周孟津

沼氣發(fā)酵是人類利用自然規(guī)律的一個(gè)杰作，它完全符合以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)農(nóng)業(yè)，沼氣應(yīng)用將隨著技術(shù)的進(jìn)步和政府的支持而快速發(fā)展。

一北京市大型沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀

上世紀(jì)80年代北京地區(qū)農(nóng)村主要使用的是小型沼氣池，到90年代末才開始實(shí)施大型沼氣利用工程。1992年中美合作在留民營(yíng)建成了100m³塞流式雞糞沼氣池，高溫運(yùn)行至今。1996年首都師范大學(xué)研究成功了適用于畜禽糞便沼氣發(fā)酵的升流式固體反應(yīng)器(uSR)，1998年在留民營(yíng)、琉璃河三街、南韓繼建了應(yīng)用USRT藝的三座沼氣站，至今已成功運(yùn)行十年，成為北京市沼氣利用的典范工程，為北京市沼氣工程快速發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)。

進(jìn)入21世紀(jì)，在新農(nóng)村建設(shè)、國(guó)家新能源發(fā)展需求，節(jié)能減排等政策的推動(dòng)下，沼氣綜合利用進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段。僅2006～2008年，北京市農(nóng)村地區(qū)就興建了大、中型沼氣工程近百座。

在大型沼氣工程方面，亮點(diǎn)工程當(dāng)屬延慶縣的德青源2兆瓦沼氣發(fā)電工程。在這個(gè)以生產(chǎn)雞蛋為主的企業(yè)，原來每天產(chǎn)生400多噸雞糞和廢水，處理起來很頭痛。通過建起1.2萬立方米的沼氣池，日產(chǎn)沼氣2萬立方米，日發(fā)電4萬度。沼渣、沼液被用作當(dāng)?shù)毓麡浜陀衩椎姆柿?。沼氣發(fā)電的余熱還可以為沼氣池加溫。從而形成熱、電、肥聯(lián)供的模式。

在農(nóng)村，大興區(qū)經(jīng)過留民營(yíng)村沼氣應(yīng)用的早期實(shí)踐，在沼氣工程建設(shè)、沼氣發(fā)酵產(chǎn)物綜合利用方面為北京市提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。2008年，北京市選擇在留民營(yíng)村動(dòng)工建設(shè)首個(gè)大型沼氣七村聯(lián)供示范工程。工程利用當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)養(yǎng)雞場(chǎng)的畜禽糞便資源，通過建設(shè)輸氣管道，向周邊七個(gè)村1690戶供應(yīng)綠色炊事燃?xì)?，?shí)施了多村聯(lián)供的發(fā)展新模式，促進(jìn)了生物質(zhì)資源利用的集約化的發(fā)展。新建的大興區(qū)牛坊沼氣工程、房山區(qū)竇店沼氣工程等都有明顯的技術(shù)進(jìn)步。可以說，北京在大型沼氣工程建設(shè)方面走在了全國(guó)的前列。

二沼氣工程模式由能源環(huán)保型轉(zhuǎn)向能源生態(tài)型

伴隨著沼氣工程建設(shè)的興起、工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，北京農(nóng)村地區(qū)沼氣應(yīng)用的模式及技術(shù)也在迅速調(diào)整步調(diào)。前些年強(qiáng)調(diào)沼氣發(fā)酵污水的達(dá)標(biāo)排放，雖然經(jīng)過多年的實(shí)踐摸索，但處理成本過高的問題始終沒有得到有效解決。這也導(dǎo)致了沼氣應(yīng)用在我國(guó)應(yīng)用推廣不暢。

沼氣發(fā)酵只取出了有機(jī)物中的能量——沼氣，剩余的沼渣、沼液是良好的活性有機(jī)肥料。沼氣發(fā)酵是農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要一環(huán)。把用畜禽糞便生產(chǎn)沼氣剩余的沼液當(dāng)污水處理，不僅造成肥分的浪費(fèi)，而且大大提高了沼氣發(fā)酵的成本。這種花費(fèi)大、產(chǎn)氣少、浪費(fèi)資源，以達(dá)標(biāo)排放為特征的沼氣工程模式稱為能源環(huán)保模式。

順義區(qū)北郎中村建曾以此模式建起沼氣站，但處理污水的成本始終控制不下來，最后不得不進(jìn)行改造。

以留民營(yíng)村沼氣利用為代表的能源生態(tài)模式逐漸得到了大家的認(rèn)可。在這個(gè)模式中，畜禽糞便產(chǎn)生沼氣和沼肥，沼氣被用于做飯和發(fā)電。沼渣、沼液則被當(dāng)作農(nóng)作物的有機(jī)肥生產(chǎn)綠色食品，從而避免了污水處理的高額花費(fèi)。同時(shí)為循環(huán)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)農(nóng)業(yè)提供了途徑。北京市近幾年興建的沼氣工程大都是以能源生態(tài)模式為主。

三厭氧消化器多采用升流式固體反應(yīng)器(USR)

應(yīng)用模式的改變不僅是對(duì)可再生能源利用思路的轉(zhuǎn)變，其背后蘊(yùn)藏著復(fù)雜的技術(shù)演進(jìn)過程。厭氧消化器(沼氣池)是沼氣工程的核心設(shè)備，厭氧消化器工藝的選擇是決定畜禽糞便沼氣集中供氣工程能否長(zhǎng)期高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

能源生態(tài)模式要將全部畜禽糞便進(jìn)行沼氣發(fā)酵，畜禽糞便中含有大量懸浮固體，對(duì)原有的沼氣發(fā)酵工藝(UASB)提出新問題?！吧魇焦腆w反應(yīng)器(USR)”適用于高懸浮固體畜禽糞便的沼氣發(fā)酵，該反應(yīng)器的工藝特點(diǎn)是在升流式流態(tài)下，依靠自然沉降作用使畜禽糞便中的固體顆粒物和發(fā)酵微生物能夠長(zhǎng)時(shí)間滯留在消化器內(nèi)，從而提高了產(chǎn)氣率。該工藝運(yùn)用在留民營(yíng)、琉璃河三街、南韓繼3座沼氣站，沼氣站分別以雞糞和豬糞為發(fā)酵原料，產(chǎn)生的沼氣為當(dāng)?shù)財(cái)?shù)百戶居民供應(yīng)炊事用燃?xì)猓臃蕜t用于農(nóng)田，至今已成功運(yùn)行十年。

由于USR具有原理先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率較高、管理方便的特點(diǎn)，加之連續(xù)十年的成功運(yùn)行，為北京市大中型沼氣工程建設(shè)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐，近幾年北京市興建的大中型沼氣工程中70～80％的沼氣站都使用了USR反應(yīng)器，少數(shù)使用CSTR、PFR和干發(fā)酵工藝。搪瓷鋼板拼裝罐和利浦罐的開發(fā)和應(yīng)用。也為沼氣工程的快速建成創(chuàng)造了條件。為防凍沼氣貯存多采用壓力罐貯存。北京市大中型沼氣工程建設(shè)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以及經(jīng)過幾年磨練的一批大中型沼氣工程建設(shè)隊(duì)伍已經(jīng)開始走向全國(guó)。

四北京市大中型沼氣工程建設(shè)存在的問題和解決途徑

十余年的發(fā)展，北京畜禽糞便沼氣工程建設(shè)迅速成長(zhǎng)。節(jié)能減排和新農(nóng)村建設(shè)的需要以及政府的大力推動(dòng)和支持，促使沼氣工程建設(shè)迅速發(fā)展。但是，大家都忙于新工程的建設(shè)，而對(duì)生產(chǎn)工程的跟蹤研究則很少關(guān)心。很多問題亟待解決。

1對(duì)沼氣工程常用工藝進(jìn)行生產(chǎn)性跟蹤研究甚少

應(yīng)當(dāng)立即深入開展對(duì)現(xiàn)有大中型沼氣工程跟蹤研究，首先弄清常用工藝(包括：USR、CSTR、PFR)生產(chǎn)運(yùn)行的技術(shù)性能和工藝參數(shù)，進(jìn)而比較常用工藝的適用性和問題，為今后北京市大中型沼氣工程建設(shè)明確技術(shù)發(fā)展方向。例如USR工藝，在實(shí)驗(yàn)室1立方米反應(yīng)器可產(chǎn)生5立方米沼氣，但在生產(chǎn)工程設(shè)計(jì)時(shí)僅為1立方米沼氣池產(chǎn)1立方米沼氣。到底1立方米沼氣池每天能產(chǎn)生多少沼氣?也就是說，目前有關(guān)沼氣工程的工藝過程和工藝參數(shù)等在生產(chǎn)工程中的許多問題尚不清楚。還有每天進(jìn)料的性質(zhì)和數(shù)量、適宜的進(jìn)料濃度、平均每天每戶的沼氣用量、原料產(chǎn)氣率等。利用太陽(yáng)能或沼氣加溫沼氣池應(yīng)如何進(jìn)行配置。弄清這些基本問題，才能對(duì)目前使用較多的工藝進(jìn)行比較，為后續(xù)工程建設(shè)的工藝選擇和設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2專用設(shè)備的研究開發(fā)不足

非專用設(shè)備體積大，能耗高，效率低。應(yīng)加強(qiáng)專用設(shè)備的研究開發(fā)，包括調(diào)料去雜機(jī)、布料器、攪拌機(jī)、去浮渣溢流出料器、脫水罐、脫硫罐等。

3缺乏沼氣脫硫工藝的比較選擇研究

目前常用的沼氣脫硫工藝有氧化鐵脫硫劑脫硫、罐內(nèi)生物脫硫和罐外生物脫硫，三種脫硫方式在北京均有所應(yīng)用，但以氧化鐵脫硫劑脫硫?yàn)橹?。比較三種工藝的適用性并開發(fā)相應(yīng)設(shè)備，特別是罐外生物脫硫剛開始應(yīng)用，但其應(yīng)用前景看好。

4鼓勵(lì)施用沼肥(沼渣、沼液)并解決施用中的各種問題

沼肥是一種活性有機(jī)肥料，除含有常規(guī)有機(jī)肥的肥分外，還含有多種生物活性物質(zhì)。政府應(yīng)加強(qiáng)對(duì)沼肥使用的宣傳，鼓勵(lì)農(nóng)民使用沼肥，并把沼肥施用和綠色食品生產(chǎn)結(jié)合起來，還要不斷解決沼肥使用中的具體技術(shù)和設(shè)備問題。采用能源生態(tài)模式進(jìn)行沼氣發(fā)酵，會(huì)產(chǎn)生大量沼肥，如應(yīng)用渠道不暢會(huì)造成二次污染。

對(duì)北方農(nóng)民而言，過去使用的多是固體肥料，而沼肥是液態(tài)肥，不僅需要運(yùn)輸、儲(chǔ)存，而且怎樣用也是個(gè)問題。政府則應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)沼肥的宣傳，出臺(tái)具體的鼓勵(lì)措施，同時(shí)不斷完善使用手段。

5制定應(yīng)用沼氣的鼓勵(lì)政策

現(xiàn)在沼氣站建設(shè)和運(yùn)行多為公益性，僅購(gòu)買發(fā)酵原料的花費(fèi)每立方米沼氣就要一元左右，平均一個(gè)沼氣站冬季每月支出要一萬元。既然沼氣發(fā)電國(guó)家給于補(bǔ)助，農(nóng)民用沼氣也應(yīng)按實(shí)際用量給于補(bǔ)貼，以鼓勵(lì)沼氣站的正常運(yùn)行。

6引進(jìn)消化國(guó)外高濃度沼氣發(fā)酵技術(shù)

德國(guó)普遍采用高濃度CSTR工藝，該工藝適用于畜禽糞便、畜禽糞便+秸稈及純秸稈沼氣發(fā)酵，應(yīng)加以研發(fā)。

下面是一個(gè)公司的設(shè)計(jì)參數(shù)，供參考：

發(fā)酵原料：豬糞、牛糞、有機(jī)垃圾。

消化器體積；3200m³

進(jìn)料濃度平均=21.4％

進(jìn)料量：152t／d(含回流沼液量：27.4t／d，濃度=4％TS)

負(fù)荷=8.1kg／m³d

HRT=23.2d

理論沼氣產(chǎn)量：11146m³／d

容積產(chǎn)氣率：3.48m³／m³d

出料濃度=15.2％TS