沼氣智能監(jiān)控與生態(tài)循環(huán)利用模式的探索

雷大西，林蘇紅，劉海亞

(1.蒼南縣農(nóng)村能源辦公室，浙江 溫州 325800； 2.溫州市農(nóng)村能源辦公室，浙江 溫州 325000)

利用沼氣工程對養(yǎng)殖場排泄物進(jìn)行無害化、資源化、生態(tài)化處理，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的一種切實(shí)可行的方法，也是促進(jìn)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的有力途徑。但是由于沼液消納與種植農(nóng)閑之間的矛盾，以及沼氣利用存在的安全隱患等問題，使得如何對養(yǎng)殖場的沼氣工程進(jìn)行安全運(yùn)行和管理，同時(shí)對沼液進(jìn)行有效地處置，成為當(dāng)前大部分養(yǎng)殖場面臨的難題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，蒼南縣目前已有56家畜禽養(yǎng)殖場建設(shè)了沼氣工程，但是多數(shù)養(yǎng)殖場周邊沒有足夠面積的土地消納沼液，沼液的處置成了制約養(yǎng)殖場發(fā)展的一大因素。

蒼南縣宏財(cái)良種豬養(yǎng)殖專業(yè)合作社通過安裝沼氣智能監(jiān)控系統(tǒng)對沼氣工程進(jìn)行安全運(yùn)行管理，并建設(shè)沼液凈化處理系統(tǒng)，使沼液能夠達(dá)標(biāo)排放，緩解了農(nóng)閑時(shí)的沼液消納問題，也保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

1 主要特點(diǎn)

1.1 模式簡介

蒼南縣宏財(cái)良種豬養(yǎng)殖專業(yè)合作社的沼氣智能監(jiān)控與生態(tài)循環(huán)利用是以“畜禽糞污-厭氧發(fā)酵沼氣(安裝智能監(jiān)控系統(tǒng))-部分沼液用于種植灌溉消納-剩余沼液凈化處理達(dá)標(biāo)排放”為主要工藝路線的生態(tài)循環(huán)模式。該模式遵循農(nóng)牧結(jié)合、生態(tài)循環(huán)和互聯(lián)網(wǎng)+智能監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，以沼氣工程為紐帶，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)沼氣智能監(jiān)控系統(tǒng)1套，以“三沼”綜合利用為重點(diǎn)內(nèi)容，產(chǎn)生的沼氣供周邊農(nóng)戶和養(yǎng)殖場生活供能，沼渣經(jīng)厭氧處理和干濕分離后堆積發(fā)酵作為有機(jī)肥料，沼液通過養(yǎng)殖場周邊茶園、山竹和蔬菜基地消納，未能通過消納利用的剩余沼液經(jīng)深度處理,系統(tǒng)凈化后達(dá)標(biāo)排放。該模式將畜禽養(yǎng)殖、沼氣智能監(jiān)控、種植發(fā)展綠色農(nóng)產(chǎn)品和沼液凈化處理達(dá)標(biāo)排放等措施進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合、協(xié)同發(fā)展，使沼氣工程安全智能地運(yùn)維，以改善生態(tài)環(huán)境。

1.2 模式背景

蒼南縣宏財(cái)良種豬養(yǎng)殖專業(yè)合作社成立于2008年，位于蒼南縣沿浦鎮(zhèn)云亭村斗米企，與福建省福鼎市交界相鄰，是一家飼養(yǎng)和經(jīng)營商品豬的大型生豬養(yǎng)殖企業(yè)，系溫州市副食品后備基地、蒼南縣農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)、蒼南縣沿浦鎮(zhèn)最大的商品豬生產(chǎn)基地。養(yǎng)殖場年平均存欄商品豬約3 000頭，2014年建設(shè)沼氣工程600 m3，站內(nèi)儲液池500 m3，田間儲液池2 000 m3，周邊現(xiàn)有種植茶園、蔬菜、山竹、桑樹基地共約66.67 hm2，2016年安裝了沼氣智能監(jiān)控系統(tǒng)(沼氣控制PLC柜、沼氣控制動(dòng)力柜、超聲波流量計(jì)和沼氣分析儀及智控相關(guān)配套設(shè)施)，2017年建設(shè)了日處理40 t沼液的凈化處理池1 300 m3(其中調(diào)節(jié)池120 m3，兼氧池/好氧池1 000 m3，沉淀池90 m3，污泥池90 m3)及深度處理配套設(shè)施等。

在未建設(shè)沼氣生態(tài)循環(huán)利用系統(tǒng)之前，由于該場長期排放的養(yǎng)殖廢水對環(huán)境造成不好的影響，與周邊農(nóng)戶產(chǎn)生了較大的矛盾，影響了養(yǎng)殖場的長期發(fā)展和生存問題。2014年養(yǎng)殖場通過建設(shè)沼氣工程及生態(tài)循環(huán)模式，養(yǎng)殖廢水通過沼氣工程處理后，沼渣沼液優(yōu)先用于周邊茶園(蔬菜)基地等消納灌溉，未能及時(shí)消納的一部分沼液通過深度凈化處理達(dá)標(biāo)排放。沼氣工程產(chǎn)生的沼氣供給周邊255戶農(nóng)戶(包括部分福建省農(nóng)戶)作為生活用能，大大緩解了養(yǎng)殖場與周邊農(nóng)戶的緊張關(guān)系。宏財(cái)良種豬養(yǎng)殖專業(yè)合作社沼氣生態(tài)循環(huán)利用模式通過建設(shè)沼氣工程和沼液凈化處理系統(tǒng)，使周邊農(nóng)戶免費(fèi)用上高效的清潔能源，緩解了養(yǎng)殖企業(yè)與農(nóng)戶的矛盾；沼液通過茶園等消納灌溉,既解決了環(huán)境影響和沼肥在農(nóng)作物用肥淡季對周邊的污染問題，又提高了農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)效益。

為提高沼氣工程的安全科學(xué)管理水平，及時(shí)掌握和處理沼氣運(yùn)行過程中出現(xiàn)的情況，養(yǎng)殖場安裝了沼氣智能監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通過沼氣物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺與省農(nóng)業(yè)智慧云平臺實(shí)現(xiàn)共享，方便相關(guān)管理部門管理監(jiān)督，同時(shí)也方便農(nóng)村能源部門專家在線提供技術(shù)咨詢和指導(dǎo)服務(wù)。養(yǎng)殖場的管理人員通過沼氣智能監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測沼氣運(yùn)行情況并進(jìn)行在線預(yù)警，保障沼氣工程的安全運(yùn)行，也保障沼液的質(zhì)量，走出了一條沼氣智能安全運(yùn)行和生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的新模式。

1.3 模式流程

模式流程見圖1～2。

圖1 生態(tài)循環(huán)模式的流程

圖2 沼氣智能監(jiān)控的系統(tǒng)流程

1.4 工藝技術(shù)

1.4.1 厭氧發(fā)酵

利用完全混合式厭氧反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵，畜禽糞便污水先進(jìn)入集水池，再經(jīng)過固液分離裝置去除大部分懸浮物，分離后的污水直接進(jìn)入?yún)捬跸靼l(fā)酵產(chǎn)生沼氣。沼氣作為生活燃?xì)夤┙o養(yǎng)殖場和周圍農(nóng)戶使用。

1.4.2 沼液凈化

以沼氣為紐帶，用A/O法+MBR生物膜法處理工藝，將養(yǎng)殖場沼氣工程產(chǎn)生的沼液經(jīng)調(diào)節(jié)、兼氧、厭氧、沉淀、吸附等深度處理工藝后達(dá)標(biāo)排放用于農(nóng)田灌溉或養(yǎng)殖場中再利用，形成“畜禽—廢水—沼液處理—再利用”的循環(huán)系統(tǒng)。

1.4.3 沼液沼渣利用

養(yǎng)殖廢水通過固液分離、貯存、輸送技術(shù)，經(jīng)厭氧發(fā)酵后排放的沼渣采用固液分離技術(shù)，沼液先儲存于沼肥儲存池再通過灌溉管道進(jìn)行輸送,沼渣先堆肥，免費(fèi)供給周邊種植大戶作有機(jī)肥。

1.4.4 沼氣智能監(jiān)控系統(tǒng)

整個(gè)智控系統(tǒng)集儀表檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)于一體。對沼氣工程中的預(yù)處理單元、發(fā)酵單元、儲氣單元和凈化單元進(jìn)行監(jiān)控操作，從預(yù)處理單元一直到沼氣產(chǎn)出階段進(jìn)行全程監(jiān)控測量，當(dāng)有警報(bào)或故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)通知操作人員，盡快排除故障，使沼氣工程的運(yùn)行更加平穩(wěn)安全。

2 運(yùn)行機(jī)制

2.1 政策保障

通過示范項(xiàng)目建設(shè)，爭取農(nóng)業(yè)財(cái)政項(xiàng)目支持，為沼氣智能監(jiān)控和生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)投入提供資金保障，同時(shí)提供科技服務(wù)。定期組織沼氣工程業(yè)主、農(nóng)技人員參加相關(guān)農(nóng)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)班，提高科技知識與生態(tài)農(nóng)業(yè)結(jié)合率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源高效利用和可持續(xù)發(fā)展。

2.2 運(yùn)行機(jī)制

完善后續(xù)服務(wù)體系功能，要求縣農(nóng)村能源后續(xù)服務(wù)中心對實(shí)施“豬、沼、茶(菜)”等沼氣生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的基地，在沼氣工程運(yùn)維、技術(shù)對接方面優(yōu)先安排。

通過沼氣物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺和智慧農(nóng)業(yè)云平臺對沼氣工程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督指導(dǎo)，使技術(shù)服務(wù)、監(jiān)督管理部門和業(yè)主保持聯(lián)系、溝通，保障沼氣工程的正常運(yùn)維，使沼氣和沼液得到安全有效地使用。

3 效益分析

該模式目前在蒼南縣沿浦鎮(zhèn)云亭村斗米企的宏財(cái)良種豬養(yǎng)殖專業(yè)合作社運(yùn)行，開展以沼氣為紐帶的生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)模式，安裝的沼氣智控系統(tǒng)不僅提高了沼氣工程的智能化水平，提升了工程運(yùn)行的安全性，使設(shè)備運(yùn)行故障能及時(shí)地排查和解決，縮短了故障的處理周期，也方便了有關(guān)部門的監(jiān)督管理和技術(shù)指導(dǎo)。該模式促進(jìn)了沼氣管理水平的提高和生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，改善了農(nóng)村環(huán)境和農(nóng)民生活質(zhì)量，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

沼液經(jīng)凈化處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后用于農(nóng)田灌溉或養(yǎng)殖場中再利用，每天40 t的沼液在農(nóng)業(yè)用肥淡季得到有效處理利用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水，每月減少排污費(fèi)支出達(dá)1萬元。沼氣可用作燃料和生活照明，減少農(nóng)民的生活成本。由于沼氣智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，使養(yǎng)殖場業(yè)主對沼氣工藝不斷進(jìn)行改進(jìn)，提高了沼氣產(chǎn)氣量。

3.2 環(huán)境效益

以沼氣為紐帶的生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式一方面減少了化肥、農(nóng)藥使用量，降低農(nóng)田徑流污染和空氣污染；另一方面沼液凈化利用工程有效減少了廢水中可能殘留的重金屬、獸藥、有害病原體對環(huán)境及農(nóng)田的污染，對提升規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場的污染整治具有很好的示范作用，符合生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)示范要求，也使養(yǎng)殖場的生態(tài)環(huán)境得到改善。

3.3 社會效益

沼氣工程產(chǎn)生的沼氣供農(nóng)戶使用，提高了農(nóng)民的生活質(zhì)量，也改善了養(yǎng)殖企業(yè)與農(nóng)戶之間的矛盾。沼液的資源化利用，減少了農(nóng)藥化肥的使用，提高了農(nóng)作物的品質(zhì)，也促進(jìn)了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。沼氣工程的建設(shè)改善了養(yǎng)殖場的衛(wèi)生環(huán)境，畜禽糞便經(jīng)過發(fā)酵，其中的寄生蟲、病原菌也在厭氧池內(nèi)被消滅，減少了疾病傳染的風(fēng)險(xiǎn)，提高了衛(wèi)生水平，使農(nóng)村生活環(huán)境得到改善。

4 小結(jié)

沼氣智能監(jiān)控與生態(tài)循環(huán)利用模式不僅提升了沼氣工程的運(yùn)行管理水平，還為消納條件不足的養(yǎng)殖場的排泄物治理起到了借鑒示范作用。該沼氣工藝可選擇帶增溫設(shè)施的地上式厭氧罐或帶攪拌裝置的地埋式厭氧池，產(chǎn)生的沼氣可發(fā)電供應(yīng)機(jī)械設(shè)備動(dòng)力用能，固液分離、料液循環(huán)、好氧曝氣等機(jī)械設(shè)備采用智能監(jiān)控，確保工程安全運(yùn)行。養(yǎng)殖場所在的區(qū)域農(nóng)田消納面積較小、經(jīng)濟(jì)相對較發(fā)達(dá)的地區(qū)較適宜推廣該模式。