孫澤鋒,張效順,王　娟

(1.高密市環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 山東 高密　261500;2.高密市恒陽(yáng)環(huán)保工程有限公司， 山東 高密　261500)

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· 治理技術(shù) ·

大棚式沼氣工程在畜禽糞便污染治理中的應(yīng)用

孫澤鋒1,張效順2,王娟1

(1.高密市環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 山東 高密261500;2.高密市恒陽(yáng)環(huán)保工程有限公司， 山東 高密261500)

畜禽養(yǎng)殖污染已成為農(nóng)村環(huán)境污染的主因，介紹了大棚式沼氣工程在治理農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖污染上的應(yīng)用，該技術(shù)可解決冬季沼氣工程不產(chǎn)氣問(wèn)題，保障沼氣工程正常運(yùn)行，環(huán)境效益、社會(huì)效益顯著。該技術(shù)為畜禽糞便污染治理提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

大棚式沼氣工程;畜禽糞便污染治理

1　引　言

近年來(lái)，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，養(yǎng)殖污染物排放量也不斷增多，畜禽養(yǎng)殖污染已成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村環(huán)境污染的主要來(lái)源[1]，養(yǎng)殖業(yè)污染治理成為農(nóng)業(yè)污染源控制的重點(diǎn)。沼氣技術(shù)作為畜禽糞便治理的有效技術(shù)，近年來(lái)也得到了廣泛推廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2013年底全國(guó)擁有沼氣工程210 252處，產(chǎn)氣總量1 577 652萬(wàn)m3[2]。沼氣發(fā)酵受溫度影響較大，大多數(shù)沼氣池春、夏、秋季運(yùn)行正常，但是進(jìn)入冬季后，氣溫降低，發(fā)酵變慢，甚至不產(chǎn)氣，2007年中國(guó)農(nóng)村戶用沼氣年均正常產(chǎn)氣時(shí)間僅為9個(gè)月[3]。為提高發(fā)酵溫度，增加產(chǎn)氣率，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同形式的加熱沼氣池進(jìn)行了研究，提出了多種保溫途徑，最多的保溫途徑是增加專門的鍋爐用于沼氣池保溫，冬季產(chǎn)生的沼氣基本全部用于鍋爐燃燒，由于得不到沼氣使用嚴(yán)重降低了沼氣用戶的積極性。本文在對(duì)山東省高密市建設(shè)的大棚式沼氣工程調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析了該類型沼氣工程1年的運(yùn)行數(shù)據(jù)，得出此模式降低了運(yùn)行成本，保證了冬季繼續(xù)產(chǎn)氣，實(shí)現(xiàn)了在冬季較寒冷地區(qū)沼氣的全年利用，提高了沼氣工程的治污效果。

2　現(xiàn)狀調(diào)查

2.1工程基本情況

大棚式沼氣工程指在傳統(tǒng)的地埋式沼氣池上方建設(shè)溫室暖棚，溫室大棚在冬季起到保溫作用，保障沼氣池冬季正常運(yùn)行產(chǎn)氣。同時(shí)在大棚內(nèi)種植蔬菜、花卉或者養(yǎng)殖，增加了工程的經(jīng)濟(jì)和景觀效益。大棚式沼氣工程以單體設(shè)計(jì)150m3/d為例，占地面積約300m2，構(gòu)筑物全部建在地下，主要構(gòu)筑物包括容積為150m3沼氣發(fā)酵池，50m3的沼渣、沼液貯存池1座，太陽(yáng)能暖棚140m2，可為附近30戶村民實(shí)現(xiàn)集中供氣。150m3沼氣發(fā)酵池分為3個(gè)50 m3的沼氣發(fā)酵池，地下埋深35cm左右。高密市在大棚式沼氣工程應(yīng)用方面進(jìn)行了多年探索，取得了明顯的社會(huì)和環(huán)境效益。目前，高密市已建成運(yùn)行大棚式沼氣工程40處，年處理糞污6萬(wàn)t，日產(chǎn)沼氣4 000m3，為850戶居民提供生活用氣。

2.2運(yùn)行模式

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該工程日處理干糞0.7～1m3、尿液10m3左右，根據(jù)《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術(shù)規(guī)范(HJ497-2009)》規(guī)定，一頭豬每天產(chǎn)糞2.0kg、尿液3.3kg，該工程適用于存欄生豬200頭以上、3 000頭以下的養(yǎng)殖小區(qū)、養(yǎng)殖場(chǎng)使用。工程周圍最好有葡萄基地、蔬菜基地等，工程所產(chǎn)沼氣通過(guò)管道輸送到周邊農(nóng)戶用作燃?xì)?，沼渣、沼液通過(guò)罐車或管道輸送到附近種植基地，作為有機(jī)肥施用。由養(yǎng)殖戶或養(yǎng)殖戶與專業(yè)人員聯(lián)合運(yùn)行該設(shè)施，沼氣輸送前經(jīng)棚內(nèi)的脫硫罐脫硫后再輸送至用戶，開通沼氣燃?xì)獾霓r(nóng)戶按月交納燃?xì)赓M(fèi)用，每方1.5元左右，沼氣價(jià)格便宜，使用方便，很受老百姓歡迎，保障了運(yùn)行經(jīng)費(fèi)，建立起沼氣運(yùn)行維護(hù)的長(zhǎng)效機(jī)制。同時(shí)，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了沼氣工程的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。工程運(yùn)行模式如圖1所示。

圖1　大棚式沼氣工程運(yùn)行模式Fig.1　Operation mode of greenhouse biogas project

3　運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

3.1數(shù)據(jù)獲取

該工程采用沼氣工程物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，選用武漢四方光電科技有限公司的技術(shù)方案，設(shè)備包括超聲波沼氣流量計(jì)、沼氣成分分析、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件等。該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)獲取沼氣工程運(yùn)行參數(shù)，如溫度、壓力、沼氣流量、甲烷含量等。本文選取5處沼氣工程的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析研究。5處測(cè)試點(diǎn)生豬的存欄情況如下表。

表　5處測(cè)試點(diǎn)生豬的存欄情況

3.2溫度情況分析

該運(yùn)行統(tǒng)計(jì)期從2014年9月開始，至2015年6月，共10個(gè)月，303天，日照天數(shù)228天。5處沼氣點(diǎn)及棚內(nèi)外溫度變化如圖2所示。統(tǒng)計(jì)期間，月平均最低溫度出現(xiàn)在12月和1月，為-4℃;月平均最高溫度出現(xiàn)在6月，為31℃。5處沼氣點(diǎn)棚內(nèi)溫度變化趨勢(shì)與棚外氣溫變化一致，沼氣點(diǎn)2處為最低溫度8.08℃，出現(xiàn)在1月份。農(nóng)村家用沼氣池多采用低溫發(fā)酵，溫度一般為8℃～25℃[4]。從圖2分析，加蓋塑料棚后棚內(nèi)溫度可提高9℃～12℃，冬季棚內(nèi)溫度均在8℃以上，沼氣池內(nèi)料液溫度保持在17℃以上，保證了冬季繼續(xù)產(chǎn)氣。

圖2　棚內(nèi)外溫度狀況Fig.2　Temperature conditions inside and outside the greenhouse

3.3產(chǎn)氣量分析

運(yùn)行期間各沼氣點(diǎn)產(chǎn)氣量如圖3所示，可以看出，沼氣點(diǎn)3產(chǎn)氣量最多，為3 238m3；沼氣點(diǎn)2產(chǎn)氣量最少，為2 000m3；沼氣點(diǎn)1、4、5產(chǎn)氣量基本一致。

圖3　各沼氣點(diǎn)產(chǎn)氣量Fig.3　Biogas production rate

沼氣發(fā)酵溫度的高低，對(duì)產(chǎn)氣速率影響也很大。如果在35℃時(shí)產(chǎn)氣速率為1，則在25℃時(shí)下降為0.89,20℃時(shí)下降為0.80,15℃僅有0.63左右[5]。從圖4看出，11月、12月、1月、2月份棚內(nèi)月平均溫度均低于15℃，產(chǎn)氣量較低。9月份產(chǎn)氣量最低，原因是該沼氣工程從8月份開始調(diào)試運(yùn)行，前期產(chǎn)氣量較低。棚內(nèi)溫度最低月份為12月，產(chǎn)氣量最低出現(xiàn)在1月，較溫度略有滯后。3月后隨著溫度的升高，產(chǎn)氣量急速增加。

4　結(jié)　論

高密市的實(shí)踐證明，大棚式沼氣工程具有諸多優(yōu)點(diǎn)，零占地，冬季可以正常運(yùn)行，產(chǎn)氣率較高，可滿足用戶用氣需求，充分發(fā)揮了其治污效果，建設(shè)大棚式沼氣工程治理畜禽養(yǎng)殖污染，是農(nóng)業(yè)源減排的重要方式，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物減量化、資源化、無(wú)害化的有效途徑，為畜禽養(yǎng)殖污染治理提供了經(jīng)驗(yàn)。大棚式沼氣工程為解決我國(guó)北方畜禽糞便污染找到了新的途徑。

圖4　沼氣產(chǎn)生量與溫度關(guān)系Fig.4　Relationship between biogas production and temperature

[1]張陸彪,彭新宇.我國(guó)畜禽養(yǎng)殖污染防治的立法思考[J].環(huán)境保護(hù),2007,(01A):39-42.

[2]中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒[Z].北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2014.

[3]湯云川，張衛(wèi)峰，馬林，張福鎖.戶用沼氣產(chǎn)氣量估算及能源經(jīng)濟(jì)效益[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,26(3):281-283.

[4]馬洪儒.家用沼氣池穩(wěn)定產(chǎn)氣的技術(shù)要點(diǎn)[J].可再生資源，2003,(2)：29-30.

[5]周孟津，張榕林.沼氣實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

Application of Greenhouse Biogas Project in Livestock and Poultry Excrement Pollution Control

SUN Ze-feng1, ZHANG Xiao-shun2, WANG Juan1

(1.EnvironmentalMonitoringofGaomi,Gaomi,Shandong261500,China;2.HengyangEnvironmentalProtectionEngineeringCo.Ltd.ofGaomi,Gaomi,Shandong261500,China)

Livestock and poultry excrement pollution has become the major cause of rural environmental pollution. In this paper, the application of greenhouse biogas project in livestock and poultry excrement pollution control of rural areas was introduced, the biogas no-production problem in winter could be solved and the normal operation of biogas project guaranteed through this technology, the environmental and social benefits were significant. The technology provided experience for reference in livestock and poultry excrement pollution control.

Greenhouse biogas project; livestock and poultry excrement pollution control

2016-07-04

孫澤鋒(1981-)，男，山東高青縣人，2008年畢業(yè)于中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，碩士研究生，工程師，主要從事環(huán)境保護(hù)工作。

張效順，541943090@qq.com。

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1001-3644(2016)05-0073-03