联动沼气池系统工程经济效益分析——以福建省新星种猪育种有限公司为例

钱　蕾，徐庆贤，官雪芳，林　斌，黄菊青

(福建省农业科学院农业工程技术所　350003)



联动沼气池系统工程经济效益分析
——以福建省新星种猪育种有限公司为例

钱蕾，徐庆贤，官雪芳，林斌，黄菊青

(福建省农业科学院农业工程技术所350003)

摘要：总结联动沼气池系统工程主要单元结构设计及其流程，以福建省新星种猪育种有限公司为例，分析其经济效益，结果表明：在沼气充分利用的情况下，联动沼气池系统工程在规模化养猪场应用具有良好的经济效益。

关键词：规模化养猪场；联动沼气池；经济效益

规模化养猪场高浓度粪便污水排放量大，利用沼气池可以有效处理养殖废弃物，避免环境污染[1-2]，还可以生产沼气向周围用户提供清洁能源，对开发可再生能源及发展农业循环经济都具有重要意义[3-4]。但沼气工程在福建省规模化养猪场的应用过程中存在一些问题，如冬季山区气温低，沼气池产气量低，甚至不产气；沼气池工艺简单，效率低；多采用钢制储气柜，使用寿命短，安装检修不方便。针对以上情况，通过技术集成建立联动沼气池系统工程工艺，并在福建省新星种猪育种有限公司进行示范应用。本文对工程实例进行经济效益分析，为规模化养猪场发展生态循环养殖模式提供参考。

1　福建省新星种猪育种有限公司简况

2　联动沼气池发酵工艺流程

本工艺技术最大特点是以联动沼气池为技术核心，粪污预处理采用固液分离池技术，沼气应用采用玻璃钢沼气储气柜技术，通过智能化自动控制，形成联动沼气池发酵工艺技术。主要包括以下3个方面的技术创新：①预处理采用固液分离池技术，代替固液分离机，减少了建设和运行费用；②主发酵采用联动沼气池发酵技术，通过推流式沼气池和上流式沼气池组合应用，对沼气池发酵压力进行调节，并增加沼气池储气空间；③应用玻璃钢沼气储气柜，沼气供气压力可调，在不增加动力情况下，实现远距离供气。综上所述，依据物质流、能量流循环原理，根据规模化养猪场粪污特性，本工艺采用“沉砂池-固液分离池-酸化池-联动沼气池-玻璃钢沼气储气柜”技术流程，实现粪污沼气发酵和沼气综合利用，其主要工艺流程见图1。

3　联动沼气池系统工程主要单元结构设计

3.1预处理设施

预处理设施主要包括格栅、沉砂池、固液分离池和酸化调节池。格栅结构为砖混凝结构，格栅槽0.96 m3、格栅2道、格栅集水井10 m3，格网尺寸15～25 mm、格栅倾角50°～70°。格栅设置有工作平台，便于清除固态物和清洗。沉砂池设置2个，尺寸为1.5 m×1.5 m×0.6 m。固液分离池为砖混凝结构，包括两个池体，每个尺寸为10.0 m×5.0 m×1.0 m，池体通过一横向滤膜划分为上下两层，上层为固液混合层，下层为液体分离层，滤膜下方设若干个用于支撑滤膜的纵向支撑体，固液混合层连通进料管，液体分离层连通用于排除污水的出水管。液体分离层内还设有贯穿固液分离池纵向设置的L形调节管，调节管上端开口与固液分离池外部空气相连通，拐口一端开口与出液管置于液体分离层内的端口相对应，当调节管开口套住出液管时，可以阻止出水管出水。固液分离池由塑料膜和竹片、塑料管道、木桩以及混凝土浇筑构成，所用材料都是农村极易取得并可直接使用的材料，节省运输费用，大大降低固液分离的成本，有效减轻中小规模畜禽养殖企业的经济和环保压力。一般固液分离池的支撑体为木桩，滤膜包括塑料膜和贴附在塑料膜上表面的竹片，进料管与出水管材料为PVC塑料；酸化调节池的结构采用钢筋混凝土结构，尺寸为10.0 m×5.0 m×2.0 m。

3.2联动沼气池设计

厌氧发酵是整个粪污处理工艺的关键技术[5]，污水中大部分CODCr和BOD5在此过程中被消化去除，直接影响整个沼气工程的运行和后处理各单元的工程投入。厌氧发酵技术采用联动高效沼气池，由上流式沼气池和推流式沼气池组合构建而成。在实际应用中，2种类型沼气池组合采取的是进料并联，其特征在于上流式沼气池顶部设有沼气输出管路，与推流式沼气池的储气室上腔相连通，储气室两侧设有水压间，与储气室底部相连通，通过水压间控制上流式沼气池和推流式沼气池储气室内沼气气压。具体如图2所示。

上流式沼气池主体采用混凝土钢筋浇筑，为圆柱体，体积700 m3、有效容积670 m3、池半径4.6 m、池内高度12 m，池体内外均涂刷有机玻璃钢材料进行密封和保温，并在池内设置气水分离器和排渣装置，在距池底2.45 m处设置聚乙烯填料层，填料层高2 m，填料间隔0.1 m。距离厌氧发酵池底部2 m处预埋热交换盘管，安装太阳能集热站(300 m2)，对发酵池底部循环管内水进行加热，通过热交换对池内的污水进行温度调节。整个沼气池水力停留时间(HRT)为10 d。推流式沼气池采用混凝土钢筋整体浇筑，为地埋式长方形结构，有效容积500 m3，大池平均分割成5个单池并联结而成，发酵液折流通过，单池长×宽×高为11.0 m×3.6 m×2.7 m，池体内外均涂刷玻璃钢材料进行密封和保温，并在池内设置破壳装置和排渣装置，池内装有聚乙烯填料，填料间隔0.2 m，占整个池体容积的1/3，整个沼气池水力停留时间(HRT)为10 d。

3.3玻璃钢沼气储气柜

玻璃钢沼气储气柜由半地下式的圆柱型水池和玻璃钢圆柱型浮罩组成。基础池底用混凝土浇制，两侧为进、出料管，池体呈圆柱状。浮罩由内外双层有机玻璃钢罩和夹于内外层玻璃钢罩之间的环状金属框架构成，储气罩外部连接有滑轮，金属网架内环面布有与滑轮相对应的导轨，储气罩的顶部设有控制调节储气柜配重的储水槽。沼气储气柜容积150 m3，可调节压力范围为800～1500 mm水柱。具体如图3所示。

沼气综合利用包括沼气集中供气和沼气发电。目前，建设单位已经向建瓯市徐墩镇山边村150户提供沼气。输配沼气管采用架空敷设，管道采用UPVC管，管道管径不小于DN 30，供气距离3 km以上。每天早上6：30-7：30，中午11：00-12：30和下午17：30-19：00等3个时间段向农户供气，除此之外通过压力传感器检测，当沼气压力达到80 kPa时，PLC通过modbus总线向沼气发电机发送启动命令，沼气发电机启动运行。沼气利用工艺流程如图4所示。

4　联动沼气池系统工程经济效益分析

4.1成本核算

4.1.1总投资成本联动沼气池系统工程总投资147.61万元，项目寿命为20年，项目残值为15万元。具体如表1所示。

4.1.2运行费用联动沼气池系统工程的运行费用主要包括人工费用、修理费用和动力费。工程运行需2人，人均年薪1.2万元，即年人工费用为2.4万元。修理费用按折旧费的40%计算。年维修费=(147.61-15)/20×40%=2.65万元。联动沼气池3年清渣1次，费用2100元，则年清渣费用为0.07万元。污水处理设备总装机容量22.5 kW，设备平均日运行4 h，电费按0.6元/kWh计算，则年动力费为1.97万元。综上，联动沼气池系统工程总的年运行费用为7.09万元。

4.2沼气经济效益

联动沼气池平均产气率为0.75 m3/(m3·d)，年产沼气32.85万m3，主要供应猪场沼气发电以及周边150户农户日常生活用能，按沼气热值换算，以1.0元/m3计算，则沼气代替常规能源收益合计32.85万元。

表1　主要构筑物、设备及其价格

4.3技术经济评价

根据技术经济学原理，联动沼气池系统工程的使用寿命按20年计算，社会贴现率为10%，其财务评价现金流见表2。可以看出，其净现值(NPV)71.68>0，内部收益率(IRR)20.5%>社会贴现率。因此，联动沼气池系统工程具有良好的经济效益和较大的市场发展潜力。

表2　财务评价现金流　(万元)

5　结论

总结福建省新星种猪育种有限公司联动沼气池系统工程的技术工艺，并对其经济效益进行评价，结果表明：在沼气充分商业化利用的情况下，联动沼气池系统工程具有良好的经济效益和较大的市场发展潜力。

参考文献：

[1]汪植三，汪俊三.畜禽舍粪便污水及废气净化的研究[J].农业工程学报,1995,11(4):90-95.

[2]杜鸿章，尹承龙.难降解高浓度有机废水催化湿式氧化技术[J].水处理技术,1994,23(2):16-18.

[3]林代炎，叶美锋，吴飞龙，等.规模化养猪场粪污循环利用技术集成与模式构建研究[J].农业环境科学学报,2010,29(2):386-391.

[4]林斌.生物质能源沼气工程发展的理论与实践[M].北京:中国农业科学技术出版社.

[5]陈彪，陈敏，钱午巧，等.规模化猪场粪污处理工程设计[J].农业工程学报,2005,21(2):126-130.

(责任编辑：刘新永)

收稿日期：2016-02-05

作者简介：钱蕾，女，197 年生，助理研究员。 通讯作者：徐庆贤，男，1979年生，副研究员(E-mail:xqx591@126.com)。

基金项目：福建省科技厅公益类科研院所专项(2014R1015-12)；福建省农科院青年人才创新基金(2014CX-21)；福建省农科院“双百”行动项目(sbmb1612)。

DOI：10.13651/j.cnki.fjnykj.2016.02.013

Economic efficiency of integrated biogas pool system——A case study of Fujian Xinxing Pig Breeding Company

QIAN Lei, XU Qing-xian, GUAN Xue-fang, LIN Bin, HUANG Ju-qing

(InstituteofAgriculturalEngineeringTechnology,FujianAcademyofAgriculturalSciences,FujianProvince350003)

Abstract:Taking Fujian Xinxing Pig Breeding Company as an example, the design of main block structure and its technological process for integrated biogas pool system were summarized, and the economic efficiency was analyzed. The results showed that high economic efficiency of integrated biogas pool could be obtained in large-scale piggery when the biogas could be fully used.

Key words:Large-scale piggery; integrated biogas pool; economic efficiency