林聪关于大中型沼气工程建设与综合利用的讲义

大中型沼气工程建设与综合利用中国农业大学林聪2006年1月6日利用工程手段，通过厌氧发酵技术及相关技术和设备解决养殖业糞污水的处理与综合利用，其工程的核心技术是厌氧发酵，并通过沼气、沼渣沼液利用，粪污水的达标处理，实现能源与环保并举，养殖与种植结合，多种效益同在，实现生态农业与养殖业的可持续发展。一、大中型沼气工程建设的内容二、粪污水的处理原则三、大中型沼气工程建设四、综合利用技术五、肥料生产技术规模化养殖场大中型沼气工程项目应紧密围绕生态环境建设和农民增收的中心工作，把大中型沼气工程建设与农业结构调整特别是促进养殖业结合起来，实现畜禽粪便资源化利用，治理农业污染，开发可再生能源，实现种植业与养殖业有机结合，促进当地农业生态良性循环和农业经济全面发展。规模单体容积V≥m3总体容积V≥m3日产沼气m3/d≥备注大型3001000300中型300>V≥501000>V≥100,≥50/d。小型50>V≥20100>V≥50≥20/d大中型沼气工程建设的内容1、粪污水的收集、饲养种类、饲养工艺、清粪工艺、养殖规模、粪污排污量等；2、所选厌氧发酵工艺、发酵池型、储气系统；3、项目工程所在地的区域，气象条件、环境状况、周围有无可利用的资源，项目建设是否会影响周围居民、厂矿、交通中远期发展；4、沼气利用系统，输配气系统、发电系统；5、沼气净化系统、监测系统；6、沼渣、沼液综合利用系统，周围土地承受和消纳能力，周围种植结构、品种、对水肥的需求；7、固体肥料生产。二、粪污水的处理原则根据饲养工艺、排污量的大小和排污浓度的特点，按照清洁化生产的原则，在饲养工艺方面进行可操作的调整，结合废弃物处理、环境保护、资源综合利用和生态农业生产的要求选择最适宜的处理工艺与综合利用模式，粪污水的处理原则要满足：1、减量化：2、无害化:3、资源化：4、生态化：1、减量化：要治理好畜粪污染，必须从污染的源头抓起，必须有效的削减污染总量。实行干清粪工艺，并将冲圈水减少到最低限度，从而减少治理经费，达到将污染源控制在最低限度的目的。2、无害化:选用先进工艺技术，结合猪场周围的环境、粪污消纳能力和能流物流生态平衡的特征，因地制宜，消除污染，消除蚊蝇孳生，杀灭病菌，实现污水达标排放和能源生态综合利用的“零排放”。3、资源化：有害粪污经过治理，达到变废为宝的目的。粪便治理后可作为花卉、蔬菜、大田作物的有机肥或深加工成有机复合肥。厌氧发酵残余物沼渣沼液除含有Ｎ、Ｐ、Ｋ外,还含有钙、铜、锌、铁等多种微量元素、氨基酸、维生素、生长素和有益微生物，是一种速、迟效兼备的有机肥料。利用沼肥对果树、蔬菜及作物进行灌溉或喷施，节省大量农药和化肥，节约生产成本，改善土壤理化结构，提高土壤肥力，调节作物生长，抑制病虫害，能够增产增质增值。污水处理后的灌溉和回用可使水资源得到进一步的利用，是粪污处理工程可持续发展的基础。4、生态化：建成“畜→污→沼→饲→菜→畜”和“畜→污→水→菜→果→田→畜”的生态平衡系统，通过污染防治为有机农业的发展提供重要依托。利用现代科学技术，通过人工设计生态工程，以协调发展与环境之间、资源开发利用与生态保护之间的关系。某种猪场猪粪污水水质各类猪的饲养周期、饲料消耗及粪污排放量一览表项目饲养周期(天)周期重量(公斤)饲料消耗(公斤/天)饮水量(公斤/天)排粪污量（kg/天）粪尿固体含量冲洗水合计母猪365140-160公猪365120-140仔猪497～30育肥猪10530～100猪粪尿中营养成分含量（％）成分粪别水分有机质氮磷钾钙猪粪82猪尿96---不同清粪工艺污水量不同，以猪为例（升/头.日）工艺水冲粪水泡粪干清粪用水量30～4020～255～10干清粪工艺粪污水项目样品氨氮CODBOD5TPSS猪舍出口190967263952596贮存池148360763264464猪舍出口192241581936－－贮存池12401069836－－某种猪场猪粪污水水质名称CODcrmg/LBOD5mg/LSSmg/LNH4-Nmg/LPH数据600030002000500固液分离机在猪场粪污处理工程中的运行情况测定指标分离前分离后去除率猪场粪水中固体物质含量（%）

分离后固体纤维含水率（%）—

pH

BOD5（mg/L）65.26%CODcr（mg/L）35.55%SS（mg/L）19.77%某猪场干清粪工艺粪污水项目样品氨氮CODBOD5TPSS猪舍出口190967263952596贮存池148360763264464猪舍出口192241581936－－贮存池12401069836－－各种畜、禽粪尿排泄量（近似值）项目分类体重（kg）每头（羽）日排泄量（kg）粪尿合计猪50∽∽∽肉牛50015∽2020∽2535∽45奶牛50020∽2525∽3045∽55羊15∽∽∽鸡∽0∽鸭∽0∽不同清粪工艺冲洗水量（升/头（羽）.日）养殖种类清粪方式收集系数干清粪水冲粪水泡粪猪5～1030～4020～25∽肉牛10∽2040-∽奶牛15∽3080-∽蛋鸡和肉鸡1-鸭--∽畜禽粪尿排泄量和冲洗水量因畜种、养殖场性质、饲养管理工艺、气候、季节、饲料、年龄大小及个体不同，排泄量和冲洗水量有一定的差异，具体情况根据实际情况确定。粪污资源化的关键干清粪，固液前分离，减少处理难度与处理量消灭虫卵、致病菌，处理后的污水回用与灌溉大力推进有机肥产业化进程加强工程技术手段的研发和支持力度与其它农业生产技术结合三、大中型沼气工程建设不同规模、不同特点、不同生产工艺的规模养殖场粪污水处理工艺是将厌氧生物技术、好氧生物技术、水肥耦合灌溉和喷施技术和有机肥料生产技术等单项技术的最优化组合，通过工程手段将等技术有机地结合在一起，建立了能源生产和利用模式，厌氧发酵与污水处理结合的粪污水达标排放模式，实现了各种资源的最大利用度和最佳转换生态链，实现了种植——养殖结合一体化生态循环平衡系统，从根本上解决养殖场环境污染与资源利用的问题。综合利用农村生物资源，发展循环经济。大中型沼气工程建设内容主要包括：粪污前处理系统，厌氧消化系统，增温保温系统，沼气利用系统（净化、储存、输配、用气等），固体有机肥生产、储存和运输系统，液体有机肥储存、施用及运输系统，动力、控制、计量等附属设施。猪场粪污处理系统处理原则使猪场粪污排放量最小化和便于收集减少水污染，控制臭味和氨散发减少作物和土壤的损害减少设备投资和运行管理费用减少疾病的发生和传播提高利用率，多层次、多功能地开发利用其燃料、饲料、肥料价值，同步获得多种效益常用农业废弃物的产气量及产气率(附图)常用沼气发酵原料碳氮比(附图)不同发酵原料在不同季节的投放量(附图)各种适宜模式主要应用于周边既无一定规模的农田，又无闲暇空地可供建造鱼塘和水生植物塘的畜禽场。该模式特点是，畜禽废水在经厌氧消化处理后，必须再经过适当的好氧处理，如曝气、物化处理等，使其达到国家规定的相关环保排放标准。主要适用于周边有适当规模的农田、鱼塘或水生植物塘的畜禽场。该模式特点是，畜禽废水在经厌氧消化处理后，排灌到农田、鱼塘或水生植物塘，经过多层次的资源化利用，既为无公害农产品生产提供充足的肥源，又实现了粪污的“零排放”。根据需要配套建设有机肥料场。固体粪便经过发酵处理、养分调配、干燥制粒、包装等过程，制成高效有机复混肥或专用有机肥。粪污水处理技术路线沼气发酵装置是整个沼气工程的核心部件。畜禽粪便污水多采用升流式固体反应器（USR）塞流式消化器上流式厌氧污泥床（UASB）厌氧消化器。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消化器。塞流式也称推流式消化器，是一种长方形的非完全混合消化器。该消化器要求进料粗放，不用去除长草，较适应处理牛粪。因鸡粪沉渣多，易生成沉淀，该消化器不适用于处理鸡粪。上流式厌氧污泥床（UASB）厌氧消化器结构简单，运行费用低，处理效率高。该消化器适用于可溶性废水，要求较低的悬浮固体含量。规模化养殖场大中型沼气工程采用低压湿式储气柜和干式储气柜；在选择储气柜时应慎重，要考虑金属耗量的大小、压力使用是否合理。包括：沼气的脱水、脱硫和二氧化碳北京蟹岛生态度假村沼气站厌氧发酵罐和湿式储气罐厌氧发酵预混池农产品

秸秆（酿酒）

大米、河蟹甜高粱植稻田养蟹

（保温）稻草

大田种植种植业子系统

（生产者）

（堆肥）蔬菜、瓜果生产大棚

采摘大棚畜禽粪便秸秆（饲料）沼液沼渣畜禽粪便人粪尿有机垃圾畜产品养殖业子系统

（初级消费者）沼气池

（分解者）旅游业子系统

（次级消费者）农产品秸秆（酿酒）

大米、河蟹甜高粱植稻田养蟹（保温）稻草

大田种植种植业子系统

（生产者）（堆肥）蔬菜、瓜果生产大棚

采摘大棚畜禽粪便秸秆（饲料）沼液沼渣

畜禽粪便人粪尿有机垃圾畜产品养殖业子系统

（初级消费者）沼气池

（分解者）旅游业子系统

（次级消费者））农产品 秸秆（酿酒）

大米、河蟹甜高粱植稻田养蟹

（保温）

稻草

大田种植种植业子系统

（生产者）（堆肥）蔬菜、瓜果生产大棚

采摘大棚畜禽粪便秸秆（饲料）

沼液沼渣畜禽粪便人粪尿有机垃圾畜产品养殖业子系统

（初级消费者）沼气池

（分解者）旅游业子系统

（次级消费者）高速生物滤池水动力旋转布水装置

处理后的水质氧化塘（温室型）沼气发酵液不能直接排放，否则会导致二次污染，必须后处理加以资源化利用。沼气发酵液作为有机肥应根据当地土壤状况和种植施肥情况应用于果树、养鱼、种花和蔬菜、大田种植业。蟹岛村以沼气为纽带的物质资源利用模式图生态系统能流与物流动态平衡转化系统厌氧发酵综合利用系统工艺流程配套工作1、利用各种检测手段，分别对厌氧残留物、土壤的水分和营养成份进行多次跟踪测试，提出测土施肥的精准农业生产方式。2、通过不同比例水肥耦合灌溉、不同比例水肥叶面喷施，采用先进的工程技术手段和设备实现了现代农业的高科技技术。3、对农业生产过程中进行监测，优化的综合利用方式，提高果蔬产量和品质，推动了有机肥的利用和绿色食品的生产。4、配套完善发酵工艺和相关技术，规范沼气工程仪表设备，提高产气率。5、加强沼气工程操作、管理人员培训。四、综合利用技术土壤测试结果表明：沼肥可以有效提高土壤肥力，温室土壤施用沼肥比施用化肥有机质含量高19.73%；果园土壤施用浓度为50%的沼肥有机质含量比施用化肥的高22.40%。土壤中的氨态氮、速效磷、速效钾的含量分别比对照增加110.8%、39.47%、12.08%。含水率比对照高出5.26%，pH值比对照高出2.0%。沼肥可改善土壤结构，提高土壤保水保肥能力，降低土壤的酸化板结。沼肥可以改善土壤水、肥、气、热等理化性能，为作物丰产稳产打下了良好的物质基础。综合利用的优势1、由于使用各种生态模式降低了生产成本，使得总利润增加产生的经济效益；2、由于人们愿意为绿色消费支付更高价格而产生较高的经济效益。3、沼气替代了液化气。4、喷施沼液可抑制红白蜘蛛、春橡、牙虫等病虫害的发生，5、沼气替代液化气减排温室气体的贡献。沼渣成分测试分析报告沼渣沼液营养成分含量表项目全N%全P%(P2O5)全K%(K2O)速效N(mg/L)速效P(P2O5)(mg/L)速效K(K2O)(mg/L)有机质%腐殖酸%沼液沼渣土壤成分测试分析报告取样时间试验处理分析项目及结果含水率%有机质%氨态氮ppm速效磷ppm速效钾ppmpH值施沼肥表层15cm均值施化肥表层15cm均值施沼肥表层15cm均值施化肥表层15cm均值温室土壤肥效成分对照曲线图果园土壤肥效成分对照曲线图00246810本底值施化肥25%沼肥50%沼肥80%沼肥100%沼肥未施肥020406080100120140160180200有机质/%pH值氨态氮/ppm速效磷/ppm速效钾/ppm不同施肥处理对黄瓜长势和品质的影响取样时间试验处理取样深度(cm)分析项目及结果含水率(%)有机质(%)氨态氮(mg/kg)速效磷(mg/kg)速效钾(mg/kg)pH值施沼肥0-20施化肥0-20施沼肥0-20施化肥0-20不同施肥处理对黄瓜长势和品质的影响黄瓜营养成分测定表取样时间试验处理分析项目及结果含水率%固形物%还原糖%Vc可溶性蛋白质施沼肥施化肥结论1）沼肥可以显著改善土壤的理化性质，提高土壤的通透性和保水保肥能力，缓解土壤的板结酸化，土壤的有机质、速效N、P、K含量分别比对照增加了35.58%、28.36%、26.19%、12.08%。2）施用沼肥有利于作物生长，可提高作物抵御病虫害的能力，黄瓜施用沼肥，产量提高18.6%，营养成分较丰富，与对照相比，还原糖、Vc、可溶性蛋白质含量分别高出11.29%、29.59%、4.45%。。3）以沼气工程为纽带，种—养—沼—肥为一体的农业生态模式，实现了物质能量多级利用、生态环保和经济发展的有机结合，促进了整个生态系统的能流、物流快速转化和园区的可持续发展。沼液施肥对苹果品质的影响沼液施肥的果树一般单棵产量增加13~20%，平均单株的产量为400kg，最高可达到500kg。喷施沼肥的果实个大，着色好，平均单果重350g。果肉脆硬，多汁，现场采摘和贮存一周的苹果滴定酸含量比对照分别少0.356%和0.138