新疆寒區(qū)規(guī)?；B(yǎng)殖場沼氣工程利用*

劉軍林，袁雅梅，劉艦林

（1.新疆西域牧歌農(nóng)業(yè)科技有限公司，新疆 石河子 832000；2.新疆兵團(tuán)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站）

0 前言

2016年12月21日，習(xí)近平總書記主持召開中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會議，首次提出“農(nóng)村能源革命”，他指出：“加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化，關(guān)系6億多農(nóng)村居民生產(chǎn)生活環(huán)境，關(guān)系農(nóng)村能源革命，關(guān)系能不能不斷改善土壤地力、治理好農(nóng)業(yè)面源污染，是一件利國利民利長遠(yuǎn)的大好事。要堅(jiān)持政府支持、企業(yè)主體、市場化運(yùn)作的方針，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農(nóng)村能源和農(nóng)用有機(jī)肥為主要使用方向，力爭在”十三五“時(shí)期，基本解決大規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場糞污處理和資源化問題?！睆?qiáng)調(diào) “兩個(gè)主要方向”——以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農(nóng)村能源和農(nóng)用有機(jī)肥為主要使用方向。

國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》，明確提出到2020年全國畜禽糞污綜合利用率達(dá)到75%以上。《全國沼氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016—2020）》指出，到2020年全國新建規(guī)模化生物天然氣工程172個(gè)，新建規(guī)?；笮驼託夤こ? 150個(gè)，新建中小型沼氣工程25 500個(gè)，認(rèn)定果（菜、茶）沼畜循環(huán)農(nóng)業(yè)基地1 000個(gè)；新增沼氣生產(chǎn)能力約50億m3，總量達(dá)到200億m3左右；“十三五”期間農(nóng)村沼氣工程總投資500億元?？梢姡h、政府對沼氣工程的重視，支持力度也是空前的。這也表明，黨和政府關(guān)心畜禽糞污污染問題，表明了解決農(nóng)村能源和農(nóng)業(yè)、畜牧養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展瓶頸問題的決心和意志。

據(jù)新疆兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，兵團(tuán)2017年年末牲畜存欄772.58萬頭（只），其中，牛50.77萬頭，豬167.47萬頭，羊548.49萬只；年內(nèi)牲畜出欄882.71萬頭（只），增長6.0%[1]。據(jù)估算，全國畜禽糞污年產(chǎn)生量約38億t，綜合利用率不到60%，已成為農(nóng)業(yè)污染的主要來源。目前，新疆兵團(tuán)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)已從散養(yǎng)向集約化和規(guī)?；较虬l(fā)展，發(fā)展沼氣事業(yè)，利用沼氣工程處理畜禽糞污污染大有可為。

沼氣屬于可再生能源，是發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)效率最高、投資最省的一種模式。近年來隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，畜禽糞污對環(huán)境的影響越來越受到社會的關(guān)注。沼氣及沼氣工程能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄物的循環(huán)利用，它是植物生產(chǎn)、動物轉(zhuǎn)化、微生物還原鏈條里重要的一環(huán)，是促進(jìn)循環(huán)農(nóng)業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的紐帶；也是處理糞污，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)糞污資源化利用，達(dá)標(biāo)排放，促進(jìn)種養(yǎng)結(jié)合，農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的紐帶。

新疆地處祖國西北邊陲，冬季時(shí)間長，有的地區(qū)凍土層達(dá)1.7 m，在長達(dá)半年的時(shí)間里不利于沼氣池產(chǎn)氣。北疆地區(qū)10月份平均溫度均在8℃左右，還能正常產(chǎn)沼氣，進(jìn)入11月份大部分地區(qū)平均溫度均低于沼氣正常發(fā)酵溫度，沼氣池發(fā)酵緩慢甚至不產(chǎn)氣。要發(fā)展新疆沼氣事業(yè)就必須克服新疆寒冷地區(qū)冬季沼氣池的使用問題，而提高沼氣池料液溫度是解決問題的關(guān)鍵[2]。

1 新疆寒區(qū)規(guī)?；B(yǎng)殖場沼氣工程現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)磚混模式

由于新疆地域區(qū)位等多種條件的局限，新疆沼氣工程仍然處在較低的層次。主要表現(xiàn)為工藝水平低、“三沼”利用率低和運(yùn)行困難等，都是新疆寒區(qū)沼氣工程面臨的問題。新疆目前有一些中小型沼氣工程還是沿用傳統(tǒng)工藝，使用磚混模式，這樣雖然工程成本降低了，但是，面對新疆的干旱、鹽堿、寒冷等因素，無法保證沼氣工程正常和長期穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 地上處理模式

地上處理模式，一般是采用內(nèi)地南方一些沼氣先進(jìn)省市的技術(shù)模式建設(shè)。通常有常溫及中溫地上完全混合式 （簡稱CSTR）、上流式厭氧污泥床 （簡稱UASB）、升流式固體反應(yīng)器（簡稱USR）等等，主要表現(xiàn)為巨大的發(fā)酵罐體佇立在凌冽的寒風(fēng)中。增保溫是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，也是能耗巨大的表現(xiàn)。沼氣系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，主要也與增保溫系統(tǒng)沒有做好和沒有做到位有關(guān)；另外，后期的運(yùn)行維護(hù)也需要大量的能源投入，影響了業(yè)主的經(jīng)濟(jì)效益和繼續(xù)投入的信心。

1.3 半地下處理模式

半地下處理模式，即厭氧發(fā)酵罐體的1/3或1/2設(shè)置于地下，且地下和地上全部進(jìn)行保溫處理，保溫層厚度在5～15 cm之間，一般采用苯板和巖棉進(jìn)行保溫。德國沼氣工程多半采用的是半地下處理模式，它的主要優(yōu)勢是保溫、方便清渣和維護(hù)。

1.4 地下處理模式

地下處理模式，主要是將厭氧發(fā)酵罐體全部設(shè)置于地下，對整個(gè)發(fā)酵罐體進(jìn)行保溫處理。在新疆發(fā)酵罐體填埋深度要超過凍土層深度。主要優(yōu)勢是保溫和沼氣發(fā)酵運(yùn)行平穩(wěn)。一般冬季增溫方式為燃煤燃?xì)忮仩t和太陽能熱水循環(huán)系統(tǒng)供熱。這種處理模式也是新疆沼氣工程能夠正常平穩(wěn)運(yùn)行的有效方式之一。

1.5 新型膜結(jié)構(gòu)處理模式

新型膜結(jié)構(gòu)處理模式，是地下處理模式的一種，它是由新疆西域牧歌農(nóng)業(yè)科技有限公司研制開發(fā)的一種集約化養(yǎng)殖場能源化綜合處理、高效利用的一種糞污處理模式、也是沼氣工程資源化利用的一種模式。如圖1所示。

新型膜結(jié)構(gòu)沼氣池是由聚氯乙烯高分子復(fù)合材料制成，呈膽體結(jié)構(gòu)，具有耐老化、抗凍融、拉伸強(qiáng)度高、氣密性強(qiáng)等特點(diǎn)，膜結(jié)構(gòu)沼氣池膽體易于安裝，方便保溫和增溫。建設(shè)、維護(hù)、保養(yǎng)以及后期管理都很方便。它能有效克服鹽堿、晝夜溫差大、膨脹系數(shù)高等困擾新疆沼氣發(fā)展的瓶頸問題，它的耐凍融性能也高，非常適宜新疆的地理和氣候條件，是發(fā)展沼氣工程的值得推廣的厭氧發(fā)酵裝置。其特性為氣密封性（充氣5 kPa，保持24 h）、無破裂或滲漏。熱合撕裂強(qiáng)度（kN/m）≥ 50，拉伸強(qiáng)度（MPa）≥ 16[3]。技術(shù)方案為：沼氣發(fā)酵池，完全建設(shè)在養(yǎng)殖場地下，深度超過凍土層，系統(tǒng)有增保溫裝置，使用固液分離，分別處理固體和液體部分，綜合處理效率高。相關(guān)技術(shù)該公司均有授權(quán)專利保護(hù)。

2 新疆寒區(qū)規(guī)?；B(yǎng)殖場沼氣工程分析

2.1 冬季處理的問題

圖1 新型膜結(jié)構(gòu)沼氣工程工藝流程

隨著新疆畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，廢棄物處理成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要問題，尤其是冬季糞污的處理問題。冬季處理糞污難度大，主要原因就是液體部分沒有好的處理方法。建議發(fā)展沼氣工程，進(jìn)行固液分離，固體部分制作有機(jī)肥，液體部分生產(chǎn)沼氣，以及沼液儲存等措施加以解決。沼氣工程中，沼氣發(fā)酵池的冬季保溫和增溫尤為重要，而保溫和增溫投入較大，許多沼氣工程項(xiàng)目發(fā)酵池的保溫和增溫沒有按規(guī)范去做，發(fā)酵池溫度低，沼氣生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性不能保證[4]。建議加大沼氣工程增保溫建設(shè)力度，確保冬季正常處理畜禽糞污。沼液儲存及沼渣處理方面可以借鑒德國相關(guān)工藝進(jìn)行：在沼渣沼液的利用上，德國相關(guān)法律有特別規(guī)定。當(dāng)農(nóng)場之間的沼肥交叉使用時(shí)，須經(jīng)過70℃以上的高溫消毒處理，若用于飼料施肥，必須在90℃的溫度下處理1 h。另外，秋季以后（10月至來年4月），沼液必須貯存6個(gè)月以上才能使用。在德國，沼渣沼液還田利用十分充分，沼渣沼液的還田運(yùn)輸全程機(jī)械化[5]。新疆地區(qū)冬季沼液可以貯存6個(gè)月以上，這樣有利于環(huán)境保護(hù)，但需要建設(shè)較大的配套儲液池。

2.2 沼氣工程資金問題

資金問題一直是新疆沼氣工程快速發(fā)展的瓶頸問題，也是制約畜禽糞污處理和綜合利用的攔路虎。一些沼氣工程不能正常運(yùn)行，主要原因就是配套資金不到位，致使相關(guān)增保溫設(shè)施和糞污處理設(shè)備不到位，影響了沼氣工程的平穩(wěn)和順利運(yùn)行。在此提出以下建議和措施：（1）積極申請政府相關(guān)配套支持資金，把政府扶持的優(yōu)惠政策用好：農(nóng)業(yè)部2017年，支持和建設(shè)了485個(gè)規(guī)?；笮驼託夤こ毯?8個(gè)規(guī)?；锾烊粴夤こ蹋С终釉右豪迷O(shè)施建設(shè)，推進(jìn)沼氣轉(zhuǎn)型升級，促進(jìn)沼肥利用。農(nóng)業(yè)部會同發(fā)改委積極指導(dǎo)落實(shí)沼氣發(fā)電上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)和上網(wǎng)電量全額保障性收購政策，推動符合相關(guān)要求的生物天然氣并入燃?xì)夤芫W(wǎng)等等優(yōu)惠政策；（2）加大投融資行動，現(xiàn)在國家非常重視環(huán)境保護(hù)，處理畜禽糞污的沼氣工程是利國利民的大事。相關(guān)政策有：一是2017年共支持96個(gè)畜牧大縣整縣推進(jìn)畜禽糞污資源化利用，探索市場化治理機(jī)制，其中涉及新疆及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)的有呼圖壁縣、昭蘇縣及石河子市3個(gè)畜牧大縣（市）。二是將畜禽糞污資源化利用裝備列入農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼范圍，實(shí)行敞開補(bǔ)貼、應(yīng)補(bǔ)盡補(bǔ)。三是印發(fā)專項(xiàng)規(guī)劃資金支持，支持資金在2.0億～4.7億元；隨著政策資金的投入也可以吸引社會資金對沼氣工程進(jìn)行投融資；（3）積極宣傳養(yǎng)殖企業(yè)對沼氣工程進(jìn)行投資。隨著環(huán)保督查和環(huán)保執(zhí)法宣傳力度的加大，越來越多的養(yǎng)殖企業(yè)認(rèn)識到環(huán)保的重要性，對畜禽糞便污染的治理是養(yǎng)殖企業(yè)必須承擔(dān)的社會責(zé)任。只有養(yǎng)殖企業(yè)積極處理糞污污染，才能實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)的良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)綠色、健康和可持續(xù)發(fā)展。

2.3 人員培訓(xùn)

新疆寒區(qū)的沼氣工程要大發(fā)展就離不開相關(guān)技術(shù)人員。要加強(qiáng)對新疆區(qū)域內(nèi)大中型沼氣工程施工、使用人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，不斷提高技術(shù)水平和管理水平。特別是對于技術(shù)性強(qiáng)的沼氣發(fā)電、系統(tǒng)運(yùn)行、管理、維護(hù)等方面，要抓緊培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才，盡快滿足工作需要，做到技術(shù)問題有人懂，排除故障有人會。要建立健全沼氣工程安全運(yùn)行責(zé)任制和市場化管理機(jī)制，做到責(zé)任明確，規(guī)范運(yùn)作，確保沼氣工程長期、高效和安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.4 沼氣工程發(fā)展趨勢

德國沼氣工程從20世紀(jì)90年代初開始建設(shè)，德國《可再生能源法》規(guī)定，對生物質(zhì)（沼氣）發(fā)電實(shí)行基本補(bǔ)償和獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)償，補(bǔ)償期20年，補(bǔ)償率按比例逐年遞減。在此政策引導(dǎo)下，目前德國沼氣占可再生能源的比例為43%，到2020年，全德國將建成12 000個(gè)沼氣工程，使用沼氣發(fā)電占全國發(fā)電總量的7.5%，到2030年，在天然氣管網(wǎng)中至少包含10%的沼氣[5]。丹麥同德國一樣也是發(fā)展沼氣工程技術(shù)的先進(jìn)國家，丹麥?zhǔn)菤W洲畜牧業(yè)強(qiáng)國，沼氣工程從20世紀(jì)70年代開始建設(shè)，沼氣建設(shè)模式向集中式沼氣工程模式發(fā)展，其核心是將分散的畜禽糞污集中進(jìn)行厭氧處理[6]。丹麥政府指出：到2020年，50%的畜禽糞便必須進(jìn)行厭氧技術(shù)處理，政府對修建沼氣工程提供20%的補(bǔ)貼和60%的市政貸款；《2050年丹麥能源發(fā)展戰(zhàn)略》提出，計(jì)劃在2050年完全擺脫對化石能源的依賴。我國政府提出：到2020年全國畜禽糞污綜合利用率達(dá)到75%以上；2016年出臺的 《全國沼氣發(fā)展 “十三五”規(guī)劃（2016—2020）》提出：“十三五”期間農(nóng)村沼氣工程總投資500億元；農(nóng)業(yè)部新批準(zhǔn)的整縣推進(jìn)畜禽糞污資源化利用畜牧大縣新疆有6個(gè)，新疆兵團(tuán)有2個(gè)畜牧大縣，可見，在新疆發(fā)展沼氣工程前景廣闊。

3 結(jié)論

中央預(yù)算內(nèi)投資畜禽糞污資源化利用整縣推進(jìn)項(xiàng)目，支持畜牧大縣、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)等率先推進(jìn)畜禽糞污資源化利用，鼓勵(lì)各地出臺配套政策，對畜禽糞污資源化利用工作給予支持。在此大背景下，新疆沼氣事業(yè)迎來了大發(fā)展的春天。新疆沼氣工程一定要練好內(nèi)功，積極提升沼氣增保溫技術(shù)水平、提升處理糞污的效率，吸收國外先進(jìn)沼氣技術(shù)，對現(xiàn)行的沼氣技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級，提高沼氣工程的綜合經(jīng)濟(jì)效益，提升沼渣、沼液和有機(jī)肥的效益，把沼氣工程真正做成保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的好工程和好項(xiàng)目。沼氣工程只有不斷開拓、創(chuàng)新，用新技術(shù)、新材料、新觀念才能發(fā)展壯大，才能為養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展保駕護(hù)航，才能促進(jìn)種養(yǎng)結(jié)合，成為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的紐帶。