商丘市梁園區(qū)農(nóng)業(yè)畜牧局 袁中明

商丘市梁園區(qū)沼氣池應(yīng)用分析

商丘市梁園區(qū)農(nóng)業(yè)畜牧局 袁中明

河南省農(nóng)村能源環(huán)境保護總站 主辦

河南是一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大省，長期以來，農(nóng)村地區(qū)家庭能源燃料供應(yīng)基本上是以秸稈、薪柴和煤炭為主，這種傳統(tǒng)低效率高耗能模式不僅浪費資源，而且破壞農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境。近年來，隨著我國能源緊張局勢的加劇和對改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的重視，各種可再生能源的開發(fā)利用得到較快的發(fā)展，清潔新能源——沼氣在農(nóng)村逐步得到利用。

一、沼氣池分析

農(nóng)村沼氣池是一個綜合系統(tǒng)，它通過人畜糞便等有機物在沼氣池中厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生富含甲烷的可燃氣體，同時產(chǎn)生沼液和沼渣作為耕地有機肥料。

以商丘市梁園區(qū)2016年農(nóng)村建設(shè)沼氣工程為例：池為8 m3的沼氣池，遵循“三結(jié)合”原則，即圈舍、沼氣池、廁所相互連通，使得人畜糞便直接入池，常年發(fā)酵，全年運行。產(chǎn)氣量與發(fā)酵溫度有關(guān)，梁園區(qū)處于淮河以北地區(qū)全年平均溫度適中，產(chǎn)氣量約達300 m3。

沼氣填料也可利用農(nóng)作物秸稈，農(nóng)業(yè)秸稈中不同作物秸稈利用方式不一樣，梁園區(qū)當?shù)剞r(nóng)業(yè)作物以小麥、玉米為主。以前當?shù)亟斩挾嘁苑贌幚?，產(chǎn)生較大污染，更易造成火災(zāi)。

二、沼氣池應(yīng)用與作物秸稈隨意焚燒比較

將秸稈發(fā)酵制取沼氣與秸稈隨意燃燒能量利用效率做比較。

秸稈等生物質(zhì)用于發(fā)酵生產(chǎn)沼氣因所用的原料不同產(chǎn)氣量會有所不同（見表1），常用原料每千克干物質(zhì)的產(chǎn)氣潛力為0.3～0.5 m3，但每千克物質(zhì)的實際產(chǎn)氣量只為相應(yīng)干物質(zhì)產(chǎn)氣量的60%。

表1 不同原料干物質(zhì)的產(chǎn)氣量3單位：m/kg

秸稈糞便發(fā)酵產(chǎn)氣量平均值計算，每千克干物質(zhì)產(chǎn)氣量為0.285 m3，根據(jù)沼氣科學(xué)研究測定，沼氣發(fā)熱量為22 000 kJ/m3，燃燒的熱效率為40%～60%，每千克物質(zhì)發(fā)酵所產(chǎn)生的沼氣燃燒的有效熱量為2508～3762 kJ。

由于按照傳統(tǒng)秸稈燃燒熱效率8%，柴灶熱效率為20%～25%，直接燃燒有效熱量為：1240～3100 kJ。

綜上所述，沼氣池發(fā)酵能源利用率為直接燃燒的1.2～2.0倍。

三、沼氣池效益分析

（一）直接能源效益

商丘市梁園區(qū)農(nóng)村住戶一般為3～5人，每天需要使用1 m3的沼氣，折合成熱值為0.741 kg標準煤，則年節(jié)約能源275 kg的標準煤。根據(jù)表2不同燃料燃燒的熱效率。

表2 不同燃料燃燒的熱效率

300立方米的沼氣按照等效熱計算，可替代秸稈1270 kg、薪柴938 kg 、煤炭660 kg、液化氣124 kg。

（二）直接經(jīng)濟效益

沼氣池的經(jīng)濟效益主要體現(xiàn)在能源經(jīng)濟效益、沼肥經(jīng)濟效益和環(huán)境保護效益上。

1.能源經(jīng)濟效益。按照有效熱替代方法計算所產(chǎn)沼氣與其他能源形式替代量。由于不同地區(qū)不同時期，沼氣所替代能源種類價格有所變化，其經(jīng)濟效益也是有所區(qū)別的，取商丘市2016年度，沼氣分別替代秸稈、薪柴、煤炭、液化氣，則可分別節(jié)約295元、318元、346元和752元。

2.沼肥經(jīng)濟效益。沼肥是人畜糞便通過厭氧發(fā)酵制取沼氣后的殘留物，包括沼液和沼渣，包含有豐富的有機質(zhì)、腐植酸、氨基酸、氮磷鉀等活性物質(zhì)。養(yǎng)分全，礦質(zhì)化和腐殖化程度高，可作基肥、追肥、食用菌培養(yǎng)基等，能有效促進作物增產(chǎn)，防治病蟲害。

當?shù)?個8 m3的沼氣池，年產(chǎn)沼渣4500 kg，沼液20 000 kg。沼肥中全氮、全磷、全鉀平均值約為6.35%，1.10%，4.52%；可替代商丘當?shù)厥袌龅哪蛩亍⑽逖趸?、氯化鉀肥料的價值分別為68.70元、11.8元和58.5元，共計139.0元。

3.環(huán)境保護效益。沼氣池儲存人畜糞便等生活垃圾，改善農(nóng)村環(huán)境，對人畜疾病有顯著效果。例如，2005年4月發(fā)生在四川省資陽縣的豬鏈球菌病，已建沼氣中豬和人無一例感染。根據(jù)中國衛(wèi)生中心調(diào)查，共抽取樣本1654戶，其中有1215戶建沼氣池，未建439戶。結(jié)果顯示，運行3個月以上沼氣池發(fā)酵液中的寄生蟲卵陽性率為零，達到了糞便無害化的國家標準。未建沼氣池戶蛔蟲病、鉤蟲病、腸道傳染病分別是已建沼氣池戶的2.9倍、3.85倍和9.75倍。未建沼氣池戶庭院蚊蠅孳生是已建的2.15倍。

四、結(jié)論

通過入戶調(diào)查的數(shù)據(jù)分析表明，梁園區(qū)農(nóng)戶對沼氣池的利用產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益和顯著的生態(tài)效益。

（一）經(jīng)濟效益

戶用型沼氣池建設(shè)主要替代了部分秸稈、薪柴、煤氣和液化氣的使用，將畜牧業(yè)和種植業(yè)科學(xué)合理地利用起來，使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)做到物質(zhì)良性循環(huán)，能量多級利用，達到高效、低耗的目的。畜牧業(yè)和種植業(yè)的合理利用一定程度上使農(nóng)村家庭人均耗用能源顯著下降，同時還可以改善農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)，有利于促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，促進種植、養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，達到農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收的目的。

（二）生態(tài)效益

沼氣池屬于綠色能源，具有高燃燒效率、無污染的特點。戶用型沼氣池的發(fā)展有利于保護生態(tài)環(huán)境。使用沼氣一定程度上解決了農(nóng)民的燃料問題，有效緩解農(nóng)村能源緊缺的局面，減少森林樹木的砍伐，有利于保護林草資源，促進植樹造林的發(fā)展，減少水土流失，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。除此之外，有研究表明用沼液浸種，可以提高種子發(fā)芽率和成苗率，增強作物的抗逆能力，減少農(nóng)藥化肥的使用，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向綠色、安全、無公害方向發(fā)展，形成良好的社會生態(tài)環(huán)境。