[科普中国]-小型沼气工程及资源化利用技术

养殖粪污资源化利用，是解决畜禽养殖污染，实现畜牧业可持续发展的必然选择。通过小型沼气工程利用厌氧消化技术对畜禽粪污进行处理，实现了畜禽粪污的无害化、减量化和资源化。1 技术主要内容重点以健康养殖小区或小型养殖场（存栏300～1500头）畜禽粪污为原料，利用厌氧消化及配套技术生产清洁能源，并对消化产物沼气、沼渣、沼液进行综合利用，最终达到粪污的无害化处理及资源化、能源化利用的目的。主要技术为：厌氧发酵新工艺、沼气净化技术、沼气储存技术、沼气输配技术及“三沼”综合利用技术。具体技术参数：①料液pH控制在6.8～7.5；TS控制在2%～9%；运行温度控制在15℃～25℃；产气率为0.35立方米/立方米•天；沼气中硫化氢含量不高于20毫克/立方米；⑥沼渣、沼液的还田率达到100%。2 主要技术措施2.1 厌氧发酵新工艺小型沼气工程一般采用常温发酵，为了保证发酵效率，在发酵温度上，一般保持15℃～25℃，通过利用阳光棚、真空管太阳能热水器等手段进行发酵池保温和发酵料也增温。此外，通过优化前处理设施提高工程运行的稳定性，对发酵工艺进行优化，进一步提高发酵效率，降低工程造价。主要采用连续消化、污泥回流等厌氧发酵工艺。例如利用的CSTR又称完全混合厌氧反应器，它是当前用于污水处理的典型常规厌氧反应器，在该反应器里原料的进入和流出处于动态平衡状态，并且发酵液中的液体、固体和微生物处于混合状态，出水有机物浓度与反应器内料液浓度相等，通过机械、发酵液、沼气等进行搅拌。2.2 沼气净化技术根据项目业主的经济条件及发酵原料、环境条件、使用用途的不同，设计净化方案。通常生产的沼气中一般含有50%左右的甲烷，其余为二氧化碳及少量硫化氢等气体。沼气作为能源使用前，必须经过净化，使沼气的质量达到标准要求。沼气的净化一般包括沼气的脱水、脱硫。目前，主要采用气水分离器将沼气中的部分水蒸气脱除，采用快速沼气脱硫器将大部分硫化氢脱除成单质硫，单质硫作为肥料随沼液排放，剩余硫化氢采用氧化铁脱硫装置对沼气中的硫化氢进行过滤脱除，达到生活燃气标准。要求经过净化装置处理后的沼气质量指标应符合下列要求：（1）甲烷含量55%以上；（2）硫化氢含量小于20毫克/立方米。2.3 沼气储存技术低压储气柜主要由水槽、钟罩以及升降导向装置所组成。工作原理是当沼气输入气柜内贮存时，放在水槽内的钟罩逐渐升高，当沼气从气柜内导出时，钟罩又降落到水槽中，利用水封将柜内沼气与大气隔绝。同时积极探索利用如红泥塑料、柔性气囊等新型材料。2.4 沼气输配技术（1）管材和管件的选择输配技术采用低压输送。管材和管件的选择应符合下列要求：①室外沼气管道宜采用专用聚乙烯燃气管、钢管、机械接口球墨铸铁管或者钢骨架聚乙烯塑料复合管；②室内沼气管道宜采用镀锌钢管。（2）室外沼气管道的安装室外沼气管道的安装技术要点如下：①室外沼气管道宜采用埋地敷设，如埋地有困难时可采用钢管架空敷设；②沼气管道不得与其他管道和电缆同沟敷设；③沼气管道埋地敷设时，埋深应在冻土层以下；④沼气管道坡度应与地形相适应，沼气管道的低处必须设置凝水器，管道坡度坡向凝水器并不得小于0.003；⑤沼气管道埋地敷设时，应尽量避开主要交通干道，避免与铁道、河道交叉；⑥地下沼气管道的凝水器、阀门，均应设置防护罩或阀门井。（3）室内沼气管道的安装室内沼气管道的安装技术要点如下：①沼气引入管应直接从室外管引入厨房，室内沼气管道不得敷设在易燃易爆物品的房间或卧室；②沼气引入管最小直径不应小于20毫米，沼气引入管坡度不应小于0.01，且坡向庭院输气总管道；③沼气引入管穿过建筑物基础、墙或管沟时，均应设在套管内，套管与沼气管之间用澎涨水泥、沥青、油麻填实，用热沥青封口；④室内沼气管道应明设，沿墙、柱、楼板等明设的沼气管道应用管卡、支架或吊架固定；⑤室内沼气管道应在流量计和用气设备前分别设置阀门；⑥沼气管道与沼气灶的连接采用软管连接，软管宜采用专用燃气软管，连接处应采用压紧螺帽或管卡固定，软管长度不应超过2米。2.5 “三沼”综合利用技术“三沼”的综合利用是指将沼气、沼液、沼渣运用到生产过程中，降低生产成本，提高经济效益的一项技术措施。目前已开展的“三沼”综合利用项目范围涉及到种植、养殖、农产品加工等多个行业，对促进我国农村产业结构调整，改善生态环境，提高农产品的产量和质量，增加农民收入，实现可持续发展，具有特别重要的意义。1）沼气的综合利用。沼气的开发及其综合利用，在农村可再生能源建设中占有重要地位。沼气利用已由过去单纯用作炊事燃料的生活领域向提供二氧化碳气肥、果蔬保鲜等生产领域发展。沼气用于炊事的技术要点：先打开气源开关，后点灯点火；炊事，调节沼气灶的风门，以火苗蓝里带白，急促有力为佳。温室大棚蔬菜沼气二氧化碳施肥的技术要点：蔬菜种类不同，所处生育期不同，肥水条件、环境条件不同，所需空气中二氧化碳浓度也不同。苗期所需二氧化碳浓度低些，生长期则高些，大多数蔬菜生长期所需二氧化碳浓度约在1000～1500微升/升左右。燃烧沼气释放二氧化碳和增温，一般是每100平方米设置一个沼气灶，或者50平方米设置一盏沼气灯。日光温室内燃烧沼气要经过脱硫处理。在植株叶面积系数较大的温室内需要长时间通风的情况下，应在日出后30分钟左右燃烧沼气灶或点沼气灯，平均施放速度为每小时0.5立方米左右，据此计算出不同体积温室增施各种浓度二氧化碳所需燃烧沼气的时间。一般采取断续施放的方法，每施放10～15分钟，间歇20分钟。在放风前30分钟停止施放。2）沼渣的综合利用。沼渣是由部分未分解的原料和新生的微生物菌体组成的固体肥，固体物含量在40%以上。沼渣由三种不同部分组成，发挥着三个不同的作用。一是有机质、腐植酸，对改良土壤起着重要作用；二是氮、磷、钾等元素，满足作物生产需要；三是未腐熟原料，施入农田继续发酵，释放肥分，这就是沼渣肥迟速兼效的原因之一。沼渣是生产无公害农产品和综合产品的优质肥料，也是生产无公害有机农产品复合肥的基质。3）沼液的综合利用。沼液及沼渣总称为沼肥，是生物质经过厌氧发酵的产物。沼液是由部分未分解的原料和新生的微生物菌体组成的厌氧发酵排出的液体肥，沼液中含有丰富的全氮、全磷、全钾、钠、钙等速效营养元素，含有氨基酸、黄腐酸、维生素、蛋白质、赤霉素、生长素、糖类、核酸以及抗生素等，这些物质都是综合利用的物质基础，它具有防虫、杀虫、驱虫、速效肥源与增产增效等功能。例如：赤霉素可使种子提早发芽，某些黄腐酸、核酸、单糖能增强作物的抗旱能力，游离氨基酸能增强作物抗冻能力，某些抗生素则能防治某些作物病虫害，多种氨基酸和微量元素添加到饲料中以弥补其不足，促进畜禽增产等。编辑：王大伟审核：山西省农业生态环境建设总站高级农艺师 刘文涌