□聶振江

黑龍江省農(nóng)村沼氣工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀探析

□聶振江

本文論述了戶用沼氣和大中型沼氣工程的工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了大中型沼氣工程各種發(fā)酵工藝的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上分析了農(nóng)村能源建設(shè)的作用與效益。

農(nóng)村沼氣；工藝技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀

黑龍江省農(nóng)村沼氣建設(shè)起步于上個(gè)世紀(jì)70年代。進(jìn)入新世紀(jì)以來，全省農(nóng)村沼氣建設(shè)從小到大，得到了長(zhǎng)足發(fā)展，現(xiàn)已初具規(guī)模，成為深受農(nóng)民歡迎的民心工程。

1　工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1戶用沼氣工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

黑龍江省戶用沼氣池一般采用半連續(xù)發(fā)酵工藝。這種發(fā)酵法兼顧了生產(chǎn)沼氣、積造有機(jī)肥和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集中用肥的需要，具有良好的綜合效益。

1.2大型沼氣工程工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)多年大型沼氣工程建設(shè)的探索實(shí)踐，比較適合北方高寒地區(qū)的工藝技術(shù)有HCPF和CSTR等高濃度中溫厭氧發(fā)酵工藝。近來黑龍江省農(nóng)機(jī)研究院、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位又探索出了干法發(fā)酵工藝和兩相厭氧發(fā)酵工藝。

1.2.1HCPF工藝。HCPF工藝適合各類糞污處理沼氣工程。利用該工藝，可以克服現(xiàn)有采用液泵進(jìn)料的立式沼氣裝置不能大幅度提高進(jìn)料濃度和浮渣難以去除的問題，可使固體有機(jī)廢物與污水不需多級(jí)“預(yù)處理”而直接從進(jìn)料口加入，并在機(jī)械攪拌作用下進(jìn)料的干物質(zhì)濃度可提高到10豫～15豫；旋轉(zhuǎn)的葉片不斷將浮渣破碎且壓入發(fā)酵液中而被去除。與一般的立式沼氣裝置相比，節(jié)約熱能30豫以上、工程投資減少20豫～30豫、在相同發(fā)酵溫度下的產(chǎn)氣率提高30豫以上、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行費(fèi)用低和適合多種固體有機(jī)廢物的處理，采用HCPF工藝產(chǎn)生的沼氣如進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn),熱能輸出部分可滿足大部分北方地區(qū)冬季的原料加熱要求，不需外來能源加熱。此工藝適用于以畜禽糞便為原料、沼氣綜合利用為目的的“生態(tài)型”沼氣工程。

1.2.2CSTR工藝。全混式厭氧發(fā)酵技術(shù)是在常規(guī)厭氧消化器內(nèi)安裝了攪拌裝置。使發(fā)酵原料和微生物處于完全混合的狀態(tài),其效率比傳統(tǒng)常規(guī)消化器明顯提高。目前該技術(shù)在國(guó)外被大量應(yīng)用。該工藝常采用恒溫連續(xù)投料或半連續(xù)投料運(yùn)行,適用于高濃度及含有大量懸浮固體原料的處理。在消化器內(nèi),新進(jìn)入的原料由于攪拌作用很快與消化器內(nèi)的全部發(fā)酵液混合,使發(fā)酵底物濃度始終保持相對(duì)較低狀態(tài)。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是:可以進(jìn)入高懸浮物含量的原料；消化器內(nèi)物料均勻分布,避免了分層狀態(tài),增加了底物和微生物接觸的機(jī)會(huì)；消化器內(nèi)溫度分布均勻；進(jìn)入消化器的抑制物質(zhì)能迅速分散,保持較低濃度水平；避免了浮渣、結(jié)殼、堵塞、氣體逸出不暢和短流現(xiàn)象。但該工藝需要有足夠的攪拌,相對(duì)能耗較高；底物流出該系統(tǒng)時(shí)未完全消化，微生物隨出料而流失。

1.2.3秸稈沼氣干發(fā)酵工藝。該工藝以農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便為原料，首先將秸稈粉碎，加入一定比例的畜禽糞便和已發(fā)酵后的沼渣均勻混合，混合過程中加入有機(jī)廢水，使原料干物質(zhì)濃度控制在20豫左右，然后用鏟車送入車庫式厭氧反應(yīng)倉內(nèi)，封閉反應(yīng)倉門后開始發(fā)酵。利用倉底集液槽收集沼液到貯液池，經(jīng)增溫后再通過反應(yīng)倉內(nèi)頂部沼液噴淋系統(tǒng)噴到原料上，保證發(fā)酵物中甲烷菌群數(shù)量和繁殖速度。并利用稻殼鍋爐通過反應(yīng)倉底部地?zé)峁芙o原料增溫。反應(yīng)倉換氣系統(tǒng)在產(chǎn)氣結(jié)束后，監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開換氣系統(tǒng)排空倉內(nèi)殘余沼氣，保證安全開倉。本工藝產(chǎn)生沼液全部回用，沼氣經(jīng)凈化后用于供氣，沼渣經(jīng)干化、篩分后用做肥料。

1.2.4兩相厭氧發(fā)酵工藝。兩相厭氧發(fā)酵工藝是把厭氧消化的酸化過程分解，使厭氧消化反應(yīng)分別在兩個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器中進(jìn)行的工藝流程。這種工藝每一反應(yīng)器只完成一個(gè)階段的反應(yīng)，第一反應(yīng)器只完成產(chǎn)酸階段反應(yīng)，第二反應(yīng)器完成產(chǎn)甲烷階段反應(yīng)，故又稱兩段式厭氧消化工藝。按照所處理的廢水水質(zhì)情況，兩步發(fā)酵可以采用同類型或不同類型的厭氧消化反應(yīng)器。該工藝具有以下特點(diǎn)：一是耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，避免了一步法不耐高有機(jī)酸濃度的缺陷；二是兩階段反應(yīng)不在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，互相影響小，可更好地控制工藝條件；三是消化效率高，尤其適于處理含懸浮固體多、難消化降解的高濃度有機(jī)廢水。

2　作用與效益

2.1促進(jìn)了農(nóng)業(yè)增效，農(nóng)民增收

農(nóng)民通過建設(shè)“四位一體”等模式，用上了清潔方便的沼氣能源，每年節(jié)省做飯、照明支出約320元，利用沼渣、沼液使農(nóng)作物產(chǎn)量提高了10～20豫，減少了化肥、農(nóng)藥支出480元，生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品是名副其實(shí)的綠色產(chǎn)品，市場(chǎng)售價(jià)是普通農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格的1.5倍。

2.2改善和優(yōu)化了生態(tài)環(huán)境

目前，黑龍江省農(nóng)村直接用作燃料的秸稈消耗量每年在3000萬t以上，約占秸稈總量的60豫，直接用于燃料的薪柴294萬t，占全省森林年生產(chǎn)總量的3.8豫，造成了“資源消耗-生態(tài)破壞-能源更加短缺”的惡性循環(huán)。通過大力發(fā)展農(nóng)村秸稈氣化和沼氣等清潔能源，可以有效改變這一局面。在黑龍江省建一處8立方米的沼氣池，基本可以解決農(nóng)戶一年70豫以上的炊事用能，年節(jié)約秸稈1t以上，相當(dāng)于保護(hù)1333m2林地，每年處理畜禽糞便18t，可提供沼肥16t，減少了糞便對(duì)環(huán)境的污染。

2.3凈化了農(nóng)村人居環(huán)境，促進(jìn)了新農(nóng)村建設(shè)

通過農(nóng)村能源建設(shè)，尤其是清潔能源的生產(chǎn)使用和大面積開展改廚、改廁、改圈，促進(jìn)了村屯和農(nóng)戶庭院環(huán)境的凈化美化，減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度和煙熏火燎之苦，加快了新農(nóng)村建設(shè)進(jìn)程。

（作者單位：黑龍江農(nóng)墾科技職業(yè)學(xué)院）

項(xiàng)目來源：黑龍江省教育廳高職高專院?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目

項(xiàng)目名稱：堆肥過程中引入外源微生物對(duì)提高碳素含量的研究（12535072）

1004-7026（2015）01-0124-02中國(guó)圖書分類號(hào)：S6-33;F327

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