□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，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)起步于上個世紀70年代。進入新世紀以來，全省農(nóng)村沼氣建設(shè)從小到大，得到了長足發(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)有采用液泵進料的立式沼氣裝置不能大幅度提高進料濃度和浮渣難以去除的問題，可使固體有機廢物與污水不需多級“預(yù)處理”而直接從進料口加入，并在機械攪拌作用下進料的干物質(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、操作簡便、運行費用低和適合多種固體有機廢物的處理，采用HCPF工藝產(chǎn)生的沼氣如進行熱電聯(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較低狀態(tài)。該工藝的優(yōu)點是:可以進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會；消化器內(nèi)溫度分布均勻；進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,相對能耗較高；底物流出該系統(tǒng)時未完全消化，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)測和自動控制系統(tǒng)會自動打開換氣系統(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)分別在兩個獨立的反應(yīng)器中進行的工藝流程。這種工藝每一反應(yīng)器只完成一個階段的反應(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：一是耐沖擊負荷能力強，運行穩(wěn)定，避免了一步法不耐高有機酸濃度的缺陷；二是兩階段反應(yīng)不在同一反應(yīng)器中進行，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廢水。

2　作用與效益

2.1促進了農(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)品是名副其實的綠色產(chǎn)品，市場售價是普通農(nóng)產(chǎn)品價格的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，相當于保護1333m2林地，每年處理畜禽糞便18t，可提供沼肥16t，減少了糞便對環(huán)境的污染。

2.3凈化了農(nóng)村人居環(huán)境，促進了新農(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)民的勞動強度和煙熏火燎之苦，加快了新農(nóng)村建設(shè)進程。

（作者單位：黑龍江農(nóng)墾科技職業(yè)學(xué)院）

項目來源：黑龍江省教育廳高職高專院?？茖W(xué)技術(shù)研究項目

項目名稱：堆肥過程中引入外源微生物對提高碳素含量的研究（12535072）

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

A