沼氣智能監控與生態循環利用模式的探索

雷大西，林蘇紅，劉海亞

(1.蒼南縣農村能源辦公室，浙江 溫州 325800； 2.溫州市農村能源辦公室，浙江 溫州 325000)

利用沼氣工程對養殖場排泄物進行無害化、資源化、生態化處理，是保護生態環境的一種切實可行的方法，也是促進生態循環農業發展的有力途徑。但是由于沼液消納與種植農閑之間的矛盾，以及沼氣利用存在的安全隱患等問題，使得如何對養殖場的沼氣工程進行安全運行和管理，同時對沼液進行有效地處置，成為當前大部分養殖場面臨的難題。據統計，蒼南縣目前已有56家畜禽養殖場建設了沼氣工程，但是多數養殖場周邊沒有足夠面積的土地消納沼液，沼液的處置成了制約養殖場發展的一大因素。

蒼南縣宏財良種豬養殖專業合作社通過安裝沼氣智能監控系統對沼氣工程進行安全運行管理，并建設沼液凈化處理系統，使沼液能夠達標排放，緩解了農閑時的沼液消納問題，也保護了生態環境。

1 主要特點

1.1 模式簡介

蒼南縣宏財良種豬養殖專業合作社的沼氣智能監控與生態循環利用是以“畜禽糞污-厭氧發酵沼氣(安裝智能監控系統)-部分沼液用于種植灌溉消納-剩余沼液凈化處理達標排放”為主要工藝路線的生態循環模式。該模式遵循農牧結合、生態循環和互聯網+智能監控系統聯動，以沼氣工程為紐帶，建設物聯網沼氣智能監控系統1套，以“三沼”綜合利用為重點內容，產生的沼氣供周邊農戶和養殖場生活供能，沼渣經厭氧處理和干濕分離后堆積發酵作為有機肥料，沼液通過養殖場周邊茶園、山竹和蔬菜基地消納，未能通過消納利用的剩余沼液經深度處理,系統凈化后達標排放。該模式將畜禽養殖、沼氣智能監控、種植發展綠色農產品和沼液凈化處理達標排放等措施進行有機地結合、協同發展，使沼氣工程安全智能地運維，以改善生態環境。

1.2 模式背景

蒼南縣宏財良種豬養殖專業合作社成立于2008年，位于蒼南縣沿浦鎮云亭村斗米企，與福建省福鼎市交界相鄰，是一家飼養和經營商品豬的大型生豬養殖企業，系溫州市副食品后備基地、蒼南縣農業龍頭企業、蒼南縣沿浦鎮最大的商品豬生產基地。養殖場年平均存欄商品豬約3 000頭，2014年建設沼氣工程600 m3，站內儲液池500 m3，田間儲液池2 000 m3，周邊現有種植茶園、蔬菜、山竹、桑樹基地共約66.67 hm2，2016年安裝了沼氣智能監控系統(沼氣控制PLC柜、沼氣控制動力柜、超聲波流量計和沼氣分析儀及智控相關配套設施)，2017年建設了日處理40 t沼液的凈化處理池1 300 m3(其中調節池120 m3，兼氧池/好氧池1 000 m3，沉淀池90 m3，污泥池90 m3)及深度處理配套設施等。

在未建設沼氣生態循環利用系統之前，由于該場長期排放的養殖廢水對環境造成不好的影響，與周邊農戶產生了較大的矛盾，影響了養殖場的長期發展和生存問題。2014年養殖場通過建設沼氣工程及生態循環模式，養殖廢水通過沼氣工程處理后，沼渣沼液優先用于周邊茶園(蔬菜)基地等消納灌溉，未能及時消納的一部分沼液通過深度凈化處理達標排放。沼氣工程產生的沼氣供給周邊255戶農戶(包括部分福建省農戶)作為生活用能，大大緩解了養殖場與周邊農戶的緊張關系。宏財良種豬養殖專業合作社沼氣生態循環利用模式通過建設沼氣工程和沼液凈化處理系統，使周邊農戶免費用上高效的清潔能源，緩解了養殖企業與農戶的矛盾；沼液通過茶園等消納灌溉,既解決了環境影響和沼肥在農作物用肥淡季對周邊的污染問題，又提高了農作物的經濟效益。

為提高沼氣工程的安全科學管理水平，及時掌握和處理沼氣運行過程中出現的情況，養殖場安裝了沼氣智能監控系統，數據通過沼氣物聯網監控平臺與省農業智慧云平臺實現共享，方便相關管理部門管理監督，同時也方便農村能源部門專家在線提供技術咨詢和指導服務。養殖場的管理人員通過沼氣智能監控系統監測沼氣運行情況并進行在線預警，保障沼氣工程的安全運行，也保障沼液的質量，走出了一條沼氣智能安全運行和生態循環農業的新模式。

1.3 模式流程

模式流程見圖1～2。

圖1 生態循環模式的流程

圖2 沼氣智能監控的系統流程

1.4 工藝技術

1.4.1 厭氧發酵

利用完全混合式厭氧反應器進行厭氧發酵，畜禽糞便污水先進入集水池，再經過固液分離裝置去除大部分懸浮物，分離后的污水直接進入厭氧消化器發酵產生沼氣。沼氣作為生活燃氣供給養殖場和周圍農戶使用。

1.4.2 沼液凈化

以沼氣為紐帶，用A/O法+MBR生物膜法處理工藝，將養殖場沼氣工程產生的沼液經調節、兼氧、厭氧、沉淀、吸附等深度處理工藝后達標排放用于農田灌溉或養殖場中再利用，形成“畜禽—廢水—沼液處理—再利用”的循環系統。

1.4.3 沼液沼渣利用

養殖廢水通過固液分離、貯存、輸送技術，經厭氧發酵后排放的沼渣采用固液分離技術，沼液先儲存于沼肥儲存池再通過灌溉管道進行輸送,沼渣先堆肥，免費供給周邊種植大戶作有機肥。

1.4.4 沼氣智能監控系統

整個智控系統集儀表檢測技術、計算機技術、控制技術和物聯網通信技術于一體。對沼氣工程中的預處理單元、發酵單元、儲氣單元和凈化單元進行監控操作，從預處理單元一直到沼氣產出階段進行全程監控測量，當有警報或故障發生時，系統及時通知操作人員，盡快排除故障，使沼氣工程的運行更加平穩安全。

2 運行機制

2.1 政策保障

通過示范項目建設，爭取農業財政項目支持，為沼氣智能監控和生態循環農業投入提供資金保障，同時提供科技服務。定期組織沼氣工程業主、農技人員參加相關農業技術培訓班，提高科技知識與生態農業結合率，實現農業資源高效利用和可持續發展。

2.2 運行機制

完善后續服務體系功能，要求縣農村能源后續服務中心對實施“豬、沼、茶(菜)”等沼氣生態循環農業的基地，在沼氣工程運維、技術對接方面優先安排。

通過沼氣物聯網監控平臺和智慧農業云平臺對沼氣工程進行實時監督指導，使技術服務、監督管理部門和業主保持聯系、溝通，保障沼氣工程的正常運維，使沼氣和沼液得到安全有效地使用。

3 效益分析

該模式目前在蒼南縣沿浦鎮云亭村斗米企的宏財良種豬養殖專業合作社運行，開展以沼氣為紐帶的生態農業循環模式，安裝的沼氣智控系統不僅提高了沼氣工程的智能化水平，提升了工程運行的安全性，使設備運行故障能及時地排查和解決，縮短了故障的處理周期，也方便了有關部門的監督管理和技術指導。該模式促進了沼氣管理水平的提高和生態農業的發展，改善了農村環境和農民生活質量，取得了良好的經濟效益、生態效益和社會效益。

3.1 經濟效益

沼液經凈化處理達到排放標準后用于農田灌溉或養殖場中再利用，每天40 t的沼液在農業用肥淡季得到有效處理利用，促進農業節水，每月減少排污費支出達1萬元。沼氣可用作燃料和生活照明，減少農民的生活成本。由于沼氣智能監控系統的應用，使養殖場業主對沼氣工藝不斷進行改進，提高了沼氣產氣量。

3.2 環境效益

以沼氣為紐帶的生態農業循環經濟模式一方面減少了化肥、農藥使用量，降低農田徑流污染和空氣污染；另一方面沼液凈化利用工程有效減少了廢水中可能殘留的重金屬、獸藥、有害病原體對環境及農田的污染，對提升規模化畜禽養殖場的污染整治具有很好的示范作用，符合生態循環農業示范要求，也使養殖場的生態環境得到改善。

3.3 社會效益

沼氣工程產生的沼氣供農戶使用，提高了農民的生活質量，也改善了養殖企業與農戶之間的矛盾。沼液的資源化利用，減少了農藥化肥的使用，提高了農作物的品質，也促進了農產品的質量安全。沼氣工程的建設改善了養殖場的衛生環境，畜禽糞便經過發酵，其中的寄生蟲、病原菌也在厭氧池內被消滅，減少了疾病傳染的風險，提高了衛生水平，使農村生活環境得到改善。

4 小結

沼氣智能監控與生態循環利用模式不僅提升了沼氣工程的運行管理水平，還為消納條件不足的養殖場的排泄物治理起到了借鑒示范作用。該沼氣工藝可選擇帶增溫設施的地上式厭氧罐或帶攪拌裝置的地埋式厭氧池，產生的沼氣可發電供應機械設備動力用能，固液分離、料液循環、好氧曝氣等機械設備采用智能監控，確保工程安全運行。養殖場所在的區域農田消納面積較小、經濟相對較發達的地區較適宜推廣該模式。