沼氣池建設(shè)專家
丹麥沼氣工程沼渣沼液的綜合利用與管理
摘要：合理規(guī)劃和妥善消納沼渣沼液，是我國(guó)目前建設(shè)沼氣工程和創(chuàng)建循環(huán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈的瓶頸問題。在這方面，歐洲國(guó)家積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為我們提供了很好的借鑒。本文根據(jù)實(shí)地考察和專家交流情況，重點(diǎn)介紹丹麥在沼氣工程沼渣沼液的綜合利用方面的技術(shù)及管理經(jīng)驗(yàn)。
1、調(diào)研與規(guī)劃
在丹麥，工業(yè)化沼氣工程有了三十年的歷史，許多沼氣工程已成為城市與農(nóng)村之間物質(zhì)與能量交換的橋梁：城市獲得能源，農(nóng)村改善環(huán)境、獲得肥料，城鄉(xiāng)共同受益。處理農(nóng)業(yè)廢棄物的沼氣工程的建設(shè)目標(biāo)主要是以能源效益為主，絕大部分采用“熱電聯(lián)產(chǎn)”方式，即：沼氣用于發(fā)電上網(wǎng)，CHP機(jī)組產(chǎn)生的熱量除滿足沼氣工廠自身用熱需要以外，富余熱量以熱水形式供給周邊農(nóng)莊、城鎮(zhèn)滿足生活所需。
在建設(shè)沼氣工廠之初，通常要對(duì)收集的原料和沼渣沼液的消納進(jìn)行詳細(xì)的考察，項(xiàng)目的前期論證和設(shè)計(jì)工作通常需要半年到一年時(shí)間。丹麥的農(nóng)莊農(nóng)場(chǎng)通常建有兩個(gè)以上的儲(chǔ)池（圖1），其中一個(gè)用于集中收集糞污，另一個(gè)用于儲(chǔ)存沼渣沼液，大部分沼氣工程采取“以糞換肥”的方式，企業(yè)主用大型槽罐車將各農(nóng)場(chǎng)糞污收集池的原料運(yùn)送到沼氣工廠進(jìn)行資源化、無害化處理，再將沼氣發(fā)酵后的殘留物（沼渣沼液）運(yùn)輸注入到沼肥池貯存，在施肥季節(jié)，再由罐車運(yùn)輸?shù)教镩g進(jìn)行灌溉。
少數(shù)大型沼氣工程的沼液也以還田為主，剩余的沼液實(shí)行固液分離，脫水后的沼渣制成有機(jī)固體肥料，清液按工藝要求部分循環(huán)回流入沼氣池，部分經(jīng)滅菌處理后用作畜舍的沖洗水或再經(jīng)過深度處理后排放。
大多數(shù)沼氣工廠由農(nóng)場(chǎng)主獨(dú)立或聯(lián)合建設(shè)，使用沼氣設(shè)備可以將大量的有機(jī)廢棄物（除畜禽養(yǎng)殖糞污之外，還收集廢油脂、化工廠有機(jī)廢液、過期食品等）可以轉(zhuǎn)化成電能和熱能以及高質(zhì)量的經(jīng)濟(jì)肥料。在丹麥，沼肥價(jià)格通常不到化肥的25%，但沼肥中氮、磷、鉀肥效的性價(jià)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于史丹利復(fù)合肥，1t沼液的肥效約相當(dāng)于1.25kg尿素，施用沼肥的農(nóng)作物平均增產(chǎn)20%以上。
丹麥的調(diào)查研究認(rèn)為：1頭500kg牛每天約產(chǎn)生45kg有機(jī)肥，通過對(duì)1頭成牛每天產(chǎn)生的氮、磷肥素的物料平衡計(jì)算（圖3），通過沼氣工廠再實(shí)現(xiàn)牛糞牛尿轉(zhuǎn)化成沼肥還田，營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用率比糞污直接還田方式更高：對(duì)氮元素的吸收從40％提高到超過70%，對(duì)磷元素的吸收從30％增加到超過60％，替代化肥-增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量恢復(fù)土養(yǎng)分。
1 1頭牛在1年內(nèi)產(chǎn)生的肥料元素
|
肥料成分 |
N（kg/year） |
P（kg/year） |
K（kg/year） |
|
固體糞便 |
55 |
20 |
35 |
|
尿液 |
75 |
2 |
85 |
|
總 量 |
130 |
22 |
120 |
通常糞污中的可利用氮（氨氮）在堆放、日曬雨淋中會(huì)散失掉相當(dāng)一部分，而轉(zhuǎn)化為沼肥后，營(yíng)養(yǎng)元素更高更加穩(wěn)定，由于顆粒更加細(xì)小，易滲透到土壤中，吸收情況會(huì)更好。從氮素的角度看：與沼渣相比，沼液營(yíng)養(yǎng)成分較高，沼渣營(yíng)養(yǎng)成分占20%，沼液則占80%；而磷主要含在沼渣中。
表2 幾種肥料中可利用N的比較
|
種 類 |
可利用氮素（氨氮）在總氮（TN）中的比例（100%） |
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牛 糞 |
60% |
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豬 糞 |
70% |
|
固體糞肥 |
20% |
|
沼 肥 |
80% |
通過沼氣工程的消化過程，降低了氮素的流失，改變了畜禽糞污作為肥料的特性（表3）。
表3 1頭牛在1年內(nèi)產(chǎn)生的肥料元素 （kg/year）
|
種 類 |
DM （%） |
TN （kg/t） |
NH4-N（kg/t） |
P （kg/t） |
K （kg/t） |
PH |
NH4-N （%） |
|
豬糞 |
5.0 |
4.8 |
2.9 |
1.1 |
2.3 |
7.1 |
74 |
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牛糞 |
7.5 |
3.9 |
2.4 |
0.9 |
3.5 |
6.9 |
61 |
|
沼肥 |
4.8 |
4.4 |
3.5 |
1.0 |
2.3 |
7.6 |
81 |
有關(guān)機(jī)構(gòu)通過對(duì)1公頃農(nóng)田冬麥?zhǔn)┯玫视?jì)劃的比較得出結(jié)論：施用沼肥的量比直接使用牛糞肥節(jié)省34kg。更重要的是，消化過程可以實(shí)現(xiàn)殺滅寄生蟲卵、實(shí)現(xiàn)無害化。丹麥的沼氣工程多采用高溫厭氧消化工藝，研究表明：經(jīng)過高溫厭氧消化，大腸桿菌菌群可從6～13×104個(gè)/ml降到5個(gè)/ml以下，還可以消除臭味，減少溫室氣體排放。
綜上所述，沼肥應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有以下優(yōu)勢(shì)：
提高了（氮素）的肥效；
平衡了原料中P和K含量；
顆粒細(xì)化，更容易吸收，施用量可減少；
營(yíng)養(yǎng)更均衡、全面；
實(shí)現(xiàn)了滅菌消毒，并殺滅了草種；
運(yùn)輸成本降低。
丹麥還在沼肥施用方式上進(jìn)行了實(shí)踐和改進(jìn)，為了避免氨氮的揮發(fā)散失，目前已不主張采用噴灌方式，而是改進(jìn)了施肥設(shè)備，改為車載移動(dòng)式觸地施肥方式（圖4）。除了施肥季節(jié)（每年四月）外，還在秋冬時(shí)節(jié)一次性施灌，再翻地實(shí)現(xiàn)土地增肥涵養(yǎng)，消除氣味，更加衛(wèi)生。丹麥的主要農(nóng)作物是冬麥，使用沼渣沼液的施用量通常為20～35kg/畝·年。
在運(yùn)輸方式上，丹麥多采用20～30噸大型槽罐車進(jìn)行原料和沼肥的運(yùn)輸，通常運(yùn)輸半徑在15公里以內(nèi)。沼肥施灌采用的專用車輛通常以大型農(nóng)田拖拉機(jī)為主，施肥機(jī)械展臂一般為2～3米，適合丹麥種植土地廣闊、大面積高效施肥需要。
丹麥沼氣工廠廠址的選擇多位于多個(gè)農(nóng)場(chǎng)或養(yǎng)殖場(chǎng)中間，有利于集中處理，并通過科學(xué)規(guī)劃運(yùn)輸路徑，以求降低運(yùn)輸成本；同時(shí)從消防、防爆、防溢流、防氣味擴(kuò)散等方面考慮，大多選址在地勢(shì)低洼處。而沼液儲(chǔ)池的選址、分布和尺寸設(shè)計(jì)，則是根據(jù)種植種類、土地面積、作物分布、當(dāng)?shù)貧夂蚝偷貏?shì)等因素綜合考慮，原則上是：化整為零、因地制宜、就地消化。
2、設(shè)計(jì)與設(shè)備
丹麥沼氣工程沼渣沼液貯存期約4～6個(gè)月，施于周圍農(nóng)田。從原料收集、投料、發(fā)酵、產(chǎn)氣、脫硫、發(fā)電、出料、沼渣沼液貯存、運(yùn)輸?shù)热^程目前已全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化管理。
近年來，丹麥在沼液儲(chǔ)池的設(shè)計(jì)上遵照歐盟標(biāo)準(zhǔn)對(duì)沼液池采用行三層膜結(jié)構(gòu)，設(shè)置兩層底膜，在沼液上面還覆蓋一層頂膜，防止氨氮和氣味散失散發(fā)，并在底膜以下設(shè)置放滲漏檢測(cè)管道和監(jiān)測(cè)井，避免對(duì)地下水源造成二次污染。
在儲(chǔ)池頂膜的覆蓋材料上，除采用0.5mm的HDPE防滲膜以外，丹麥還有專業(yè)公司開發(fā)了多種形式的柔性覆蓋材料。
在沼渣沼液的固液分離上，主要有丹麥阿法拉法公司生產(chǎn)的臥螺式分離機(jī)、意大利維艾姆公司的螺桿擠壓式分離機(jī)等設(shè)備，也有少數(shù)工廠采用濃縮設(shè)備對(duì)沼液進(jìn)行減量提濃，但因成本過高，目前基本不再運(yùn)行。
3. 操作與管理
由于丹麥政府嚴(yán)格控制畜牧業(yè)與種植業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展，區(qū)域性的土地資源基本能消納所在地沼氣工程產(chǎn)生的沼渣沼液。相對(duì)于工程建設(shè)而言，沼氣工程圍繞原料收集、儲(chǔ)存、運(yùn)輸進(jìn)場(chǎng)和沼肥外運(yùn)消納的運(yùn)行管理更加重要。多年來丹麥已積累了很好的經(jīng)驗(yàn)，主要有以下幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)：
3.1養(yǎng)殖場(chǎng)糞污管理
要保證沼氣工程良好的運(yùn)行，必須從源頭控制做起，因此對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)的糞污收集就十分重要。在丹麥，主要從新鮮糞污及時(shí)收集、減少營(yíng)養(yǎng)元素散失等方面加強(qiáng)管理。對(duì)于養(yǎng)殖場(chǎng)，如果不收集尿液，不僅會(huì)丟失營(yíng)養(yǎng)，還會(huì)造成重大環(huán)境問題；如果無任何遮蓋式存放，蒸發(fā)會(huì)使肥效降低，需要收集尿液并存放到池子中，通常在集污池液面上還覆蓋一層稻草，起到防止臭味散發(fā)、蚊蠅滋生、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生的作用。奶牛場(chǎng)內(nèi)的糞污最多滯留一個(gè)月就必須清理走，否則會(huì)產(chǎn)生重大衛(wèi)生隱患。
3.2糞污存放、收集與運(yùn)輸
養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)的糞污存放方式上，注重經(jīng)常收集廢物，防止氨氮的揮發(fā)和潛在沼氣資源流失；糞污必須遮蓋，防止太陽暴曬和雨淋；盡量采用混凝土地面，防止?jié)B到地下水中；糞污收集池要方便存放和收集。沼氣工廠通常配備大型罐裝車輛或自卸卡車、人工裝車的小型卡車，以一星期為周期，制定輪流時(shí)間表。在丹麥一般是由沼氣工廠負(fù)責(zé)原料的運(yùn)輸，并根據(jù)路況確定卡車的類型和噸位。
3.3沼肥出廠方案
從沼氣工廠運(yùn)輸沼液到各田間沼液池通常是由沼氣工廠管理方負(fù)責(zé)完成，而從各田間沼液池運(yùn)沼肥到農(nóng)田則是由農(nóng)場(chǎng)主自行負(fù)責(zé)。沼液的TS濃度在4%～7%之間，直接采用20～30噸的大型槽罐車運(yùn)輸，運(yùn)輸半徑通常在30公里以內(nèi)。
3.4沼肥還田方案
將沼液從沼氣工廠運(yùn)到田間沼液池，首先需要確定沼氣工廠外運(yùn)沼液的數(shù)量，且沼液池盡量靠近大路，方便大噸位的卡車運(yùn)輸沼液。對(duì)使用沼液的農(nóng)田的調(diào)查主要包括農(nóng)田面積、作物種類、種植季節(jié)、地形、土質(zhì)等。需要給分散存放沼液池周圍的田塊面積和作物做出地圖，并準(zhǔn)備沼肥施肥計(jì)劃（MFP）；使用MFP確定分散存放沼液池的具體地點(diǎn)；根據(jù)MFP確定施肥方法；根據(jù)田塊大小、土壤類型和路況，確定采用哪種方法，把沼液從田間沼液池運(yùn)到田地和如何施肥；沼液施用的設(shè)備主要采大型農(nóng)田拖拉機(jī)，施肥機(jī)械展臂一般為2～3米，適合丹麥種植土地廣闊、大面積高效施肥需要。
文章來源地址：http://szdirise.com.cn/biogastech/439.html
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