诸暨市安家湖村联户沼气工程及效益分析

骆林平，单胜道，虞方伯，翁佳丽，阮乐华

(1.浙江农林大学 环境与资源学院，浙江 杭州 311300； 2.浙江科技学院，浙江 杭州 310023；3.诸暨市农村能源技术推广站，浙江 诸暨 311800)

诸暨市安家湖村联户沼气工程及效益分析

骆林平1，单胜道2，虞方伯1，翁佳丽3，阮乐华3

(1.浙江农林大学 环境与资源学院，浙江 杭州 311300； 2.浙江科技学院，浙江 杭州 310023；3.诸暨市农村能源技术推广站，浙江 诸暨 311800)

以浙江省诸暨市安家湖村联户沼气工程为例，对其工艺流程、运行效果及经济和社会效益进行具体分析，为联户沼气工程应用推广提供经验借鉴。

联户沼气工程； CSTR； 效益分析； 新农村建设

规模化畜禽养殖业的快速发展促进了农村经济的繁荣，同时也产生了大量农业废弃物。根据2010年《第一次全国污染源普查公报》，畜禽养殖业的污染排放已经成为我国最重要的农业面源污染源之一，其排放的化学需氧量(chemical oxygen demand，COD)达到1 268.26万t，占全国所有污染物排放的化学需氧量的41.9%，氮和磷污染的排放量分别为102.48万t和16.04万t，分别占全国所有污染物氮和磷排放总量的21.7%和37.9%。数据显示，2010年浙江省畜禽粪便污染总量为0.05亿t，因耕地面积小，单位耕地面积的畜禽粪便污染量高达2.72 t·hm-2，超过全国1.86 t·hm-2的平均值[1]。

农业大中型沼气工程作为农村生物质能源高效利用的一种方式，通过厌氧发酵，不仅有效降解了多种有机物，生成沼液有机肥[2]，而且可获得清洁能源沼气，实现变废为宝。随着农业生产结构性变化和新农村建设的需要，集中供气成为农村沼气建设发展的新方向[3]。利用增压和减压调节装置，通过输送管道将沼气配送到农户，形成供气管网，解决生活燃料问题，改变了以往的农村能源结构和使用方式，实现了农村可再生能源技术的推广和综合利用，有效促进了农村科技进步，推动传统农业向现代农业转变[4]。

诸暨市位于浙江省中北部，属北亚热带季风气候区，四季分明，雨量充沛，气候温和湿润。年平均气温17.4 ℃，冬季最低气温-10.7 ℃，年平均降雨量1 401 mm，年日照总时数1 668 h，无霜期234 d左右。安家湖村位于诸暨市城南，是诸暨市农村清洁能源示范村，现有人口1 602人，农田76 hm2，以种植水稻、蔬菜为主。2010年在中央和地方财政支持下，投资70万元，以村中某规模化养殖场粪污为处理对象，建设沼气集中供气项目。该工程于2011年2月正式投入运行。

1 沼气工程工艺流程

我国规模化猪场粪污处理技术通常分为能源生态型和能源环保型，2种技术均以沼气工程为核心。能源生态型针对沼液沼渣等以肥料形式直接进行土地利用，能源环保型则对沼液进行好氧等深度处理使出水达到一定标准后排放到自然水体。这2种粪污处理系统均可实现猪场粪污的低污染排放，同时可分别实现81.9%和86.7%的温室气体减排[5]。

根据安家湖村地理条件，结合新农村建设，采用能源生态型模式，以养殖场猪粪等有机物为原料，经厌氧消化池厌氧发酵，产生的沼气经脱硫和脱水等净化处理后，通过管网输配系统输送至农户家中，作为生活用能；产生的沼液经贮肥池输送至附近13 hm2蔬菜基地，作为优质有机肥。工程设计处理污水量为50 t·d-1(雨污分流)，平均COD浓度为10 000 mg·L-1，SS 5 000 mg·L-1，工艺流程如图1所示。

图1 诸暨安家湖村联户沼气工程工艺流程图

1.1 技术特点

1.1.1 水解酸化池

水解酸化池用于均匀混合养殖场产生的猪粪尿和冲洗水，对废水进行水解酸化反应，使高分子降解为小分子、产乙酸，有利于后续厌氧处理的进行。设计水解酸化池1座，为地下砖混结构，有效容积100 m3(8 m×5 m×2.5 m)，水力停留时间为2 d。污水自流入池，水解酸化后通过水泵抽送至厌氧消化池。

1.1.2 厌氧消化池

厌氧消化池采用连续搅拌完全混合厌氧消化(continuous stirred tank reactor，CSTR)工艺，半连续投料，借助于消化池内厌氧活性污泥来净化有机污染物。发酵原料进入池内后，经搅拌与池内原有厌氧活性污泥充分接触，通过厌氧微生物的吸附、吸收和生物降解作用，使废水中的有机物转化为沼气。

CSTR消化器使发酵原料和微生物处于完全混合状态，消化器内物料分布均匀，避免了分层状态，增加了底物和微生物接触的机会。消化器内温度分布均匀，进入消化器的抑制物质能迅速扩散，保持较低浓度水平，避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象。与常规消化器相比，CSTR活性区域遍布整个消化器，其效率较常规消化器有显著提高，适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理[6]。与此同时，因CSTR消化器的污泥停留时间与水力停留时间相等，为提高产气率，需要较长的水力停留时间，使得消化器的体积较大[7]。

本工程设计厌氧消化池2座，为地埋式钢筋混凝土结构，并联运行，有效容积为400 m3，水力停留时间为8 d，常温发酵。每个消化池均分为3室，采用水泵循环搅拌。厌氧消化池从地下50 cm至地面部分外覆保温层，以保证发酵的稳定运行[8]。

常温条件下，设计每日产气量在0.3～0.4 m3，沼气工程满负荷运行时日产气达到120～160 m3。按照安家湖村集中供气规划，工程满足要求。

1.1.3 沉淀贮肥池

厌氧池后设200 m3沉淀贮肥池1座，水力停留时间为4 d。贮肥池的沼液用水泵抽取至蔬菜基地临时沼液储备池，作为有机肥供给农户使用。

1.1.4 贮气柜及输气管网

沼气经气水分离、脱硫净化和计量后，进入容积为100 m3的圆柱形湿式贮气柜，通过管道送入农户家中。150户集中供气用户使用同一类型炊具，额定气量为0.4 m3·h-1，燃具同时工作比例为40%，主沼气管道计算流量为24 m3·h-1。管道采用聚乙烯(PE)燃气管道，热熔连接。管网总长6 000 m，贮气柜至第1分支距离为1 100 m，PE燃气管取直径110 mm；第2分支长1 900 m，PE燃气管取直径50 mm；其余依次取直径32 mm和直径20 mm。

1.2 系统运行效果

该沼气工程于2010年7月进料启动，8月开始试运行。期间，根据农户用气量大小，以贮气柜升降高度为参照，适时进料。进料以干粪为主，进料后水泵回流搅拌，平均每天搅拌2 h。2010年8月至2011年6月每月的日平均产气量、日平均投料量及平均温度如表1所示。

表1 2010年8月至2011年6月产气情况

2010年8月至2011年1月为试运行期，期间农户用气免费，月均用气量最高为87.1 m3·d-1，最低为62.8 m3·d-1，平均76.5 m3·d-1，相当于平均每户用气0.51 m3·d-1。该常温沼气池虽为地埋式，但因没有外在的加热保温设备，其产气率受气温影响仍然较大。如表1所示，为保证农户用气，当气温由8月份的31.3 ℃降低至12月份的4.3 ℃时，投料量也逐月递增，从230 kg·d-1增加至680 kg·d-1，其中包括人工投加的猪粪干料。2011年1月因用气量有所回落，投料量也相应减少。2011年2月正式投入运行后，实行用气收费，单价为0.5元·m-3，此项费用用于支付1名管理人员工资及日常运行维护费用。受收费影响，从2月份开始，截止至6月份，月平均用气量减少为68.2 m3·d-1，比试运行期间平均减少10.8%。

2 效益分析

2.1 经济效益

安家湖联户沼气工程年供沼气约2.5万m3，按0.5元·m-3计，合计1.25万元，平均每户年均支付燃料费约83元。普通农户每年需消耗液化石油气5～7罐或相当量的薪材，以平均6罐测算(当前液化石油气价格110元每罐)，每户年可节约燃料费用支出577元，150户合计年可节约8.66万元，节省逾87%。沼气发酵后产生的沼液与沼渣是优质有机肥，通过在蔬菜基地的施用，不仅可提高作物品质，而且可节省化肥支出，经济效益显著[9]。

2.2 社会效益

该沼气工程年可处理养殖场粪污约1.8万t，年产沼气约2.5万m3，不仅显著改善了周边环境，还解决了农村生活用能问题，改善了能源利用结构。养殖场粪污的集中有效处理，改善了养殖场周边的空气质量与卫生问题，同时也避免了对河道湖泊的污染。沼液与沼渣的合理利用，不仅增加了农户用肥来源，施用后还能改土增产，提升作物品质[10]。沼气作为生活用能推广使用后，改变了农村原先粗放型的能源利用方式，节省大量竹木材等资源，并且减少了温室气体的排放量。同时，沼气进农户，减轻了农村家庭妇女的劳动负担，改善了生产生活条件，有利于加快农村致富奔小康步伐，加快城乡一体化进程。

安家湖联户沼气工程作为浙江农村沼气发展的新实践，取得了一定的宝贵经验，对联户集中输供气进行了有益尝试。从近一年的运行情况看，该工程能基本满足农户的全年用气需求，输供气系统运行稳定，农户满意度较高。但该工程采用的常温发酵池在低温时节受气温影响大，产气率较低，需辅以一定外部热源(如太阳能)用于池体保温。2015年由于附近养猪场的拆除，发酵原料由原先的猪粪尿改为餐厨垃圾，将原料粉碎后进入酸化池，实现了沼气与垃圾减量化的结合。该沼气工程建成后参观学习者较多，在一定程度上推动了当地沼气工程建设的发展，为新农村生态家园建设提供了技术与实体支撑。

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[4] 林聪. 沼气技术理论与工程[M]. 北京：化学工业出版社, 2007.

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[6] BOE K, ANGELIDAKI I. Serial CSTR digester configuration for improving biogas production from manure[J]. Water Research, 2009, 43(1):166.

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[10] 张进, 张妙仙, 单胜道,等. 沼液对水稻生长产量及其重金属含量的影响[J]. 农业环境科学学报, 2009, 28(10):2005-2009.

2017-09-09

浙江省重点科技创新团队项目(2013TD12)

骆林平(1980—)，男，浙江杭州人，讲师，从事农村废弃物资源化利用研究工作，E-mail: luolp@vip.163.com。

文献著录格式：骆林平，单胜道，虞方伯，等. 诸暨市安家湖村联户沼气工程及效益分析[J].浙江农业科学，2017，58(12)：2108-2110.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171208

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0528-9017(2017)12-2108-03

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