贵州省农村能源建设_沼气利用技术刍议

山地农业生物学报29(1):61~66,2010Journal of M ounta i n Agricu lture and B iology山区开发 贵州省农村能源建设 沼气利用技术刍议*张瑞雪,熊玲,毛健全(贵州大学资源与环境工程学院,贵州贵阳550003)摘要:随着西部大开发战略的实施,贵州省充分认识到加快发展农村沼气技术对农村能源建设具有重要现实意义和长远战略意义。

本文在阐述沼气发酵原理和基本类型的基础上,总结农村沼气利用的能源生态模式,重点剖析贵州省农村沼气利用的模式及其产生的经济、社会和生态效益,并对目前贵州省农村沼气利用的成效及存在问题进行了探讨。

关键词:贵州省;沼气技术;!四位一体∀模式;!猪-沼-果∀模式中图分类号:S216 4(273)文献标识码:B文章编号:1008-0457(2010)01-0061-06Energy sources construction i n count r ies of Guizhou P rovince m et hane utilizati o n technologyZHANG Rui xue,XIO NG L ing,M AO J ian quan(College of Resource and Environmental Engineering, Guizhou University,Gui yang550003,China)Abstract:A s the exploitat i on of the west Chi na,G uizhou Province has highli ghte d that it is of h i gh m i por tance for real life and sustainable develop m ent to accelerate the c ountr y m ethane utilization.Based on t he m etha ne fer m e nt pri nci ple and basic types,this paper summarized the eco l og ical patter ns of m etha ne energy sources i n country.A lso,the patter ns of m ethane ut ilization and its econo m ic,social and ecolog i ca l benefits had bee n a nal yzed herei n.Further,the effect and pr oble m s o f m ethane ut ilization patter ns had bee n dis cussed.K ey works:Gu izhou Prov i nce;m et hane techno l ogy;!Four i n one∀pattern;!P ig m et ha ne fr uit∀pattern沼气在我国的应用已有一个多世纪的历史,大体上经过了四个发展时期,但都由于建设技术、池型缺陷、日常管理不当、后续服务跟不上等问题,被迫减缓了建设速度[1]。

近年来,在我国新农村建设的进程中,能源问题成为一个较突出的问题。

沼气能源作为一种清洁无污染的生物质能源,再次成为农村能源建设的首选。

发展农村沼气对解决农民生活用能,缓解能源短缺,改善农村的生产生活条件,增加农民收入,减少薪柴消耗,实现造林绿化等具有重要的意义,尤其是在多山的农村,更能够充分发挥山区和农村环境的生态屏障功能的积极作用[2-3]。

围绕西部大开发战略,贵州省把!生态家园富民工程∀建设作为实践!三个代表∀重要思想、为民办实事的具体体现,在农村积极完善各项措施,大力发展沼气利用技术,广大农民把沼气工程称为!民心工程∀和!生态工程∀。

1贵州省农村沼气能源建设的必要性1 1生态环境破坏严重目前,贵州省总人口约3913万人,其中农业人口占全省总人口的85%左右,并且全省60%以上的农收稿日期:2008-11-18;修回日期:2009-06-07基金资助:贵州大学资源与环境工程学院青年教师科技基金项目(ZHY0805)资助作者简介:张瑞雪(1979-),女,河北邢台人,讲师,硕士。

研究方向:水污染控制和治理。

E-m ai:l Zhangxuer7908@62山地农业生物学报2010年户仍然以薪材、秸秆为生活燃料。

全省约有420万户农户以烧柴为主,每年需耗薪材3780万,t相当于2268万m3。

贵州森林自然生长率在8%左右,活立木蓄积年均总生长量约为1497 3万m3,仅为薪材消耗量的1/2[4]。

随着人口的增长,薪炭材的需求量越来越大,使得大小面积的森林生态系统正遭受严重破坏,森林涵养水源、调节旱涝的作用逐渐降低,每逢雨季山洪暴发、山体滑坡、洪水泛滥,旱季则溪流干涸[5]。

农村生活能源的短缺不仅制约着农村经济发展,而且导致了滥砍乱伐、植被破坏、水土流失等后患,使国家实施的退耕还林还草等政策难以持续。

因此,农村生活能源问题已成为巩固生态环境建设成果的重要制约因素。

1 2农村环境污染严重当前农村还普遍存在!脏、乱、差∀的现象,特别是厕所、猪圈污染的问题,是破坏农村环境卫生的主要污染源[6]。

农村地区的人畜粪便不能得到及时有效的处理,严重污染了农民生活环境,常常导致农村疫病流行,传染病多发,公共卫生条件较差,制约了农民的身体健康和生活质量的改善。

农家炊烟造成的室内空气污染,已成为危害人们健康的主要原因之一。

根据世卫组织与联合国开发计划署联合声明,发展中国家农家炉灶中冒出来的呛人浓烟每年导致160万人死亡。

1 3农业综合效益低目前在我国,农业综合效益低,农民收入低,增收缓慢,严重制约了农村经济持续快速发展。

而发展沼气,在解决广大群众生活用能问题的基础上,还带动了生态养殖业和高效种植业的发展,提高了农产品的质量和产量,直接或间接地增加了农民的收入,具有显著的经济效益[7]。

凡是有生物的地方都有可能获得制取沼气的原料,沼气是一种取之不尽、用之不竭的再生能源。

目前,我国能源短缺日益严重,价格上涨,从能源建设长期发展的角度来考虑,并从贵州的实情出发,农村必须寻求一条可持续发展的道路。

因此,因地制宜,在农村大力开发利用沼气能源,解决农民的生产和生活问题,对促进农村社会经济和生态环境的协调发展,建设社会主义新农村具有深远的意义[8]。

2沼气发酵的基本原理及主要类型2 1沼气发酵原理[9]沼气是有机物质在厌氧条件下经过微生物发酵生成以甲烷为主的可燃气体[10]。

有机物发酵可以产生3种物质:一是沼气,以甲烷为主,是一种清洁能源;二是沼液,含可溶性氮、磷、钾,是优质肥料;三是沼渣,主要成分是菌体、难以分解的有机残渣和无机物,是一种优良的有机肥,并有土壤改良功效。

沼气产业就是利用农村生产、生活过程中的废弃物,通过沼气池的厌氧反应,产生沼气、沼液、沼渣,再将其用于生产、生活的各个环节,就形成了一个良性的产业循环过程[11]。

农村的农作物秸秆及人畜粪便的生物化学转化技术主要是以厌氧消化和生物酶技术为主。

厌氧消化主要是把生物分解为沼气(通常指农村沼气技术),这是一个生物化学转化过程。

依靠厌氧微生物将秸秆转化成可燃气体,整个转化过程可分成3个步骤[12-13]:首先将不可溶复合有机物转化成可溶化合物;然后将可溶化合物再转化成短链酸与乙醇;第三步,上述产物再经各种厌氧菌转化成气体,最后的产物为以甲烷(55%~70%)、二氧化碳(30%~45%)为主的可燃的混合气体,即是沼气。

沼气是在一定的温度、湿度、酸碱度和隔绝空气等条件下,经过多种微生物(沼气细菌)共同作用分解有机物质而产生的一种可燃气体,甲烷是沼气的主要可燃成分。

经微生物发酵,将作为燃料的碳、氢和作为植物营养元素的N、P、K等分离开,提高了能量和物质的利用效率,发酵沼气燃烧可使秸秆热效率提高94%。

2 2沼气池类型[9]随着中国农村沼气使用的日益推广和大型厌氧工程技术的进步,沼气工程技术有了迅速发展。

根据当地使用要求和气温、地质等条件,家用沼气池有固定拱盖的水压式池、大揭盖水压式池、吊管式水压式池、曲流布料水压式池、顶返水水压式池、分离浮罩式池、半塑式池、全塑式池和罐式池。

形式虽然多种多样,但是归总起来,大体是由水压式沼气池、浮罩式沼气池、半塑式沼气池和罐式沼气池4种基本类型变化形成的。

其中水压式和浮罩式是最常见的2种类型[14]。

3 农村沼气利用的能源生态模式经过多年的发展,根据建池的不同用途、当地自然条件和建池地形条件,我国沼气形成了自己的农村能源生态模式:单一模式的三结合模式、庭园生态农业模式(四位一体模式,三位一体模式)和西北!五配套∀生态模式[15-16]。

3 1 三结合模式[17]该模式是以沼气池为核心,因地制宜地将畜禽舍、沼气池和种植业相结合的经济模式。

其特点是畜禽联养,圈、厕、池三位一体,种、养、池有机结合,使生物种群互惠共生,能流、物流良性循环。

3 2 !四位一体∀高效种养结合发展模式[18]农村沼气!四位一体∀模式是指在农户庭院内建日光温室,在温室的一端地下建造一个沼气池,沼气池上建猪舍和厕所,温室内种植蔬菜和水果。

四者有机结合在一起,以太阳能为动力,以沼气为纽带,种植与养殖并举发展,能流与物流良性循环,生产与生活共同提高[19]。

日光温室的作用是为沼气池、猪、温室内的农作物提供适宜的温湿度条件,不仅能够生产反季节的蔬菜和瓜果,而且能够缩短生猪出栏时间,同时能够满足沼气池内发酵物所需要的温度,保证寒冷的冬季也能正常生产沼气。

养猪除直接增加收入外,还可以通过猪的呼吸作用为作物提供二氧化碳气体肥,而农作物的光合作用则能增加猪舍内的氧气含量,有些农作物还可以直接作饲料。

人畜粪便进入沼气池后发酵产生沼气,可用于炊事、照明和生产生活,也可以在温室内燃烧,增加温度和二氧化碳浓度。

沼气发酵的残余物(沼液和沼渣合成沼肥)可以开展多项综合利用,如用作有机肥料、饲料添加剂、沼液浸种、喷洒叶面等。

农村沼气!四位一体∀模式的各组成部分相互利用,相互依存,优势互补,形成一个能流、物流良性循环的生物圈,成为发展无污染、无废料生态农业的重要技术措施[20]。

3 3 !猪-沼-果∀能源生态模式[21-23]!猪-沼-果∀生态模式及配套技术是以农户为基本单元,利用房前屋后的山地、农田、水面、庭院等资源,建设禽畜舍、沼气池和果园等几部分,同时使沼气池的建设与禽畜舍和厕所三结合,构成养殖-沼气-种植三位一体的庭院经济格局,形成生态良性循环,提高农民生产生活水平。