规模养殖场畜禽粪便高效沼气发酵装置及沼气发电研究与开发

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获奖名称：

科技进步奖

获奖区域：

成都市

获奖等级：

二等奖

主要完成人：

孙家宾; 彭朝晖; 陈东; 陈光年; 谢锋; 黄刚; 罗文倩

关键词：

畜禽粪便;  开发;  发酵装置;  电;  养殖场;  沼气;  高效;  养殖;  模;  沼气发酵;  研究与开发;  沼气发电;  研究;  粪;  装置;  场;  规模;  畜禽;  畜禽粪;  发电;  规模养殖;  规模养殖场;  禽粪;  发酵;  粪便; 

第一完成单位：

成都市农林科学院再生能源研究所

获奖时间：

2012

项目名称：

规模养殖场畜禽粪便高效沼气发酵装置及沼气发电研究与开发

联系人：

联系电话：

13808027629

电子邮件：

邮编：

地址：

四川省成都市温江区柳城镇东北路559号

合作完成单位：

单位电话：

028-82747247

传真：

028-82747264

网址：

推荐单位(专家)：

摘要：

　　①课题来源与背景 　　成都作为西南地区传统的生猪养殖优势区域，经济欠发达，人口密度大，人均耕地少，近年来，养殖业的规模化、标准化快速推进与污染控制基础设施薄弱矛盾突出。在实施本项目前，大部分养殖场仅建普遍化粪池或容量较小的用户沼气池，粪便简单处理后直接排到沟渠、河道，没有进行减量化处理和资源化利用，造成部分地方单位土地面积粪便承载量过高，不仅污染了当地的土壤、地表水、空气，而且出现养殖场及周边脏、乱、臭突出现象，农村环境污染治理面临巨大压力。为此，亟待研究和开发大中型养殖场高效畜禽粪便沼气发酵装置及相关配套技术。2008年成都市农林科学院向科技部中国农村技术开发中心申报了星火计划项目《规模养殖场畜禽粪便高效沼气发酵装置及沼气发电研究与开发》，2009年1月科技部中国农村技术开发中心下达了项目编号为2008GA912001的星火计划项目任务书。 　　②技术原理及性能指标 　　项目组通过对成都市14个区（市）县3000多家规模养殖场了解，特别是对养殖场规模、养殖种类、地理位置、周边环境、粪肥还田、管理水平等各方面情况的分析。项目组按规模养殖场业主为项目研究示范工程投资主体，项目承担单位为技术支撑及少量设备研制主体的市场化运作模式，确定了成都市三圈层的崇州卫世养殖场、双流友昌牧业养殖场、邛崃大山冷冻食品厂养殖场建设示范沼气工程，分别实施三种厌氧发酵工艺装置，进行以下相关研究。 　　性能指标 　　1、厌氧发酵装置的选择性研究： 　　（1）、完全混合式厌氧消化器（CSTR）工艺条件研究：本工艺装置适应不同进料浓度的猪场废水，干物质浓度（TS）在1﹪～6﹪之间均可，即无论是水冲全进粪式或干清粪的养殖场废水沼气工程皆可选择此工艺。本工艺发酵温度可控制在常温（15℃～20℃）或中温（25℃～38℃），当控制在常温、滞留时间控制在20d时，沼气工程年平均容积产气率可达到0.4m3/m3·d以上，同时该装置具有投资省、运行稳定，管理方便等特点。 　　（2）、厌氧接触工艺（AC）：该工艺装置主要适应于粪污中干物质浓度（TS）在1﹪～4﹪，属处理较低浓度的养殖废水，故只适用干清粪的养殖场。通过实际运行发现：本工艺装置处理猪场废水时，因从反应器中进入沉淀池中的絮状污泥沉降速度慢，固液分离较困难，污泥回流难于保证，故运行效果不够理想，故不建议在规模养殖场中推广该工艺。 　　（3）、升流式厌氧污泥床（UASB）：本工艺装置主要适用于废水浓度（TS）在1﹪～4﹪的猪场废水，即采用干清粪方式的养殖场，当采用中温发酵为最佳，废水滞留时间在10d左右，此时容积产气率可达到0.6m3/m3·d。该工艺装置一次性投资成本、管理、维护费用等都较前两种工艺要求高。 　　2、沼气发电研究 　　商品猪存栏在500头以下小规模养殖场，由于沼气工程总体产气量小，宜直接燃烧利用，不建议配置沼气发电机组；商品猪存栏在500～10000头的适度规模养殖场，建议配置国产10～200KW沼气发电机组，以提升沼气能源品质和减少温室气体排放；商品猪存栏在10000头以上的大型养殖场，建议配置进口沼气发电机组，以获取更大的能源效益。此外，制订了大中型沼气工程发电机组的安全运行操作规程。 　　3、沼气净化研究 　　（1）脱硫 　　商品猪存栏量在10000头以下的规模养殖场沼气工程，建议沼气脱硫采用氧化铁干法脱硫，脱硫塔材质为钢质材料，脱硫剂重量按每m3贮气柜容积配置4kg脱硫剂（储气柜容积为日产气量的一半），并三个月更换或再生；10000头以上规模养殖场，管理水平较高，可采用氧化铁干法脱硫和生物脱硫串联净化。 　　（2）除水 　　在目前沼气利用水平阶段，脱水仅限于脱除沼气输送管道中的冷凝水，即脱除冷凝水。研究发现：在气水分离器中设置聚乙烯丝网或陶瓷拉西环为填料，在输气管道最低处和间隔40m处设置凝水器，按夏季三天，其余七天，定期排除冷凝水，可达到脱水之目的。 　　4、沼液综合利用研究 　　建议沼液还田按每亩粮食作物用地消纳5头存栏商品猪产生的沼液，或每亩蔬菜种植用地消纳8头存栏商品猪产生的沼液，或每亩速生林消纳10头存栏商品猪产生的沼液计。同时，研究发现，沼液还田用于粮食作物时，可减少农药使用、增产和提升农产品品质，每年每亩合计增收节支450元/亩·年以上。此外，用附加值比粮食更高的蔬菜和水果，增收节支效益更大。成都地区沼液还田最远不宜超过5KM范围。此外，制订了沼液还田技术手册。 　　5、沼渣和干清粪制有机肥研究 　　项目研究表明：商品猪存栏在1000头以上的规模场，建议实施干清粪方式。同时发现，干清粪和沼渣与粉碎秸杆或谷壳按4：1的重量比进行堆沤发酵制有机肥或用沼液浸泡粉碎秸秆（谷壳）堆沤制有机肥，经济效益较好。 　　③技术的创造性与先进性 　　推动了成都地区以散养为主要养殖方式快速向规模化、标准化养殖方式的转变，从2009年开始，我市规模化畜禽养殖场将快速发展，年出栏500头的规模养殖场总数将翻一番，整体规模化、标准化养殖水平将从目前的70﹪提升到90﹪； 　　项目成果，使养殖场业主认识到畜禽粪便不仅是农村环境污染的重要污染源，但同时又是农村优质能源和生态有机肥料的主要来源，是农村发展循环经济发展的主要模式； 　　项目成果，开拓了绿色能源，减少了对化石能源的过度依赖，解决了农村地区主要生活用能，实施了低碳经济目标。改善了农村生态环境，推动了新农村建设。 　　④技术的成熟程度，适用范围和安全性 　　该成果研究方法科学，适用性和针对性强，总体达到国内先进水平。适合在成都地区及西南地区的规模养殖场粪污处理工程中广泛推广应用，对发展现代农业具有科技支撑作用，可发挥显著的经济、社会、生态环境效益。 　　⑤应用情况及存在的问题 　　项目示范工程的成功运行，证实沼气工程是一个集能源与环保于一体的综合型工程，其作用一方面通过对畜禽粪便的发酵生产沼气，在成都三圈层经常停电和煤炭价格较高的情况下，沼气作为生产、生活用能的重要作用，充分体现出来。另一方面解决了环境污染，特别在发酵过程中阻断人畜细菌的交叉感染，发酵废弃物用于农业生产，代替化肥和农药，在农业循环经济发展上处于纽带地位，所以，规模养殖场实施高效厌氧发酵沼气工程是未来规模养殖场畜禽粪便处理的战略选择。成都作为全国西部产粮大市，每年可产农作物秸秆约300万吨，随着经济发展，农民普遍开始使用煤、液化石油气、电作为燃料，秸秆退居次要地位，大量剩余秸秆随地堆弃和“一烧了之”造成严重的社会经济和生态问题，其实秸秆和畜禽粪便一样是可再生能源开发的优质资源。以水稻、玉米、小麦等农作物的秸秆、经过粉碎、堆沤等预处理后，进入该项目开发的沼气工程，一方面产生沼气，满足经济欠发达的农村生活用能，另一方面发酵后的秸秆代替化肥、改良土壤，生产优质无公害或绿色有机农产品，所以高效沼气发酵技术是秸秆能源化和资源化利用的良好借鉴。 　　1、通过项目研究，虽然开发出了适应成都地区不同规模养殖场的两种厌氧工艺技术，但未研究何种工艺更适应粪便和秸秆混合发酵。 　　2、本项目中，虽然沼气发电实现了沼气高附加值利用，但未研究开发沼气经净化和压缩罐装代替液化石油气开发农村能源市场的问题。 　　3、如何促进国产沼气发电机组生产厂家在目前已有价格优势基础上实现能源转化率提升，降低噪音和故障率等方面的创新和技术升级。 　　4、针对少部分养殖场违规添加催肥剂和超量使用抗生素，出现沼气工程产气受抑制，沼液重金属残留问题，未进行相关研究。