新疆寒区规模化养殖场沼气工程利用*

刘军林，袁雅梅，刘舰林

（1.新疆西域牧歌农业科技有限公司，新疆 石河子 832000；2.新疆兵团农业技术推广总站）

0 前言

2016年12月21日，习近平总书记主持召开中央财经领导小组第十四次会议，首次提出“农村能源革命”，他指出：“加快推进畜禽养殖废弃物处理和资源化，关系6亿多农村居民生产生活环境，关系农村能源革命，关系能不能不断改善土壤地力、治理好农业面源污染，是一件利国利民利长远的大好事。要坚持政府支持、企业主体、市场化运作的方针，以沼气和生物天然气为主要处理方向，以就地就近用于农村能源和农用有机肥为主要使用方向，力争在”十三五“时期，基本解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化问题。”强调 “两个主要方向”——以沼气和生物天然气为主要处理方向，以就地就近用于农村能源和农用有机肥为主要使用方向。

国务院办公厅印发《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》，明确提出到2020年全国畜禽粪污综合利用率达到75%以上。《全国沼气发展“十三五”规划（2016—2020）》指出，到2020年全国新建规模化生物天然气工程172个，新建规模化大型沼气工程3 150个，新建中小型沼气工程25 500个，认定果（菜、茶）沼畜循环农业基地1 000个；新增沼气生产能力约50亿m3，总量达到200亿m3左右；“十三五”期间农村沼气工程总投资500亿元。可见，党、政府对沼气工程的重视，支持力度也是空前的。这也表明，党和政府关心畜禽粪污污染问题，表明了解决农村能源和农业、畜牧养殖业健康可持续发展瓶颈问题的决心和意志。

据新疆兵团统计局数据显示，兵团2017年年末牲畜存栏772.58万头（只），其中，牛50.77万头，猪167.47万头，羊548.49万只；年内牲畜出栏882.71万头（只），增长6.0%[1]。据估算，全国畜禽粪污年产生量约38亿t，综合利用率不到60%，已成为农业污染的主要来源。目前，新疆兵团的畜禽养殖业已从散养向集约化和规模化方向发展，发展沼气事业，利用沼气工程处理畜禽粪污污染大有可为。

沼气属于可再生能源，是发展可持续农业效率最高、投资最省的一种模式。近年来随着畜禽养殖业的迅猛发展，畜禽粪污对环境的影响越来越受到社会的关注。沼气及沼气工程能够实现农业、畜禽养殖业废弃物的循环利用，它是植物生产、动物转化、微生物还原链条里重要的一环，是促进循环农业、畜禽养殖业健康可持续发展的纽带；也是处理粪污，减少环境污染，实现粪污资源化利用，达标排放，促进种养结合，农业绿色发展的纽带。

新疆地处祖国西北边陲，冬季时间长，有的地区冻土层达1.7 m，在长达半年的时间里不利于沼气池产气。北疆地区10月份平均温度均在8℃左右，还能正常产沼气，进入11月份大部分地区平均温度均低于沼气正常发酵温度，沼气池发酵缓慢甚至不产气。要发展新疆沼气事业就必须克服新疆寒冷地区冬季沼气池的使用问题，而提高沼气池料液温度是解决问题的关键[2]。

1 新疆寒区规模化养殖场沼气工程现状

1.1 传统砖混模式

由于新疆地域区位等多种条件的局限，新疆沼气工程仍然处在较低的层次。主要表现为工艺水平低、“三沼”利用率低和运行困难等，都是新疆寒区沼气工程面临的问题。新疆目前有一些中小型沼气工程还是沿用传统工艺，使用砖混模式，这样虽然工程成本降低了，但是，面对新疆的干旱、盐碱、寒冷等因素，无法保证沼气工程正常和长期稳定运行。

1.2 地上处理模式

地上处理模式，一般是采用内地南方一些沼气先进省市的技术模式建设。通常有常温及中温地上完全混合式 （简称CSTR）、上流式厌氧污泥床 （简称UASB）、升流式固体反应器（简称USR）等等，主要表现为巨大的发酵罐体伫立在凌冽的寒风中。增保温是系统成败的关键，也是能耗巨大的表现。沼气系统无法正常运行，主要也与增保温系统没有做好和没有做到位有关；另外，后期的运行维护也需要大量的能源投入，影响了业主的经济效益和继续投入的信心。

1.3 半地下处理模式

半地下处理模式，即厌氧发酵罐体的1/3或1/2设置于地下，且地下和地上全部进行保温处理，保温层厚度在5～15 cm之间，一般采用苯板和岩棉进行保温。德国沼气工程多半采用的是半地下处理模式，它的主要优势是保温、方便清渣和维护。

1.4 地下处理模式

地下处理模式，主要是将厌氧发酵罐体全部设置于地下，对整个发酵罐体进行保温处理。在新疆发酵罐体填埋深度要超过冻土层深度。主要优势是保温和沼气发酵运行平稳。一般冬季增温方式为燃煤燃气锅炉和太阳能热水循环系统供热。这种处理模式也是新疆沼气工程能够正常平稳运行的有效方式之一。

1.5 新型膜结构处理模式

新型膜结构处理模式，是地下处理模式的一种，它是由新疆西域牧歌农业科技有限公司研制开发的一种集约化养殖场能源化综合处理、高效利用的一种粪污处理模式、也是沼气工程资源化利用的一种模式。如图1所示。

新型膜结构沼气池是由聚氯乙烯高分子复合材料制成，呈胆体结构，具有耐老化、抗冻融、拉伸强度高、气密性强等特点，膜结构沼气池胆体易于安装，方便保温和增温。建设、维护、保养以及后期管理都很方便。它能有效克服盐碱、昼夜温差大、膨胀系数高等困扰新疆沼气发展的瓶颈问题，它的耐冻融性能也高，非常适宜新疆的地理和气候条件，是发展沼气工程的值得推广的厌氧发酵装置。其特性为气密封性（充气5 kPa，保持24 h）、无破裂或渗漏。热合撕裂强度（kN/m）≥ 50，拉伸强度（MPa）≥ 16[3]。技术方案为：沼气发酵池，完全建设在养殖场地下，深度超过冻土层，系统有增保温装置，使用固液分离，分别处理固体和液体部分，综合处理效率高。相关技术该公司均有授权专利保护。

2 新疆寒区规模化养殖场沼气工程分析

2.1 冬季处理的问题

图1 新型膜结构沼气工程工艺流程

随着新疆畜禽养殖业的发展和规模的不断扩大，废弃物处理成为产业发展面临的主要问题，尤其是冬季粪污的处理问题。冬季处理粪污难度大，主要原因就是液体部分没有好的处理方法。建议发展沼气工程，进行固液分离，固体部分制作有机肥，液体部分生产沼气，以及沼液储存等措施加以解决。沼气工程中，沼气发酵池的冬季保温和增温尤为重要，而保温和增温投入较大，许多沼气工程项目发酵池的保温和增温没有按规范去做，发酵池温度低，沼气生产的连续性和稳定性不能保证[4]。建议加大沼气工程增保温建设力度，确保冬季正常处理畜禽粪污。沼液储存及沼渣处理方面可以借鉴德国相关工艺进行：在沼渣沼液的利用上，德国相关法律有特别规定。当农场之间的沼肥交叉使用时，须经过70℃以上的高温消毒处理，若用于饲料施肥，必须在90℃的温度下处理1 h。另外，秋季以后（10月至来年4月），沼液必须贮存6个月以上才能使用。在德国，沼渣沼液还田利用十分充分，沼渣沼液的还田运输全程机械化[5]。新疆地区冬季沼液可以贮存6个月以上，这样有利于环境保护，但需要建设较大的配套储液池。

2.2 沼气工程资金问题

资金问题一直是新疆沼气工程快速发展的瓶颈问题，也是制约畜禽粪污处理和综合利用的拦路虎。一些沼气工程不能正常运行，主要原因就是配套资金不到位，致使相关增保温设施和粪污处理设备不到位，影响了沼气工程的平稳和顺利运行。在此提出以下建议和措施：（1）积极申请政府相关配套支持资金，把政府扶持的优惠政策用好：农业部2017年，支持和建设了485个规模化大型沼气工程和18个规模化生物天然气工程，支持沼渣沼液利用设施建设，推进沼气转型升级，促进沼肥利用。农业部会同发改委积极指导落实沼气发电上网标杆电价和上网电量全额保障性收购政策，推动符合相关要求的生物天然气并入燃气管网等等优惠政策；（2）加大投融资行动，现在国家非常重视环境保护，处理畜禽粪污的沼气工程是利国利民的大事。相关政策有：一是2017年共支持96个畜牧大县整县推进畜禽粪污资源化利用，探索市场化治理机制，其中涉及新疆及新疆生产建设兵团的有呼图壁县、昭苏县及石河子市3个畜牧大县（市）。二是将畜禽粪污资源化利用装备列入农机购置补贴范围，实行敞开补贴、应补尽补。三是印发专项规划资金支持，支持资金在2.0亿～4.7亿元；随着政策资金的投入也可以吸引社会资金对沼气工程进行投融资；（3）积极宣传养殖企业对沼气工程进行投资。随着环保督查和环保执法宣传力度的加大，越来越多的养殖企业认识到环保的重要性，对畜禽粪便污染的治理是养殖企业必须承担的社会责任。只有养殖企业积极处理粪污污染，才能实现养殖业与种植业的良性循环，实现畜禽养殖业绿色、健康和可持续发展。

2.3 人员培训

新疆寒区的沼气工程要大发展就离不开相关技术人员。要加强对新疆区域内大中型沼气工程施工、使用人员的业务培训，不断提高技术水平和管理水平。特别是对于技术性强的沼气发电、系统运行、管理、维护等方面，要抓紧培养专业技术人才，尽快满足工作需要，做到技术问题有人懂，排除故障有人会。要建立健全沼气工程安全运行责任制和市场化管理机制，做到责任明确，规范运作，确保沼气工程长期、高效和安全运转。

2.4 沼气工程发展趋势

德国沼气工程从20世纪90年代初开始建设，德国《可再生能源法》规定，对生物质（沼气）发电实行基本补偿和奖励补偿，补偿期20年，补偿率按比例逐年递减。在此政策引导下，目前德国沼气占可再生能源的比例为43%，到2020年，全德国将建成12 000个沼气工程，使用沼气发电占全国发电总量的7.5%，到2030年，在天然气管网中至少包含10%的沼气[5]。丹麦同德国一样也是发展沼气工程技术的先进国家，丹麦是欧洲畜牧业强国，沼气工程从20世纪70年代开始建设，沼气建设模式向集中式沼气工程模式发展，其核心是将分散的畜禽粪污集中进行厌氧处理[6]。丹麦政府指出：到2020年，50%的畜禽粪便必须进行厌氧技术处理，政府对修建沼气工程提供20%的补贴和60%的市政贷款；《2050年丹麦能源发展战略》提出，计划在2050年完全摆脱对化石能源的依赖。我国政府提出：到2020年全国畜禽粪污综合利用率达到75%以上；2016年出台的 《全国沼气发展 “十三五”规划（2016—2020）》提出：“十三五”期间农村沼气工程总投资500亿元；农业部新批准的整县推进畜禽粪污资源化利用畜牧大县新疆有6个，新疆兵团有2个畜牧大县，可见，在新疆发展沼气工程前景广阔。

3 结论

中央预算内投资畜禽粪污资源化利用整县推进项目，支持畜牧大县、国家现代农业示范区等率先推进畜禽粪污资源化利用，鼓励各地出台配套政策，对畜禽粪污资源化利用工作给予支持。在此大背景下，新疆沼气事业迎来了大发展的春天。新疆沼气工程一定要练好内功，积极提升沼气增保温技术水平、提升处理粪污的效率，吸收国外先进沼气技术，对现行的沼气技术进行转型升级，提高沼气工程的综合经济效益，提升沼渣、沼液和有机肥的效益，把沼气工程真正做成保护环境、促进循环农业发展的好工程和好项目。沼气工程只有不断开拓、创新，用新技术、新材料、新观念才能发展壮大，才能为养殖业健康发展保驾护航，才能促进种养结合，成为农业绿色发展的纽带。