秸稈與畜禽廢棄物資源化綜合利用成套技術設備的設計與研究

趙文峰　沙莎　陳學武　盧蓓蓓

摘要 針對我國目前秸稈畜禽廢棄物利用率低的現狀，指出目前畜禽糞便和秸稈產沼氣在技術及地域等方面存在的問題，開發設計一種把秸稈和禽糞便聯合起來產沼氣的設備，并且逐步提高秸稈的配比投料量，同時發酵后的沼渣沼液又是上等的高效有機肥，肥地保土，有利于開發有機林果、有機蔬菜種植。

關鍵詞 秸稈;畜禽糞便;沼氣;設備

中圖分類號 S141.4

文獻標識碼 A

文章編號 1007-5739（2019）08-0157-02

1開發設計的目的和意義

我國是世界上最大的農業生產國，種植業每年產生各類作物秸稈約7億t，是一種大量的永續性寶貴資源，若進行綜合利用，不僅能變廢為寶，保護生態環境，還能促進農業生產的可持續發展"。然而農作物秸稈約有60%以上未得到有效的處理和利用，不僅浪費了資源，而且由于大量秸稈的露天焚燒，會導致嚴重的大氣污染，并引發火災和影響高速公路與民航的運行安全等社會問題"。是否能有效地處理與利用秸稈是我國農村面臨的主要的資源、環境問題之一。因此，迫切需要尋找新的利用途徑。

農業部把秸稈沼氣生產技術列為我國農業和農村“十大節能減排技術"之首。秸稈沼氣化，是指利用厭氧微生物把秸稈轉化成沼氣的生物學過程。厭氧消化技術本身已經非常成熟，它已被非常廣泛地用于多種有機廢棄物的生物氣化，如人畜糞便、食品廢物、生活垃圾、活性污泥等易降解有機物。但是技術上：一是秸稈成分中缺少氨磷，不利于微生物的生長。因此，利用秸稈制沼氣在一定程度上增大了微生物分解的難度，采用的發酵技術還不能夠完全滿足秸稈沼氣發展的需要，只能在小范圍內進行示范性應用2。二是秸稈的木質纖維素含量高，不易或不能被厭氧菌消化，導致消化效率不高產氣量低，投人產出效益差;秸稈也不具有流動性、無法進行連續消化，而且密度小、體積大，進出料困難，生產效率低;三是現有反應器主要是污水處理和畜禽糞便消化用反應器，缺乏適合秸稈物料特性、并能穩定、高效運行的專用反應消化器B。四是秸稈沼氣應用實踐的受挫，導致秸稈發酵制沼氣的研究受挫，因而應注重培養秸稈沼氣的專業技術人員，盡快開發出便捷經濟的秸稈發酵新技術、新工藝，以科研促進生產。現在，秸稈常作為厭氧消化的“配料”使用，僅用于調節物料性狀或碳氮比例等，一般不以秸稈為主原料進行厭氧消化生產沼氣4但是，與常用的厭氧消化原料如畜禽糞便等相比，秸稈具有來源廣泛、儲量大、價格便宜、收集及儲存方便等優點，如果能研究開發一些特殊的關鍵新技術、新I藝，使秸稈聯合富含氨磷成分的畜禽糞便一起發酵產沼氣，則有望形成一個兩者優勢互補的大規模生物能源產業。

目前，畜禽糞便產沼氣得到了迅速發展。但這只是在養殖業集中的地區，糞便原料較充足，沼氣迅速發展，農戶利用沼氣可獲取足夠的清潔廉價能源供日常生活之用'”。由于規模化養殖業的快速發展，農戶分散養殖逐漸減少，在一些非集中養殖區，畜禽糞便的減少，使沼氣的原料供不應求，到養殖區購買糞便價格高、路途遠。因此，不少地區出現了農村沼氣由于原料不足停用或棄池的現象。秸稈焚燒現象雖然在相關政策的強制下有所減少，但秸稈的焚燒處罰措施只能在一定程度上遏制秸稈的浪費和環境的污染。加強秸稈綜合利用不僅能緩解資源緊缺環境污染等問題，而且在一定程度上增加了農民的收人，減少了農村勞動力過剩的問題。怎樣把來源廣泛、存儲量大、收集及儲存方便、價格便宜，但只能作為厭氧消化“配料”使用的秸稈和傳統上厭氧發酵主原料的畜禽糞便聯合起來產沼氣，并且逐步提高秸稈的配比投料量，提高秸稈的配料比重，是農業大國亟待解決和攻克的瓶頸，同時發酵后的沼渣沼液又是上等的高效有機肥，肥地保土，有利于開發有機林果、有機蔬菜種植，實現農村經濟的良性循環。

2設計與研究的主要內容

秸稈畜禽廢棄物資源化綜合利用成套技術設備研發的項目主要包括以下9個方面.①研發秸稈鍘切揉搓細軟纖維化設備，進行秸稈預處理。②研發具有攪拌機構的預處理池箱。對秸稈、畜禽糞便人糞便進行合理的均勻配比（秸稈：糞便=1：2～3為宜）進行預處理，時間15～24h，使秸稈含水率達到65%～70%，添加沼液或糞便液，把預處理池的混合液體濃度調整到8%～15%，pH值6.5～7（pH值低于6.5，將抑制厭氧甲烷菌的活力），以備泥漿泵輸人發酵罐.③研發泵液系統的三向輸人和反沖機構，使混合液與發酵罐內的沼液充分混合，設計罐底的坡道式倒錐形結構，以便順利排放沼渣。④研發具有太陽能保溫升溫系統、溢氣、溢水等安全閥系統的發酵罐設備，保持發酵溫度15～35C，若低于129C甲烷菌停止產沼氣。⑤研發不同高度的彈性單向閥結構的多處取樣.在線溫度、pH值檢測系統，實現智能控制排放沼液沼渣及泵人預處理好的混合液，達到連續產沼氣的目的。⑥研發浮罩式沼氣儲氣罐、水汽分離、脫硫裝備，實現沼氣的凈化、壓縮裝罐或者管道輸送，以便送人終端用戶。⑦研發沼渣脫水儲存及沼液運輸專用設備，服務于農業種植，實現綠色循環經濟。⑧研發沼液過濾裝備、沼液稀釋池箱及向經濟林蔬菜大棚定點定時自動滴灌系統，從根本上保障并實現有機果、有機蔬菜發展.⑨研發全套整體智能控制系統，實現本項目整體工程技術的可視故障報警自我保護功能，達到科學智能可靠運行。

3項目的預期目標與相關前景分析

3.1項目預期目標

該項目沼氣發酵罐容積500m'，成套系統工程技術產品總投資350萬元，本項目滿負荷運行，年處理各種秸稈600t（約40hm2土地全年的秸稈產量）、畜禽糞便污水2800t（約300頭?；蛘?00頭豬的養殖場規模），若按秸稈為計算單位，秸稈產沼氣量350m/，年產沼氣15萬m2（甲烷含量55%左右）、沼渣沼液約2000t，其中沼渣（含水率25%）120t左右，沼渣沼液是綠色高效有機肥，循環利用到莊稼地經濟林，保田護地。

設計開發的沼渣脫水裝備、沼液儲運裝置、沼液過濾裝備、沼液稀釋池箱及向經濟林、蔬菜大棚定點定時自動滴灌系統，從根本上實現有機果、有機蔬菜發展，結合當地政府和村民委員會，鼓勵有計劃地開展千畝特色有機林、有機蔬菜大棚建設發展，引導開展特色農業、鼓勵外出務工人員回鄉創業、發展特色農家小院、農業觀光旅游等等，提高農民收入。

能常年集中供氣400戶人家（每戶按5人計算）。按照市場的價格計算，農民把秸稈送過來，平均收人250元/t。600t秸稈可實現收人15萬元。

3.2項目前景分析

本項目建成投產后，一套設備可將40hm2農作物秸稈及186.7t畜禽糞便、人糞便等都歸集到沼氣池，所產沼氣能夠滿足400戶人家、人口1500～2000人農業村莊的燃氣做飯、照明等需求，可實現燃氣的自給自足;同時沼氣站建在有規模養殖場的附近，方便糞便的沖刷輸送，避免畜禽糞便的運輸成本及沿途的臭味散發。該項目的實施，不僅為當地農民提供了清潔能源，徹底解決農村存在的灶屋里煙熏火燎、田里濃煙滾滾（焚燒秸稈）和畜禽糞便四處橫溢、臭氣熏天的大氣污染和農村面源污染問題，而且發酵后的沼渣沼液又是上等的高效有機肥，可肥地保土，進行有機林果、有機蔬菜種植，實現農村經濟的良性循環。項目實施可極大地提高農民的生活質量和幸福感指數，實現農村基層物質文明和精神文明雙豐收，實現強村固基，加強鞏固黨在基層的領導，將展現出一個村容整潔、環境優美生態文明、可持續發展的社會主義新農村的美好前景。

4參考文獻

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