[科普中国]-[原创]黑龙江省农村沼气工艺技术发展现状探析

黑龙江省农村沼气建设起步于上个世纪70年代。进入新世纪以来，全省农村沼气建设从小到大，得到了长足发展，现已初具规模，成为深受农民欢迎的民心工程。1、工艺技术发展现状 （1）户用沼气工艺技术发展现状。黑龙江省户用沼气池一般采用半连续发酵工艺。这种发酵法兼顾了生产沼气、积造有机肥和农业生产集中用肥的需要，具有良好的综合效益。但存在原料来源受限，建成维护成本高，使用率低等问题。（2）大型沼气工程工艺技术发展现状。经多年大型沼气工程建设的探索实践，比较适合北方高寒地区的工艺技术有HCPF和CSTR等高浓度中温厌氧发酵工艺。近来黑龙江省农机研究院、东北农业大学等单位又探索出了干法发酵工艺和两相厌氧发酵工艺。HCPF工艺。 HCPF工艺适合各类粪污处理沼气工程。利用该工艺，可以克服现有采用液泵进料的立式沼气装置不能大幅度提高进料浓度和浮渣难以去除的问题，可使固体有机废物与污水不需多级“预处理”而直接从进料口加入，并在机械搅拌作用下进料的干物质浓度可提高到10％-15％；旋转的叶片不断将浮渣破碎且压入发酵液中而被去除。与一般的立式沼气装置相比，节约热能30％以上、工程投资减少20％-30％、在相同发酵温度下的产气率提高30％以上、操作简便、运行费用低和适合多种固体有机废物的处理，采用HCPF工艺产生的沼气如进行热电联产,热能输出部分可满足大部分北方地区冬季的原料加热要求，不需外来能源加热。此工艺适用于以畜禽粪便为原料、沼气综合利用为目的的“生态型”沼气工程。CSTR工艺。全混式厌氧发酵技术是在常规厌氧消化器内安装了搅拌装置。使发酵原料和微生物处于完全混合的状态,其效率比传统常规消化器明显提高。目前该技术在国外被大量应用。该工艺常采用恒温连续投料或半连续投料运行,适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理。在消化器内,新进入的原料由于搅拌作用很快与消化器内的全部发酵液混合,使发酵底物浓度始终保持相对较低状态。该工艺的优点是:可以进入高悬浮物含量的原料；消化器内物料均匀分布,避免了分层状态,增加了底物和微生物接触的机会；消化器内温度分布均匀；进入消化器的抑制物质能迅速分散,保持较低浓度水平；避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象。但该工艺需要有足够的搅拌,相对能耗较高；底物流出该系统时未完全消化，微生物随出料而流失。秸秆沼气干发酵工艺。该工艺以农作物秸秆和畜禽粪便为原料，首先将秸秆粉碎，加入一定比例的畜禽粪便和已发酵后的沼渣均匀混合，混合过程中加入有机废水，使原料干物质浓度控制在20％左右，然后用铲车送入车库式厌氧反应仓内，封闭反应仓门后开始发酵。利用仓底集液槽收集沼液到贮液池，经增温后再通过反应仓内顶部沼液喷淋系统喷到原料上，保证发酵物中甲烷菌群数量和繁殖速度。并利用稻壳锅炉通过反应仓底部地热管给原料增温。反应仓换气系统在产气结束后，监测和自动控制系统会自动打开换气系统排空仓内残余沼气，保证安全开仓。本工艺产生沼液全部回用，沼气经净化后用于供气，沼渣经干化、筛分后用做肥料。但存在建设和运行成本高，工程持续运行能力差等问题。两相厌氧发酵工艺。两相厌氧发酵工艺是把厌氧消化的酸化过程分解，使厌氧消化反应分别在两个独立的反应器中进行的工艺流程。这种工艺每一反应器只完成一个阶段的反应，第一反应器只完成产酸阶段反应，第二反应器完成产甲烷阶段反应，故又称两段式厌氧消化工艺。按照所处理的废水水质情况，两步发酵可以采用同类型或不同类型的厌氧消化反应器。该工艺具有以下特点：一是耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；二是两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好地控制工艺条件；三是消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解的高浓度有机废水。2、作用与效益 （1）促进了农业增效，农民增收。农民通过建设“四位一体”等模式，用上了清洁方便的沼气能源，每年节省做饭、照明支出约320元，利用沼渣、沼液使农作物产量提高了10-20％，减少了化肥、农药支出480元，生产的农产品是名副其实的绿色产品，市场售价是普通农产品价格的1.5倍。（2）改善和优化了生态环境。目前，我省农村直接用作燃料的秸秆消耗量每年在3000万吨以上，约占秸秆总量的60％，直接用于燃料的薪柴294万吨，占全省森林年生产总量的3.8％，造成了“资源消耗—生态破坏—能源更加短缺”的恶性循环。通过大力发展农村秸秆气化和沼气等清洁能源，可以有效改变这一局面。在我省建一处8立方米的沼气池，基本可以解决农户一年70％以上的炊事用能，年节约秸秆1吨以上，相当于保护2亩林地，每年处理畜禽粪便18吨，可提供沼肥16吨，减少了粪便对环境的污染。（3）净化了农村人居环境，促进了新农村建设。 通过农村能源建设，尤其是清洁能源的生产使用和大面积开展改厨、改厕、改圈，促进了村屯和农户庭院环境的净化美化，减轻了农民的劳动强度和烟熏火燎之苦，加快了新农村建设进程。项目来源：黑龙江省教育厅高职高专院校科学技术研究项目项目名称：堆肥过程中引入外源微生物对提高碳素含量的研究（12535072）编辑：辛霞审核：山西省农业生态环境建设总站研究员刘文涌