沼气智能监控与生态循环利用模式的探索

雷大西，林苏红，刘海亚

(1.苍南县农村能源办公室，浙江 温州 325800； 2.温州市农村能源办公室，浙江 温州 325000)

利用沼气工程对养殖场排泄物进行无害化、资源化、生态化处理，是保护生态环境的一种切实可行的方法，也是促进生态循环农业发展的有力途径。但是由于沼液消纳与种植农闲之间的矛盾，以及沼气利用存在的安全隐患等问题，使得如何对养殖场的沼气工程进行安全运行和管理，同时对沼液进行有效地处置，成为当前大部分养殖场面临的难题。据统计，苍南县目前已有56家畜禽养殖场建设了沼气工程，但是多数养殖场周边没有足够面积的土地消纳沼液，沼液的处置成了制约养殖场发展的一大因素。

苍南县宏财良种猪养殖专业合作社通过安装沼气智能监控系统对沼气工程进行安全运行管理，并建设沼液净化处理系统，使沼液能够达标排放，缓解了农闲时的沼液消纳问题，也保护了生态环境。

1 主要特点

1.1 模式简介

苍南县宏财良种猪养殖专业合作社的沼气智能监控与生态循环利用是以“畜禽粪污-厌氧发酵沼气(安装智能监控系统)-部分沼液用于种植灌溉消纳-剩余沼液净化处理达标排放”为主要工艺路线的生态循环模式。该模式遵循农牧结合、生态循环和互联网+智能监控系统联动，以沼气工程为纽带，建设物联网沼气智能监控系统1套，以“三沼”综合利用为重点内容，产生的沼气供周边农户和养殖场生活供能，沼渣经厌氧处理和干湿分离后堆积发酵作为有机肥料，沼液通过养殖场周边茶园、山竹和蔬菜基地消纳，未能通过消纳利用的剩余沼液经深度处理,系统净化后达标排放。该模式将畜禽养殖、沼气智能监控、种植发展绿色农产品和沼液净化处理达标排放等措施进行有机地结合、协同发展，使沼气工程安全智能地运维，以改善生态环境。

1.2 模式背景

苍南县宏财良种猪养殖专业合作社成立于2008年，位于苍南县沿浦镇云亭村斗米企，与福建省福鼎市交界相邻，是一家饲养和经营商品猪的大型生猪养殖企业，系温州市副食品后备基地、苍南县农业龙头企业、苍南县沿浦镇最大的商品猪生产基地。养殖场年平均存栏商品猪约3 000头，2014年建设沼气工程600 m3，站内储液池500 m3，田间储液池2 000 m3，周边现有种植茶园、蔬菜、山竹、桑树基地共约66.67 hm2，2016年安装了沼气智能监控系统(沼气控制PLC柜、沼气控制动力柜、超声波流量计和沼气分析仪及智控相关配套设施)，2017年建设了日处理40 t沼液的净化处理池1 300 m3(其中调节池120 m3，兼氧池/好氧池1 000 m3，沉淀池90 m3，污泥池90 m3)及深度处理配套设施等。

在未建设沼气生态循环利用系统之前，由于该场长期排放的养殖废水对环境造成不好的影响，与周边农户产生了较大的矛盾，影响了养殖场的长期发展和生存问题。2014年养殖场通过建设沼气工程及生态循环模式，养殖废水通过沼气工程处理后，沼渣沼液优先用于周边茶园(蔬菜)基地等消纳灌溉，未能及时消纳的一部分沼液通过深度净化处理达标排放。沼气工程产生的沼气供给周边255户农户(包括部分福建省农户)作为生活用能，大大缓解了养殖场与周边农户的紧张关系。宏财良种猪养殖专业合作社沼气生态循环利用模式通过建设沼气工程和沼液净化处理系统，使周边农户免费用上高效的清洁能源，缓解了养殖企业与农户的矛盾；沼液通过茶园等消纳灌溉,既解决了环境影响和沼肥在农作物用肥淡季对周边的污染问题，又提高了农作物的经济效益。

为提高沼气工程的安全科学管理水平，及时掌握和处理沼气运行过程中出现的情况，养殖场安装了沼气智能监控系统，数据通过沼气物联网监控平台与省农业智慧云平台实现共享，方便相关管理部门管理监督，同时也方便农村能源部门专家在线提供技术咨询和指导服务。养殖场的管理人员通过沼气智能监控系统监测沼气运行情况并进行在线预警，保障沼气工程的安全运行，也保障沼液的质量，走出了一条沼气智能安全运行和生态循环农业的新模式。

1.3 模式流程

模式流程见图1～2。

图1 生态循环模式的流程

图2 沼气智能监控的系统流程

1.4 工艺技术

1.4.1 厌氧发酵

利用完全混合式厌氧反应器进行厌氧发酵，畜禽粪便污水先进入集水池，再经过固液分离装置去除大部分悬浮物，分离后的污水直接进入厌氧消化器发酵产生沼气。沼气作为生活燃气供给养殖场和周围农户使用。

1.4.2 沼液净化

以沼气为纽带，用A/O法+MBR生物膜法处理工艺，将养殖场沼气工程产生的沼液经调节、兼氧、厌氧、沉淀、吸附等深度处理工艺后达标排放用于农田灌溉或养殖场中再利用，形成“畜禽—废水—沼液处理—再利用”的循环系统。

1.4.3 沼液沼渣利用

养殖废水通过固液分离、贮存、输送技术，经厌氧发酵后排放的沼渣采用固液分离技术，沼液先储存于沼肥储存池再通过灌溉管道进行输送,沼渣先堆肥，免费供给周边种植大户作有机肥。

1.4.4 沼气智能监控系统

整个智控系统集仪表检测技术、计算机技术、控制技术和物联网通信技术于一体。对沼气工程中的预处理单元、发酵单元、储气单元和净化单元进行监控操作，从预处理单元一直到沼气产出阶段进行全程监控测量，当有警报或故障发生时，系统及时通知操作人员，尽快排除故障，使沼气工程的运行更加平稳安全。

2 运行机制

2.1 政策保障

通过示范项目建设，争取农业财政项目支持，为沼气智能监控和生态循环农业投入提供资金保障，同时提供科技服务。定期组织沼气工程业主、农技人员参加相关农业技术培训班，提高科技知识与生态农业结合率，实现农业资源高效利用和可持续发展。

2.2 运行机制

完善后续服务体系功能，要求县农村能源后续服务中心对实施“猪、沼、茶(菜)”等沼气生态循环农业的基地，在沼气工程运维、技术对接方面优先安排。

通过沼气物联网监控平台和智慧农业云平台对沼气工程进行实时监督指导，使技术服务、监督管理部门和业主保持联系、沟通，保障沼气工程的正常运维，使沼气和沼液得到安全有效地使用。

3 效益分析

该模式目前在苍南县沿浦镇云亭村斗米企的宏财良种猪养殖专业合作社运行，开展以沼气为纽带的生态农业循环模式，安装的沼气智控系统不仅提高了沼气工程的智能化水平，提升了工程运行的安全性，使设备运行故障能及时地排查和解决，缩短了故障的处理周期，也方便了有关部门的监督管理和技术指导。该模式促进了沼气管理水平的提高和生态农业的发展，改善了农村环境和农民生活质量，取得了良好的经济效益、生态效益和社会效益。

3.1 经济效益

沼液经净化处理达到排放标准后用于农田灌溉或养殖场中再利用，每天40 t的沼液在农业用肥淡季得到有效处理利用，促进农业节水，每月减少排污费支出达1万元。沼气可用作燃料和生活照明，减少农民的生活成本。由于沼气智能监控系统的应用，使养殖场业主对沼气工艺不断进行改进，提高了沼气产气量。

3.2 环境效益

以沼气为纽带的生态农业循环经济模式一方面减少了化肥、农药使用量，降低农田径流污染和空气污染；另一方面沼液净化利用工程有效减少了废水中可能残留的重金属、兽药、有害病原体对环境及农田的污染，对提升规模化畜禽养殖场的污染整治具有很好的示范作用，符合生态循环农业示范要求，也使养殖场的生态环境得到改善。

3.3 社会效益

沼气工程产生的沼气供农户使用，提高了农民的生活质量，也改善了养殖企业与农户之间的矛盾。沼液的资源化利用，减少了农药化肥的使用，提高了农作物的品质，也促进了农产品的质量安全。沼气工程的建设改善了养殖场的卫生环境，畜禽粪便经过发酵，其中的寄生虫、病原菌也在厌氧池内被消灭，减少了疾病传染的风险，提高了卫生水平，使农村生活环境得到改善。

4 小结

沼气智能监控与生态循环利用模式不仅提升了沼气工程的运行管理水平，还为消纳条件不足的养殖场的排泄物治理起到了借鉴示范作用。该沼气工艺可选择带增温设施的地上式厌氧罐或带搅拌装置的地埋式厌氧池，产生的沼气可发电供应机械设备动力用能，固液分离、料液循环、好氧曝气等机械设备采用智能监控，确保工程安全运行。养殖场所在的区域农田消纳面积较小、经济相对较发达的地区较适宜推广该模式。