“種養加沼”生態農業模式配套設計

劉兆勇等

摘 要：聊城市“種養加沼”生態農業模式配套設計，根據平原農業地區的特點，把種植、養殖、農民生產生活用能、農業廢棄物綜合利用、沼氣工程融為一個有機整體，通過系統的合理配套，形成以沼氣為紐帶的能流、物流良性循環的農業生態系統。既治理了農業的環境污染，又實現了農業資源的高效利用；既維護了農業生態的良性循環，又促進了優質高效農業的發展。

關鍵詞：種養加沼；生態農業模式；配套設計

中圖分類號 F327 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）20-74-03

1 前言

聊城市地處魯西平原，屬農業大市。近年來，隨著生態循環農業的發展，開展以沼氣為紐帶的種養加沼生態農業模式研究具有良好的推廣前景，經濟、社會、生態效益顯著。為了使種養加沼生態農業模式達到規范化、標準化，適合現代農業的發展需求，依據生態學原理，把大中型沼氣工程與種植、養殖、農民生產生活用能、農業殘余廢棄物綜合利用科學地融為一體，通過系統的合理配置，實現了農業廢棄物資源化，農業生產無害化，農業產出高效化。該模式目前已在聊城市示范推廣。

2 種養加沼生態農業模式循環系統的構成

2.1 循環系統構成 大中型沼氣工程與農業種植、養殖廢棄物利用、農民生產生活用能、沼肥綜合利用設施構成。

2.2 生態循環系統流程（見圖1）

3 種養加沼生態農業模式的配套設計

3.1 種養加沼綜合利用配套設計

3.1.1 根據農村的資源條件確定配套沼氣工程規模 首先要對可收集的沼氣發酵原料的構成進行進行調查統計，包括：人畜糞便、生活垃圾、剩余農作物秸稈、蔬菜殘秧病果、農產品加工廢棄物等，然后折算其干物質含量；按照可收集的干物質數量確定需建大中型沼氣工程容積。

3.1.2 沼氣工程主要設計工藝參數 （1）收集原料折合干物質平均每天能夠提供給沼氣工程所需的數量（t）；（2）沼氣發酵料液濃度與進料量：沼氣發酵濃度6%，每天的進料量=每天提供干物質的數量÷6%；（3）沼氣發酵原料滯留期：沼氣厭氧發酵原料滯留期與原料特性、發酵溫度有關，為使原料充分發酵分解，設計滯留期為30d比較適宜；（4）發酵溫度：按中溫設計（35～40℃）；（5）沼氣發酵罐：一般采用USR厭氧發酵工藝，沼氣發酵罐的容積=每天的進料量m3×30d；（6）容積產氣率：根據農業廢棄物的構成和管理條件，一般按0.7m3/m3·d～0.8m3/m3·d；（7）貯氣柜容積：按日產氣量的40%～50%設計，貯氣柜容積=沼氣發酵罐容積×容積產氣率×50%；

3.1.3 沼氣綜合利用工程工藝單元設計說明 整個工藝包括：原料預處理系統、厭氧消化系統、沼氣凈化系統、沼氣貯存系統、沼氣沼肥利用系統。

（1）沼氣發酵原料預漚池：經粉碎機粉碎后的農作物秸稈、人畜糞便、生活垃圾等送入原料預處理池，經過與廢水充分混合攪拌均勻，使其初步水解，為下一步分解創造條件。

（2）沼氣發酵原料增溫池：經過預漚處理后的沼氣發酵料液進入增溫池，池中設增溫盤管，冬季將料液增溫至高出厭氧罐內發酵液溫度2℃以上，避免進入料液溫度過低而影響正常產氣。

（3）沼氣發酵原料調節池：料液進入調節池，采用攪拌機混料，使其TS濃度為6%左右，以便于用泵輸送至沼氣發酵罐內。池內設有加熱系統，對料液進行加熱，特別是在冬季為防止進料溫度低，影響發酵溫度，造成厭氧反應器內溫度降低，須在進料的同時對新鮮料液預先加熱，減少對發酵溫度的沖擊。

為控制原料在預處理過程中溫度流失，措施一是把預處理池、增溫池、調節池并列建在地下，二是把操作室建在調節池上面，既節省占地又利于保溫。冬季可比露天池溫流失減少50%以上。

（4）沼氣厭氧發酵罐：厭氧發酵罐（USR工藝）采用中溫（35℃）發酵。沒有余熱利用的建設單位應設加溫鍋爐或太陽能加溫，利用循環加熱裝置進行原料預熱和發酵料液循環加熱增溫，以維持近中溫發酵的條件，并使晝夜溫差不超過1℃。除此之外，還應做好罐體保溫，最大可能的減少發酵溫度的損失。發酵罐一般設在地上，采用Q235B碳鋼板制作，并用環氧煤瀝青漆做好防腐。

（5）建設沼氣厭氧發酵罐的位置：一般設在村旁或蔬菜基地，既便于沼氣的輸送，又要考慮沼氣發酵原料的收集預處理和沼肥的運送及施用。

（6）沼氣脫硫、脫水：沼氣發酵時會有水分蒸發進入沼氣。由于微生物對蛋白質的分解或硫酸鹽的還原作用也會有一定量硫化氫（H2S）氣體生成。H2S是一種腐蝕性很強的氣體，它可引起管道、儀表和蔬菜的腐蝕。H2S本身及燃燒時生成的SO2、H2SO3、H2SO4對人都有毒害作用。所以必須設法脫除沼氣中的H2S。沼氣脫硫一般采用氧化鐵法。一是沼氣的脫水采用重力方法：在沼氣脫硫之前設干式阻火器，同時也起到脫水的作用，防止冷凝水進入脫硫器；在輸送沼氣管路的最低點也應設凝水器，及時將管路中冷凝水排除。二是沼氣脫硫：采用干式脫硫劑脫硫。一般情況下可按1kg脫硫劑約凈化80m3沼氣計算。沼氣脫硫罐有效容積（m3）=設計更換脫硫劑的天數×日產沼氣量（m3）/80，并按規定及時更換新的脫硫劑。

（7）沼氣貯氣柜：沼氣經脫水、脫硫，計量后進入貯氣柜，再通過輸配氣系統送到用戶。貯氣柜一般設在地上，采用Q235B碳鋼板制作，并用環氧煤瀝青漆做好防腐。

除寒冷地區采用干式貯氣柜外，其他地區一般采用濕式貯氣柜。貯氣柜由罐體和浮罩組成，底座和罐體圍成的內腔為水池用于負載浮罩和密封。浮罩由圓柱體和拱頂組成，用于貯存沼氣。該貯氣系統靠配重調節輸氣壓力，將沼氣通過管網輸送到用氣設備，一般設計壓力為4KPa左右，可根據輸氣距離適當調整。為防止水池冬季結冰，可采用水池上部設加溫盤管、保溫材料或廢機油和水池外保溫等措施。