沼氣站集中供氣工程應用研究

龔貴金 石志鑫 劉進法 鄒翔

摘要 沼氣作為一種生物質能源已經成為農村發展清潔能源的重要途徑，國內養殖業的規模化、集中化的快速發展，為沼氣工程的規?；ㄔO提供了良好的基礎。介紹了江西省正合環保工程有限公司在新余市羅坊鎮建立的大型沼氣站，是通過引進歐洲先進的混合原料發酵技術，并與我國實際情況相結合，提高了沼氣產量；同時，將厭氧發酵過程中產生的沼渣沼液進行進一步加工成生態有機肥出售，不僅最大程度地降低了項目的運行成本，還拓展了運營的產品及銷售渠道，經濟效益得到顯著提高。新余市羅坊沼氣站實現了大型沼氣工程技術與燃氣輸配體系技術、安全運營網絡遠程監控及預警體系等多項技術集成，可為沼氣集中供氣技術推廣提供參考。

關鍵詞 農業廢棄物；沼氣集中供氣；運營管理；羅坊沼氣站

中圖分類號 S216.4 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-360-03

隨著經濟的快速發展，我國的能源需求急劇增長。2013年我國能源消費總量37.50億t標準煤，同比增長3.70%。經濟的發展也促使我國農村對優質商品能源的需求持續增加[1]，農村地區能源供需矛盾更加突出。能源消耗的持續增加不僅導致石化能源的枯竭，也帶來了嚴重的環境問題。一方面，石化能源的使用產生了大量溫室氣體，導致日益嚴峻的全球氣候變化[2]；另一方面，我國農村仍以柴草等為主要燃料[3]，過度砍伐山林柴草，嚴重地破壞了生態環境[4]。在能源嚴重匱乏的同時，我國每年產生大量的秸稈、畜禽糞便以及有機廢水，由于無法得到有效利用而對環境產生巨大污染。據統計，2014年我國糧食總產量約為6.07億t，其中谷稻生產總量為1.72億t，附帶谷稻秸稈產量約為2.58億t。除此之外，還有39.26×108 t畜禽糞便以及482.40×108 t有機廢水[5]。沼氣作為一種方便、清潔、高品位的能源，是秸稈、糞便、生活污水等有機物質在一定水分、溫度和厭氧條件下，經微生物發酵產生的可燃氣體。由于其原料豐富、技術簡單、造價低廉、環境友好的特點而受到國家的高度重視。集中供氣工程的推廣應用不僅可以緩解能源壓力，而且對增加農民收入、改善人居環境、保護林草植被、維持生態平衡具有重要意義[6]。筆者對新余市羅坊沼氣站的建設運營情況進行介紹，以期為沼氣集中供氣技術推廣提供參考和借鑒。

1 工程概況

為了推進農村清潔生產、發展循環經濟、解決區域有機廢棄物面源污染問題，江西正合環保工程有限公司在新余市政府的大力支持下，在新余市羅坊鎮院前村建設了江西首個大型沼氣集中供氣項目，該項目利用畜禽糞便、農業秸稈等有機廢棄物進行多原料混合發酵產沼氣，所產沼氣主要用于羅坊鎮居民生活所用。項目位于新余市羅坊鎮，地處新余、樟樹、新干、峽江交界處。羅坊鎮及其周圍畜牧養殖業發達，有大量的畜禽糞便，同時又是農業重鎮，所生產的水稻、蜜橘全國有名。養殖業產生的畜禽糞便和農業生產的秸稈等為沼氣發酵提供了很好的原料基礎，發達的農業又為沼渣沼液加工成有機肥提供了市場。項目主要建設內容包括：一級CSTR厭氧發酵罐2座，總容積3 100 m3；二級一體化CSTR厭氧發酵罐1座，總容積1 250 m3，儲氣膜容積500 m3；高壓儲氣柜3座，儲氣總容積1 920 m3；混合原料預處理系統1套，主要為農業秸稈水解酸化系統、糞污勻漿加熱系統后處理系統一套，包括固液分離系統1套，出料池，沼液儲存池，配套固肥加工生產線一條；沼氣供戶管網系統等其他附屬設施。該項目已于2014年12月正式投產，設計供氣3 000戶，日產沼氣能力4 100 m3，目前生產運營正常，居民用氣穩定、安全，無事故發生。

2 工藝流程

羅坊沼氣站屬于混合原料發酵，主要原料為畜禽糞便、農業秸稈，其處理系統主要包括原料預處理→兩級CSTR厭氧發酵→沼氣凈化→高壓儲氣中壓輸氣系統等，具體工藝流程如圖1所示。由于原料各自具有不同的特點，因此進料前需要分別進行預處理，秸稈需先經過破碎，然后進入水解酸化池，通過纖維水解技術，采用專屬的復合纖維素水解酶進行催化水解，實現纖維素由大分子多糖向小分子轉變的過程；而糞污進入勻漿池除去雜質，并進行攪拌預加熱過程。經過預處理后的物料統一通過螺桿泵輸送至一級CSTR反應器；反應器內使用立式攪拌器進行攪拌，保證物料濃度和溫度的恒定；一級CSTR出料溢流至二級CSTR發酵罐進行二次發酵，以延長停留時間增加沼氣產量；厭氧發酵后的發酵液經固液分離后，沼渣用于制作固態有機肥；分離后的沼液部分回流用做預處理的稀釋水，剩余部分排出做液態有機肥原料，供給羅坊鎮及其周邊的傳統種植業及設施農業使用。厭氧發酵產生的沼氣暫存在二級發酵罐頂部的儲氣膜內，通過沼氣壓縮機，在抽送過程中經過脫水脫硫系統裝置后沼氣儲存在高壓儲氣柜中，大部分供給羅坊集鎮3 000戶居民做生活用氣，剩余部分供給沼氣站進行沼氣發電，做為生產用能。居民用氣主要通過沼氣供戶管網，沼氣在中壓條件下輸送至居民樓，在進行進一步降壓之后，居民就能穩定用氣，因為沼氣已經過脫水脫硫處理，在使用過程中不會有異味產生，保障了居民安全、穩定、高效的使用沼氣。

3 管理運營

3.1 運營模式

公司采用市場化運營模式，通過收集養殖糞污、農業秸稈，所產生的沼氣有償供給城鎮居民使用，沼渣、沼液分別制作成固態有機肥和液態有機肥有償供應羅坊鎮及其周邊的傳統種植業及設施農業使用，形成了一條清晰的循環經濟產業鏈。

3.2 管理監控

羅坊沼氣站采用基于GPRS+PLC的沼氣遠程監控系統，以綜合管理軟件為核心，結合嵌入式視頻服務器，實現了基于網絡的點對點、點對多點、多點對多點的遠程實時現場監視、遠程遙控攝像機以及錄像、報警處理等，通過兼容模擬視頻設備實現模擬視頻系統與數字視頻系統的數字化統一管理。系統對設備的正常運行和事故狀態下的生產過程進行實時監控，操作員可以在室內進行集中管理，可實現車間無人值守。另外，服務器將采集來的數據進行各種處理，建立相應的實時數據庫和歷史數據庫，經網絡相應各工作站的各種服務要求，接收和響應操作員的各類操作指令。系統具有可靠性高、抗干擾性強、易學易用、維修方便、能耗低等優點。

3.3 管理模式

在管理模式上，江西正合環保工程有限公司按照“集中供氣、用氣收費、專人管理”的管理模式，對沼氣站覆蓋的3 000戶沼氣用戶進行集中供氣，用氣按照流量計費，在沼氣供氣站建立沼氣服務網點，安排專業技術人員負責管理。在羅坊沼氣站建立沼氣服務網點，實現商業化運行管理模式。服務網點對每位沼氣農戶建立檔案，設立信息登記制度，為用戶提供開卡充值、維修等業務。在后勤服務上，羅坊沼氣站對用戶進行一年4次免費上門巡查服務，發現問題及時排除，平時在接到沼氣用戶的報修電話后，將會安排工作人員在2～3日內上門解決，每次服務必須在沼氣維修服務卡上記錄。在工程管理上，安排專人負責沼氣工程的運行，每天觀察產氣、用氣情況，做好沼氣凈化設備、輸氣管道等的維護工作。

為了方便管理，公司為用戶統一安裝了沼氣流量計量表。這種智能表，只要存夠一定金額，使用時把卡插到燃氣表上，表就會自動讀數，扣除相應費用。購買的氣量用完后，就會自動斷氣，只要到沼氣供應站設置的村級服務網點繳費，就可以繼續使用，這樣省去了上門抄表和催繳費用的麻煩。為了鼓勵用戶使用新能源沼氣，公司還免費上門為用戶提供和安裝沼氣用具，免去他們的后顧之憂。

4 效益分析

4.1 社會效益

羅坊沼氣站正式運營后，不僅提高了該區域農業有機廢棄物的綜合利用，有效遏制由于農業廢棄物的亂堆亂放而造成的面源污染，而且有利于凈化環境，減少疾病的發生，提高廣大公眾保護生態環境意識；同時促進了農業循環經濟的發展，引導人民使用清潔能源，建設資源節約型、環境友好型社會，對促進資源綜合利用和農村經濟社會可持續發展也具有積極作用。

4.2 環境效益

羅坊沼氣站通過厭氧發酵技術處理農業有機廢棄物，僅養殖糞污治理這項，每年就可以減少COD排放量4 775.27 t，NH3N排放量292.65 t，而產生的沼氣還可替代煤碳和液化氣等。另外，以沼渣沼液為原料加工的生態有機肥，在施用過程中不僅可以增強農產品質量，還促進農業生態循環恢復，減輕土壤重金屬污染。

4.3 經濟效益

該工程建成后，可年產沼氣約131.40萬m3，可保障羅坊鎮3 000戶居民穩定安全供氣，運行中沼氣按2.20元/m3收費，與傳統液化氣相比，價格相對便宜，使用沼氣比使用液化氣每月每戶可節約25.00元，給老百姓帶來了經濟實惠。該站產生的沼渣、沼液加工成固態、液態有機肥分別為0.22萬、3.30萬t，可減少化肥量0.20萬t，不斷改善土壤質量，輻射帶動周邊0.67萬hm2水稻田、蔬菜園、果園實現生態有機種植，具有良好的經濟效益。

5 結論與展望

由江西正合環保工程有限公司投資建設并運營的羅坊沼氣站，開創了江西省沼氣商業化、產業化發展的先河。沼氣服務覆蓋范圍多達3 000戶居民，它在為農村提供穩定安全的清潔能源的同時，也可治理農業污染，將農業廢棄物變廢為寶、達到節能減排的效果，推進了農業可持續發展，在能源緊缺的當今時代，符合發展清潔生產、循環經濟的要求，這對進一步帶動周邊農業環境治理，推進農業產業結構調整，提高農產品的競爭能力，創造良好的生態環境具有十分重要的意義。

目前，我國的沼氣集中供氣工程投資和運營成本高，產品收入低，造成沼氣工程自負盈虧能力差[7]。王紅彥等對河南、山東和江蘇3個省份的6個秸稈沼氣集中供氣工程進行分析，認為在同時考慮折舊和運行費用的情況下，秸稈沼氣集中供氣工程皆虧損運行，投資回收期一般在20年以上，工程嚴重缺乏經濟性[8]。但是，江西正合環保工程有限公司通過引進歐洲先進的混合原料發酵技術，把歐洲先進的生物質能技術與我國實際情況相結合，提高了沼氣產量，采取農業秸稈原料換氣的方法及養殖業包干治理糞污等方式，既提高了原料的利用率，降低了原料收購成本，又減免了用戶的使用費，同時，將厭氧發酵過程中產生的沼渣沼液進行進一步加工成生態有機肥出售，不僅最大程度地降低了項目的運行成本，還拓展了運營的產品及銷售渠道，經濟效益得到顯著提高。

在項目運營的過程中，人們也要注意到加強沼氣站的安全管理運營，提高管理人員和操作人員的技術水平。另外，要實現沼氣產業化發展，就要大力發展沼氣相關產業。發展以沼氣發酵為依托的產業鏈，進行多產業的組合，在規?；幕A上充分發揮多個產業間的優勢互補，實現沼氣工程的效益最大化。

參考文獻

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