山东某规模化养鸡场沼气处理工程温室气体排放量监测分析

郑 玥

（通标标准技术服务（上海）有限公司气候变化部，上海200233）

山东某规模化养鸡场沼气处理工程温室气体排放量监测分析

郑 玥

（通标标准技术服务（上海）有限公司气候变化部，上海200233）

以山东省规模化养鸡场粪便产沼气处理工程为例，分析了鸡粪产沼气处理工程的温室气体排放源，得出该项目每年的温室气体排放量为24，192 tCO2e。其中粪便厌氧沼气发酵（沼气池）中的CH4排放为9，126 tCO2e，沼液的好氧氧化塘处理的CH4排放为5 tCO2e，好氧氧化塘的N2O排放量为13，695 tCO2e，项目耗电产生的CO2排放当量为1，366 tCO2e。规模化肉鸡／蛋鸡养鸡场沼气工程的温室气体排放主要集中在粪便厌氧沼气回收处理系统的CH4排放和好氧氧化塘的N2O排放，如果想减少整个项目的温室气体排放，可从这两方面进行进一步技术改革。

温室气体；排放；养鸡场；规模化；监测；分析；山东

全球气候变暖是人类面临的重大环境问题，温室气体排放是首要原因。《京都议定书》中定义控制的六种温室气体为：二氧化碳 （CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物 （PFCs）、六氟化硫（SF6）［1］。随着经济的发展和人民生活水平的提高，全国各地的禽畜养殖业得到了迅猛发展。利用厌氧消化技术处理禽畜养殖粪水，生产沼气，可以在治理污染的同时变废为宝，减少温室气体排放。动物粪便有机物在厌氧环境下分解产生大量的甲烷（CH4），特别是随着集约化养殖业的发展，粪便管理方式更有利于CH4的产生和排放，厌氧处理粪便可收集产生的CH4作为可再生能源。本文以山东某规模化养鸡场为例，分析了利用沼气池处理鸡粪的过程中温室气体的排放源、排放量，以期为进一步减少排放提供依据。

1 项目基本情况

规模化养鸡场地处山东省蓬莱市，常年平均气温12.2℃，养鸡场常年平均存栏总量约为3，347，201只，其中肉鸡2，733，115只，蛋鸡614，086只，日均粪便排泄量305t。原处理方法是厌氧塘，在粪便厌氧储存过程中产生了大量甲烷气体，因恶臭气味和蚊蝇的大量繁殖致使养鸡场存在严重的环境卫生隐患。现采用密闭式厌氧沼气反应器，单个高效厌氧反应器的有效容积为5，000m3，日处理能力为1500t新鲜鸡粪及污水，选用中温（35～38℃）厌氧消化工艺来处理鸡粪，预计年产沼气1，095万m3。对厌氧发酵液进行固液分离，分离之后的沼渣直接使用到农田。

2 温室气体排放量的监测

整个沼气处理项目中包括两个处理阶段，阶段一是粪便厌氧沼气回收处理系统 （沼气池），阶段二是沼液的好氧氧化塘处理贮存。其中，阶段一中的厌氧沼气处理主要产生CH4的温室气体排放，阶段二中的好氧氧化塘处理主要产生CH4和N2O的温室气体排放。另外，整个处理过程中所消耗的电能也属于项目产生的温室气体排放。

2.1 粪便厌氧沼气回收处理系统的CH4排放（PEAD，y）

根据ACM0010方法学［2］，采用公式（1）计算粪便厌氧沼气回收处理系统的CH4排放：

式中：GWPCH4—CH4的全球变暖潜能值（取值25）；DCH4—CH4的密度，t／m3；LFAD—厌氧沼气回收处理系统的泄漏因子，%；FAD—进入沼气回收处理系统中处理的鸡粪量占养鸡场所产鸡粪的比例，%；RVS—沼气回收处理系统中处理的挥发性固体的比例，%；BO，LT—肉鸡和蛋鸡的粪便中挥发性有机物CH4生产潜力，m3CH4／kg－VS；NLT—肉鸡和蛋鸡的存栏量，只；VSLT，y—肉鸡和蛋鸡每年产生的挥发性有机物，kg／head·a。

每个参数的监测方法如下：

（1）GWPCH4

根据2006 IPCC国家温室气体清单指南，CH4的全球变暖潜能值取值为25。

（2）DCH4

根据方法学ACM0010，20℃和一个标准大气压下，CH4的密度取值为0.00067t／m3。

（3）LFAD

式中：CCH4—厌氧沼气回收处理系统中的CH4含量，%；15%为方法学ACM0010中厌氧沼气回收处理系统的泄露缺省因子。

厌氧沼气回收处理系统中的CH4含量监测需要在厌氧沼气回收处理系统出口安装甲烷浓度分析仪，以连续监测管道内甲烷的浓度；或者使用便携式甲烷浓度测试仪，周期性监测管道内甲烷的浓度。甲烷浓度分析仪需根据国家标准JJG693－2004《可燃气体监测报警器》检定规程进行定期检定，检定周期不超过一年。

（4）FAD

进入沼气回收处理系统中处理的鸡粪量占养鸡场所产鸡粪的比例需根据项目的实际情况进行监测，本项目的所有处理鸡粪量全部输送进沼气回收处理系统中进行处理，因此FAD取值为100%。

（5）RVS

式中：VSin—进入沼气回收处理系统的沼液量，t／d；CVSin—进入沼气回收处理系统沼液量中可挥发性固体的浓度，%；VSout—流出沼气回收处理系统的沼液量，t／d；CVSout—流出沼气回收处理系统沼液量中可挥发性固体的浓度，%。

进入和流出沼气回收处理系统的沼液量可以通过安装进料泵和出料泵进行监测。进料泵和出料泵需根据生产厂家的标准进行定期检定。进入和流出沼气回收处理系统沼液量中可挥发性固体的浓度抽样后提交到产品质量监督检验所，根据GB／T212－2008标准进行检验。

（6）BO，LT

依据2006年IPCC国家温室气体清单指南，第四卷 《农业、林业和其他土地利用》第十章 《牲畜和粪便管理过程中的排放》表格10A－9［3］，得出肉鸡的BO，LT值为0.36 m3CH4／kgVS，蛋鸡的BO，LT值为0.39 m3CH4／kgVS。

（7）NLT

可根据 （肉／蛋）鸡的存栏量和死淘数，汇总出整个监测周期的存栏量。（8）VSLT，y

式中：Wsite—本养鸡场的肉鸡和蛋鸡的平均体重，kg／head；Wdefault—养鸡场所处地区的肉鸡和蛋鸡体重默认值，kg／head；VSdefault—养鸡场所处地区的肉鸡和蛋鸡每年产生的挥发性有机物默认值，kg／animal·a；ndy—沼气回收处理系统运行天数。

Wsite可以通过称量设备如电子秤进行监测。电子秤需根据国家标准JJG539－97《数字指示秤检定规程》进行定期检定。

依据2006年IPCC国家温室气体清单指南第四卷 《农业、林业和其他土地利用》第十章 《牲畜和粪便管理过程中的排放》表格10A－9，得出肉鸡的Wdefault值为0.9kg，蛋鸡的Wdefault值为1.8 kg。

依据2006年IPCC国家温室气体清单指南第四卷 《农业、林业和其他土地利用》第十章 《牲畜和粪便管理过程中的排放》表格10A－9，得出肉鸡的VSdefault值为0.01kgVS／d，蛋鸡的VSdefault值为0.02kgVS／d。

2.2 沼液好氧氧化塘处理的CH4排放（PEAer，y）

根据ACM0010第二版方法学，采用公式（5）计算好氧氧化塘处理的CH4排放：

式中：FAer—进入沼液的好氧氧化塘中处理的可挥发性固体的比例，%；公式中的其他参数含义与公式 （1）中的相同。

FAer为总可挥发性固体减去第一个处理阶段处理的百分比例。

2.3 项目粪便管理N20排放（PEN2O，y）

项目的N2O排放包括两个部分，一是好氧氧化塘的N2O直接排放 （EN2O，D，y），另一是好氧氧化塘中的氮以NH3和NOx形式挥发造成的间接N20排放 （EN2O，ID，y）。

式中：GWPN2O—N2O的全球变暖潜能值（取值310）；CFN2O－N，N—转换系数（44／28）；EFN2O，D—氧化塘粪便管理阶段的直接N20排放因子，kgN2ON／kgN；NEXLT，y—肉鸡和蛋鸡的年平均氮排泄量，kgN／1000kg·a；MS%—氧化塘粪便管理利用百分率，100%；Fgasm—粪便管理系统中以NH3和NOX形式挥发的氮的比例，%；EFN2O，ID—氧化塘粪便管理阶段的间接N2O排放因子，kgN2O－N／kgN。

（1）EFN2O，D

以液体形式收集的粪肥的生物氧化过程，进行强制通风或自然通风。依据2006年IPCC国家温室气体清单指南第四卷 《农业、林业和其他土地利用》第十章《牲畜和粪便管理过程中的排放》表格10.21，得出鸡粪的EFN2O，D值为0.01 kg N2O－N／kg N。

（2）NEXLT，y

式中：NEXIPCC，default—养鸡场所处地区的肉鸡和蛋鸡的氮排泄率默认值，kgN／1000kg·a。

依据2006年IPCC国家温室气体清单指南第四卷《农业、林业和其他土地利用》第十章 《牲畜和粪便管理过程中的排放》表格10.21，得出蛋鸡的NEXIPCC，default值为1.1 kgN／1000kg蛋鸡·d，肉鸡的NEXIPCC，default值为0.83kgN／1000kg肉鸡·d。

（3）Fgasm

依据2006年IPCC国家温室气体清单指南第四卷《农业、林业和其他土地利用》第十章 《牲畜和粪便管理过程中的排放》表格10.22，得出鸡粪便管理产生的NH3和NOX挥发引起的氮损失缺省值为40%。

（4）EFN2O，ID

依据2006年IPCC国家温室气体清单指南第四卷 《农业、林业和其他土地利用》第十一章 《管理土壤中的N2O排放和石灰与尿素使用过程中的二氧化碳排放》表格11.3，得出氧化塘粪便管理阶段的间接N2O排放因子缺省值为0.01［4］。

2.4 项目耗电排放量（PEelec，y）

耗电量计算公式：

式中：ELPr，y—项目粪便管理系统的耗电量，MW／h；CEFd—项目粪便管理系统耗电的CO2排放因子，tCO2e／MWh。

（1）ELPr，y

在项目的用电结算端口安装电表监测该项目的耗电量，所安装的电表需根据国家标准JJG596－1999《电子式电能表》或DL／T448－2000《电能计量装置技术管理规程检定规程》进行定期检定。

（2）CEFd

项目粪便管理系统耗电的CO2排放因子可根据2013年国家发展和改革委员会应对气候变化司颁布的中国区域电网基准线排放因子，选择相应的排放因子［5］。

表1 中国区域电网基准线排放因子

3 排放量的计算结果及分析

项目产生的排放量主要包括：①粪便厌氧沼气发酵（沼气池）中的CH4排放；②沼液的好氧氧化塘处理的CH4排放；③好氧氧化塘的直接N2O排放，好氧氧化塘的间接N2O排放；④项目耗电排放量。以1a年为计，该4个排放源的排放量见表2。

表2 排放量汇总（tCO2e）

如表2、图1所示，规模化肉鸡／蛋鸡养鸡场沼气工程的温室气体排放主要集中在粪便厌氧沼气回收处理系统的CH4排放和好氧氧化塘的N2O排放。如果想减少整个项目的温室气体排放，可从这两方面进行进一步技术改革，从而减少相应的排放量。

4 小结

本文利用 《气候变化框架公约》清洁发展机制执行理事会批准的方法学（ACM0010），分析了利用沼气池处理鸡粪的过程中温室气体的排放源、排放量，结果显示：规模化肉鸡／蛋鸡养鸡场沼气工程的温室气体排放主要集中在粪便厌氧沼气回收处理系统的CH4排放和好氧氧化塘的N2O排放。如果想减少整个项目的温室气体排放，可从这两方面进行进一步技术改革。

［1］UNFCCC，1997.《The Kyoto Protocal》to the Convention of Climate change［EB／OL］.http：／／www.unfccc.int／index.html.

［2］ACM0010 Consolidated baselinemethodology for GHG emission reductions from manuremanagement systems［Z］.

［3］IPCC.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories.Volume 4.Agriculture，Forestry and Other Land Use.Emissions from Livestock and Manure Management［Z］.

［4］IPCC.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories.Volume 4.Agriculture.Forestry and Other Land Use.N2O Emissions from Managed Soils，and CO2Emissions from Lime and Urea Application［Z］.

［5］国家发展和改革委员会应对气候变化司颁布的2013年中国区域电网基准线排放因子［EB／OL］.http：／／cdm.ccchina. gov.cn／Detail.aspx？newsId＝41386＆TId＝3.

M onitoring and Analysis of Greenhouse Gases Em ission of the M ethane Generating Project in a Chicken Farm

ZHENG Yue
（Climate Change division，Sgs－cstc standards technical services co.，LTD（Shanghai），Shanghai200233 China）

Taking the chickenmanuremanagement project in Shandong Province as example，the greenhouse gases（GHG）sources and themonitoringmethodswere analyzed in this farm based on themethodology（ACM0010）approved by Executive Board（EB）of Clean Development Mechanism（CDM）under United Nation Framework Convention on Climate Change.The total emission of GHG of this projectwas estimated to be 24，192tof CO2e，including 9，126t of CO2e ofmethane emission from the anaerobic digester，5tof CO2e ofmethane emission from aerobic lagoon，13，695t of CO2e of N2O from aerobic lagoon，and 1，366t of CO2e of CO2emissions from the electricity consumed by the project.The results indicated that themethane emission from the anaerobic digester and the N2O emission from aerobic lagoon were themain sources of this project.It could bemore effective to reduce the GHG emissions by improving these two parts in the future.

greenhouse gases；emission；chicken farm；scale；monitoring；analysis；Shandong

X83

A

1673－9655（2014）06－0079－04

2014－05－07