沼氣綜合利用項(xiàng)目模式分析與發(fā)展建議

李紫薇+伍艷萍+王昌梅+趙興玲+柳靜+楊紅+劉士清+尹芳+張無敵

摘要 我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)近幾年的發(fā)展相較于早前較為快速，造成了部分農(nóng)村的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染現(xiàn)象日益嚴(yán)峻，森林的低價(jià)值消耗、土壤肥力下降、水體污染等問題給農(nóng)民帶來了極大的困擾。隨著農(nóng)村沼氣行業(yè)的快速發(fā)展，沼氣綜合利用技術(shù)越來越受到重視。首先本文通過對(duì)比北方“四位一體”、南方“豬—沼—果”以及西北“五配套”這3種不同區(qū)域、不同氣候的沼氣綜合利用模式，闡述了它們各自的不同特點(diǎn)及其基本技術(shù)路線；其次分析了沼氣綜合利用模式所帶來的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益；最后針對(duì)我國的國情提出了幾點(diǎn)關(guān)于沼氣綜合利用發(fā)展的建議。

關(guān)鍵詞 沼氣綜合利用；農(nóng)村能源；環(huán)境保護(hù)；可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號(hào) S216.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）10-0168-03

Abstract The development of rural economy is faster than before in China. This phenomenon caused part of the rural agricultural ecological environmental pollution more serious，such as the low value of forest consumption，the decline of forest soil fertility，the water pollution and other environmental issues brought great harm to farmers.With the rapid development of rural biogas industry，more and more attentions had to pay on the comprehensive utilization of biogas technology. In this paper，firstly，we compared three kimds of comprehensive utilization modes of biogas in three different areas and different climatic regions ，such as the "four in one" in the north，"pig—biogas—fruit"in the south and"five supporting" in the northwest；We expounded their characteristics and the basic technical routes.Secondly，we analyzed the economic，ecological and social benefits brought about by the comprehensive utilization model of biogas.Finally，we put forward some suggestions of the development of comprehensive utilization of biogas in the future of China.

Key words comprehensive utilization of biogas；rural energy；environmental protection；sustainable development

隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，能源短缺問題和環(huán)境污染問題已然成為阻礙我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)建設(shè)和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境建設(shè)的突出問題，沼氣的出現(xiàn)為人類打破這些問題提供了很好的方向。

沼氣最初進(jìn)入人們的視野主要是作為一種清潔燃料，是為農(nóng)村解決用能問題的一種手段。隨著沼氣行業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)沼氣除了可以作為能源使用外，還有其他更為重要的作用，并以此逐步形成了現(xiàn)在的沼氣綜合利用技術(shù)[1]。由于我國地形廣袤以及自然生態(tài)條件的差異，不同地區(qū)的沼氣綜合利用模式也不盡相同。

1 幾種典型的沼氣綜合利用模式

1.1 北方“四位一體”沼氣綜合利用模式

北方地區(qū)由于冬季寒冷，受天氣的影響，沼氣池產(chǎn)氣效果不好。因此，為避免低溫帶來的影響，形成了以沼氣為紐帶，以太陽能為動(dòng)力，將沼氣池、豬雞禽舍、廁所、日光溫室這4個(gè)元素優(yōu)化組合在一起的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式[2]。這種模式不但有效結(jié)合了種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的特點(diǎn)，避免了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，提高了土地利用率，形成了一個(gè)良性的生態(tài)循環(huán)體系。在這種模式中，日光溫室是主體結(jié)構(gòu)，為沼氣池和圈舍提供良好的光照、溫度以及濕度，沼氣池建在畜禽舍的下面，是連接各個(gè)部分的樞紐，人畜糞便和蔬菜、水果的廢棄物進(jìn)入沼氣池發(fā)酵產(chǎn)生沼氣和沼液、沼渣，沼氣燃燒形成的二氧化碳促進(jìn)了蔬果增產(chǎn)，沼液、沼渣是極好的有機(jī)生物農(nóng)藥，減少了化肥、農(nóng)藥的使用，同時(shí)蔬菜和畜禽所呼出的氧氣和二氧化碳進(jìn)行互補(bǔ)[3]。其基本技術(shù)路線見圖1。

1.2 南方“豬—沼—果”沼氣綜合利用模式

“豬—沼—果”模式，主要是以養(yǎng)殖業(yè)為龍頭，以沼氣建設(shè)為中心，結(jié)合果、蔬、漁等產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來的沼氣綜合利用模式。這種模式是利用豬糞和秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物作為原料在沼氣池發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣為農(nóng)戶提供能源，可進(jìn)行煮飯照明，利用剩余的發(fā)酵殘留物即沼液、沼渣進(jìn)行浸種、施肥、養(yǎng)豬、喂魚等行為[4]。其基本技術(shù)路線見圖2。

1.3 西北“五配套”沼氣綜合利用模式

西北地區(qū)屬于干旱、半干旱地區(qū)，和南北地區(qū)都不太一樣，因而由科學(xué)研究者設(shè)計(jì)了針對(duì)西北地區(qū)的“五配套”模式，也就是以沼氣池、太陽能暖圈、衛(wèi)生戶廁、集水系統(tǒng)（水窖）和滴灌系統(tǒng)為特征的沼氣綜合利用模式。這種模式的特點(diǎn)就在于沼液、沼渣需要隨著集水系統(tǒng)和滴灌系統(tǒng)的作用向果樹施肥，把農(nóng)村生產(chǎn)用肥和生活用能結(jié)合在了一起[1，5]。其基本技術(shù)路線見圖3。

2 沼氣綜合利用技術(shù)的效益分析

2.1 經(jīng)濟(jì)效益

2.1.1 直接經(jīng)濟(jì)效益。沼氣作為生活用能最廣泛的應(yīng)用就是用作燃料和照明。據(jù)資料顯示，沼氣的熱值為2.18×104～2.77×104 kJ/m3，與空氣混合燃燒時(shí)溫度可以高達(dá)1 200 ℃。以原煤為例，由于沼氣灶的熱效率是煤氣灶熱效率的2倍，每 1 m3沼氣相當(dāng)于3.3 kg的原煤，若按照8 m3的沼氣池 1年產(chǎn)350 m3的沼氣計(jì)算，1年可節(jié)約1 155 kg原煤，1 kg原煤按0.4元計(jì)算，1年可節(jié)省462元[1，4]。

2.1.2 沼肥在種植業(yè)上的經(jīng)濟(jì)效益。沼肥是由人畜糞便、秸稈等多種有機(jī)物經(jīng)過厭氧發(fā)酵形成沼氣的殘留物。相關(guān)結(jié)果表明，沼肥中富含多種營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)，可以進(jìn)行沼液浸種，給作物提供肥力，利于作物的增產(chǎn)增收，而且能有效預(yù)防、抑制跟殺死病蟲，提高作物的抗逆性，因而在種植過程中減少了化肥、農(nóng)藥的使用量，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品品質(zhì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益[6]。

2.1.3 沼肥在養(yǎng)殖業(yè)上的經(jīng)濟(jì)效益。沼肥包括沼液和沼渣，一般是用沼液喂養(yǎng)動(dòng)物。有研究表明，添加了沼液的飼料，其營(yíng)養(yǎng)豐富，還有動(dòng)物生長(zhǎng)所必需的氨基酸，還有多種水解酶、B族維生素、多種微量元素等，經(jīng)過實(shí)踐也證實(shí)了利用沼液養(yǎng)豬、養(yǎng)魚等可以促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育，縮短飼養(yǎng)時(shí)間，降低成本，提高出欄率，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益[4，6]。

2.1.4 其他方面的經(jīng)濟(jì)效益。沼氣除了作為燃料和照明外，還可以利用沼氣的熱能進(jìn)行溫室種植、養(yǎng)殖和加工農(nóng)副產(chǎn)品，同時(shí)還可作為氣體調(diào)節(jié)劑，用于水果、蔬菜和糧食的保鮮與儲(chǔ)存[4，7]。這些都是沼氣綜合利用所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 生態(tài)效益

2.2.1 保護(hù)自然資源。自然資源是一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[8]，是走可持續(xù)發(fā)展路線的無法忽略的嚴(yán)峻問題。因此，保護(hù)自然資源是工作的重中之重。沼氣進(jìn)入農(nóng)村以后，隨著國家政策的支持，越來越多的農(nóng)戶選擇使用沼氣，極大地減少了薪柴和礦石燃料的消耗，降低了森林的低價(jià)值消耗，節(jié)約了不可再生能源，有利于生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與改善。

2.2.2 減少環(huán)境污染。過去農(nóng)村普遍呈現(xiàn)“臟、亂、差”的狀態(tài)，路邊到處是堆積的秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物，畜禽舍的糞便因長(zhǎng)時(shí)間無人清理而臭氣熏天，有的農(nóng)戶廚房門口還堆有薪柴和煤球，做飯時(shí)煙霧繚繞，導(dǎo)致整體環(huán)境極差。但這一情況隨著沼氣的使用而改變了很多，沼氣池把這些廢物充分利用起來，變廢為寶，解決了農(nóng)村用能問題；由于薪柴、煤炭等不完全燃燒產(chǎn)生的一氧化碳和二氧化硫等有害氣體的排放所造成的空氣污染也得到了改善。

除此之外，化肥、農(nóng)藥在生產(chǎn)、銷售、運(yùn)輸、使用、儲(chǔ)存和廢棄等多個(gè)環(huán)節(jié)都存在對(duì)環(huán)境的危害。過度使用化肥、農(nóng)藥不但對(duì)人體有害，破壞生態(tài)平衡，威脅生物多樣性[9]，而且還對(duì)土壤和水資源造成了污染。鑒于沼肥對(duì)農(nóng)作物的優(yōu)良效果，人們更愿用沼肥，從而減弱了人們對(duì)化肥、農(nóng)藥的依賴性。

2.2.3 改良土壤土質(zhì)。近年來，我國土地荒漠化、鹽堿化等現(xiàn)象嚴(yán)重，在農(nóng)村還有大量土地被化肥、農(nóng)藥所污染，影響土壤品質(zhì)，致使農(nóng)作物品質(zhì)下降甚至減產(chǎn)。沼氣綜合利用為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了大量的土壤改良劑——有機(jī)肥，即沼液、沼渣。根據(jù)相關(guān)學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，沼渣中有機(jī)質(zhì)含量為28%～50%，腐植酸含量為10%～20%，半纖維素含量為28%～34%，纖維素含量為13%～17%，木質(zhì)素含量為11%～15%，全氮含量為 0.8%～2.0%，全磷含量為0.4%～1.2%，全鉀含量為0.6%～2.0%，此外還含有少量的微量元素及礦物質(zhì)元素。長(zhǎng)期施用沼肥，可有效改善土壤的孔隙度、容重等理化性質(zhì)，提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土壤肥力，恢復(fù)土壤生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[9]。

2.3 社會(huì)效益

2.3.1 促進(jìn)了沼氣池的使用和效益發(fā)揮。沼氣池的建設(shè)在我國農(nóng)村非常普遍，但是使用率卻不高，發(fā)展也已經(jīng)到了瓶頸期。而沼氣綜合利用的開展，可以充分發(fā)揮沼氣的多功能性，獲得顯著的綜合效益，激發(fā)廣大農(nóng)民對(duì)沼氣池建設(shè)和使用的積極性，提高沼氣池的使用效率[10]。

2.3.2 促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。沼氣綜合利用以沼氣池為紐帶，結(jié)合種養(yǎng)殖業(yè)循環(huán)發(fā)展，為農(nóng)村提供了能源、飼料和肥料，降低了生產(chǎn)成本，解決了農(nóng)村用能難和動(dòng)植物產(chǎn)品產(chǎn)量低的問題，為提高農(nóng)民的生活水平提供了有力保障。同時(shí)，減輕了對(duì)自然資源的壓力，降低了森林的低價(jià)值消耗，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，形成了人與自然和諧相處的良好局面[7，11]。

2.3.3 加快了農(nóng)村文明建設(shè)。沼氣綜合利用的生態(tài)循環(huán)體系改變了農(nóng)村傳統(tǒng)的做飯方式，減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了時(shí)間；改變了整體的村容村貌，以往的“臟、亂、差”現(xiàn)象不復(fù)存在，一些寄生蟲和病菌在沼氣池內(nèi)被殺死，減少了冷熱病傳染，提高了農(nóng)民的健康水平[12]；改變了農(nóng)民的思想，使其認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)的重要性，解放了農(nóng)民本身的思想束縛。

3 沼氣綜合利用的發(fā)展建議

沼氣綜合利用把循環(huán)體系引入到農(nóng)業(yè)當(dāng)中，使種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和能源緊密聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)的資源化、集約化，還獲得了較高的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益，減緩了資源短缺和環(huán)境污染等問題，有利地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。我國應(yīng)大力推廣沼氣綜合利用技術(shù)的發(fā)展，除了政府給予的支持外，還應(yīng)參考以下建議。

3.1 因地制宜建立示范區(qū)

在推廣沼氣綜合利用技術(shù)時(shí)，未開展沼氣綜合利用的縣、市可以向已發(fā)展較好的縣、市“取經(jīng)”，選擇本地適宜生長(zhǎng)的果樹和畜禽，建設(shè)示范區(qū)，通過以點(diǎn)帶面，輻射周邊地區(qū)。同時(shí)，要針對(duì)不同地區(qū)的不同氣候條件做出調(diào)整，避免因可控因素導(dǎo)致沼氣綜合利用項(xiàng)目的停止運(yùn)行。例如：北方冬天寒冷，可以依靠太陽能輔助增溫使沼氣池正常產(chǎn)氣等。

3.2 實(shí)現(xiàn)農(nóng)民、企業(yè)和科研單位的緊密聯(lián)系

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)是現(xiàn)在也是未來的走向，小規(guī)模家庭作業(yè)已逐步不再適合我國未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的道路。開展以大中型沼氣工程為紐帶的沼氣綜合利用項(xiàng)目是未來農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，在這一過程中，農(nóng)民、企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)都扮演著不可或缺的角色。農(nóng)民需要提供土地和勞動(dòng)力，企業(yè)需要提供資金支持，科研機(jī)構(gòu)需要提供技術(shù)支撐，三者相結(jié)合才能更好地實(shí)現(xiàn)共贏。

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