蔬菜廢棄物“大棚模式”應用技術

武漢市農業機械化科學研究所 張俊峰 張唐娟 萬勇 劉海 郭翔 龐雄斌

蔬菜廢棄物“大棚模式”應用技術

武漢市農業機械化科學研究所 張俊峰 張唐娟 萬勇 劉海 郭翔 龐雄斌

1　蔬菜廢棄物的現狀及其資源化利用技術

蔬菜廢棄物是蔬菜生產中大量品質不佳和加工處理時廢棄的葉、根、莖和果實等，占到中國城市生活垃圾的20%～50%。武漢市委市政府高度重視“菜籃子工程”的實施，2014年，蔬菜播種面積達169.08千hm2，產量702.74萬t，產值達192.03億元，占農業總產值比重達34.3%，成為農業第一大支柱產業（武漢市統計局），依據蔬菜殘株與蔬菜產量之比約0.3，可收集利用系數為0.6，可計算出2014年武漢市可收集利用的蔬菜廢棄物鮮重達到126.49萬t。

蔬菜廢棄物有機質含量較高，其中固體含量為8%～19%，而揮發性固體含量占總固體的80%以上，包括75%的糖類和半纖維素、9%的纖維素及5%的木質素；以干基計算蔬菜廢棄物的含氮量在3%左右，總磷含量為0.3%～0.5%，鉀含量為1.8%～5.3%，其營養成分與常用的天然有機肥料相當。蔬菜廢棄物易腐爛的特性，既對蔬菜種植基地造成嚴重的環境污染，又是生物質資源的浪費。蔬菜廢棄物的特性尤其是高含水率（一般在90%左右），使得它們適宜采用生物處理工藝。厭氧發酵成為理想的處理途徑，既能使蔬菜廢棄物回收沼氣能源加以利用，又使其變成無害高效有機肥，符合可持續發展的要求。

厭氧發酵過程是各種有機物在厭氧條件下，被各類沼氣發酵微生物分解轉化，最終產生沼氣的過程。按發酵溫度分為常溫發酵、中溫發酵和高溫發酵。其中中溫發酵產氣率較高、穩定、氣質好，且中溫消化反應的設備簡單，成本較低，是比較理想的蔬菜廢棄物處理方法。

2　沼氣和設施大棚配套應用

2.1便攜式沼氣發酵裝置

圖1　便攜式沼氣發酵裝置

便攜式沼氣發酵裝置為便攜式模塊化組裝結構，包括柔性沼氣袋、剛性罩殼、進料斗、出料口等，沼氣池地上安裝，占地面積小，可移動，運輸方便，使用維護簡單，用戶完全可以自行維護。

柔性沼氣袋具有耐壓，耐腐蝕，高強度防爆等功能，氣密性好，無泄漏，供氣時略施加外力即可將池內尾氣排出。當沼液排光，清渣時只須稍施外力擠壓袋狀沼氣池，即可將沼渣清除干凈。

序號　便攜式沼氣發酵裝置　傳統沼氣池地下室水泥砂漿現澆地上安裝，模塊化結構1 2可移動，可搬遷安裝方便，安裝一個沼氣池只需要2 h 建設成本高，施工困難周期長約15 d柔性沼氣袋氣密性好，無泄漏，尾氣可自由排出池體難以做到零泄漏，影響氣密性，池內殘留尾氣無法使用不結殼不堵塞，可自由排料。易結殼、堵塞，大出料需要泵抽，若人員進入池內清渣，易造成CO2窒息死亡事件。投資大，成功率低不能移動，固定在建設位置3 4 5 6投資小，產氣快

圖2　傳統沼氣池地下施工建設

相對于傳統沼氣池，便攜式組裝沼氣池具有以下優勢：便攜式沼氣發酵裝置可在一定程度上改善傳統沼氣池的應用弊端，然而，冬季受環境溫度波動影響大，沼氣池的越冬問題仍在一定程度上限制了它的推廣應用。

2.2“大棚模式”特點

圖3　“大棚模式”示意圖

“大棚模式”是將便攜式沼氣發酵裝置安放在蔬菜大棚進行厭氧發酵的方式，簡稱為“大棚模式”，“大棚模式”有效解決了傳統沼氣池與便攜式沼氣發酵裝置應用推廣過程中出現的問題，是一種可靠的資源循環利用模式。

沼氣發酵裝置安放在塑料大棚內，冬季不必加熱發酵池，塑料大棚的增溫保溫性提高沼氣發酵溫度，可有效解決室外冬季沼氣池產氣率低甚至不產氣問題。同時利用所產沼氣燃燒釋放熱量進一步提高塑料大棚溫度，還為大棚蔬菜增施CO2氣體肥，促進其生長，又進一步提高沼氣池產氣量，發酵殘留物沼液沼渣為大棚蔬菜無害高效有機肥，從而提高了塑料大棚綜合效益。

該模式中發酵原料主要為蔬菜大棚種植產生的植株殘體，沼氣池產生“三沼”直接在大棚內利用，是一種高效利用資源，提高生產效益的生態農業發展模式。

圖4　“大棚模式”應用流程圖

2.3武漢市應用“大棚模式”的前景

武漢市新建7萬畝（1hm2=15畝）設施蔬菜基地，具有推廣應用的設施基礎條件，發展大棚蔬菜生產的同時也產生了大量的蔬菜垃圾，設施內蔬菜廢棄物作為厭氧發酵的原材料，收集便利，便攜式沼氣池與大棚配合，從源頭上進行無害化與資源化利用，資源得到最佳配置，實現以沼氣池為紐帶的農業廢棄資源生態良性循環，生態和社會效益顯著。

圖5　“大棚模式”應用實例

3“大棚模式”的應用技術方案

3.1沼氣池的安裝選址

當設備連接上以后，每個設備都擁有各自的BluetoothSocket，就可以實現設備之間數據的共享了。藍牙AP 則可通過BluetoothSocket 的getOutStream()向數據采集層各采集模塊發送傳輸控制指令，對獲取到的生命體征數據則通過TCP/IP 協議發送到數據庫服務器中，進而可以對收集到的生理參數通過機器學習預測和分析模塊進行列表顯示和圖表顯示，并綜合判斷當前數據，給出疾病預警提示和初步診斷預案。

沼氣池應安放在大棚兩端空地處，場址有較好的地質，地形平坦，具備供電的基礎條件，盡量錯開蔬菜種植區域，留出人行走空間。沼氣池容積適宜，2畝大棚約配套4 m3的沼氣池。

3.2配套系統設計安裝

包括沼氣發酵系統、CO2氣肥增施系統、大棚補光增溫系統。

3.3厭氧發酵工藝

將牛糞作為啟動原料，投入沼氣池，待產氣穩定后，蔬菜廢棄物作為添加料分階段連續批量投入沼氣池中，發酵過程中可隨時進出料，待產氣明顯下降時，要及時加料。

冬季在大棚內通過燃燒沼氣放出CO2，使棚內CO2濃度增高，為大棚蔬菜增施氣體肥，從而提高作物產量。夏季沼氣可點殺蟲燈殺蟲。

3.4安全使用注意事項

（1）啟動階段，為避免酸化現象，牛糞作為啟動原料，應設置較低的固體濃度5%以下，發酵穩定后逐步增加有機負荷，總固體濃度（TS）應保持小于15%的水平。

（2）添加接種劑，一般選擇正常發酵產氣沼氣池的沼渣或沼液作為啟動接種物；啟動時，應按照接種物、原料、水比例為1∶2∶5的原則；啟動時加入的水溫不能太低，應該在10℃以上的水。

（3）在沼氣池啟動運行過程中，放氣試火應該在沼氣灶具上進行。嚴禁在沼氣池出料口或導氣管上直接進行點火試驗，以防回火爆炸。

（4）使用沼氣時，要先點燃引火物，再開開關，以防沼氣忽然放出過多，燒到身上或引起火災。

（5）經常檢查輸氣管道、開關、接頭是否漏氣，如果漏氣要立即更換或修理，以免發生火災。不用氣時要關好開關。

（6）大棚內如有臭雞蛋味，要開門、開窗并切斷氣源，人也要迅速離去，等棚內無味時，再檢修漏氣部位。

（7）凝水器要安裝在輸氣管道距地面較低位置，防止冷凝水聚集結成冰，堵塞輸氣管道。

（8）沼氣燈、灶具和輸氣管道遠離易燃物品，以防失火。一旦發生火災，應立即關閉開關，或把輸氣管從導氣管上拔掉，切斷氣源后，立即把火撲滅。

（9）檢查輸氣管路是否漏氣的方法

檢查輸氣管路一般是這樣進行：將沼氣池到灶具的輸氣管中的開關關上，再將連接爐具一端輸氣管拔下，把輸氣管連接灶具的一端用手堵嚴，然后將沼氣池導氣管一端的輸氣管拔開；向輸氣管內吹氣或打氣，U型壓力表水柱達30 cm以上，迅速關閉沼氣池輸送到爐具管路之間的開關，觀察壓力表讀數是否下降，3 min后不下降，表明輸氣管不漏氣。如果壓力表讀數下降，表明漏氣。若判斷哪些地方漏氣，可以再向管內吹起，使U型壓力表水柱達30 cm以上，然后用小毛刷蘸肥皂水，往管路上刷，凡是冒氣泡的地方，就是管路漏氣的地方，應當進行檢修。

（10）發酵過程中維持沼液的pH值在6.5～7.5的范圍，若發酵液偏酸應在稀釋料液的同時，加入部分堿液、草木灰或者石灰水調節。

2015-10-28）