北京市农村大中型沼气工程发展和问题

2009-09-05周孟津

农业工程技术·农业信息化 2009年6期

周孟津

沼气发酵是人类利用自然规律的一个杰作，它完全符合以科学发展观为指导的循环经济、生态农业，沼气应用将随着技术的进步和政府的支持而快速发展。

一北京市大型沼气工程发展现状

上世纪80年代北京地区农村主要使用的是小型沼气池，到90年代末才开始实施大型沼气利用工程。1992年中美合作在留民营建成了100m³塞流式鸡粪沼气池，高温运行至今。1996年首都师范大学研究成功了适用于畜禽粪便沼气发酵的升流式固体反应器(uSR)，1998年在留民营、琉璃河三街、南韩继建了应用USRT艺的三座沼气站，至今已成功运行十年，成为北京市沼气利用的典范工程，为北京市沼气工程快速发展打下了良好基础。

进入21世纪，在新农村建设、国家新能源发展需求，节能减排等政策的推动下，沼气综合利用进入蓬勃发展阶段。仅2006～2008年，北京市农村地区就兴建了大、中型沼气工程近百座。

在大型沼气工程方面，亮点工程当属延庆县的德青源2兆瓦沼气发电工程。在这个以生产鸡蛋为主的企业，原来每天产生400多吨鸡粪和废水，处理起来很头痛。通过建起1.2万立方米的沼气池，日产沼气2万立方米，日发电4万度。沼渣、沼液被用作当地果树和玉米的肥料。沼气发电的余热还可以为沼气池加温。从而形成热、电、肥联供的模式。

在农村，大兴区经过留民营村沼气应用的早期实践，在沼气工程建设、沼气发酵产物综合利用方面为北京市提供了成功的经验。2008年，北京市选择在留民营村动工建设首个大型沼气七村联供示范工程。工程利用当地生态养鸡场的畜禽粪便资源，通过建设输气管道，向周边七个村1690户供应绿色炊事燃气，实施了多村联供的发展新模式，促进了生物质资源利用的集约化的发展。新建的大兴区牛坊沼气工程、房山区窦店沼气工程等都有明显的技术进步。可以说，北京在大型沼气工程建设方面走在了全国的前列。

二沼气工程模式由能源环保型转向能源生态型

伴随着沼气工程建设的兴起、工程规模不断扩大，北京农村地区沼气应用的模式及技术也在迅速调整步调。前些年强调沼气发酵污水的达标排放，虽然经过多年的实践摸索，但处理成本过高的问题始终没有得到有效解决。这也导致了沼气应用在我国应用推广不畅。

沼气发酵只取出了有机物中的能量——沼气，剩余的沼渣、沼液是良好的活性有机肥料。沼气发酵是农业循环经济的重要一环。把用畜禽粪便生产沼气剩余的沼液当污水处理，不仅造成肥分的浪费，而且大大提高了沼气发酵的成本。这种花费大、产气少、浪费资源，以达标排放为特征的沼气工程模式称为能源环保模式。

顺义区北郎中村建曾以此模式建起沼气站，但处理污水的成本始终控制不下来，最后不得不进行改造。

以留民营村沼气利用为代表的能源生态模式逐渐得到了大家的认可。在这个模式中，畜禽粪便产生沼气和沼肥，沼气被用于做饭和发电。沼渣、沼液则被当作农作物的有机肥生产绿色食品，从而避免了污水处理的高额花费。同时为循环经济、生态农业提供了途径。北京市近几年兴建的沼气工程大都是以能源生态模式为主。

三厌氧消化器多采用升流式固体反应器(USR)

应用模式的改变不仅是对可再生能源利用思路的转变，其背后蕴藏着复杂的技术演进过程。厌氧消化器(沼气池)是沼气工程的核心设备，厌氧消化器工艺的选择是决定畜禽粪便沼气集中供气工程能否长期高效稳定运行的关键。

能源生态模式要将全部畜禽粪便进行沼气发酵，畜禽粪便中含有大量悬浮固体，对原有的沼气发酵工艺(UASB)提出新问题。“升流式固体反应器(USR)”适用于高悬浮固体畜禽粪便的沼气发酵，该反应器的工艺特点是在升流式流态下，依靠自然沉降作用使畜禽粪便中的固体颗粒物和发酵微生物能够长时间滞留在消化器内，从而提高了产气率。该工艺运用在留民营、琉璃河三街、南韩继3座沼气站，沼气站分别以鸡粪和猪粪为发酵原料，产生的沼气为当地数百户居民供应炊事用燃气，沼肥则用于农田，至今已成功运行十年。

由于USR具有原理先进、结构简单、效率较高、管理方便的特点，加之连续十年的成功运行，为北京市大中型沼气工程建设提供了坚实的技术支撑，近几年北京市兴建的大中型沼气工程中70～80％的沼气站都使用了USR反应器，少数使用CSTR、PFR和干发酵工艺。搪瓷钢板拼装罐和利浦罐的开发和应用。也为沼气工程的快速建成创造了条件。为防冻沼气贮存多采用压力罐贮存。北京市大中型沼气工程建设的技术和经验，以及经过几年磨练的一批大中型沼气工程建设队伍已经开始走向全国。

四北京市大中型沼气工程建设存在的问题和解决途径

十余年的发展，北京畜禽粪便沼气工程建设迅速成长。节能减排和新农村建设的需要以及政府的大力推动和支持，促使沼气工程建设迅速发展。但是，大家都忙于新工程的建设，而对生产工程的跟踪研究则很少关心。很多问题亟待解决。

1对沼气工程常用工艺进行生产性跟踪研究甚少

应当立即深入开展对现有大中型沼气工程跟踪研究，首先弄清常用工艺(包括：USR、CSTR、PFR)生产运行的技术性能和工艺参数，进而比较常用工艺的适用性和问题，为今后北京市大中型沼气工程建设明确技术发展方向。例如USR工艺，在实验室1立方米反应器可产生5立方米沼气，但在生产工程设计时仅为1立方米沼气池产1立方米沼气。到底1立方米沼气池每天能产生多少沼气?也就是说，目前有关沼气工程的工艺过程和工艺参数等在生产工程中的许多问题尚不清楚。还有每天进料的性质和数量、适宜的进料浓度、平均每天每户的沼气用量、原料产气率等。利用太阳能或沼气加温沼气池应如何进行配置。弄清这些基本问题，才能对目前使用较多的工艺进行比较，为后续工程建设的工艺选择和设计提供依据。

2专用设备的研究开发不足

非专用设备体积大，能耗高，效率低。应加强专用设备的研究开发，包括调料去杂机、布料器、搅拌机、去浮渣溢流出料器、脱水罐、脱硫罐等。

3缺乏沼气脱硫工艺的比较选择研究

目前常用的沼气脱硫工艺有氧化铁脱硫剂脱硫、罐内生物脱硫和罐外生物脱硫，三种脱硫方式在北京均有所应用，但以氧化铁脱硫剂脱硫为主。比较三种工艺的适用性并开发相应设备，特别是罐外生物脱硫刚开始应用，但其应用前景看好。

4鼓励施用沼肥(沼渣、沼液)并解决施用中的各种问题

沼肥是一种活性有机肥料，除含有常规有机肥的肥分外，还含有多种生物活性物质。政府应加强对沼肥使用的宣传，鼓励农民使用沼肥，并把沼肥施用和绿色食品生产结合起来，还要不断解决沼肥使用中的具体技术和设备问题。采用能源生态模式进行沼气发酵，会产生大量沼肥，如应用渠道不畅会造成二次污染。

对北方农民而言，过去使用的多是固体肥料，而沼肥是液态肥，不仅需要运输、储存，而且怎样用也是个问题。政府则应该加强对沼肥的宣传，出台具体的鼓励措施，同时不断完善使用手段。

5制定应用沼气的鼓励政策

现在沼气站建设和运行多为公益性，仅购买发酵原料的花费每立方米沼气就要一元左右，平均一个沼气站冬季每月支出要一万元。既然沼气发电国家给于补助，农民用沼气也应按实际用量给于补贴，以鼓励沼气站的正常运行。

6引进消化国外高浓度沼气发酵技术

德国普遍采用高浓度CSTR工艺，该工艺适用于畜禽粪便、畜禽粪便+秸秆及纯秸秆沼气发酵，应加以研发。

下面是一个公司的设计参数，供参考：