山东省大中型沼气工程运行状况及对策建议_姚利

根据国家发改委 2012 年以后的补助要求，不再
率不高，也缺乏必要的检验检测手段，运行过程中出 资助沼气发电项目，国家投资的沼气工程全部为集
现的问题难以解决，影响了沼气工程的有效运行。 中供气，因此无法利用发电余热对厌氧罐加热。但
另外，环保部门没有像对工业企业一样对养殖场的 由于沼气工程的建设主体一般为单一的养殖企业，
造成严重污染。所以，应该从政策上引导，比如建立 下降，影响了沼气工程业主的积极性。沼气用途单
后续运行补贴机制，安排基层管理部门定期巡查，对 一及季节性的需求变化影响了沼气工程的稳定运
从工程规模来看，厌氧罐容积在 600 ～ 800 m3 的有 7 个，1000 ～ 1200 m3 的有 21 个，＞ 1500 m3 的
收稿日期： 2015-10-19 修回日期： 2016-01-29 项目来源： 山东省 2013 年 度 农 业 重 大 应 用 技 术 创 新 课 题； 济 南 市 高 校 院 所 自 主 创 新 项 目 （ 201303056 ） ； 山 东 省 科 技 发 展 计 划 项 目
根据调研，大多数沼气工程专设 1 ～ 2 人用于日 常维护管理，但管理人员素质良莠不齐。项目建设
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完毕后，基本上是靠业主的自觉去运行，对沼气工程 季为低效率运行或停止运行。因此建议预处理系统
的安全运行、定期检查检修、人员的培训没有有效的 可以采用采光板覆盖，安装太阳能增温系统，一次性
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山东省大中型沼气工程运行状况及对策建议
姚 利1，2 ，郭洪海1 ，付龙云1 ，王艳芹1，2 ，刘 英1 ，杨 光1 ，罗加法1，3
（ 1． 山东省农业科学院农业资源与环境研究所，山东 济南 250100； 2． 山东省农业面源污染防控重点实验室，山 东 济南； 3． 新西兰皇家农业科学院，New Zealand 3240）
Ｒunning Status of Large and Medium-sized Biogas Project in Shandong Province and Suggestions / YAO Li1，2 ， GUO Hong-hai1 ，FU Long-yun1 ，WANG Yan-qin1，2 ，LIU Ying1 ，YANG Guang1 ，LUO Jia-fa 1，3 / （ 1． Institute of Agricultural Ｒesource and Environment，Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jinan 250100，China； 2． Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Non-Point Source Pollution Controland Prevention，Jinan 250100，Chin； 3． Ｒoyal Agricultural Science Ｒesearch Institute，Hamilton 3240，New Zealand） Abstract： More than 30 of large and medium sized biogas projects in Shandong province were investigated in this paper． The project construction，operation，technical processes，biogas and residue utilization，were summarized and discussed． Suggestions and improving measures were put forward． Key words： biogas engineering； technical processes； construction and operation
我国广大农村地区拥有丰富的生物质资源，如 作物秸秆、畜禽粪便和生活垃圾等，如果这些资源没 有得到有效利用和处置，将成为危害环境的主要来 源。同时我国正面临着巨大的能源压力，开发并生 产各种可再生能源，替代煤炭、石油和天然气等化石 燃料是今后解决能源紧缺的必然选择。沼气工程不 仅可以处理大量的农业废弃物，消除畜禽粪便产生 的严重污染，同时有助于生态循环农业的发展，是治 理污染、实 现 废 物 资 源 化 利 用 的 一 条 有 效 途 径［1］。 沼气工程具有的这些优势，已经引起了政府部门的 关注和资助，也得到了许多养殖企业的认同，促使我 国大中型沼气工程建设得到了较快的发展。近几 年，在国家和省一系列政策的支持下，山东省大中型 沼气工程建设也得到了长足发展，截至 2013 年底， 共建设大中型沼气工程 581 处。
笔者调研的沼气工程全部采用地上式厌氧发酵 罐，厌氧发酵工艺有完全混合式（ CSTＲ） 、上流式厌 氧固体反应器（ USＲ） 、上流式厌氧污泥床（ UASB） 、 卧式推流池（ HCPF） 等几种 （ 见表 2 ） 。总体而言， CSTＲ 和 USＲ 工艺这两种工艺，技术稳定适应性强， 配套设备也比较成熟，调研中绝大部分沼气工程选
2013 年 ～ 2014 年，笔者通过考察山东省济南、 德州、聊城、菏泽、济宁、临沂、滨州等七个地市 32 个
大中型沼气工程，深入了解了山东省大中型沼气工 程的建设、运行、效益等情况。因此，根据对部分大 中型沼气工程的实地调研，笔者就山东省乃至北方 地区沼气工程的技术现状及建设运行中存在的问题 进行探讨，并尝试提出对策建议。
摘 要： 文章通过实地调研山东省 30 余处大中型沼气工程，对其建设运行情况、技术工艺、三沼利用情况等方面进 行了总结，就山东省沼气工程的技术现状及建设运行中存在的问题进行了探讨，发现沼气工程主要问题，提出改进 措施，并对山东省沼气工程的发展方向提出了对策建议。 关键词： 沼气工程； 技术现状； 建设运行 中图分类号： S216． 4 文献标志码： B 文章编号： 1000 － 1166（ 2016） 05 － 0078 － 04
表 2 调研沼气工程发酵工艺情况
（ 处）
CSTＲ
USＲ
UASB
HCPF
IC
13
16
1
1
1
wenku.baidu.com
表 3 调研工程的发酵浓度和池容产气率
TS 发酵浓度
池容产气率
范围 %
＜3
数量 个 11
占比
范围
数量
% m3 ·d － 1 m － 3 个
34． 4 0． 1 ～ 0． 3
5
占比 %
15． 6
3 ～5
12
37． 5 0． 3 ～ 0． 5
8
25． 0
5 ～8
3
9． 4 0． 5 ～ 0． 8
12
37． 5
8 ～ 10
6
18． 8 0． 8 ～ 1． 2
7
21． 9
在调研的沼气工程中，沼气工程的规模和设计 参数不完全符合养殖场的粪污处理需求。很多沼气 工程没有根据养殖类型、冲水方式、粪便特点和消纳 田地、环保 要 求 进 行 详 细 设 计，甚 至 有 不 同 养 殖 类 型、不同规模的养殖场出现相同建设内容的沼气工 程。这样在后期的实际运行中就容易造成处理程度 不够或投资浪费等问题。由于国家补助资金的限 制，大部分沼气工程的容积在 1000 m3 左右，有的养 殖场规模大，造成粪污无法充分处理，沼液及粪污的 随意排放影响了养殖场的周边环境； 有的养殖场干 粪直接出售，只有冲洗废水进入发酵罐，沼气工程的 原料不足，导致沼气工程不能满负荷运转，造成投资 浪费，同时影响了沼气工程的效益。 1． 3 运行管理状况
物秸秆为主要原料的沼气工程，没有采用适宜的预
处理技术和 设 施，缺 少 针 对 性 的 进 出 料、搅 拌 等 设
备，无沼液回流或回流方案不合理，因此造成秸秆的
进出料困难、发酵不完全、结壳等现象，影响了沼气
工程的运行效果和经济效益。
表 1 沼气工程发酵原料统计表
（ 处）
猪粪 牛粪 禽粪 羊、兔粪 秸秆 食品废弃物 合计
（ 2014GSF117012） ； “海外泰山学者”建设工程。 作者简介： 姚利（ 1979 － ） ，女，助理研究员，主要从事沼气及废水处理方面的研究工作，E-mail： nkyyaoli@ 163． com 通信作者： 郭洪海，E-mail： honghaig@ 163． com
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用这两种工艺。CSTＲ 工艺 TS 浓度可以达到 8% ～
13% 范围，并带有机械搅拌。USＲ 工艺需要先对各
类畜禽粪便其它有机物进行预处理，除去大颗粒和
粗纤维物质（ 进料 TS 浓度 3% ～ 5% ） 后，进入 USＲ
反应器，反应器采用上流式污泥床原理，不使用机械
搅拌。
厌氧罐的设计发酵 TS 浓度一般为 5% ～ 10% ， 池容产气率视温度不同在 0． 4 ～ 1． 2 m3 ·d －1 m －3 之
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有 4 个，绝大多数工程发酵罐容积为 1000 m3 左右，
这一方 面 是 由 于 养 殖 企 业 大 部 分 处 于 中 等 规 模， 1000 m3 的沼气罐可以满足大部分养殖企业的粪污
处理需求； 另一方面是由于国家补助资金的限制，同
时沼气、沼液等产品的应用半径也限制了沼气工程
的规模。
从发酵原料来看（ 见表 1） ，山东省的沼气工程
间，实际运行中发现，发酵罐的进料随意性很强，进
料量和进料频率不够规范，进料浓度不能精确测定，
普遍存在和设计参数不符的情况，发酵浓度和产气
率多数低于设计值。从表 3 可以看出，发酵浓度低
于 5% 的 超 过 70% ，而 池 容 产 气 率 0． 3 ～ 0． 8
m3 ·d － 1 m － 3 的占到 60% 以上。
发酵原料丰富多样，涵盖了多种农业废弃物，以畜禽
粪便为主，其中比重最大的是猪粪和牛粪，工程运行
效果较好的也是这两种。秸秆、鸭粪等特殊原料的
工程则在运行中存在一些问题。比如养鸭场的沼气
工程运行效果较差，这是因为鸭粪中含有大量稻壳，
稻壳中的木质素含量高，表面的蜡质层坚硬，难以生
物降解，且比重轻，极易造成上浮结壳现象。而以作
1 山东省沼气工程建设运行情况及存在的问题
1． 1 总体情况 根据调研情况，山东省沼气工程总体工艺比较
稳定，建设内容比较完善，设备趋向成熟，建设标准 较高。沼气工程的建设在很大程度上降低了规模化 养殖场对环境的污染，有力地促进了畜牧业的可持 续发展，实现了农业资源的综合利用，有助于发展生 态循环有机产业，产生了明显的环境和生态效益。
粪污处理采取监测手段，沼气工程的运行与否没有 在和农户的协调方面存在欠缺，因此在集中供气方
得到应有的监管。而且由于沼气工程的效益有限， 面的实施有很大困难。由于供气户数不足，沼气工
业主可自行决定工程是否运行。一旦停止运行，不 程通常不能满负荷运转。沼气如用于养殖场自用，
仅造成国家投资的浪费，同时养殖场粪污随意排放 则夏季沼气用不了，用气需求高的冬季产气量反而
约束，管理人员的专业素质不高，对发酵参数的控制 投资微动力运行，降低后续厌氧罐加热成本，同时做
方面理论知识及实践经验不足，项目建设单位对沼 好保温、增大进料和发酵浓度，使得冬季罐内温度得
气工程的后续回访也不充分。大部分沼气工程计量 到有效保持，从而提高发酵效果。
仪表欠缺，如污水流量计、沼气流量计、水温计安装
13
9
5
2
1
2
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1． 2 厌氧发酵工艺及存在问题 目前沼气工程比较成熟、适用的生产工艺有两
大类，一类是以综合利用为主的“能源生态型”处理 利用工艺，另 一 类 是 以 达 标 排 放 为 主 的“能 源 环 保 型”处理利用工艺。养殖行业作为具有较大疫病风 险和市场波动风险的微利行业，适度规模加种养结 合是化解畜禽养殖风险之关键，因此多数沼气工程 采用“能源生态型”工艺。笔者调研的 32 个沼气工 程，只有 2 个采用“能源环保型”处理利用工艺，其 它全部采用“能源生态型”处理利用工艺。采用“能 源环保型”工艺的 2 个工程，皆为结合环保部门补 助的环境治理资金建设，工艺特点为粪水分离，干清 粪，仅污水进入发酵罐，厌氧发酵后出水再采用好氧 工艺进行处理，出水达标排放。