河北省规模化沼气工程发展现状分析

河北省新能源技术推广站王熙春

河北省规模化沼气工程发展现状分析

河北省新能源技术推广站王熙春

1 引言

河北省农村沼气建设起步于20世纪70年代，从2003年开始，按照省政府部署，大力实施“百万农户沼气建设行动计划”，截至2015年底，全省发展户用沼气267.62万户，建成农村沼气物业服务网点6302处，年产沼气65640.88万立方米，各类沼气工程2922处，总池容51.3万立方米，年产沼气9888万立方米，沼气主要用于为农户供气或企业自用、发电等，沼渣、沼液用作有机肥，有助于提高农民生产生活质量，促进美丽乡村建设和现代农业建设。

2 规模化沼气工程发展特点

总体看，全省规模化沼气工程建设具有以下几个特点。

2.1 工程数量快速增加

2008年以前，全省养殖场规模化沼气工程仅有2处。2008以后，受益于国家政策支持，每年新增30～60处。

2.2 技术水平显著提升

2008年以前，河北省的沼气工程技术工艺落后、配套设备简单、运行效率很低。近年来建设的工程，采用国内多种先进技术工艺、配套设备齐全，最大单体容积达5000立方米，部分工程实现了自动监控。

2.3 秸秆沼气工程技术水平全国领先

2008年，沧州青县建成我国第一座以秸秆为主要原料的沼气工程，随后河北省加大了技术研发和试点示范力度。目前，河北省的秸秆沼气工程发酵工艺先进，技术成熟，运行稳定，对全国起到了很好的示范带动作用。

2.4 积极推进转型升级

2015年农村沼气转型升级以来，我省争取生物天然气试点工程4处，规模化大型沼气工程12处，争取中央资金数位居全国前四名。实现了由主要发展户用沼气向规模化沼气转变，由功能单一向功能多元化转变，由单个环节项目建设向全产业链一体化统筹推进转变。在集中供气、发电并网等方面取得了积极成效，正在不断探索有价值、可复制、可推广的实践经验，农村沼气多元化发展的新格局初步形成。

3 河北省规模化沼气工程的工艺类型

规模化沼气工程技术是一项以开发利用有机废弃物（如养殖场粪污等）为对象，以获取能源和治理环境污染为目的的农村能源工程技术。

3.1 主要类型

按照机械化程度、技术工艺路线以及配套设备情况等分为两种类型。

3.1.1 以地上厌氧发酵塔、储气柜为主体的沼气工程

机械化程度高，技术工艺复杂，配套设备齐全。主要构成系统：一般包括原料（废水）的收集系统、预处理系统、消化（厌氧）系统、出料的后处理系统和沼气净化、储存、利用系统。主要设备：钢制格栅、水力筛网片、污水提升泵、厌氧发酵塔、储气柜、脱硫塔、沼气凝水器、沼气流量计、管道、阀门及配件、消火栓及消防设备、电气设备、固液分离机等。厌氧发酵塔类型：分为完全混合式厌氧消化器（CSTR）、升流式厌氧固体反应器（USR）、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧过滤器（AF）、厌氧流化床反应器、厌氧颗粒污泥膨胀床反应器（EGSB）、厌氧内循环反应器（IC）等多种类型。目前，我省以CSTR、USR型反应器居多。此类工程根据所要实现的目的不同，又分为两种不同的模式：

（1）能源生态型。以用肥和用能为目的，是全国最典型的模式。畜禽粪便污水经过厌氧消化处理后，沼气用作能源或发电，沼渣、沼液作为有机肥用于种植业，没有排放到自然环境中，实现了零排放、减量化、无害化和资源化。如果直接排放，仍然是严重的富营养化，会对环境造成二次污染。我省养殖场规模化沼气工程基本为能源生态型。

（2）能源环保。以实现废水达标排放和用能为目的。有机废水经过厌氧发酵后，再经过好氧处理（如曝气）、沉淀、过滤等，排放水能达到国家规定的有关环保要求。该模式投资非常高，占地面积大，从农村能源行业看，实际应用较少，我省目前还没有此类工程。

3.1.2 地下塞流式沼气工程

50～100立方米地下塞流式沼气工程拱顶做储气室或配套建立储气柜，具有结构简单、投资少、易于增温保温、运行管理费用低等优点，通过地上配套建阳光板采暖温室，较好地解决了冬季受气温影响不能正常运行的问题，无须更多动力费用，比较适合小规模养殖场的粪污处理。河北省已制订发布了地方标准《畜禽养殖厂用塞流式水压沼气池标准图集》。

3.2 主要工艺模式

我省规模化沼气工程主要采取完全混合式、塞流式、升流式三种工艺，现对常用工艺进行简要介绍并进行比较。

3.2.1 完全混合式工艺

先对各类畜禽粪便及其他有机物进行粉碎处理，调整进料TS浓度8～13%范围内，进入CSTR反应器，CSTR反应器采用上进料下出料方式，并带有机械搅拌，产气率视原料和温度不同在1.0～15.0之间。沼渣沼液COD浓度和TS浓度含量高，一般不经固液分离即可直接用于农田施肥，是典型的能源生态型沼气工程工艺。采用CSTR工艺产生的沼气如进行热电联产（CHP），热能输出部分可满足大部分北方地区冬季的原料加热要求，不需外来能源加热。

3.2.2 塞流式工艺

消化器为长方形非完全混合式，原料从一端进入，呈活塞式推移状态从另一端流出。由于消化器内沼气的产生，呈现垂直的搅拌作用，而纵向搅拌作用甚微。在进料端呈现较强的水解酸化作用，甲烷的产生随着向出料方向的流动而增强。

由于该体系进料端缺乏接种物，所以要进行固体的回流。

3.2.3 升流式工艺

先对各类畜禽粪便及其他有机物进行预处理，除去大颗粒和粗纤维物质（进料TS浓度3～5%）后，进入USR反应器，USR反应器采用上流式污泥床原理，不使用机械搅拌，产气率视温度不同在0.4～1.2之间。沼渣沼液COD浓度含量很高，不适宜好氧处理达标排放，一般用于农电施肥进行生态化处理，是典型的能源生态型沼气工程工艺。采用USR工艺产生的沼气如进行热电联产（CHP），热能输出部分可满足20℃左右温度条件下原料的升温要求，在我国北方地区的冬季，自身热量无法满足运行要求，需要使用锅炉或其他能量进行加热。

经过以上对比分析可以看出几种工艺各有所长，升流式工艺作为国内较成熟的工艺，尤其适用于我省中部和南部养猪场粪污处理和集中供气沼气工程，在北方地区冬季运行经济效益不佳；塞流式工艺适合各类中小型粪污处理沼气工程，有一定的应用空间；完全混合式工艺应用范围广、适应性强，效益高，有很大的发展潜力。

4 存在的问题

4.1 沼气工程盈利能力较差

沼肥市场还未成熟，沼渣、沼液以自产自用为主，尚未形成有机肥产、供、销产业链条，利用方式简单粗放，利用规模较小，综合效益不高。沼气以直接使用为主，没有进行高值转化，收益不高。总体来看，目前最大的问题就是产业链条不完整，直接影响了工程的效益。

4.2 冬季运行能耗大

我省规模化沼气工程冬季大都采用烧锅炉为罐体增温，部分工程通过煤、油等常规能源实现增温，运行成本过高。

4.3 设备市场有待规范

目前规模化沼气工程主体发酵罐材质有钢筋混凝土、钢结构、搪瓷拼装罐、利浦罐等，与其配套设备种类繁多，标准化程度低，部分为非标产品，质量参差不齐，使用寿命短，可靠性差，而且造价差异很大。

4.4 日常运行管理水平急需提高

沼气工程有一定技术含量，对管理人员的维护水平有较高的要求，有些沼气工程管理操作人员技术水平不高，再加上缺少有效的管理制度和运行机制，使得运行效果欠佳。

5 有关建议

河北省目前规模化沼气工程建设尽管取得了一定成效，但与发展较快的省份相比，还有相当大的差距，与河北省面临的种植业结构调整、畜牧业转型升级、京津冀协调发展、张家口国家可再生能源示范区建设等相比，发展速度明显滞后。针对这些问题，现提出如下建议。

5.1 积极发展规模化沼气工程

紧紧围绕种植业结构调整和畜牧业发展，上连养殖业,下促种植业，坚持因地制宜、发酵原料多元化、多种模式发展，引导各种社会力量参与工程的建设和运营，推广沼气、沼渣、沼液全产业链综合高效利用模式，提升综合效益。探索专业化沼气发展模式，鼓励通过向农户供气、养殖场自用、发电上网、提纯压缩等多种方式开展沼气多元化利用。支持建设沼肥储存、加工、浓缩、运输设施设备，拓展利用渠道，提高附加值。

5.2 试点示范以“沼气循环”为纽带的“1233”模式

一沼：优先利用一处沼气现有工程；双联：左联种植业、右联畜牧业；三改善：改善农牧业生产环境、改善农民生活环境、改善农村生态环境；三促进，促进沼肥开发利用、促进一、二、三产业融合与农业园区建设，促进高端农产品生产，实现沼气、沼渣、沼液的全价值链开发与循环利用。

5.3 解决冬季运行成本高的问题

规模化沼气工程冬季避免采用常规能源进行增温，鼓励热电联产，收集发电机余热，辅助生物质压块或沼气燃烧，进行罐体增温。有条件的地区可采用地热或地源热泵增温，靠近焦化、炼钢等企业的，可以利用废水余热增温。

5.4 提高沼气工程管理水平

督促沼气工程业主建立长效管理运行机制，要求沼气站内规章制度和操作规程上墙，操作人员持证上岗，每年组织沼气站工人技术和安全操作培训，重点讲解安全操作规程，特别强调“哪些操作是必须的，哪些事情是严禁的”，提高操作人员技术水平，杜绝事故隐患，确保运行安全。