新疆寒區規模化養殖場沼氣工程利用*

劉軍林，袁雅梅，劉艦林

（1.新疆西域牧歌農業科技有限公司，新疆 石河子 832000；2.新疆兵團農業技術推廣總站）

0 前言

2016年12月21日，習近平總書記主持召開中央財經領導小組第十四次會議，首次提出“農村能源革命”，他指出：“加快推進畜禽養殖廢棄物處理和資源化，關系6億多農村居民生產生活環境，關系農村能源革命，關系能不能不斷改善土壤地力、治理好農業面源污染，是一件利國利民利長遠的大好事。要堅持政府支持、企業主體、市場化運作的方針，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農村能源和農用有機肥為主要使用方向，力爭在”十三五“時期，基本解決大規模畜禽養殖場糞污處理和資源化問題。”強調 “兩個主要方向”——以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農村能源和農用有機肥為主要使用方向。

國務院辦公廳印發《關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見》，明確提出到2020年全國畜禽糞污綜合利用率達到75%以上。《全國沼氣發展“十三五”規劃（2016—2020）》指出，到2020年全國新建規模化生物天然氣工程172個，新建規模化大型沼氣工程3 150個，新建中小型沼氣工程25 500個，認定果（菜、茶）沼畜循環農業基地1 000個；新增沼氣生產能力約50億m3，總量達到200億m3左右；“十三五”期間農村沼氣工程總投資500億元。可見，黨、政府對沼氣工程的重視，支持力度也是空前的。這也表明，黨和政府關心畜禽糞污污染問題，表明了解決農村能源和農業、畜牧養殖業健康可持續發展瓶頸問題的決心和意志。

據新疆兵團統計局數據顯示，兵團2017年年末牲畜存欄772.58萬頭（只），其中，牛50.77萬頭，豬167.47萬頭，羊548.49萬只；年內牲畜出欄882.71萬頭（只），增長6.0%[1]。據估算，全國畜禽糞污年產生量約38億t，綜合利用率不到60%，已成為農業污染的主要來源。目前，新疆兵團的畜禽養殖業已從散養向集約化和規模化方向發展，發展沼氣事業，利用沼氣工程處理畜禽糞污污染大有可為。

沼氣屬于可再生能源，是發展可持續農業效率最高、投資最省的一種模式。近年來隨著畜禽養殖業的迅猛發展，畜禽糞污對環境的影響越來越受到社會的關注。沼氣及沼氣工程能夠實現農業、畜禽養殖業廢棄物的循環利用，它是植物生產、動物轉化、微生物還原鏈條里重要的一環，是促進循環農業、畜禽養殖業健康可持續發展的紐帶；也是處理糞污，減少環境污染，實現糞污資源化利用，達標排放，促進種養結合，農業綠色發展的紐帶。

新疆地處祖國西北邊陲，冬季時間長，有的地區凍土層達1.7 m，在長達半年的時間里不利于沼氣池產氣。北疆地區10月份平均溫度均在8℃左右，還能正常產沼氣，進入11月份大部分地區平均溫度均低于沼氣正常發酵溫度，沼氣池發酵緩慢甚至不產氣。要發展新疆沼氣事業就必須克服新疆寒冷地區冬季沼氣池的使用問題，而提高沼氣池料液溫度是解決問題的關鍵[2]。

1 新疆寒區規模化養殖場沼氣工程現狀

1.1 傳統磚混模式

由于新疆地域區位等多種條件的局限，新疆沼氣工程仍然處在較低的層次。主要表現為工藝水平低、“三沼”利用率低和運行困難等，都是新疆寒區沼氣工程面臨的問題。新疆目前有一些中小型沼氣工程還是沿用傳統工藝，使用磚混模式，這樣雖然工程成本降低了，但是，面對新疆的干旱、鹽堿、寒冷等因素，無法保證沼氣工程正常和長期穩定運行。

1.2 地上處理模式

地上處理模式，一般是采用內地南方一些沼氣先進省市的技術模式建設。通常有常溫及中溫地上完全混合式 （簡稱CSTR）、上流式厭氧污泥床 （簡稱UASB）、升流式固體反應器（簡稱USR）等等，主要表現為巨大的發酵罐體佇立在凌冽的寒風中。增保溫是系統成敗的關鍵，也是能耗巨大的表現。沼氣系統無法正常運行，主要也與增保溫系統沒有做好和沒有做到位有關；另外，后期的運行維護也需要大量的能源投入，影響了業主的經濟效益和繼續投入的信心。

1.3 半地下處理模式

半地下處理模式，即厭氧發酵罐體的1/3或1/2設置于地下，且地下和地上全部進行保溫處理，保溫層厚度在5～15 cm之間，一般采用苯板和巖棉進行保溫。德國沼氣工程多半采用的是半地下處理模式，它的主要優勢是保溫、方便清渣和維護。

1.4 地下處理模式

地下處理模式，主要是將厭氧發酵罐體全部設置于地下，對整個發酵罐體進行保溫處理。在新疆發酵罐體填埋深度要超過凍土層深度。主要優勢是保溫和沼氣發酵運行平穩。一般冬季增溫方式為燃煤燃氣鍋爐和太陽能熱水循環系統供熱。這種處理模式也是新疆沼氣工程能夠正常平穩運行的有效方式之一。

1.5 新型膜結構處理模式

新型膜結構處理模式，是地下處理模式的一種，它是由新疆西域牧歌農業科技有限公司研制開發的一種集約化養殖場能源化綜合處理、高效利用的一種糞污處理模式、也是沼氣工程資源化利用的一種模式。如圖1所示。

新型膜結構沼氣池是由聚氯乙烯高分子復合材料制成，呈膽體結構，具有耐老化、抗凍融、拉伸強度高、氣密性強等特點，膜結構沼氣池膽體易于安裝，方便保溫和增溫。建設、維護、保養以及后期管理都很方便。它能有效克服鹽堿、晝夜溫差大、膨脹系數高等困擾新疆沼氣發展的瓶頸問題，它的耐凍融性能也高，非常適宜新疆的地理和氣候條件，是發展沼氣工程的值得推廣的厭氧發酵裝置。其特性為氣密封性（充氣5 kPa，保持24 h）、無破裂或滲漏。熱合撕裂強度（kN/m）≥ 50，拉伸強度（MPa）≥ 16[3]。技術方案為：沼氣發酵池，完全建設在養殖場地下，深度超過凍土層，系統有增保溫裝置，使用固液分離，分別處理固體和液體部分，綜合處理效率高。相關技術該公司均有授權專利保護。

2 新疆寒區規模化養殖場沼氣工程分析

2.1 冬季處理的問題

圖1 新型膜結構沼氣工程工藝流程

隨著新疆畜禽養殖業的發展和規模的不斷擴大，廢棄物處理成為產業發展面臨的主要問題，尤其是冬季糞污的處理問題。冬季處理糞污難度大，主要原因就是液體部分沒有好的處理方法。建議發展沼氣工程，進行固液分離，固體部分制作有機肥，液體部分生產沼氣，以及沼液儲存等措施加以解決。沼氣工程中，沼氣發酵池的冬季保溫和增溫尤為重要，而保溫和增溫投入較大，許多沼氣工程項目發酵池的保溫和增溫沒有按規范去做，發酵池溫度低，沼氣生產的連續性和穩定性不能保證[4]。建議加大沼氣工程增保溫建設力度，確保冬季正常處理畜禽糞污。沼液儲存及沼渣處理方面可以借鑒德國相關工藝進行：在沼渣沼液的利用上，德國相關法律有特別規定。當農場之間的沼肥交叉使用時，須經過70℃以上的高溫消毒處理，若用于飼料施肥，必須在90℃的溫度下處理1 h。另外，秋季以后（10月至來年4月），沼液必須貯存6個月以上才能使用。在德國，沼渣沼液還田利用十分充分，沼渣沼液的還田運輸全程機械化[5]。新疆地區冬季沼液可以貯存6個月以上，這樣有利于環境保護，但需要建設較大的配套儲液池。

2.2 沼氣工程資金問題

資金問題一直是新疆沼氣工程快速發展的瓶頸問題，也是制約畜禽糞污處理和綜合利用的攔路虎。一些沼氣工程不能正常運行，主要原因就是配套資金不到位，致使相關增保溫設施和糞污處理設備不到位，影響了沼氣工程的平穩和順利運行。在此提出以下建議和措施：（1）積極申請政府相關配套支持資金，把政府扶持的優惠政策用好：農業部2017年，支持和建設了485個規模化大型沼氣工程和18個規模化生物天然氣工程，支持沼渣沼液利用設施建設，推進沼氣轉型升級，促進沼肥利用。農業部會同發改委積極指導落實沼氣發電上網標桿電價和上網電量全額保障性收購政策，推動符合相關要求的生物天然氣并入燃氣管網等等優惠政策；（2）加大投融資行動，現在國家非常重視環境保護，處理畜禽糞污的沼氣工程是利國利民的大事。相關政策有：一是2017年共支持96個畜牧大縣整縣推進畜禽糞污資源化利用，探索市場化治理機制，其中涉及新疆及新疆生產建設兵團的有呼圖壁縣、昭蘇縣及石河子市3個畜牧大縣（市）。二是將畜禽糞污資源化利用裝備列入農機購置補貼范圍，實行敞開補貼、應補盡補。三是印發專項規劃資金支持，支持資金在2.0億～4.7億元；隨著政策資金的投入也可以吸引社會資金對沼氣工程進行投融資；（3）積極宣傳養殖企業對沼氣工程進行投資。隨著環保督查和環保執法宣傳力度的加大，越來越多的養殖企業認識到環保的重要性，對畜禽糞便污染的治理是養殖企業必須承擔的社會責任。只有養殖企業積極處理糞污污染，才能實現養殖業與種植業的良性循環，實現畜禽養殖業綠色、健康和可持續發展。

2.3 人員培訓

新疆寒區的沼氣工程要大發展就離不開相關技術人員。要加強對新疆區域內大中型沼氣工程施工、使用人員的業務培訓，不斷提高技術水平和管理水平。特別是對于技術性強的沼氣發電、系統運行、管理、維護等方面，要抓緊培養專業技術人才，盡快滿足工作需要，做到技術問題有人懂，排除故障有人會。要建立健全沼氣工程安全運行責任制和市場化管理機制，做到責任明確，規范運作，確保沼氣工程長期、高效和安全運轉。

2.4 沼氣工程發展趨勢

德國沼氣工程從20世紀90年代初開始建設，德國《可再生能源法》規定，對生物質（沼氣）發電實行基本補償和獎勵補償，補償期20年，補償率按比例逐年遞減。在此政策引導下，目前德國沼氣占可再生能源的比例為43%，到2020年，全德國將建成12 000個沼氣工程，使用沼氣發電占全國發電總量的7.5%，到2030年，在天然氣管網中至少包含10%的沼氣[5]。丹麥同德國一樣也是發展沼氣工程技術的先進國家，丹麥是歐洲畜牧業強國，沼氣工程從20世紀70年代開始建設，沼氣建設模式向集中式沼氣工程模式發展，其核心是將分散的畜禽糞污集中進行厭氧處理[6]。丹麥政府指出：到2020年，50%的畜禽糞便必須進行厭氧技術處理，政府對修建沼氣工程提供20%的補貼和60%的市政貸款；《2050年丹麥能源發展戰略》提出，計劃在2050年完全擺脫對化石能源的依賴。我國政府提出：到2020年全國畜禽糞污綜合利用率達到75%以上；2016年出臺的 《全國沼氣發展 “十三五”規劃（2016—2020）》提出：“十三五”期間農村沼氣工程總投資500億元；農業部新批準的整縣推進畜禽糞污資源化利用畜牧大縣新疆有6個，新疆兵團有2個畜牧大縣，可見，在新疆發展沼氣工程前景廣闊。

3 結論

中央預算內投資畜禽糞污資源化利用整縣推進項目，支持畜牧大縣、國家現代農業示范區等率先推進畜禽糞污資源化利用，鼓勵各地出臺配套政策，對畜禽糞污資源化利用工作給予支持。在此大背景下，新疆沼氣事業迎來了大發展的春天。新疆沼氣工程一定要練好內功，積極提升沼氣增保溫技術水平、提升處理糞污的效率，吸收國外先進沼氣技術，對現行的沼氣技術進行轉型升級，提高沼氣工程的綜合經濟效益，提升沼渣、沼液和有機肥的效益，把沼氣工程真正做成保護環境、促進循環農業發展的好工程和好項目。沼氣工程只有不斷開拓、創新，用新技術、新材料、新觀念才能發展壯大，才能為養殖業健康發展保駕護航，才能促進種養結合，成為農業綠色發展的紐帶。