秸稈與畜禽廢棄物資源化綜合利用成套技術(shù)設(shè)備的設(shè)計與研究

趙文峰　沙莎　陳學(xué)武　盧蓓蓓

摘要 針對我國目前秸稈畜禽廢棄物利用率低的現(xiàn)狀，指出目前畜禽糞便和秸稈產(chǎn)沼氣在技術(shù)及地域等方面存在的問題，開發(fā)設(shè)計一種把秸稈和禽糞便聯(lián)合起來產(chǎn)沼氣的設(shè)備，并且逐步提高秸稈的配比投料量，同時發(fā)酵后的沼渣沼液又是上等的高效有機(jī)肥，肥地保土，有利于開發(fā)有機(jī)林果、有機(jī)蔬菜種植。

關(guān)鍵詞 秸稈;畜禽糞便;沼氣;設(shè)備

中圖分類號 S141.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 1007-5739（2019）08-0157-02

1開發(fā)設(shè)計的目的和意義

我國是世界上最大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國，種植業(yè)每年產(chǎn)生各類作物秸稈約7億t，是一種大量的永續(xù)性寶貴資源，若進(jìn)行綜合利用，不僅能變廢為寶，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還能促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展"。然而農(nóng)作物秸稈約有60%以上未得到有效的處理和利用，不僅浪費了資源，而且由于大量秸稈的露天焚燒，會導(dǎo)致嚴(yán)重的大氣污染，并引發(fā)火災(zāi)和影響高速公路與民航的運行安全等社會問題"。是否能有效地處理與利用秸稈是我國農(nóng)村面臨的主要的資源、環(huán)境問題之一。因此，迫切需要尋找新的利用途徑。

農(nóng)業(yè)部把秸稈沼氣生產(chǎn)技術(shù)列為我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村“十大節(jié)能減排技術(shù)"之首。秸稈沼氣化，是指利用厭氧微生物把秸稈轉(zhuǎn)化成沼氣的生物學(xué)過程。厭氧消化技術(shù)本身已經(jīng)非常成熟，它已被非常廣泛地用于多種有機(jī)廢棄物的生物氣化，如人畜糞便、食品廢物、生活垃圾、活性污泥等易降解有機(jī)物。但是技術(shù)上：一是秸稈成分中缺少氨磷，不利于微生物的生長。因此，利用秸稈制沼氣在一定程度上增大了微生物分解的難度，采用的發(fā)酵技術(shù)還不能夠完全滿足秸稈沼氣發(fā)展的需要，只能在小范圍內(nèi)進(jìn)行示范性應(yīng)用2。二是秸稈的木質(zhì)纖維素含量高，不易或不能被厭氧菌消化，導(dǎo)致消化效率不高產(chǎn)氣量低，投人產(chǎn)出效益差;秸稈也不具有流動性、無法進(jìn)行連續(xù)消化，而且密度小、體積大，進(jìn)出料困難，生產(chǎn)效率低;三是現(xiàn)有反應(yīng)器主要是污水處理和畜禽糞便消化用反應(yīng)器，缺乏適合秸稈物料特性、并能穩(wěn)定、高效運行的專用反應(yīng)消化器B。四是秸稈沼氣應(yīng)用實踐的受挫，導(dǎo)致秸稈發(fā)酵制沼氣的研究受挫，因而應(yīng)注重培養(yǎng)秸稈沼氣的專業(yè)技術(shù)人員，盡快開發(fā)出便捷經(jīng)濟(jì)的秸稈發(fā)酵新技術(shù)、新工藝，以科研促進(jìn)生產(chǎn)?，F(xiàn)在，秸稈常作為厭氧消化的“配料”使用，僅用于調(diào)節(jié)物料性狀或碳氮比例等，一般不以秸稈為主原料進(jìn)行厭氧消化生產(chǎn)沼氣4但是，與常用的厭氧消化原料如畜禽糞便等相比，秸稈具有來源廣泛、儲量大、價格便宜、收集及儲存方便等優(yōu)點，如果能研究開發(fā)一些特殊的關(guān)鍵新技術(shù)、新I藝，使秸稈聯(lián)合富含氨磷成分的畜禽糞便一起發(fā)酵產(chǎn)沼氣，則有望形成一個兩者優(yōu)勢互補的大規(guī)模生物能源產(chǎn)業(yè)。

目前，畜禽糞便產(chǎn)沼氣得到了迅速發(fā)展。但這只是在養(yǎng)殖業(yè)集中的地區(qū)，糞便原料較充足，沼氣迅速發(fā)展，農(nóng)戶利用沼氣可獲取足夠的清潔廉價能源供日常生活之用'”。由于規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)戶分散養(yǎng)殖逐漸減少，在一些非集中養(yǎng)殖區(qū)，畜禽糞便的減少，使沼氣的原料供不應(yīng)求，到養(yǎng)殖區(qū)購買糞便價格高、路途遠(yuǎn)。因此，不少地區(qū)出現(xiàn)了農(nóng)村沼氣由于原料不足停用或棄池的現(xiàn)象。秸稈焚燒現(xiàn)象雖然在相關(guān)政策的強(qiáng)制下有所減少，但秸稈的焚燒處罰措施只能在一定程度上遏制秸稈的浪費和環(huán)境的污染。加強(qiáng)秸稈綜合利用不僅能緩解資源緊缺環(huán)境污染等問題，而且在一定程度上增加了農(nóng)民的收人，減少了農(nóng)村勞動力過剩的問題。怎樣把來源廣泛、存儲量大、收集及儲存方便、價格便宜，但只能作為厭氧消化“配料”使用的秸稈和傳統(tǒng)上厭氧發(fā)酵主原料的畜禽糞便聯(lián)合起來產(chǎn)沼氣，并且逐步提高秸稈的配比投料量，提高秸稈的配料比重，是農(nóng)業(yè)大國亟待解決和攻克的瓶頸，同時發(fā)酵后的沼渣沼液又是上等的高效有機(jī)肥，肥地保土，有利于開發(fā)有機(jī)林果、有機(jī)蔬菜種植，實現(xiàn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的良性循環(huán)。

2設(shè)計與研究的主要內(nèi)容

秸稈畜禽廢棄物資源化綜合利用成套技術(shù)設(shè)備研發(fā)的項目主要包括以下9個方面.①研發(fā)秸稈鍘切揉搓細(xì)軟纖維化設(shè)備，進(jìn)行秸稈預(yù)處理。②研發(fā)具有攪拌機(jī)構(gòu)的預(yù)處理池箱。對秸稈、畜禽糞便人糞便進(jìn)行合理的均勻配比（秸稈：糞便=1：2～3為宜）進(jìn)行預(yù)處理，時間15～24h，使秸稈含水率達(dá)到65%～70%，添加沼液或糞便液，把預(yù)處理池的混合液體濃度調(diào)整到8%～15%，pH值6.5～7（pH值低于6.5，將抑制厭氧甲烷菌的活力），以備泥漿泵輸人發(fā)酵罐.③研發(fā)泵液系統(tǒng)的三向輸人和反沖機(jī)構(gòu)，使混合液與發(fā)酵罐內(nèi)的沼液充分混合，設(shè)計罐底的坡道式倒錐形結(jié)構(gòu)，以便順利排放沼渣。④研發(fā)具有太陽能保溫升溫系統(tǒng)、溢氣、溢水等安全閥系統(tǒng)的發(fā)酵罐設(shè)備，保持發(fā)酵溫度15～35C，若低于129C甲烷菌停止產(chǎn)沼氣。⑤研發(fā)不同高度的彈性單向閥結(jié)構(gòu)的多處取樣.在線溫度、pH值檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)智能控制排放沼液沼渣及泵人預(yù)處理好的混合液，達(dá)到連續(xù)產(chǎn)沼氣的目的。⑥研發(fā)浮罩式沼氣儲氣罐、水汽分離、脫硫裝備，實現(xiàn)沼氣的凈化、壓縮裝罐或者管道輸送，以便送人終端用戶。⑦研發(fā)沼渣脫水儲存及沼液運輸專用設(shè)備，服務(wù)于農(nóng)業(yè)種植，實現(xiàn)綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)。⑧研發(fā)沼液過濾裝備、沼液稀釋池箱及向經(jīng)濟(jì)林蔬菜大棚定點定時自動滴灌系統(tǒng)，從根本上保障并實現(xiàn)有機(jī)果、有機(jī)蔬菜發(fā)展.⑨研發(fā)全套整體智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)本項目整體工程技術(shù)的可視故障報警自我保護(hù)功能，達(dá)到科學(xué)智能可靠運行。

3項目的預(yù)期目標(biāo)與相關(guān)前景分析

3.1項目預(yù)期目標(biāo)

該項目沼氣發(fā)酵罐容積500m'，成套系統(tǒng)工程技術(shù)產(chǎn)品總投資350萬元，本項目滿負(fù)荷運行，年處理各種秸稈600t（約40hm2土地全年的秸稈產(chǎn)量）、畜禽糞便污水2800t（約300頭?；蛘?00頭豬的養(yǎng)殖場規(guī)模），若按秸稈為計算單位，秸稈產(chǎn)沼氣量350m/，年產(chǎn)沼氣15萬m2（甲烷含量55%左右）、沼渣沼液約2000t，其中沼渣（含水率25%）120t左右，沼渣沼液是綠色高效有機(jī)肥，循環(huán)利用到莊稼地經(jīng)濟(jì)林，保田護(hù)地。

設(shè)計開發(fā)的沼渣脫水裝備、沼液儲運裝置、沼液過濾裝備、沼液稀釋池箱及向經(jīng)濟(jì)林、蔬菜大棚定點定時自動滴灌系統(tǒng)，從根本上實現(xiàn)有機(jī)果、有機(jī)蔬菜發(fā)展，結(jié)合當(dāng)?shù)卣痛迕裎瘑T會，鼓勵有計劃地開展千畝特色有機(jī)林、有機(jī)蔬菜大棚建設(shè)發(fā)展，引導(dǎo)開展特色農(nóng)業(yè)、鼓勵外出務(wù)工人員回鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)、發(fā)展特色農(nóng)家小院、農(nóng)業(yè)觀光旅游等等，提高農(nóng)民收入。

能常年集中供氣400戶人家（每戶按5人計算）。按照市場的價格計算，農(nóng)民把秸稈送過來，平均收人250元/t。600t秸稈可實現(xiàn)收人15萬元。

3.2項目前景分析

本項目建成投產(chǎn)后，一套設(shè)備可將40hm2農(nóng)作物秸稈及186.7t畜禽糞便、人糞便等都?xì)w集到沼氣池，所產(chǎn)沼氣能夠滿足400戶人家、人口1500～2000人農(nóng)業(yè)村莊的燃?xì)庾鲲垺⒄彰鞯刃枨?，可實現(xiàn)燃?xì)獾淖越o自足;同時沼氣站建在有規(guī)模養(yǎng)殖場的附近，方便糞便的沖刷輸送，避免畜禽糞便的運輸成本及沿途的臭味散發(fā)。該項目的實施，不僅為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民提供了清潔能源，徹底解決農(nóng)村存在的灶屋里煙熏火燎、田里濃煙滾滾（焚燒秸稈）和畜禽糞便四處橫溢、臭氣熏天的大氣污染和農(nóng)村面源污染問題，而且發(fā)酵后的沼渣沼液又是上等的高效有機(jī)肥，可肥地保土，進(jìn)行有機(jī)林果、有機(jī)蔬菜種植，實現(xiàn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的良性循環(huán)。項目實施可極大地提高農(nóng)民的生活質(zhì)量和幸福感指數(shù)，實現(xiàn)農(nóng)村基層物質(zhì)文明和精神文明雙豐收，實現(xiàn)強(qiáng)村固基，加強(qiáng)鞏固黨在基層的領(lǐng)導(dǎo)，將展現(xiàn)出一個村容整潔、環(huán)境優(yōu)美生態(tài)文明、可持續(xù)發(fā)展的社會主義新農(nóng)村的美好前景。

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