沼气工程概况与展望

摘要：沼气工程的建设是将畜禽粪便、废水及其它废弃物进行有效处理，以达到废弃物资源的综合利用和环境的改善保护。本文介绍了沼气工程概况，包括常见沼气发酵工艺类型、主要工艺流程说明及沼气工程展望。

关键词：沼气 沼气发酵工艺 工艺流程 综合利用 展望

中图分类号：S216 文献标识码： A

一 概述

随着能源结构调整、资源高效利用和环境保护意识的加强，节能减排、废弃物减量化、无害化和资源化处理已成为世界各国普遍关注和亟待解决的重大问题。面对我国资源日趋短缺、废弃物排放数量逐年增加、污染日益严重这一现状问题，建设旨在减轻和降低生态环境污染、实现废弃物无害化和资源化的高效规模化沼气技术与工程，是一项提升农林生物质资源开发与利用水平、发展循环经济、改善生态环境的重要战略举措，具有明显的经济效益、环境效益和社会效益。

二、沼气工程概况

（1）工程项目组成

沼气工程主要有厌氧发酵系统、沼气处理系统、沼气发电系统、沼渣、沼液后处理及商品化液体肥料加工系统和附属配套设施组成。

（2）工程项目模式

沼气工程建设模式有能源生态模式，能源环保模式，种养平衡模式，土地利用模式，达标排放模式。以上五种模式中，土地利用模式或种养平衡模式相对资金投入最小；能源生态模式的投入产出比最大，经济效益、环境效益较明显；能源环保模式次之；而达标排放模式主要目的是实现污染物达标排放，资金投入较大，经济效益较低。 结合国内的实际情况以及长远规划，我们一般选择能源生态模式。能源生态模式依靠现代化的设备组成比较完善的处理系统，将畜禽粪便经过一系列的生物发酵处理，产生沼气，最大限度地回收能源，以能源开发（供热）为核心，以沼渣、沼液的综合利用为纽带，以多种设施农业利用为依托，大幅度提高畜禽养殖业废弃物综合利用效益，消除畜禽养殖废弃物产生的环境污染。

（3）工程设计原则

在总结生产实践经验和吸收科研成果的基础上，采用新技术、新工艺、新材料、新设备，以提高自动化水平，降低劳动强度，减少投资和运行费用；符合当地总体规划，与园区客观实际紧密结合；设计以减量化、无害化、资源化、生态化为目标，尽可能采用清洁生产技术；考虑沼气的有效利用，充分保证附近基地和农田等消纳沼渣、沼液；设计符合能源环境行业标准及国家和地方现行的相关标准、规范的规定。

（4）沼气发酵工艺介绍

我国的大中型沼气工程工艺已日趋成熟，目前在畜禽养殖行业粪污资源化处理利用方面，应用较多的是全混合厌氧消化反应器（CSTR）、上流式厌氧污泥床（UASB）和升流式固体反应器（USR）。各工艺特点及选择依据如下：

①全混合厌氧消化反应器（CSTR）

全混合厌氧消化反应器（CSTR）工艺特点是对粪污中悬浮物（SS）浓度大小没有严格要求，使用范围广。它在沼气发酵罐内采用搅拌和加温技术，这是沼气发酵工艺的一项重要的技术突破。搅拌和加热使沼气发酵速率大大提高，因此该反应器也被称为高速沼气发酵罐。其特点是：固体浓度高，TS：8%～12%，可使畜禽粪便污水全部进行沼气发酵处理。

优点是处理量大，产沼气多，便于管理，适用于特大型沼气工程；但用于大中型沼气工程时，运行成本相对较高。

②上流式厌氧污泥床（UASB）

上流式厌氧污泥床（UASB）反应器主体是内装颗粒厌氧污泥的容器，其技术关键是三相分离器、布水系统及该装置的运行条件，特别是形成颗粒污泥的工艺条件是确保该反应器高效的关键。

UASB反应器的特点在于可维持较高的污泥浓度，污泥泥龄（30天以上），较高的进水容积负荷率，提高了厌氧反应器单位体积的处理能力。但对于SS含量很高的粪便污水不适用，而且投资费用也很大。

③升流式固体反应器（USR）

升流式固体反应器（USR）是一种结构简单、适用于高悬浮固体原料的反应器。原料从底部进入消化器内，与消化器里的活性污泥接触，使原料得到快速消化。未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出。

该方式优点是处理效率较高，管理简单，运行成本较低，缺点是对进料均布性要求高。适宜处理中型规模且含悬浮物（SS）高的畜禽粪污和有机废弃物，具有其他高效沼气发酵工艺无法比拟的优点。

（5）沼气工艺流程介绍

①预处理；养殖场的全部废水进入收集池内，废水泵入调浆池与粪污混合，调浆池用来化粪和沉砂，然后将混合液泵入调节池，调节物料、流量。

②厌氧消化；经调节后的物料进入厌氧反应器进行发酵，，通过厌氧生物处理，能够有效地降低粪污中的COD、BOD等有机质。沼液通过溢流方式进入沼液储存池，各反应器沼渣通过水头压力自行排渣到沼渣池。沼气发酵池的搅拌：搅拌沼气池中的料液是提高沼气微生物的活性。 ③沼气输配；沼气经脱水、脱硫后，进入储气柜。通过储气装置调节产气和用气平衡，出气经调压后输送到沼气需求单位。

④加热保温：项目利用自产沼气，通过沼气供热锅炉和辅助热源实现各环节的供热，如厌氧反应器、公共浴室及站内建筑等。

（6）沼气综合利用

沼气综合利用包括厌氧发酵，沼渣液固液分离，沼气净化和利用，沼气发电供热技术，固体、液体高效复合有机肥加工。

如沼气站每天可产沼气500 m3左右。沼气作为清洁高效能源，热值为5500大卡/m3，不允许向外排放而形成第二次污染，沼气必须加以完全利用，沼气经气水分离器、脱硫净化、计量后进入沼气贮气柜，由分管道分别输送到园区和发电站供日常做饭、照明、烧水和发电等用能。

由沼气发酵池抽出的沼渣沼液经固液分离后清液流入贮液池，沉淀的上清液作为蔬菜大棚的液体肥料和用于农田使用。沼渣经固液分离后，人工清理用车辆输送到有机肥加工中心，加工复合有机肥。

经过综合处理系统，从环境保护和资源利用的角度出发，走规模处理和综合利用的道路，能够促进我国畜禽养殖业的进一步发展，保证良好的生态农业大循环。

三、沼气工程存在问题及展望

由于我国沼气产业工艺技术相对落后、发展战略定位低、经济效益差、法律政策体系不够健全、社会化服务建设滞后等，虽然经过多年对沼气工程技术的研究、探讨和实践，我国的沼气工程建设也有了很大的发展和进步。但就目前建设的沼气工程看仍然存在一些问题， 沼气工程用途单一，沼气其它效益尚未开发，沼渣沼液得不到充分利用，沼气建设中行业不规范监督力度不大，如有些业主和施工单位，擅自改变工程工艺，偷工减料，基础设计和施工不到位，这样的工程安全和配套设施使用寿命都得不到保证，最终导致沼气工程建设达不到预设目的，处于闲置停用等等问题。

因此面对以上现存问题我们必须不断提升我们的工艺，加强国家政策对工程进行监督管理，使沼气工程用途广泛、资源得到充分利用。我国本身是一个资源、人口大国，随着国家政策的倾斜以及环保、清洁能源等方面的迫切需求，我国沼气产业必定前景广阔。