蔬菜废弃物“大棚模式”应用技术

武汉市农业机械化科学研究所 张俊峰 张唐娟 万勇 刘海 郭翔 庞雄斌

蔬菜废弃物“大棚模式”应用技术

武汉市农业机械化科学研究所 张俊峰 张唐娟 万勇 刘海 郭翔 庞雄斌

1　蔬菜废弃物的现状及其资源化利用技术

蔬菜废弃物是蔬菜生产中大量品质不佳和加工处理时废弃的叶、根、茎和果实等，占到中国城市生活垃圾的20%～50%。武汉市委市政府高度重视“菜篮子工程”的实施，2014年，蔬菜播种面积达169.08千hm2，产量702.74万t，产值达192.03亿元，占农业总产值比重达34.3%，成为农业第一大支柱产业（武汉市统计局），依据蔬菜残株与蔬菜产量之比约0.3，可收集利用系数为0.6，可计算出2014年武汉市可收集利用的蔬菜废弃物鲜重达到126.49万t。

蔬菜废弃物有机质含量较高，其中固体含量为8%～19%，而挥发性固体含量占总固体的80%以上，包括75%的糖类和半纤维素、9%的纤维素及5%的木质素；以干基计算蔬菜废弃物的含氮量在3%左右，总磷含量为0.3%～0.5%，钾含量为1.8%～5.3%，其营养成分与常用的天然有机肥料相当。蔬菜废弃物易腐烂的特性，既对蔬菜种植基地造成严重的环境污染，又是生物质资源的浪费。蔬菜废弃物的特性尤其是高含水率（一般在90%左右），使得它们适宜采用生物处理工艺。厌氧发酵成为理想的处理途径，既能使蔬菜废弃物回收沼气能源加以利用，又使其变成无害高效有机肥，符合可持续发展的要求。

厌氧发酵过程是各种有机物在厌氧条件下，被各类沼气发酵微生物分解转化，最终产生沼气的过程。按发酵温度分为常温发酵、中温发酵和高温发酵。其中中温发酵产气率较高、稳定、气质好，且中温消化反应的设备简单，成本较低，是比较理想的蔬菜废弃物处理方法。

2　沼气和设施大棚配套应用

2.1便携式沼气发酵装置

图1　便携式沼气发酵装置

便携式沼气发酵装置为便携式模块化组装结构，包括柔性沼气袋、刚性罩壳、进料斗、出料口等，沼气池地上安装，占地面积小，可移动，运输方便，使用维护简单，用户完全可以自行维护。

柔性沼气袋具有耐压，耐腐蚀，高强度防爆等功能，气密性好，无泄漏，供气时略施加外力即可将池内尾气排出。当沼液排光，清渣时只须稍施外力挤压袋状沼气池，即可将沼渣清除干净。

序号　便携式沼气发酵装置　传统沼气池地下室水泥砂浆现浇地上安装，模块化结构1 2可移动，可搬迁安装方便，安装一个沼气池只需要2 h 建设成本高，施工困难周期长约15 d柔性沼气袋气密性好，无泄漏，尾气可自由排出池体难以做到零泄漏，影响气密性，池内残留尾气无法使用不结壳不堵塞，可自由排料。易结壳、堵塞，大出料需要泵抽，若人员进入池内清渣，易造成CO2窒息死亡事件。投资大，成功率低不能移动，固定在建设位置3 4 5 6投资小，产气快

图2　传统沼气池地下施工建设

相对于传统沼气池，便携式组装沼气池具有以下优势：便携式沼气发酵装置可在一定程度上改善传统沼气池的应用弊端，然而，冬季受环境温度波动影响大，沼气池的越冬问题仍在一定程度上限制了它的推广应用。

2.2“大棚模式”特点

图3　“大棚模式”示意图

“大棚模式”是将便携式沼气发酵装置安放在蔬菜大棚进行厌氧发酵的方式，简称为“大棚模式”，“大棚模式”有效解决了传统沼气池与便携式沼气发酵装置应用推广过程中出现的问题，是一种可靠的资源循环利用模式。

沼气发酵装置安放在塑料大棚内，冬季不必加热发酵池，塑料大棚的增温保温性提高沼气发酵温度，可有效解决室外冬季沼气池产气率低甚至不产气问题。同时利用所产沼气燃烧释放热量进一步提高塑料大棚温度，还为大棚蔬菜增施CO2气体肥，促进其生长，又进一步提高沼气池产气量，发酵残留物沼液沼渣为大棚蔬菜无害高效有机肥，从而提高了塑料大棚综合效益。

该模式中发酵原料主要为蔬菜大棚种植产生的植株残体，沼气池产生“三沼”直接在大棚内利用，是一种高效利用资源，提高生产效益的生态农业发展模式。

图4　“大棚模式”应用流程图

2.3武汉市应用“大棚模式”的前景

武汉市新建7万亩（1hm2=15亩）设施蔬菜基地，具有推广应用的设施基础条件，发展大棚蔬菜生产的同时也产生了大量的蔬菜垃圾，设施内蔬菜废弃物作为厌氧发酵的原材料，收集便利，便携式沼气池与大棚配合，从源头上进行无害化与资源化利用，资源得到最佳配置，实现以沼气池为纽带的农业废弃资源生态良性循环，生态和社会效益显著。

图5　“大棚模式”应用实例

3“大棚模式”的应用技术方案

3.1沼气池的安装选址

当设备连接上以后，每个设备都拥有各自的BluetoothSocket，就可以实现设备之间数据的共享了。蓝牙AP 则可通过BluetoothSocket 的getOutStream()向数据采集层各采集模块发送传输控制指令，对获取到的生命体征数据则通过TCP/IP 协议发送到数据库服务器中，进而可以对收集到的生理参数通过机器学习预测和分析模块进行列表显示和图表显示，并综合判断当前数据，给出疾病预警提示和初步诊断预案。

沼气池应安放在大棚两端空地处，场址有较好的地质，地形平坦，具备供电的基础条件，尽量错开蔬菜种植区域，留出人行走空间。沼气池容积适宜，2亩大棚约配套4 m3的沼气池。

3.2配套系统设计安装

包括沼气发酵系统、CO2气肥增施系统、大棚补光增温系统。

3.3厌氧发酵工艺

将牛粪作为启动原料，投入沼气池，待产气稳定后，蔬菜废弃物作为添加料分阶段连续批量投入沼气池中，发酵过程中可随时进出料，待产气明显下降时，要及时加料。

冬季在大棚内通过燃烧沼气放出CO2，使棚内CO2浓度增高，为大棚蔬菜增施气体肥，从而提高作物产量。夏季沼气可点杀虫灯杀虫。

3.4安全使用注意事项

（1）启动阶段，为避免酸化现象，牛粪作为启动原料，应设置较低的固体浓度5%以下，发酵稳定后逐步增加有机负荷，总固体浓度（TS）应保持小于15%的水平。

（2）添加接种剂，一般选择正常发酵产气沼气池的沼渣或沼液作为启动接种物；启动时，应按照接种物、原料、水比例为1∶2∶5的原则；启动时加入的水温不能太低，应该在10℃以上的水。

（3）在沼气池启动运行过程中，放气试火应该在沼气灶具上进行。严禁在沼气池出料口或导气管上直接进行点火试验，以防回火爆炸。

（4）使用沼气时，要先点燃引火物，再开开关，以防沼气忽然放出过多，烧到身上或引起火灾。

（5）经常检查输气管道、开关、接头是否漏气，如果漏气要立即更换或修理，以免发生火灾。不用气时要关好开关。

（6）大棚内如有臭鸡蛋味，要开门、开窗并切断气源，人也要迅速离去，等棚内无味时，再检修漏气部位。

（7）凝水器要安装在输气管道距地面较低位置，防止冷凝水聚集结成冰，堵塞输气管道。

（8）沼气灯、灶具和输气管道远离易燃物品，以防失火。一旦发生火灾，应立即关闭开关，或把输气管从导气管上拔掉，切断气源后，立即把火扑灭。

（9）检查输气管路是否漏气的方法

检查输气管路一般是这样进行：将沼气池到灶具的输气管中的开关关上，再将连接炉具一端输气管拔下，把输气管连接灶具的一端用手堵严，然后将沼气池导气管一端的输气管拔开；向输气管内吹气或打气，U型压力表水柱达30 cm以上，迅速关闭沼气池输送到炉具管路之间的开关，观察压力表读数是否下降，3 min后不下降，表明输气管不漏气。如果压力表读数下降，表明漏气。若判断哪些地方漏气，可以再向管内吹起，使U型压力表水柱达30 cm以上，然后用小毛刷蘸肥皂水，往管路上刷，凡是冒气泡的地方，就是管路漏气的地方，应当进行检修。

（10）发酵过程中维持沼液的pH值在6.5～7.5的范围，若发酵液偏酸应在稀释料液的同时，加入部分碱液、草木灰或者石灰水调节。

2015-10-28）