒的現(xiàn)象，不僅污染環(huán)境，而且浪費(fèi)資源[2]。利眾村位于浙江省海寧市馬橋街道東南部，面積6.65 km2，農(nóng)戶1 162戶，耕地424.5 hm2，水陸交通便利，杭滬線01省道、08省道貫穿全村。該村秸稈資源豐富，全村水稻、大小麥、油菜、玉米種植面積466.7 hm2，年產(chǎn)秸稈約2 100 t，同時(shí)存在其他經(jīng)濟(jì)作物秸稈。2010年，利眾村在建造夏家斗新村點(diǎn)的同時(shí)，建設(shè)了一座小型秸稈沼氣集中供氣站，將農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化為沼氣，供農(nóng)戶日常炊事使用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)生態(tài)效益[3]。本文將以此為實(shí)例，對(duì)小型秸稈沼氣集中供氣工程的運(yùn)行與管理作簡(jiǎn)要介紹。

1 工程概況

利眾村秸稈沼氣集中供氣工程總投資約30萬元。主要設(shè)備及建設(shè)內(nèi)容有：秸稈堆棚150 m2，秸稈粉碎機(jī)1臺(tái)，水解酸化池60 m3，沼氣發(fā)酵池250 m3，沼液池20 m3，日光大棚200 m2，貯氣柜25 m3，管理房35 m2，脫硫塔2臺(tái)，凝水器2只，阻火器1只，污水泵2臺(tái)，沼氣管道1 000 m，沼氣用戶30戶。工程采用兩相發(fā)酵技術(shù)，即把原料的水解酸化與產(chǎn)沼氣2個(gè)階段分別放置在各自反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行，通過對(duì)相應(yīng)環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)控制提高沼氣池反應(yīng)效率，確保穩(wěn)定供氣。具體工藝流程如圖1所示。

2 主要設(shè)施及運(yùn)行

2.1 秸稈收儲(chǔ)

建設(shè)150 m2鋼結(jié)構(gòu)彩鋼棚，用于儲(chǔ)存堆放農(nóng)作物秸稈，以保障沼氣原料的穩(wěn)定供給。在收獲季節(jié)，一方面通過“以草換氣”方式就近向集中供氣農(nóng)戶收集農(nóng)作物秸稈，另一方面通過有償方式向周圍農(nóng)戶收購(gòu)秸稈。此外，當(dāng)秸稈儲(chǔ)備不足時(shí)，及時(shí)向農(nóng)戶收購(gòu)秸稈或向其他秸稈收集點(diǎn)進(jìn)行調(diào)配。

圖1 工程的工藝流程

2.2 秸稈粉碎

采用秸稈粉碎機(jī)對(duì)農(nóng)作物秸稈進(jìn)行粉碎處理，粉碎后的秸稈長(zhǎng)度控制在3 cm以內(nèi)。3～5 d粉碎一次，每次粉碎秸稈約0.5 t，粉碎后的秸稈直接投入水解酸化池內(nèi)。

2.3 水解酸化

建成60 m3水解酸化池。工程啟動(dòng)時(shí)采用豬糞投料，正常運(yùn)行和產(chǎn)氣后改投秸稈。每次投料后，采用沼液回沖對(duì)池內(nèi)秸稈進(jìn)行浸泡，使之有利于后續(xù)厭氧處理。沼液具有一定的堿性，回沖浸泡可以減輕預(yù)處理階段的酸抑制現(xiàn)象。農(nóng)作物秸稈碳含量高，沼液氮含量高，兩者混合后可以有效調(diào)節(jié)原料的碳氮比，使之更適合于沼氣發(fā)酵。冬季時(shí)，沼液溫度高于外界溫度，采用沼液回沖可以減少系統(tǒng)熱量損耗，通過浸泡堆漚還能防止料液進(jìn)入發(fā)酵池內(nèi)后出現(xiàn)漂浮結(jié)殼現(xiàn)象。此外，為彌補(bǔ)沼液施肥造成的池內(nèi)氮含量減少，同時(shí)為保證原料不足時(shí)的供氣量，工程運(yùn)行期間如出現(xiàn)產(chǎn)氣減少，可投入適量豬糞進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.4 厭氧發(fā)酵

建成250 m3厭氧發(fā)酵池，采用地埋式鋼砼結(jié)構(gòu)，設(shè)置沼液回流攪拌裝置。厭氧消化是沼氣工程的核心，大量有機(jī)質(zhì)在這里得到降解，并產(chǎn)生沼氣。原料在水解酸化池預(yù)處理后入?yún)捬醭剡M(jìn)行沼氣發(fā)酵，減輕了直接投料給厭氧池帶來的酸化作用。預(yù)處理池和厭氧池埋于地下，上方建有日光大棚，對(duì)沼氣發(fā)酵反應(yīng)起到保溫增溫的作用。此外，用沼液進(jìn)行回流攪拌，既調(diào)節(jié)菌種濃度避免局部酸化，又減少了浮渣的產(chǎn)生，進(jìn)一步提高了產(chǎn)氣率。

2.5 沼氣凈化貯存

厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣是優(yōu)質(zhì)能物質(zhì)，其含有氣體燃料甲烷，此外還含有水蒸氣、二氧化碳、硫化氫等。硫化氫有毒且具有腐蝕性，水蒸氣冷凝后會(huì)積蓄在輸氣系統(tǒng)中造成輸氣困難，因此必須對(duì)沼氣進(jìn)行凈化處理。沼氣經(jīng)氣水分離器去除水分、經(jīng)脫硫塔去除硫化氫，貯存于25 m3低壓濕式貯氣柜內(nèi)。用氣時(shí)，沼氣經(jīng)過阻火器、凝水器進(jìn)入農(nóng)戶家中炊用。

2.6 沼液貯存

建成20 m3沼液貯存池。厭氧發(fā)酵后的沼液貯存在沼液池內(nèi)，主要回沖用于水解酸化池和厭氧發(fā)酵池，當(dāng)池內(nèi)沼液量過多時(shí)，采用泵抽方式澆灌于周邊農(nóng)田和林地，作有機(jī)肥使用。

3 管理模式

沼氣站建成后，利眾村經(jīng)濟(jì)合作社作為集中供氣工程的主體，對(duì)后續(xù)運(yùn)行相當(dāng)重視，基本承擔(dān)了沼氣站的全部日常管理費(fèi)用。沼氣站為了提高農(nóng)戶對(duì)工程建設(shè)的支持熱情，同時(shí)由于沼氣計(jì)量設(shè)備運(yùn)行維護(hù)較為繁瑣，因此采取免費(fèi)供氣模式，并努力倡導(dǎo)“以草換氣”。用氣農(nóng)戶只需承擔(dān)室內(nèi)管道和灶具的維修更換費(fèi)用，除室外管道檢修時(shí)暫停供氣外幾乎可以全年正常用氣。由于感受到了沼氣集中供氣帶來的實(shí)惠，用氣農(nóng)戶普遍配合“以草換氣”的工作，積極把自家田里的秸稈提供給沼氣站。村民小組由專人負(fù)責(zé)工程的日常管理維護(hù)，節(jié)假日向每家農(nóng)戶發(fā)放《沼氣集中供氣安全使用須知》，提醒做到安全用氣和文明用氣[4]。市新能源服務(wù)中心與沼氣站實(shí)行對(duì)口服務(wù)，每周五派專人赴沼氣站開展灶具配件供應(yīng)及設(shè)施維修等技術(shù)服務(wù)，當(dāng)節(jié)假日用氣量驟增時(shí)，及時(shí)為沼氣系統(tǒng)添加豬糞或熱水，確保農(nóng)戶正常用氣。

4 主要特點(diǎn)

4.1 原料適應(yīng)性強(qiáng)

近年來，隨著畜禽養(yǎng)殖減量工作的深入推進(jìn)，養(yǎng)殖場(chǎng)越來越少，傳統(tǒng)的以畜禽糞便為主要原料的沼氣工程面臨原料困境。采用兩相發(fā)酵技術(shù)，沼氣池可適應(yīng)多種發(fā)酵原料，既可用畜禽糞便，也可用農(nóng)作物秸稈，還可以投放樹葉、果皮、餐廚垃圾等作為原料，通過沼液回沖循環(huán)利用，有效調(diào)節(jié)原料pH值，并使碳氮比維持在適合沼氣發(fā)酵的最佳數(shù)值范圍，從而實(shí)現(xiàn)了沼氣發(fā)酵原料的多樣化。

4.2 過程可控性好

沼氣生產(chǎn)的水解酸化和產(chǎn)沼氣分開進(jìn)行，可針對(duì)沼氣產(chǎn)出和使用情況，及時(shí)對(duì)沼氣池料液投放進(jìn)行人為調(diào)控。例如：冬季時(shí)可采取添加熱水、投放蠶沙雞糞、增加回沖頻率、縮短進(jìn)料周期等方式提高沼氣產(chǎn)氣量；沼氣甲烷含量下降時(shí)可采取增加沼液回沖量、延長(zhǎng)沼液浸泡時(shí)長(zhǎng)等方式提高原料的預(yù)處理程度，以提高沼氣質(zhì)量。

4.3 產(chǎn)氣多質(zhì)量高

水解酸化階段產(chǎn)生的雜氣在預(yù)處理池內(nèi)提前排出，原料經(jīng)預(yù)處理后更適合沼氣發(fā)酵，整個(gè)系統(tǒng)保溫性好周期長(zhǎng)，因此沼氣產(chǎn)量高質(zhì)量好，甲烷含量通常在70%左右，具有熱值高、雜質(zhì)少的特點(diǎn)，大大減少了雜質(zhì)氣體對(duì)灶具、氣柜等設(shè)備的腐蝕，降低了維護(hù)成本。

4.4 后續(xù)服務(wù)方便

傳統(tǒng)農(nóng)村戶用沼氣池點(diǎn)多面大，農(nóng)戶不具備后續(xù)維護(hù)的相關(guān)操作技能，一些地方電氣設(shè)備接入困難，給沼氣后續(xù)服務(wù)工作帶來不便。建設(shè)小型沼氣集中供氣工程，用氣農(nóng)戶相對(duì)集中，沼氣采取一站式供應(yīng)，后續(xù)維護(hù)更加便利。以前幾十戶農(nóng)戶的沼氣池大出料要分別進(jìn)行，建成沼氣站后只需要在一個(gè)地點(diǎn)即可完成。此外沼氣凈化和輸送系統(tǒng)的安全管理也更加方便和到位。

4.5 工程規(guī)模適度

小型秸稈沼氣集中供氣工程一般對(duì)幾十戶農(nóng)戶進(jìn)行供氣，用氣戶數(shù)、農(nóng)作物種植面積、原料供給半徑、沼氣輸送距離、用氣量等方面基本都較為匹配。工程過大，會(huì)給原料收集和沼氣輸送增加運(yùn)維成本；工程過小，會(huì)像戶用沼氣一樣難于進(jìn)行有效管理。

建設(shè)小型秸稈沼氣集中供氣工程，通過對(duì)秸稈進(jìn)行集中收集儲(chǔ)存，使秸稈不再隨意堆放，改善了農(nóng)村環(huán)境面貌；沼氣直達(dá)農(nóng)戶家中，使農(nóng)戶用上了管道燃?xì)?，凈化了廚房環(huán)境；沼肥的施用，提高了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收。小型秸稈沼氣集中供氣工程年消納農(nóng)作物秸稈50 t，使農(nóng)業(yè)廢棄物得到資源化利用，既減少大氣污染、保護(hù)環(huán)境，又提供沼氣清潔能源，產(chǎn)生的沼液沼渣作有機(jī)肥使用，從而促進(jìn)了現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)體系的建設(shè)[5]。

[1] 葉波. 著力提升農(nóng)作物秸稈資源綜合利用水平[J]. 浙江經(jīng)濟(jì), 2016(23):54-55.

[2] 邵建均, 楊治斌, 劉銀秀. 浙江省農(nóng)作物秸稈利用現(xiàn)狀及對(duì)策建議[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 55(8):1137-1138.

[3] 陳軼平, 俞成, 王星火. 嘉興市農(nóng)村沼氣集中供氣項(xiàng)目市場(chǎng)化分析[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2014(18):195-195.

[4] 陳軼平, 王星火. 嘉興市農(nóng)村沼氣集中供氣現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策[J]. 農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究, 2014(6):58-59.

[5] 葉波. 加快浙江農(nóng)村能源發(fā)展[J]. 浙江經(jīng)濟(jì), 2011(7):40-41.

2017-09-30

尤濱乾(1981—)，男，浙江海寧人，工程師，學(xué)士，從事農(nóng)村能源技術(shù)推廣工作，E-mail: 420061753@qq.com。

張國(guó)聽，E-mail: 444972798@qq.com。

文獻(xiàn)著錄格式：尤濱乾，張國(guó)聽，楊麗. 淺議小型秸稈沼氣集中供氣工程的運(yùn)行與管理[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(12)：2099-2100，2102.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171204

S216.4

A

0528-9017(2017)12-2099-02

萬 晶)