辅热集箱式畜禽粪便沼气系统研究

第21卷第9期1462005年9月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVo1．21No．9Sep．2005辅热集箱式畜禽粪便沼气系统研究张全国，范振山，杨群发(河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室，郑州450002)摘要：设计了一种新型厌氧发酵系统——辅热集箱式畜禽粪便沼气系统，该系统采用太阳能和生物质辅助加热方式，由若干个集箱式发酵单元组成，可根据养殖规模集装成50、i00、200、300、500m。等不同规模的沼气工程。并在其应用示范工程上完成了运行试验和技术经济评价，结果表明，该系统池容平均产气率为0．80m。／(m。·d)，所产沼气的热值为25．4OMJ／m。，处理后的猪粪污水COD浓度由36500mg／L降至6500mg／L，去除率达82．2，悬浮物浓度由17000mg／L降至1900mg／L，去除率达88．8；其净现值为183530．5元，静态投资回收期为3．58a。该技术及其成套设备的技术经济可行性较高，具有商业化前景。关键词：辅热集箱；沼气；畜禽粪便；日光温室中图分类号：S216．4文献标识码：A文章编号：1002—6819(2005)09一O146一O5张全国，范振山，杨群发．辅热集箱式畜禽粪便沼气系统研究口]．农业工程学报，2005，21(9)：146—150．ZhangQuanguo，FanZhenshan，YangQunfa．Designandtestofauxiliaryheatingclustercasetypebiogassystemforanimaldejecta[J]．TransactionsoftheCSAE，2005，21(9)：146—150．(inChinesewithEnglishabstract)0引言中国的畜禽粪便污染问题已经成为困扰畜牧养殖业可持续发展的一个主要因素EI-33。尤其是随着集约化、规模化和现代化养殖业的快速发展，畜禽粪便的产量也在不断增加，1999年仅规模化养殖场排放的粪便量就已接近17亿t，但由于规模化养殖场的粪便一般都采用水冲式进行处置，其粪便的污水排放量要远远高于粪便量。1999年仅规模化养殖场实际排放的粪便污水总量超过200亿t，其数量是粪便量的10多倍。同时，畜禽粪便每年向水体排放的污染物总量也比较大。如在1995年主要畜禽粪便污染物COD、BOD、NH。一N、TP(总磷)和TN(总氮)的排放量分别为728．26、498．83、132．20、41．95、和245．50万t。而同期工业废水的COD的排放量为768．57万t，由此可以看出中国畜禽行业的COD排放量已接近全国工业废水的COD排放量。另外，中国氮肥的正常流失率在8～20，磷肥的正常流失率为5，按此计算，畜禽粪便氮、磷的流失量大于化肥的流失量，约为化肥流失量的122和132。因此，可以说畜禽粪便污水污染正日益成为中国水体污染的主要因子l_4j。沼气技术作为解决畜禽粪便污染的最有效途径之一，近年来得到了快速发展，其具有的潜在社会环境经济效益受到了社会公认一]。中国目前已建成农村户用沼气池近1000万个，年产沼气27亿m。；建成大中型畜禽粪便沼气工程1000多处，形成了年产超过10亿m。沼气的生产能力，已使收稿日期：2004一IO-28修订日期：2005—05一I9基金项目：教育部高等学校骨干教师资助计划项目和河南省重大科技攻关项目(03220304O0)作者简介：张全国(1958一)，男，河南郑州人，教授，博士生导师，河南省太阳能学会理事长，从事农业生物环境与能源工程方面的研究。郑州市文化路95号河南农业大学机电学院，450002。Emai[：zquanguo@163．COrn十几万户居民依靠集中供气用上了优质气体燃料；沼气综合利用与生态农业和农村持续发展紧密结合，蓬勃发展，方兴未艾。沼气作为清洁的可再生能源，经中国几十年来的研究与发展，在农村户用沼气技术上已相当成熟，推广普及率较高，已在广大农村产生了显著的生态环境和经济效益。同时在中小型沼气工程化开发利用方面也积累了一定的经验，但是由于目前的反应器如UASB(升流式厌氧污泥反应器)、IC(内循环式厌氧反应器)等，它们的结构复杂、有很高的技术要求，管理起来较困难。并且，一次建成投资费用大、投资回收期长，不利于推广。而传统型沼气池的发酵温度较低，容积产气率又不高，并且发酵温度受环境温度的影响较大，发酵温度不稳定，产气量小，产气不稳定，不能适合中小型养殖场污水处理的要求。同时，对中小型沼气工程的一些关键技术和设备深入研究不够，尤其是在中小型猪场粪便沼气生态工程技术的产业化开发方面明显存在不足，一定程度上影响了其产业化的推广应用进程。基于上述情况，本文研究设计了一种新型厌氧发酵系统——辅热集箱式畜禽粪便沼气系统，该系统由若干个集箱