大棚式沼气工程在畜禽粪便污染治理中的应用

孙泽锋,张效顺,王　娟

(1.高密市环境监测站， 山东 高密　261500;2.高密市恒阳环保工程有限公司， 山东 高密　261500)



· 治理技术 ·

大棚式沼气工程在畜禽粪便污染治理中的应用

孙泽锋1,张效顺2,王娟1

(1.高密市环境监测站， 山东 高密261500;2.高密市恒阳环保工程有限公司， 山东 高密261500)

畜禽养殖污染已成为农村环境污染的主因，介绍了大棚式沼气工程在治理农村畜禽养殖污染上的应用，该技术可解决冬季沼气工程不产气问题，保障沼气工程正常运行，环境效益、社会效益显著。该技术为畜禽粪便污染治理提供了经验借鉴。

大棚式沼气工程;畜禽粪便污染治理

1　引　言

近年来，随着畜禽养殖业的迅速发展，养殖污染物排放量也不断增多，畜禽养殖污染已成为农业农村环境污染的主要来源[1]，养殖业污染治理成为农业污染源控制的重点。沼气技术作为畜禽粪便治理的有效技术，近年来也得到了广泛推广。据统计，截至2013年底全国拥有沼气工程210 252处，产气总量1 577 652万m3[2]。沼气发酵受温度影响较大，大多数沼气池春、夏、秋季运行正常，但是进入冬季后，气温降低，发酵变慢，甚至不产气，2007年中国农村户用沼气年均正常产气时间仅为9个月[3]。为提高发酵温度，增加产气率，国内外学者对不同形式的加热沼气池进行了研究，提出了多种保温途径，最多的保温途径是增加专门的锅炉用于沼气池保温，冬季产生的沼气基本全部用于锅炉燃烧，由于得不到沼气使用严重降低了沼气用户的积极性。本文在对山东省高密市建设的大棚式沼气工程调研的基础上，分析了该类型沼气工程1年的运行数据，得出此模式降低了运行成本，保证了冬季继续产气，实现了在冬季较寒冷地区沼气的全年利用，提高了沼气工程的治污效果。

2　现状调查

2.1工程基本情况

大棚式沼气工程指在传统的地埋式沼气池上方建设温室暖棚，温室大棚在冬季起到保温作用，保障沼气池冬季正常运行产气。同时在大棚内种植蔬菜、花卉或者养殖，增加了工程的经济和景观效益。大棚式沼气工程以单体设计150m3/d为例，占地面积约300m2，构筑物全部建在地下，主要构筑物包括容积为150m3沼气发酵池，50m3的沼渣、沼液贮存池1座，太阳能暖棚140m2，可为附近30户村民实现集中供气。150m3沼气发酵池分为3个50 m3的沼气发酵池，地下埋深35cm左右。高密市在大棚式沼气工程应用方面进行了多年探索，取得了明显的社会和环境效益。目前，高密市已建成运行大棚式沼气工程40处，年处理粪污6万t，日产沼气4 000m3，为850户居民提供生活用气。

2.2运行模式

调研发现，该工程日处理干粪0.7～1m3、尿液10m3左右，根据《畜禽养殖业污染治理工程技术规范(HJ497-2009)》规定，一头猪每天产粪2.0kg、尿液3.3kg，该工程适用于存栏生猪200头以上、3 000头以下的养殖小区、养殖场使用。工程周围最好有葡萄基地、蔬菜基地等，工程所产沼气通过管道输送到周边农户用作燃气，沼渣、沼液通过罐车或管道输送到附近种植基地，作为有机肥施用。由养殖户或养殖户与专业人员联合运行该设施，沼气输送前经棚内的脱硫罐脱硫后再输送至用户，开通沼气燃气的农户按月交纳燃气费用，每方1.5元左右，沼气价格便宜，使用方便，很受老百姓欢迎，保障了运行经费，建立起沼气运行维护的长效机制。同时，采用物联网技术实现了沼气工程的远程实时监控。工程运行模式如图1所示。

图1　大棚式沼气工程运行模式Fig.1　Operation mode of greenhouse biogas project

3　运行数据分析

3.1数据获取

该工程采用沼气工程物联网系统进行控制，选用武汉四方光电科技有限公司的技术方案，设备包括超声波沼气流量计、沼气成分分析、传感器、物联网应用软件等。该系统可实时获取沼气工程运行参数，如温度、压力、沼气流量、甲烷含量等。本文选取5处沼气工程的物联网系统运行参数进行分析研究。5处测试点生猪的存栏情况如下表。

表　5处测试点生猪的存栏情况

3.2温度情况分析

该运行统计期从2014年9月开始，至2015年6月，共10个月，303天，日照天数228天。5处沼气点及棚内外温度变化如图2所示。统计期间，月平均最低温度出现在12月和1月，为-4℃;月平均最高温度出现在6月，为31℃。5处沼气点棚内温度变化趋势与棚外气温变化一致，沼气点2处为最低温度8.08℃，出现在1月份。农村家用沼气池多采用低温发酵，温度一般为8℃～25℃[4]。从图2分析，加盖塑料棚后棚内温度可提高9℃～12℃，冬季棚内温度均在8℃以上，沼气池内料液温度保持在17℃以上，保证了冬季继续产气。

图2　棚内外温度状况Fig.2　Temperature conditions inside and outside the greenhouse

3.3产气量分析

运行期间各沼气点产气量如图3所示，可以看出，沼气点3产气量最多，为3 238m3；沼气点2产气量最少，为2 000m3；沼气点1、4、5产气量基本一致。

图3　各沼气点产气量Fig.3　Biogas production rate

沼气发酵温度的高低，对产气速率影响也很大。如果在35℃时产气速率为1，则在25℃时下降为0.89,20℃时下降为0.80,15℃仅有0.63左右[5]。从图4看出，11月、12月、1月、2月份棚内月平均温度均低于15℃，产气量较低。9月份产气量最低，原因是该沼气工程从8月份开始调试运行，前期产气量较低。棚内温度最低月份为12月，产气量最低出现在1月，较温度略有滞后。3月后随着温度的升高，产气量急速增加。

4　结　论

高密市的实践证明，大棚式沼气工程具有诸多优点，零占地，冬季可以正常运行，产气率较高，可满足用户用气需求，充分发挥了其治污效果，建设大棚式沼气工程治理畜禽养殖污染，是农业源减排的重要方式，是实现农业废弃物减量化、资源化、无害化的有效途径，为畜禽养殖污染治理提供了经验。大棚式沼气工程为解决我国北方畜禽粪便污染找到了新的途径。

图4　沼气产生量与温度关系Fig.4　Relationship between biogas production and temperature

[1]张陆彪,彭新宇.我国畜禽养殖污染防治的立法思考[J].环境保护,2007,(01A):39-42.

[2]中国农村统计年鉴[Z].北京：中国统计出版社，2014.

[3]汤云川，张卫峰，马林，张福锁.户用沼气产气量估算及能源经济效益[J].农业工程学报,2010,26(3):281-283.

[4]马洪儒.家用沼气池稳定产气的技术要点[J].可再生资源，2003,(2)：29-30.

[5]周孟津，张榕林.沼气实用技术[M].北京：化学工业出版社,2009.

Application of Greenhouse Biogas Project in Livestock and Poultry Excrement Pollution Control

SUN Ze-feng1, ZHANG Xiao-shun2, WANG Juan1

(1.EnvironmentalMonitoringofGaomi,Gaomi,Shandong261500,China;2.HengyangEnvironmentalProtectionEngineeringCo.Ltd.ofGaomi,Gaomi,Shandong261500,China)

Livestock and poultry excrement pollution has become the major cause of rural environmental pollution. In this paper, the application of greenhouse biogas project in livestock and poultry excrement pollution control of rural areas was introduced, the biogas no-production problem in winter could be solved and the normal operation of biogas project guaranteed through this technology, the environmental and social benefits were significant. The technology provided experience for reference in livestock and poultry excrement pollution control.

Greenhouse biogas project; livestock and poultry excrement pollution control

2016-07-04

孙泽锋(1981-)，男，山东高青县人，2008年毕业于中国海洋大学环境工程专业，硕士研究生，工程师，主要从事环境保护工作。

张效顺，541943090@qq.com。

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1001-3644(2016)05-0073-03