太陽能在沼氣工程上的應(yīng)用初探

張秀玲

（侯馬市農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法隊(duì)，山西 侯馬 043000）

近年來，我國加大了對環(huán)境的治理力度，尤其是養(yǎng)殖場通過建設(shè)沼氣工程對畜禽糞污進(jìn)行消化處理，既獲得清潔燃料——沼氣，又得到優(yōu)質(zhì)的有機(jī)沼肥，同時(shí)大大降低了養(yǎng)殖場對周邊環(huán)境的污染。沼氣工程是一舉多得，利國利民的好項(xiàng)目。但是，沼氣工程在發(fā)展中也存在著諸如進(jìn)料、增溫等一系列的技術(shù)問題，這些問題如果得不到解決，將嚴(yán)重影響沼氣事業(yè)的發(fā)展。

1 太陽能在沼氣工程上應(yīng)用的發(fā)展思路

改革開放40年，我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為世界畜牧大國，肉、蛋產(chǎn)量世界第一，為社會(huì)提供了大量的肉、蛋、奶等農(nóng)產(chǎn)品，極大地豐富了人們的“菜籃子”。但是由于畜牧場規(guī)?；絹碓酱?，集約化程度越來越高，導(dǎo)致高濃度和高度集中的畜牧糞便污水對環(huán)境的污染日益嚴(yán)重。治理污染，改善環(huán)境，促進(jìn)畜牧養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展，已成為新世紀(jì)農(nóng)業(yè)環(huán)保工作的當(dāng)務(wù)之急。中央“一號文件”提出，實(shí)施農(nóng)業(yè)環(huán)境突出問題治理總體規(guī)劃和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃，落實(shí)畜禽規(guī)模養(yǎng)殖環(huán)境影響評價(jià)制度，大力推動(dòng)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為大型沼氣建設(shè)提供了良好機(jī)遇。

厭氧消化器冬季增溫是大型沼氣工程需要解決的關(guān)鍵所在。有關(guān)資料顯示，一根家用太陽能管，長1.8 mφ58 mm，其平均功率為70 W。若在一個(gè)1 000 m3的厭氧消化器上安裝1 000支太陽能管，即相當(dāng)于70 kW。太陽能增溫功率如此強(qiáng)大，我們提出了大膽的設(shè)想：將太陽能用在沼氣工程中，為厭氧消化器冬季增溫，來滿足微生物繁殖生存所需的溫度。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)證明，太陽能在沼氣工程中的應(yīng)用是可行的，應(yīng)用效果也是理想的，完全可以保證沼氣工程冬季的正常運(yùn)行，產(chǎn)氣效果良好。使用太陽能增溫，不僅大大降低了沼氣工程的運(yùn)行成本，還非常環(huán)保，有利于推進(jìn)藍(lán)天碧水工程的實(shí)施，有利于推進(jìn)畜牧健康養(yǎng)殖工程的建設(shè)，有利于構(gòu)建科學(xué)發(fā)展、和諧平安、風(fēng)清氣正、富裕秀美的新侯馬，是我國沼氣事業(yè)革命性的發(fā)展。

2 太陽能在沼氣工程上應(yīng)用的實(shí)踐分析

這里以侯馬市茂洲牛業(yè)大型沼氣工程為例，分析太陽能在該工程上成功運(yùn)用的原理及運(yùn)用方法。該工程于2015年興建，2016年4月竣工并投入運(yùn)行。工程中厭氧消化為USR工藝，有效容程2×1 000m3，近中溫發(fā)酵（發(fā)酵溫度32℃～38℃），發(fā)酵固體濃度 15%～18%，發(fā)酵 pH 值 6.8～7.6，厭氧消化器外部采用聚氨酯發(fā)泡加彩鋼板進(jìn)行保溫，平均厚度100 mm。厭氧消化器內(nèi)設(shè)加熱盤管，以維持發(fā)酵需要的中溫條件，增溫盤管采用PEφ63塑料管，盤管總長度620 m。增溫采用58 mm×1.8 m太陽能管共1 000支，其太陽能管與增溫盤管各一半，分為兩組，每組太陽能管500支，每組增溫盤管310 m。

該工程產(chǎn)生的沼氣供應(yīng)附近村300余戶農(nóng)戶炊事以及養(yǎng)殖場職工食堂等所用沼氣，冬季日均輸送沼氣約500 m3。沼渣沼液用于養(yǎng)殖場周圍66.7hm2農(nóng)田施肥，既保證了作物質(zhì)量，又可增產(chǎn)增效。運(yùn)行4年以來從未停歇，是一座運(yùn)行效果很好的沼氣站。

2.1 得當(dāng)?shù)谋丶夹g(shù)促使了厭氧消化內(nèi)外溫度變化產(chǎn)生較大時(shí)間差

我們通過對厭氧消化器的溫度變化進(jìn)行記錄（見圖1）發(fā)現(xiàn)，每年厭氧消化器溫度最高為9月份，溫度為42℃，溫度最低為每年的3月底4月初，也就是清明前后，溫度為21.4℃。厭氧消化器溫度最低點(diǎn)與外界溫度最低點(diǎn)時(shí)間相差2.5個(gè)月。在最冷的臘月，厭氧消化器中的溫度顯示為上部30.6℃，下部28.7℃，產(chǎn)生沼氣的動(dòng)力較強(qiáng)。立春后，外界溫度逐步上升，而厭氧消化器內(nèi)部的溫度卻持續(xù)下降，直到清明前后溫度下降至21.4℃出現(xiàn)拐點(diǎn)，溫度開始回升。此時(shí)太陽光照時(shí)間變長，陽光烈度變強(qiáng)，太陽能增溫效果顯著。

2.2 干進(jìn)料方法為厭氧消化器蘊(yùn)藏?zé)崃?/h3>

許多沼氣工程的進(jìn)料方式采用污水泵進(jìn)料，這種進(jìn)料方式無法輸送高固體濃度的原料，最高TS濃度在6%，與獲得相同沼氣產(chǎn)量的厭氧消化器相比，排放沼渣沼液量多出3倍。在進(jìn)行排渣的過程中將厭氧消化器中的熱量置換掉，使溫度迅速下降，當(dāng)外界溫度降低時(shí)，輸送到厭氧消化器中原料溫度也隨之下降。尤其到冬季，即使是強(qiáng)增溫措施也阻止不了厭氧消化器溫度下降。因此，多數(shù)該類型的沼氣工程在冬季干脆停止運(yùn)行。不過，讓人尷尬的是，到了每年6月份氣候炎熱，外界最高氣溫已達(dá)到39℃，厭氧消化器內(nèi)的溫度仍在12℃～14℃，依舊不能正常產(chǎn)氣。這是因?yàn)閰捬跸魍饷娴谋貙訉⑻柟獾臒崮茏韪粼谕猓瑓捬跸鞑荒芗皶r(shí)得到太陽光的熱量。運(yùn)用干進(jìn)料技術(shù)，以平均每日產(chǎn)500 m3沼氣為例，每日需輸送15%～18%濃度的糞便5 t左右，厭氧消化器內(nèi)的原料增量為5‰。每月按30 d計(jì)算，厭氧消化器的增量為15%，兩個(gè)月為30%。若事先將厭氧消化器排放出1/3的空間，可在2個(gè)月內(nèi)不排放，保持其原有熱量。這正是冬季最寒冷季節(jié)厭氧消化器仍保持較高溫度的直接原因。

2.3 規(guī)范操作，保證沼氣站健康運(yùn)行

侯馬市茂洲牛業(yè)大型沼氣站制定了嚴(yán)格的操作規(guī)程，每天記錄安全生產(chǎn)工作臺賬，實(shí)行規(guī)范的沼氣生產(chǎn)操作和科學(xué)的管理。該站4年來一直保持健康運(yùn)行，受到沼氣用戶的贊揚(yáng)和有關(guān)部門的肯定。

2.3.1 定期進(jìn)料

沼氣站采用氣動(dòng)進(jìn)料器進(jìn)料，僅需一人操作即可。該站設(shè)專職操作工一名，堅(jiān)持每3 d進(jìn)1次料，每次進(jìn)料10～20 t，保證沼氣量滿足用戶需求。

2.3.2 太陽能增溫

無論是炎炎夏日還是寒冷的冬天，只要天氣晴朗，沼氣站即開啟太陽能增溫系統(tǒng)，堅(jiān)持進(jìn)行太陽能增溫。厭氧消化器溫度最高升至42℃，為厭氧消化器積蓄熱量。

2.3.3 全天24 h待崗

操作員吃住在站內(nèi)，除其他正常工作之外，要常觀測太陽能緩沖水箱是否缺水，及時(shí)補(bǔ)充清水，添加除垢劑，排放水垢。補(bǔ)充清水需在無太陽光的情況下進(jìn)行，操作員要早早上崗為太陽能補(bǔ)水。

3 效益及發(fā)展前景

太陽能應(yīng)用于解決大型沼氣工程冬季加溫難題，大大有利于沼氣工程的成功建設(shè)，不僅能有效解決環(huán)境污染問題，還可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，養(yǎng)殖業(yè)主對環(huán)保設(shè)施的投資熱情將會(huì)極大大提高，并能得到顯著的能源效益和廢料效益，減少化肥用量，改善土壤性狀，保護(hù)自然環(huán)境，實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)環(huán)保工作質(zhì)的飛躍。

該站冬季厭氧發(fā)酵器保溫依靠太陽能供給，既有效解決了冬季沼氣工程用燃煤鍋爐加熱保溫與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，又減少了燃煤和用工的投入，較同規(guī)模的燃煤鍋爐冬季加熱保溫沼氣工程每年節(jié)約投資10×104元，每年可生產(chǎn)沼氣 73×104m3，生產(chǎn)沼渣肥 4 400 t，沼液 1.2×104t，可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益67.21萬元；年可處理養(yǎng)殖場牛糞1×104t，減少了污染物的排放，生產(chǎn)的沼氣可以用于民生，沼肥可以改善土壤耕性，提高土壤的生物活性，進(jìn)而提升農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益十分顯著，受到了沼氣工程企業(yè)和用戶的廣泛好評。

科學(xué)設(shè)計(jì)和操作人員的嚴(yán)謹(jǐn)操作保證了該站4年無停歇的優(yōu)良業(yè)績，尤其是太陽能增溫技術(shù)的運(yùn)用，為沼氣事業(yè)開拓出了一條可持續(xù)發(fā)展的新路徑。