廬江縣發展秸稈沼氣存在問題及對策研究

季立仁，李布青，葛昕

(1.廬江縣生態能源局，安徽廬江 231500;2.安徽省農業科學院農業工程研究所，安徽合肥 230031)

農作物秸稈是農業生產系統的重要生物資源，約有50%的農業投入要素最終轉化為秸稈。秸稈長期以來一直是農民生活和農業生產的寶貴資源，但隨著農村社會經濟的發展和秸稈本身特性及目前的處理技術水平有限，存在秸稈結構性過剩問題。我國種植業每年產生的各類農作物秸稈約8億t，有約50%未得到有效的處理和利用。大量農作物秸稈隨意拋棄、焚燒現象嚴重，造成資源浪費，并嚴重污染了大氣和水體，惡化了農村生態環境和人居環境，成為制約現代農業發展的限制性因素，因此迫切需要尋找新的利用途徑。為此，筆者進行了大量調研，并實地考察了河北省青縣秸稈沼氣工程和安徽省銅陵縣富強秸稈沼氣工程、安徽省阜南縣洪河橋鎮秸稈沼氣站，以及河南省長垣縣中海油清潔能源項目、河南省安陽縣多處秸稈沼氣工程建設和使用情況。研究與實踐證明，農作物秸稈通過沼氣發酵獲取生物能源兼具能源和環境雙重作用，是農作物秸稈綜合利用一條非常有潛力的途徑［1－4］。安徽省廬江縣是農業大縣，農作物秸稈年產量約90萬t以上，但尚未得到充分、合理的利用，開發利用的潛能很大。針對廬江縣秸稈資源的基本情況和利用現狀，探討發展秸稈沼氣存在問題及對策，提出科學發展秸稈沼氣的建議。

1 秸稈沼氣技術

隨著農村沼氣建設和以沼氣為紐帶的生態家園技術模式的推廣，沼氣已成為我國農村重要的可再生能源，在實施農業可持續發展戰略中發揮了越來越重要的作用。農作物秸稈沼氣化技術是根據沼氣工藝學和微生物學等技術原理，以厭氧發酵為核心技術并集成其他技術形成的秸稈綜合利用與處理系統(圖1)。秸稈沼氣遵循微生物發酵原理，建立了新的以秸稈為中心的物質－能量循環系統。秸稈中的各類物質經微生物分解，形成了新的不同用途的物質，如碳、氫元素合成為甲烷等可燃性氣體，是高品質的清潔能源。秸稈中的氮、磷、鉀等元素通過微生物的分解，再合成新的活性物質，使沼渣、沼液成為優質有機肥料，再進入新的物質－能量循環系統中，得到最大程度的利用［5］。

秸稈通過沼氣發酵獲取生物能源兼具能源和環境雙重作用，有利于秸稈資源循環利用。秸稈原料經微生物厭氧發酵作用產生清潔能源—沼氣和優質有機肥，沼氣作為農民生活用能，也可替代天然氣等用于工業生產。施用沼渣有機肥不僅可節約化肥和農藥的施用量，增加土壤的有機質含量和肥力，而且能改善土壤理化性狀，提高農作物的產量和品質，促進生態農業的發展。利用秸稈生產沼氣比用畜禽糞便生產沼氣具有原料來源充足、沼液零排放，直接作為有機肥料使用的沼渣可長期貯存、運輸方便、價格較便宜等優勢。2009年農業部在全國12個省開展了16個大中型秸稈沼氣工程示范項目，均取得了成功。此后，農業部有計劃地加大了秸稈沼氣工程建設的投資扶持力度和工程數量規模。據統計，全國秸稈沼氣集中供氣工程數量目前達350多處。秸稈沼氣工程技術已有成熟的技術支撐，并有成功的推廣實踐，初步實現了規范化、規模化的推廣應用［6］。

因此，秸稈沼氣化處理符合農業優先、多元利用的秸稈綜合利用基本原則，是農作物秸稈綜合利用一條非常有潛力的途徑。秸稈沼氣化處理將有力推動秸稈的綜合利用，讓秸稈經濟高效地回到農業生產系統，實現秸稈的高值綜合利用，保護環境。

2 廬江縣發展秸稈沼氣的有利條件

2.1 具有豐富的資源優勢 廬江縣地處安徽省中部，國土面積2 348 km2，120萬人口，現有耕地72 800 hm2，是傳統農業大縣，盛產糧、油、菜、茶、畜禽和水產。全縣常年農作物種植面積173 333 hm2，其中，糧食種植面積140 000 hm2，油料13 333 hm2，蔬菜等其他經濟作物20 000 hm2。農作物秸稈主要來源于糧油作物，經測算，全縣每年糧油作物可產生秸稈90萬t以上。

2.2 具有良好的工作基礎 廬江縣是農村沼氣建設最早的縣份之一，特別是農村沼氣列入民生工程以來，縣委縣政府制定出臺了一系列的扶持政策，有力促進了農村沼氣持續快速發展。截至2014年底，全縣累計建設戶用沼氣池達2.45萬戶，新建大型沼氣工程4處，中小型沼氣工程46處，建設沼氣服務網點40多個，建設秸稈氣化站(高溫熱解氣化)1座，推廣太陽能熱水器20.5萬m2。另外，由武漢凱迪控股投資有限公司與中盈長江國際信用擔保有限公司共同出資組建廬江縣凱迪綠色能源開發有限公司在我縣投資2.4億元，建設25 MW生物發電廠一座，該項目以稻殼和農作物秸稈為原料，年發電能力1.58億kW·h。

但是，由于近年來農戶家庭養殖大量減少，以畜禽糞便為沼氣發酵原料缺乏，加上大量農戶常年外出務工或家中無勞力，以致不少戶用沼氣池建后由于缺乏原料而停用，或因家中無人而停用，沒有很好發揮效益。秸稈氣化站(高溫熱解氣化)所產的可燃氣體熱值僅1 400～1 500 kcal，不能滿足炊事用能要求，而且投資大，不可避免地產生焦油等污染，效益不好。生物質發電廠在實際運行中，實際使用的大多是樹枝、木板等林業廢棄物，農作物秸稈由于其能量密度低并不受歡迎。因此，秸稈氣化站(高溫熱解氣化)和生物質發電廠并不能真正解決秸稈結構性過剩問題。而發展秸稈沼氣可實現秸稈高值化綜合利用，是秸稈資源化利用的重要途徑，可從根本上解決秸稈禁燒問題，遏制環境污染，實現現代農業可持續發展。

3 發展秸稈沼氣的障礙分析

3.1 工藝技術要求高 秸稈的主要成分為纖維素、半纖維素、木質素等，在自然狀態下，難以被微生物分解。其中的木質素是植物界中僅次于纖維素的最豐富和最重要的有機高聚物，是一類由苯基丙烷結構單元通過C－C鍵連接而成的三維空間高分子化合物，與纖維素、半纖維素一起構成細胞壁的主要成分，其中80%存在于植物細胞壁中，20%分布于細胞間隙中，成為細胞聯合的粘連劑。秸稈中的木質素包裹在纖維素和半纖維素的表面，并且三者在纖維細胞次生壁中呈不連續的層狀結構，彼此粘連相互間斷，形成空間阻礙，阻礙了酶和微生物與纖維素、半纖維素的充分接觸。因此，秸稈在自然狀態下難以被厭氧菌消化，導致消化效率不高，投入產出效益差;由于秸稈的密度小、體積大、流動性差，存在進出料困難、浮渣結殼和傳質傳熱慢、效率低等問題;秸稈在消化開始階段容易產生酸的消耗不平衡，引起酸積累，造成酸中毒現象，影響正常運行;反應器內傳熱傳質不均勻，物料與接種物接觸不充分，消化條件不易控制［7－9］。相較于技術成熟的傳統沼氣，秸稈沼氣在擁有節能節本、產氣含硫量低等多種優點的同時，相對于畜禽糞便等易消化的物料，秸稈的生物氣化對厭氧消化工藝技術要求要高的多。

3.2 工程實踐經驗不足 根據工程經驗和對部分大中型秸稈沼氣工程的調查結果，目前我國秸稈沼氣工程中存在著如下突出問題:現有沼氣反應器主要是畜禽糞便消化或污水處理用反應器，缺乏適合秸稈物料特性并能穩定、高效運行的專用反應器。厭氧消化反應器基本上沿用畜禽糞便沼氣工程的厭氧消化器，存在啟動慢、產氣量少、產氣率低、浮渣結殼等問題。秸稈本身質地較輕，進料后容易浮在液面上，造成原料分層和結殼。原料漂浮在料液上面不能與微生物充分接觸，減緩反應速度。同時，漂浮原料的結殼阻止沼氣及時逸出。攪拌阻力大，傳質效率低，氣體釋放困難。

在秸稈厭氧發酵中需要一定的接種物來啟動反應，目前的研究和工程實踐都以傳統接種物進行啟動。但是，傳統接種物因來源不同所含微生物的菌群類型和數量差異較大，并不適宜秸稈的原料特性。同時，由于傳統接種物的效率低，不僅增加啟動成本，加大進料勞動強度，而且減少反應器有效體積，制約反應器啟動。在秸稈原料進入厭氧消化器發酵前需要進行一定的預處理，主要作用是質地改善和營養調節。通過預處理提高秸稈的可生物消化性能、消化效率和產氣率，同時在預處理階段需要調節進料濃度、進料溫度。如果不能通過預處理確保沼氣工程的進料質量，將導致沼氣工程運行不穩定，難以發揮最佳的處理能力。但秸稈預處理在改善其結構特性提高原料利用率的同時也存在一系列問題。首先，預處理增加費用;其次，化學處理面臨二次污染;再者，生物法處理秸稈大多數處于試驗階段。而且，部分秸稈沼氣工程因采用的技術不當，產生大量的沼液，易在周邊形成二次污染。

3.3 直接經濟效益不高 雖然秸稈沼氣技術經實踐證明是一項成熟的農村能源替代新技術，但其直接經濟效益不高。雖然國內外在秸稈的預處理、秸稈厭氧發酵工藝及產業化裝備方面做了大量研究和工程實踐，在農作物秸稈產制沼氣的技術環節上的研究和探索已經獲得了許多有益的成果，取得可喜進展，但工程化的秸稈沼氣技術目前尚處于試驗示范階段，秸稈沼氣特殊的關鍵技術問題仍未有經濟成熟的解決方案。尤其是目前運行的示范工程采用的秸稈沼氣工程技術并不具備商業化運營要求，秸稈沼氣產業化發展需要政府的政策扶持。

3.4 政府扶持政策力度不夠 秸稈沼氣屬準公共產品，其正外部效益遠大于其直接經濟效益。秸稈沼氣的發展需要政府的支持政策和資金補貼。雖然近年來隨著環保問題的日益突出及農村地區能源供應壓力的增加，特別是秸稈焚燒問題、秸稈綜合利用的發展及大中型沼氣工程原料拓展的需要，秸稈沼氣工程日益受到普遍關注，但各級政府并沒有出臺強有力的相關政策措施，尤其是對終端產品沼氣和有機肥的補貼政策。

3.5 宣傳和示范不力 秸稈沼氣是近幾年新興的生物質能源，農戶對此認識不足，主要是宣傳力度不夠和示范性工作不到位。部分秸稈沼氣示范工程因采用的技術和工藝以及管理工作不到位，導致效益低下也是制約秸稈沼氣發展的重要因素。

4 促進秸稈沼氣發展的對策建議

沼氣發展是資源－產品－廢棄物－再生資源，變廢為寶的循環經濟發展模式。如何使沼氣建設與新農村建設、城鎮化建設及產業化建設共同推進，互利互助，走上可持續發展的道路，是當前亟待解決的問題。

4.1 提高對秸稈沼氣新能源的認識 進一步提高各級領導和廣大農民對秸稈沼氣的認識，將秸稈沼氣作為秸稈綜合利用的重要途徑和新農村建設的重要內容，通過政府示范引導，典型帶動，在全社會宣傳秸稈沼氣的重要性和緊迫性，盡快營造黨政高度重視、部門積極配合、農民主動參與的工作氛圍。根據新農村建設總體規劃，因地制宜地把秸稈沼氣納入新農村建設配套工程進行規劃，實現農村能源建設與新農村建設的有機結合，達到與主體工程同步設計、同步施工。以村為基本單元，整體推進，形成規模效益和綜合效益，以規模效益來帶動秸稈沼氣的快速發展。

4.2 進一步開展秸稈沼氣技術創新 針對當前秸稈沼氣工程發展存在的技術難題，各級政府和相關部門要加大科技投入，有目的、有針對性地開展技術研究和科技攻關。鼓勵秸稈沼氣工程的企業和科研單位開展技術交流和合作，在開發秸稈厭氧消化裝置，秸稈厭氧發酵工藝技術，降低工程投資成本，提高秸稈沼氣轉化率，提高工程效益等方面進行研究和創新。

4.3 進一步加大對秸稈沼氣的扶持力度 在秸稈沼氣推廣階段，省、市、縣各級財政都要加大經費投入，保證秸稈沼氣的工程設備投入和推廣培訓有足夠的扶持補貼，切實發揮政府引導作用。積極研究秸稈沼氣市場化、多元化的經費投入機制，制定相關激勵政策，吸引民間資本發展秸稈沼氣，推動秸稈沼氣得到更好更快的推廣和普及。

4.4 積極探索秸稈沼氣管理服務機制 通過政府引導，走市場化運作的路子，實現沼氣物業管理由政府扶持向合理收費、有償服務的市場化運作方向轉變。推進適度規模經營，利用專業合作組織進行秸稈沼氣推廣工作。加強秸稈沼氣服務體系建設，創新服務模式，不斷提高秸稈沼氣的綜合效益。

5 結語

以秸稈為原料生產沼氣，原料來源充足、分布廣泛，不受時間和空間限制，不產生焦油、廢水和廢氣等污染物，可實現秸稈的完全生態循環和高效利用。秸稈沼氣化處理不僅可以解決秸稈結構性過剩造成的環境污染問題，同時為農村生物質能源產業發展開辟新的大宗原料來源，為農村生物燃氣產業發展提供了原料保障，是建設資源節約型、環境友好型社會和發展低碳經濟的有效途徑。

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