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        新疆寒區(qū)規(guī)模化養(yǎng)殖場沼氣工程利用*

        2018-12-22 08:22:10劉軍林袁雅梅劉艦林
        新疆農(nóng)墾科技 2018年9期
        關(guān)鍵詞:新疆工程

        劉軍林,袁雅梅,劉艦林

        (1.新疆西域牧歌農(nóng)業(yè)科技有限公司,新疆 石河子 832000;2.新疆兵團農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站)

        0 前言

        2016年12月21日,習近平總書記主持召開中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會議,首次提出“農(nóng)村能源革命”,他指出:“加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化,關(guān)系6億多農(nóng)村居民生產(chǎn)生活環(huán)境,關(guān)系農(nóng)村能源革命,關(guān)系能不能不斷改善土壤地力、治理好農(nóng)業(yè)面源污染,是一件利國利民利長遠的大好事。要堅持政府支持、企業(yè)主體、市場化運作的方針,以沼氣和生物天然氣為主要處理方向,以就地就近用于農(nóng)村能源和農(nóng)用有機肥為主要使用方向,力爭在”十三五“時期,基本解決大規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場糞污處理和資源化問題?!睆娬{(diào) “兩個主要方向”——以沼氣和生物天然氣為主要處理方向,以就地就近用于農(nóng)村能源和農(nóng)用有機肥為主要使用方向。

        國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》,明確提出到2020年全國畜禽糞污綜合利用率達到75%以上?!度珖託獍l(fā)展“十三五”規(guī)劃(2016—2020)》指出,到2020年全國新建規(guī)?;锾烊粴夤こ?72個,新建規(guī)?;笮驼託夤こ? 150個,新建中小型沼氣工程25 500個,認定果(菜、茶)沼畜循環(huán)農(nóng)業(yè)基地1 000個;新增沼氣生產(chǎn)能力約50億m3,總量達到200億m3左右;“十三五”期間農(nóng)村沼氣工程總投資500億元??梢?,黨、政府對沼氣工程的重視,支持力度也是空前的。這也表明,黨和政府關(guān)心畜禽糞污污染問題,表明了解決農(nóng)村能源和農(nóng)業(yè)、畜牧養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展瓶頸問題的決心和意志。

        據(jù)新疆兵團統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示,兵團2017年年末牲畜存欄772.58萬頭(只),其中,牛50.77萬頭,豬167.47萬頭,羊548.49萬只;年內(nèi)牲畜出欄882.71萬頭(只),增長6.0%[1]。據(jù)估算,全國畜禽糞污年產(chǎn)生量約38億t,綜合利用率不到60%,已成為農(nóng)業(yè)污染的主要來源。目前,新疆兵團的畜禽養(yǎng)殖業(yè)已從散養(yǎng)向集約化和規(guī)?;较虬l(fā)展,發(fā)展沼氣事業(yè),利用沼氣工程處理畜禽糞污污染大有可為。

        沼氣屬于可再生能源,是發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)效率最高、投資最省的一種模式。近年來隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展,畜禽糞污對環(huán)境的影響越來越受到社會的關(guān)注。沼氣及沼氣工程能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄物的循環(huán)利用,它是植物生產(chǎn)、動物轉(zhuǎn)化、微生物還原鏈條里重要的一環(huán),是促進循環(huán)農(nóng)業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的紐帶;也是處理糞污,減少環(huán)境污染,實現(xiàn)糞污資源化利用,達標排放,促進種養(yǎng)結(jié)合,農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的紐帶。

        新疆地處祖國西北邊陲,冬季時間長,有的地區(qū)凍土層達1.7 m,在長達半年的時間里不利于沼氣池產(chǎn)氣。北疆地區(qū)10月份平均溫度均在8℃左右,還能正常產(chǎn)沼氣,進入11月份大部分地區(qū)平均溫度均低于沼氣正常發(fā)酵溫度,沼氣池發(fā)酵緩慢甚至不產(chǎn)氣。要發(fā)展新疆沼氣事業(yè)就必須克服新疆寒冷地區(qū)冬季沼氣池的使用問題,而提高沼氣池料液溫度是解決問題的關(guān)鍵[2]。

        1 新疆寒區(qū)規(guī)模化養(yǎng)殖場沼氣工程現(xiàn)狀

        1.1 傳統(tǒng)磚混模式

        由于新疆地域區(qū)位等多種條件的局限,新疆沼氣工程仍然處在較低的層次。主要表現(xiàn)為工藝水平低、“三沼”利用率低和運行困難等,都是新疆寒區(qū)沼氣工程面臨的問題。新疆目前有一些中小型沼氣工程還是沿用傳統(tǒng)工藝,使用磚混模式,這樣雖然工程成本降低了,但是,面對新疆的干旱、鹽堿、寒冷等因素,無法保證沼氣工程正常和長期穩(wěn)定運行。

        1.2 地上處理模式

        地上處理模式,一般是采用內(nèi)地南方一些沼氣先進省市的技術(shù)模式建設(shè)。通常有常溫及中溫地上完全混合式 (簡稱CSTR)、上流式厭氧污泥床 (簡稱UASB)、升流式固體反應(yīng)器(簡稱USR)等等,主要表現(xiàn)為巨大的發(fā)酵罐體佇立在凌冽的寒風中。增保溫是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵,也是能耗巨大的表現(xiàn)。沼氣系統(tǒng)無法正常運行,主要也與增保溫系統(tǒng)沒有做好和沒有做到位有關(guān);另外,后期的運行維護也需要大量的能源投入,影響了業(yè)主的經(jīng)濟效益和繼續(xù)投入的信心。

        1.3 半地下處理模式

        半地下處理模式,即厭氧發(fā)酵罐體的1/3或1/2設(shè)置于地下,且地下和地上全部進行保溫處理,保溫層厚度在5~15 cm之間,一般采用苯板和巖棉進行保溫。德國沼氣工程多半采用的是半地下處理模式,它的主要優(yōu)勢是保溫、方便清渣和維護。

        1.4 地下處理模式

        地下處理模式,主要是將厭氧發(fā)酵罐體全部設(shè)置于地下,對整個發(fā)酵罐體進行保溫處理。在新疆發(fā)酵罐體填埋深度要超過凍土層深度。主要優(yōu)勢是保溫和沼氣發(fā)酵運行平穩(wěn)。一般冬季增溫方式為燃煤燃氣鍋爐和太陽能熱水循環(huán)系統(tǒng)供熱。這種處理模式也是新疆沼氣工程能夠正常平穩(wěn)運行的有效方式之一。

        1.5 新型膜結(jié)構(gòu)處理模式

        新型膜結(jié)構(gòu)處理模式,是地下處理模式的一種,它是由新疆西域牧歌農(nóng)業(yè)科技有限公司研制開發(fā)的一種集約化養(yǎng)殖場能源化綜合處理、高效利用的一種糞污處理模式、也是沼氣工程資源化利用的一種模式。如圖1所示。

        新型膜結(jié)構(gòu)沼氣池是由聚氯乙烯高分子復(fù)合材料制成,呈膽體結(jié)構(gòu),具有耐老化、抗凍融、拉伸強度高、氣密性強等特點,膜結(jié)構(gòu)沼氣池膽體易于安裝,方便保溫和增溫。建設(shè)、維護、保養(yǎng)以及后期管理都很方便。它能有效克服鹽堿、晝夜溫差大、膨脹系數(shù)高等困擾新疆沼氣發(fā)展的瓶頸問題,它的耐凍融性能也高,非常適宜新疆的地理和氣候條件,是發(fā)展沼氣工程的值得推廣的厭氧發(fā)酵裝置。其特性為氣密封性(充氣5 kPa,保持24 h)、無破裂或滲漏。熱合撕裂強度(kN/m)≥ 50,拉伸強度(MPa)≥ 16[3]。技術(shù)方案為:沼氣發(fā)酵池,完全建設(shè)在養(yǎng)殖場地下,深度超過凍土層,系統(tǒng)有增保溫裝置,使用固液分離,分別處理固體和液體部分,綜合處理效率高。相關(guān)技術(shù)該公司均有授權(quán)專利保護。

        2 新疆寒區(qū)規(guī)?;B(yǎng)殖場沼氣工程分析

        2.1 冬季處理的問題

        圖1 新型膜結(jié)構(gòu)沼氣工程工藝流程

        隨著新疆畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和規(guī)模的不斷擴大,廢棄物處理成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要問題,尤其是冬季糞污的處理問題。冬季處理糞污難度大,主要原因就是液體部分沒有好的處理方法。建議發(fā)展沼氣工程,進行固液分離,固體部分制作有機肥,液體部分生產(chǎn)沼氣,以及沼液儲存等措施加以解決。沼氣工程中,沼氣發(fā)酵池的冬季保溫和增溫尤為重要,而保溫和增溫投入較大,許多沼氣工程項目發(fā)酵池的保溫和增溫沒有按規(guī)范去做,發(fā)酵池溫度低,沼氣生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性不能保證[4]。建議加大沼氣工程增保溫建設(shè)力度,確保冬季正常處理畜禽糞污。沼液儲存及沼渣處理方面可以借鑒德國相關(guān)工藝進行:在沼渣沼液的利用上,德國相關(guān)法律有特別規(guī)定。當農(nóng)場之間的沼肥交叉使用時,須經(jīng)過70℃以上的高溫消毒處理,若用于飼料施肥,必須在90℃的溫度下處理1 h。另外,秋季以后(10月至來年4月),沼液必須貯存6個月以上才能使用。在德國,沼渣沼液還田利用十分充分,沼渣沼液的還田運輸全程機械化[5]。新疆地區(qū)冬季沼液可以貯存6個月以上,這樣有利于環(huán)境保護,但需要建設(shè)較大的配套儲液池。

        2.2 沼氣工程資金問題

        資金問題一直是新疆沼氣工程快速發(fā)展的瓶頸問題,也是制約畜禽糞污處理和綜合利用的攔路虎。一些沼氣工程不能正常運行,主要原因就是配套資金不到位,致使相關(guān)增保溫設(shè)施和糞污處理設(shè)備不到位,影響了沼氣工程的平穩(wěn)和順利運行。在此提出以下建議和措施:(1)積極申請政府相關(guān)配套支持資金,把政府扶持的優(yōu)惠政策用好:農(nóng)業(yè)部2017年,支持和建設(shè)了485個規(guī)?;笮驼託夤こ毯?8個規(guī)模化生物天然氣工程,支持沼渣沼液利用設(shè)施建設(shè),推進沼氣轉(zhuǎn)型升級,促進沼肥利用。農(nóng)業(yè)部會同發(fā)改委積極指導(dǎo)落實沼氣發(fā)電上網(wǎng)標桿電價和上網(wǎng)電量全額保障性收購政策,推動符合相關(guān)要求的生物天然氣并入燃氣管網(wǎng)等等優(yōu)惠政策;(2)加大投融資行動,現(xiàn)在國家非常重視環(huán)境保護,處理畜禽糞污的沼氣工程是利國利民的大事。相關(guān)政策有:一是2017年共支持96個畜牧大縣整縣推進畜禽糞污資源化利用,探索市場化治理機制,其中涉及新疆及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團的有呼圖壁縣、昭蘇縣及石河子市3個畜牧大縣(市)。二是將畜禽糞污資源化利用裝備列入農(nóng)機購置補貼范圍,實行敞開補貼、應(yīng)補盡補。三是印發(fā)專項規(guī)劃資金支持,支持資金在2.0億~4.7億元;隨著政策資金的投入也可以吸引社會資金對沼氣工程進行投融資;(3)積極宣傳養(yǎng)殖企業(yè)對沼氣工程進行投資。隨著環(huán)保督查和環(huán)保執(zhí)法宣傳力度的加大,越來越多的養(yǎng)殖企業(yè)認識到環(huán)保的重要性,對畜禽糞便污染的治理是養(yǎng)殖企業(yè)必須承擔的社會責任。只有養(yǎng)殖企業(yè)積極處理糞污污染,才能實現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)的良性循環(huán),實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)綠色、健康和可持續(xù)發(fā)展。

        2.3 人員培訓(xùn)

        新疆寒區(qū)的沼氣工程要大發(fā)展就離不開相關(guān)技術(shù)人員。要加強對新疆區(qū)域內(nèi)大中型沼氣工程施工、使用人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn),不斷提高技術(shù)水平和管理水平。特別是對于技術(shù)性強的沼氣發(fā)電、系統(tǒng)運行、管理、維護等方面,要抓緊培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才,盡快滿足工作需要,做到技術(shù)問題有人懂,排除故障有人會。要建立健全沼氣工程安全運行責任制和市場化管理機制,做到責任明確,規(guī)范運作,確保沼氣工程長期、高效和安全運轉(zhuǎn)。

        2.4 沼氣工程發(fā)展趨勢

        德國沼氣工程從20世紀90年代初開始建設(shè),德國《可再生能源法》規(guī)定,對生物質(zhì)(沼氣)發(fā)電實行基本補償和獎勵補償,補償期20年,補償率按比例逐年遞減。在此政策引導(dǎo)下,目前德國沼氣占可再生能源的比例為43%,到2020年,全德國將建成12 000個沼氣工程,使用沼氣發(fā)電占全國發(fā)電總量的7.5%,到2030年,在天然氣管網(wǎng)中至少包含10%的沼氣[5]。丹麥同德國一樣也是發(fā)展沼氣工程技術(shù)的先進國家,丹麥是歐洲畜牧業(yè)強國,沼氣工程從20世紀70年代開始建設(shè),沼氣建設(shè)模式向集中式沼氣工程模式發(fā)展,其核心是將分散的畜禽糞污集中進行厭氧處理[6]。丹麥政府指出:到2020年,50%的畜禽糞便必須進行厭氧技術(shù)處理,政府對修建沼氣工程提供20%的補貼和60%的市政貸款;《2050年丹麥能源發(fā)展戰(zhàn)略》提出,計劃在2050年完全擺脫對化石能源的依賴。我國政府提出:到2020年全國畜禽糞污綜合利用率達到75%以上;2016年出臺的 《全國沼氣發(fā)展 “十三五”規(guī)劃(2016—2020)》提出:“十三五”期間農(nóng)村沼氣工程總投資500億元;農(nóng)業(yè)部新批準的整縣推進畜禽糞污資源化利用畜牧大縣新疆有6個,新疆兵團有2個畜牧大縣,可見,在新疆發(fā)展沼氣工程前景廣闊。

        3 結(jié)論

        中央預(yù)算內(nèi)投資畜禽糞污資源化利用整縣推進項目,支持畜牧大縣、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)等率先推進畜禽糞污資源化利用,鼓勵各地出臺配套政策,對畜禽糞污資源化利用工作給予支持。在此大背景下,新疆沼氣事業(yè)迎來了大發(fā)展的春天。新疆沼氣工程一定要練好內(nèi)功,積極提升沼氣增保溫技術(shù)水平、提升處理糞污的效率,吸收國外先進沼氣技術(shù),對現(xiàn)行的沼氣技術(shù)進行轉(zhuǎn)型升級,提高沼氣工程的綜合經(jīng)濟效益,提升沼渣、沼液和有機肥的效益,把沼氣工程真正做成保護環(huán)境、促進循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的好工程和好項目。沼氣工程只有不斷開拓、創(chuàng)新,用新技術(shù)、新材料、新觀念才能發(fā)展壯大,才能為養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展保駕護航,才能促進種養(yǎng)結(jié)合,成為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的紐帶。

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