“種養(yǎng)加沼”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式配套設計

劉兆勇等

摘 要：聊城市“種養(yǎng)加沼”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式配套設計，根據(jù)平原農(nóng)業(yè)地區(qū)的特點，把種植、養(yǎng)殖、農(nóng)民生產(chǎn)生活用能、農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用、沼氣工程融為一個有機整體，通過系統(tǒng)的合理配套，形成以沼氣為紐帶的能流、物流良性循環(huán)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。既治理了農(nóng)業(yè)的環(huán)境污染，又實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)資源的高效利用；既維護了農(nóng)業(yè)生態(tài)的良性循環(huán)，又促進了優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：種養(yǎng)加沼；生態(tài)農(nóng)業(yè)模式；配套設計

中圖分類號 F327 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）20-74-03

1 前言

聊城市地處魯西平原，屬農(nóng)業(yè)大市。近年來，隨著生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，開展以沼氣為紐帶的種養(yǎng)加沼生態(tài)農(nóng)業(yè)模式研究具有良好的推廣前景，經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益顯著。為了使種養(yǎng)加沼生態(tài)農(nóng)業(yè)模式達到規(guī)范化、標準化，適合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，依據(jù)生態(tài)學原理，把大中型沼氣工程與種植、養(yǎng)殖、農(nóng)民生產(chǎn)生活用能、農(nóng)業(yè)殘余廢棄物綜合利用科學地融為一體，通過系統(tǒng)的合理配置，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物資源化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無害化，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出高效化。該模式目前已在聊城市示范推廣。

2 種養(yǎng)加沼生態(tài)農(nóng)業(yè)模式循環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成 大中型沼氣工程與農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖廢棄物利用、農(nóng)民生產(chǎn)生活用能、沼肥綜合利用設施構(gòu)成。

2.2 生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)流程（見圖1）

3 種養(yǎng)加沼生態(tài)農(nóng)業(yè)模式的配套設計

3.1 種養(yǎng)加沼綜合利用配套設計

3.1.1 根據(jù)農(nóng)村的資源條件確定配套沼氣工程規(guī)模 首先要對可收集的沼氣發(fā)酵原料的構(gòu)成進行進行調(diào)查統(tǒng)計，包括：人畜糞便、生活垃圾、剩余農(nóng)作物秸稈、蔬菜殘秧病果、農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物等，然后折算其干物質(zhì)含量；按照可收集的干物質(zhì)數(shù)量確定需建大中型沼氣工程容積。

3.1.2 沼氣工程主要設計工藝參數(shù) （1）收集原料折合干物質(zhì)平均每天能夠提供給沼氣工程所需的數(shù)量（t）；（2）沼氣發(fā)酵料液濃度與進料量：沼氣發(fā)酵濃度6%，每天的進料量=每天提供干物質(zhì)的數(shù)量÷6%；（3）沼氣發(fā)酵原料滯留期：沼氣厭氧發(fā)酵原料滯留期與原料特性、發(fā)酵溫度有關(guān)，為使原料充分發(fā)酵分解，設計滯留期為30d比較適宜；（4）發(fā)酵溫度：按中溫設計（35～40℃）；（5）沼氣發(fā)酵罐：一般采用USR厭氧發(fā)酵工藝，沼氣發(fā)酵罐的容積=每天的進料量m3×30d；（6）容積產(chǎn)氣率：根據(jù)農(nóng)業(yè)廢棄物的構(gòu)成和管理條件，一般按0.7m3/m3·d～0.8m3/m3·d；（7）貯氣柜容積：按日產(chǎn)氣量的40%～50%設計，貯氣柜容積=沼氣發(fā)酵罐容積×容積產(chǎn)氣率×50%；

3.1.3 沼氣綜合利用工程工藝單元設計說明 整個工藝包括：原料預處理系統(tǒng)、厭氧消化系統(tǒng)、沼氣凈化系統(tǒng)、沼氣貯存系統(tǒng)、沼氣沼肥利用系統(tǒng)。

（1）沼氣發(fā)酵原料預漚池：經(jīng)粉碎機粉碎后的農(nóng)作物秸稈、人畜糞便、生活垃圾等送入原料預處理池，經(jīng)過與廢水充分混合攪拌均勻，使其初步水解，為下一步分解創(chuàng)造條件。

（2）沼氣發(fā)酵原料增溫池：經(jīng)過預漚處理后的沼氣發(fā)酵料液進入增溫池，池中設增溫盤管，冬季將料液增溫至高出厭氧罐內(nèi)發(fā)酵液溫度2℃以上，避免進入料液溫度過低而影響正常產(chǎn)氣。

（3）沼氣發(fā)酵原料調(diào)節(jié)池：料液進入調(diào)節(jié)池，采用攪拌機混料，使其TS濃度為6%左右，以便于用泵輸送至沼氣發(fā)酵罐內(nèi)。池內(nèi)設有加熱系統(tǒng)，對料液進行加熱，特別是在冬季為防止進料溫度低，影響發(fā)酵溫度，造成厭氧反應器內(nèi)溫度降低，須在進料的同時對新鮮料液預先加熱，減少對發(fā)酵溫度的沖擊。

為控制原料在預處理過程中溫度流失，措施一是把預處理池、增溫池、調(diào)節(jié)池并列建在地下，二是把操作室建在調(diào)節(jié)池上面，既節(jié)省占地又利于保溫。冬季可比露天池溫流失減少50%以上。

（4）沼氣厭氧發(fā)酵罐：厭氧發(fā)酵罐（USR工藝）采用中溫（35℃）發(fā)酵。沒有余熱利用的建設單位應設加溫鍋爐或太陽能加溫，利用循環(huán)加熱裝置進行原料預熱和發(fā)酵料液循環(huán)加熱增溫，以維持近中溫發(fā)酵的條件，并使晝夜溫差不超過1℃。除此之外，還應做好罐體保溫，最大可能的減少發(fā)酵溫度的損失。發(fā)酵罐一般設在地上，采用Q235B碳鋼板制作，并用環(huán)氧煤瀝青漆做好防腐。

（5）建設沼氣厭氧發(fā)酵罐的位置：一般設在村旁或蔬菜基地，既便于沼氣的輸送，又要考慮沼氣發(fā)酵原料的收集預處理和沼肥的運送及施用。

（6）沼氣脫硫、脫水：沼氣發(fā)酵時會有水分蒸發(fā)進入沼氣。由于微生物對蛋白質(zhì)的分解或硫酸鹽的還原作用也會有一定量硫化氫（H2S）氣體生成。H2S是一種腐蝕性很強的氣體，它可引起管道、儀表和蔬菜的腐蝕。H2S本身及燃燒時生成的SO2、H2SO3、H2SO4對人都有毒害作用。所以必須設法脫除沼氣中的H2S。沼氣脫硫一般采用氧化鐵法。一是沼氣的脫水采用重力方法：在沼氣脫硫之前設干式阻火器，同時也起到脫水的作用，防止冷凝水進入脫硫器；在輸送沼氣管路的最低點也應設凝水器，及時將管路中冷凝水排除。二是沼氣脫硫：采用干式脫硫劑脫硫。一般情況下可按1kg脫硫劑約凈化80m3沼氣計算。沼氣脫硫罐有效容積（m3）=設計更換脫硫劑的天數(shù)×日產(chǎn)沼氣量（m3）/80，并按規(guī)定及時更換新的脫硫劑。

（7）沼氣貯氣柜：沼氣經(jīng)脫水、脫硫，計量后進入貯氣柜，再通過輸配氣系統(tǒng)送到用戶。貯氣柜一般設在地上，采用Q235B碳鋼板制作，并用環(huán)氧煤瀝青漆做好防腐。

除寒冷地區(qū)采用干式貯氣柜外，其他地區(qū)一般采用濕式貯氣柜。貯氣柜由罐體和浮罩組成，底座和罐體圍成的內(nèi)腔為水池用于負載浮罩和密封。浮罩由圓柱體和拱頂組成，用于貯存沼氣。該貯氣系統(tǒng)靠配重調(diào)節(jié)輸氣壓力，將沼氣通過管網(wǎng)輸送到用氣設備，一般設計壓力為4KPa左右，可根據(jù)輸氣距離適當調(diào)整。為防止水池冬季結(jié)冰，可采用水池上部設加溫盤管、保溫材料或廢機油和水池外保溫等措施。