“种养加沼”生态农业模式配套设计

刘兆勇等

摘 要：聊城市“种养加沼”生态农业模式配套设计，根据平原农业地区的特点，把种植、养殖、农民生产生活用能、农业废弃物综合利用、沼气工程融为一个有机整体，通过系统的合理配套，形成以沼气为纽带的能流、物流良性循环的农业生态系统。既治理了农业的环境污染，又实现了农业资源的高效利用；既维护了农业生态的良性循环，又促进了优质高效农业的发展。

关键词：种养加沼；生态农业模式；配套设计

中图分类号 F327 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）20-74-03

1 前言

聊城市地处鲁西平原，属农业大市。近年来，随着生态循环农业的发展，开展以沼气为纽带的种养加沼生态农业模式研究具有良好的推广前景，经济、社会、生态效益显著。为了使种养加沼生态农业模式达到规范化、标准化，适合现代农业的发展需求，依据生态学原理，把大中型沼气工程与种植、养殖、农民生产生活用能、农业残余废弃物综合利用科学地融为一体，通过系统的合理配置，实现了农业废弃物资源化，农业生产无害化，农业产出高效化。该模式目前已在聊城市示范推广。

2 种养加沼生态农业模式循环系统的构成

2.1 循环系统构成 大中型沼气工程与农业种植、养殖废弃物利用、农民生产生活用能、沼肥综合利用设施构成。

2.2 生态循环系统流程（见图1）

3 种养加沼生态农业模式的配套设计

3.1 种养加沼综合利用配套设计

3.1.1 根据农村的资源条件确定配套沼气工程规模 首先要对可收集的沼气发酵原料的构成进行进行调查统计，包括：人畜粪便、生活垃圾、剩余农作物秸秆、蔬菜残秧病果、农产品加工废弃物等，然后折算其干物质含量；按照可收集的干物质数量确定需建大中型沼气工程容积。

3.1.2 沼气工程主要设计工艺参数 （1）收集原料折合干物质平均每天能够提供给沼气工程所需的数量（t）；（2）沼气发酵料液浓度与进料量：沼气发酵浓度6%，每天的进料量=每天提供干物质的数量÷6%；（3）沼气发酵原料滞留期：沼气厌氧发酵原料滞留期与原料特性、发酵温度有关，为使原料充分发酵分解，设计滞留期为30d比较适宜；（4）发酵温度：按中温设计（35～40℃）；（5）沼气发酵罐：一般采用USR厌氧发酵工艺，沼气发酵罐的容积=每天的进料量m3×30d；（6）容积产气率：根据农业废弃物的构成和管理条件，一般按0.7m3/m3·d～0.8m3/m3·d；（7）贮气柜容积：按日产气量的40%～50%设计，贮气柜容积=沼气发酵罐容积×容积产气率×50%；

3.1.3 沼气综合利用工程工艺单元设计说明 整个工艺包括：原料预处理系统、厌氧消化系统、沼气净化系统、沼气贮存系统、沼气沼肥利用系统。

（1）沼气发酵原料预沤池：经粉碎机粉碎后的农作物秸秆、人畜粪便、生活垃圾等送入原料预处理池，经过与废水充分混合搅拌均匀，使其初步水解，为下一步分解创造条件。

（2）沼气发酵原料增温池：经过预沤处理后的沼气发酵料液进入增温池，池中设增温盘管，冬季将料液增温至高出厌氧罐内发酵液温度2℃以上，避免进入料液温度过低而影响正常产气。

（3）沼气发酵原料调节池：料液进入调节池，采用搅拌机混料，使其TS浓度为6%左右，以便于用泵输送至沼气发酵罐内。池内设有加热系统，对料液进行加热，特别是在冬季为防止进料温度低，影响发酵温度，造成厌氧反应器内温度降低，须在进料的同时对新鲜料液预先加热，减少对发酵温度的冲击。

为控制原料在预处理过程中温度流失，措施一是把预处理池、增温池、调节池并列建在地下，二是把操作室建在调节池上面，既节省占地又利于保温。冬季可比露天池温流失减少50%以上。

（4）沼气厌氧发酵罐：厌氧发酵罐（USR工艺）采用中温（35℃）发酵。没有余热利用的建设单位应设加温锅炉或太阳能加温，利用循环加热装置进行原料预热和发酵料液循环加热增温，以维持近中温发酵的条件，并使昼夜温差不超过1℃。除此之外，还应做好罐体保温，最大可能的减少发酵温度的损失。发酵罐一般设在地上，采用Q235B碳钢板制作，并用环氧煤沥青漆做好防腐。

（5）建设沼气厌氧发酵罐的位置：一般设在村旁或蔬菜基地，既便于沼气的输送，又要考虑沼气发酵原料的收集预处理和沼肥的运送及施用。

（6）沼气脱硫、脱水：沼气发酵时会有水分蒸发进入沼气。由于微生物对蛋白质的分解或硫酸盐的还原作用也会有一定量硫化氢（H2S）气体生成。H2S是一种腐蚀性很强的气体，它可引起管道、仪表和蔬菜的腐蚀。H2S本身及燃烧时生成的SO2、H2SO3、H2SO4对人都有毒害作用。所以必须设法脱除沼气中的H2S。沼气脱硫一般采用氧化铁法。一是沼气的脱水采用重力方法：在沼气脱硫之前设干式阻火器，同时也起到脱水的作用，防止冷凝水进入脱硫器；在输送沼气管路的最低点也应设凝水器，及时将管路中冷凝水排除。二是沼气脱硫：采用干式脱硫剂脱硫。一般情况下可按1kg脱硫剂约净化80m3沼气计算。沼气脱硫罐有效容积（m3）=设计更换脱硫剂的天数×日产沼气量（m3）/80，并按规定及时更换新的脱硫剂。

（7）沼气贮气柜：沼气经脱水、脱硫，计量后进入贮气柜，再通过输配气系统送到用户。贮气柜一般设在地上，采用Q235B碳钢板制作，并用环氧煤沥青漆做好防腐。

除寒冷地区采用干式贮气柜外，其他地区一般采用湿式贮气柜。贮气柜由罐体和浮罩组成，底座和罐体围成的内腔为水池用于负载浮罩和密封。浮罩由圆柱体和拱顶组成，用于贮存沼气。该贮气系统靠配重调节输气压力，将沼气通过管网输送到用气设备，一般设计压力为4KPa左右，可根据输气距离适当调整。为防止水池冬季结冰，可采用水池上部设加温盘管、保温材料或废机油和水池外保温等措施。