２０１３年中国沼气学会学术年会论文集４２１
畜禽粪便干法沼气工程的实践与分析
周林玉１，刘会友２※，韩立宏２，曾邦龙３
（１．江苏省泰兴市农委，江苏２２５４００；２．上海济兴能源环保技术有限公司，上海２０００９２：３．上海市农村能源行业协会，上海２０１１０１）摘要：本文通过对上海森农有机肥中心于法畜禽粪便沼气项目的工程案例分析，探讨了采用干法厌氧发酵技术处理畜禽粪便产沼的技术优势，具体特点为：１）无需添加大量水分进行稀释，可减少发酵装置的体积和热量的消耗；２）无沼液排放，沼渣堆肥效果好，操作简单，维护容易等。针对上海森农牛粪沼气项目沼渣和沼气的应用实践，探讨出沼渣和沼气利用方向，该项目的附属产品沼渣制成高附加值有机肥；而主产品沼气不仅提供了沼气工程所需要的电能和热能，并为项目工厂内的腐殖酸加工工厂提供能源。由于沼渣利用和沼气应用方向选择合理，使整个沼气工程产生效益显著，不需要任何补贴的情况下能市场化运行，并能产生经济效益。该畜禽粪便沼气工程以当地的有机肥加工企业为依托，集中处理周边畜禽养殖场所产生的畜禽粪便（同时处理周边中药厂的残渣和豆制品厂污泥），同时解决了原有机肥加工厂产生的二次污染（蚊虫、苍蝇、臭气等），并产生良好的经济效益。干法项目的应用实践表明，畜禽粪便干法沼气工程模式具有良好的环保和经济效益，可作为沼气工程市场化运行的典范加以推广。
关键词：畜禽粪便；沼气工程；干法发酵；沼气；沼渣
Ｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅｄｒｙｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｂｉｏｇａｓｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｐｒａｃｔｉｃｅａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ
ＺＨＯＵＬｉｎｙｕｌ．ＬＩＵＨｕｉｙｏｕ凇，ＨＡＮＬｉｈｏｎ９２。ＺＥＮＧＢａｎｇｌｏｎ９３
（１．ＪｉａｎｇｓｕＴａｉｘｉｎｇａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎＪｉａｎｇｓｕ，２２５４００，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳｈａｎｇｈａｉＪａｃｎｅｎｅｒｇｙ＆ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｔｄ．Ｃｏ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０００９２，Ｃｈｉｎａ；
３．ＳｈａｎｇｈａｉＲｕｒａｌＥｎｅｒｇｙＩｎｄｕｓｔｒｙＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０１１０１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：１１１ｅｆｕｌｌｓｃａｌｅｄｒｙｆｅｒｍｅｎｍｔｉｏｎｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅ（ｃｏｗｄｕｎｇ、ｉｓａｐｐｌｉｅｄｉｎ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅ，ｂｉｏｇａｓｐｒｏｊｅｃｔ，ｄｒｙｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｂｉｏｇａｓ，ｄｒｅｇｓ
第一作者：周林玉（１９６１一）男，本科，工程师，研究方向：农村能源，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｓｔｏｏ＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：刘会友（１９６６一）男，硕士，高级工程师，研究方向：固体废弃物资源化，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｔｏｎｅ６６６９＠１６３．ｔｏｍ
４２２周林玉，等：畜禽粪便干法沼气工程的实践与分析
为满足人民群众对各类动物性食品的需求，国家于９０年代提出实施“菜篮子工程”，此后畜禽养殖业向着规模化、集约化发展，带来了巨大的社会效益和经济效益，与此同时也产生大量的畜禽粪便废弃物。据估算，２００９年中国畜禽粪便（粪＋尿）排放量为３２．６４亿ｔ鲜重，是同年工业固体废物排放总量的１．６倍；其中ＢＯＤ、ＣＯＤ含量分别为７２７３．９５万ｔ、８０３９．９６万ｔ，ＣＯＤ排放量已远远超过工业废水与生活废水ＣＯＤ排放量之和２７７．５４万ｔ…。从畜禽粪便的构成看，数量最大的是牛粪，然后依次为猪、羊、鸡、鸭、鹅、马、驴、骡、兔，其中牛、猪、羊、鸡的粪便排放量占年排放总量的９６．５％，是中国畜禽粪便的主要来源。养殖场的发展使畜禽场建沼气工程的需求大大增长。据农业部统计资料，２００５年底我国共有畜禽养殖场沼气工程１１９８６处，到２００９年底增长到５６８５６处，４年增长３．７４倍。其中，大型工程从８６０处增长到３７１７处，４年增长３．７４倍多。中型工程从２６７７处增长到１８８５３处，４年增长６．０４倍；小型工程从８４４９处增加到３３９６４处，４年增长３．０２倍瞄Ｊ。
国内已建的大中型畜禽粪便沼气工程基本采用ＣＳＴＲ或ＵＡＳＢ湿法厌氧发酵工艺。在南方地区，针对猪粪沼气项目，采用这种工艺相对来说比较合理。由于猪粪很多采用粪水收集，含固率比较低，采用湿法工艺，可以直接进入发酵系统进行发酵。而且在南方地区天气比较温暖，冬季温度也不太低，采用湿法厌氧发酵工艺冬季能基本维持运行，但产气率一般不高。然而，对于鸡粪、牛粪如果采用湿法厌氧发酵工艺进行处理势必要要加水稀释，无形中造成了二次污染，沼液排放量大大增加，虽然可以作为液肥使用，但如果项目规模大，大量的沼液处理也是负担，如果在北方寒冷天气，采用这类工艺，所产沼气还不能维持整个项目的运行所需要的能耗。所以很多己建成的大型畜禽粪便沼气工程，虽然名声在外，但实际运行效果并不理想，北方地区的畜禽粪便沼气项目真正正常运行的不多。根据国家的政策方向，现有的大中型沼气工程要打破沼气工程与养殖场或养殖小区、发酵原料与畜禽粪便“两个捆绑”，坚持高标准、高投入、高产出Ｉ３１。采用传统的湿法厌氧工艺和商业模式做畜禽粪便沼气工程很难达到这种要求，需要对畜禽粪便的厌氧发酵工艺进行改进优化，同时在畜禽粪便商业模式上进行创新，使畜禽粪便沼气工程在国家政策的支持下，能稳定持续地维持运行，形成一种成熟的商业模式。
１上海森农有机肥中心干法牛粪沼气项目简介
上海森农环保科技有限公司是本市生态有机肥料中心项目是２００８年上海市重大工程建设项目之一，也是“第三轮环保行动计划”的一个重要组成部分，已建成年产１．８３万吨的有机肥生产流水线、集约化管理生产模式，是上海市浦东新区的有机肥产业化龙头企业，年处理畜禽粪５５０００多吨，目前收集了１４个畜禽养殖场粪便制有机肥料，总收集量达１５０吨／天。
上海森农有机肥中心干法牛粪沼气项目是有机肥加工中心的配套项目，每天处理的畜禽粪便为２５吨，项目总投入４００万元，中央扶持资金１００万元，市财力配套８０万元，浦东新区财力配套１２０万元，企业自筹资金１００万元。
项目周边为农田及果园，场址交通便捷，距离居民区较远。为改变上海地区的有机肥好氧生产工艺，消除臭气和蚊蝇对周边居民产生的危害，在不增加污染量的前提下，采用厌氧发酵的工艺对畜禽粪便进行处理，变废为宝。本项目年处理畜禽粪便９１２５吨，采用干法厌氧发酵工艺进行发酵，产品产量如下：
（１）年产沼气量达３６．５万ｍ３，所产沼气用于沼气发电和代替柴油供锅炉燃烧供热，所产生的电力及热能全部供给沼气工程和沼渣加工中心自用；
（２）年产干沼渣约６０００吨左右沼渣，用作有机固肥加工原料，无沼液排放。
该项目既是一个变废为宝、资源全面综合利用的生态环保工程，又是一个清洁能源、循环经济、生态环境、有机生态农业的示范项目，对上海市畜牧业发展和拉动有机生态农业产业发展具有重大推动作用和示范意义。
该沼气工程的建设方是有机肥加工中心，不同于传统的畜禽粪便养殖场作为建设方，专业收集有机肥中心周边养殖户的畜禽粪便，集中处置，先经过厌氧发酵，再进行好氧，比原来直接好氧堆肥加工有机肥
２０１３年中国沼气学会学术年会论文集４２３
工艺，臭气、蚊蝇等二次污染大大降低，同时有机肥肥效增加，整个厂区和周边环境大大改善，是一种新型的畜禽粪便资源利用模式。
该项目经过将近一年的运行，效果良好，不仅厂区和周边环境得到了改善，沼气和有机肥产生的收入使得该沼气工程产出大于投入，产生了良好的经济效益，在国债资金的资助下，业主能产生效益，也确保项目能持续稳定地运行。
２大型养殖场沼气工程厌氧工艺路线分析
２．１千湿分离处理思路
大型养殖场的污染物主要分为固体粪便废弃物和废水。多年来，国内外的研究及工程实践证明：厌氧无害化、资源化处理方式是运行费用低，处理效果好，资源化程度高的处理方式。由于以往中、小型规模养猪场粗放式管理方式和养殖规模所限制，养殖场的畜禽粪便和废水最终混为一体成为所谓的养殖废水，导致粪污废水的处理量增大，处理难度变高。特别是当采用沼气工程技术对其进行处理时，由于沼气工艺的特点，工艺运行需要热量高，沼液产量大。高热量需要较高的能源投入，导致整个项目的能量投入产出比大，得不偿失。同时，沼液产量大，需要较大的沼液存储占地，沼液的消纳成为一个很大的问题，严重影响沼气工程的正常运行。
从环保工程技术上考虑，固体废弃物和污水应分开单独处理，避免高浓度的废弃物（如粪便）与低浓度污染的污水混合，降低污水的处理难度。当项目处理规模较大时，固体废弃物（干猪粪）和污水单独处理更具有优势。
从沼气工程以往的经验来考虑，当沼气工程形成一定规模后，沼液的存储和出路是一个必须面对的问题。由于大型沼气工程的粪污处理量过于庞大，每天都产生数十吨或上百吨计的沼液，而养殖场附近的农田难以消纳如此多的沼液。大量沼液的存储会占用养殖场大量的面积，沼液的远距离运输导致使用成本增高，养殖场和农户都难以承受。因此尽量减少沼液产量是大型沼气工程今后必须考虑的一个重要问题。
大量高浓度有机废水厌氧处理要采用近代开发的高效、低耗、新型厌氧反应器。无害化的沼液应最大限度作冲洗水回用，减少新鲜水用量，工艺运行必需时实行限量的系统外排，作为沼肥使用或进一步深度处理。
综上所述，对于大型或特大型沼气工程，应对养殖场所产生的粪污尽量进行干湿分别收集，对收集所产生的粪便和污水分别进行处理，只有对两种不同形态的污染物分别采取先进、适宜的处理工艺，才能使整个养殖场粪污处理工程实现最佳的经济性和长期运行的稳定性。
２．２固粪厌氧无害化处理工艺选择
厌氧发酵工艺根据发酵浓度的不同可分为以下两种：
２．２．１湿法厌氧发酵
湿法厌氧发酵工艺的发酵浓度在５～１０‰由于物料在发酵罐中含水率较高，物料处于可自由流动的浆液状态，故将该类工艺称为湿法厌氧发酵工艺。目前常用的湿法工艺主要包括升流式固体厌氧反应器（ＵＳＲ）以及全混式厌氧发酵反应器（ＣＳＴＲ）等。无论何种湿法发酵工艺，发酵原料在进入发酵罐前都需进行水分调节、杂质剔除等预处理环节，以满足湿法厌氧发酵工艺的要求。
２．２．２干法厌氧发酵
干法厌氧发酵工艺的发酵浓度在２０，－－－３０％，由于物料在发酵罐中含水率较低，物料处于不可自由流动的干泥状态，故将该类工艺称为干法厌氧发酵工艺。干法厌氧发酵工艺根据原料的特点，一般无需进行水分调节、杂质剔除等预处理环节，可将湿粪直接送入发酵库内进行生物降解反应。
４２４周林玉，等：畜禽粪便干法沼气工程的实践与分析
原料范围
发酵浓度
水力停留时问所有适合发酵原料５～１０％含固率高于２０％的原料２０～３０％１５～２０天２０～２５天
１．５～２．５ｍ３／ｍ３・ｄ池容产气率０．８～１．２ｍ３／ｍ３．ｄ
热量能耗
需水量
沼液量
发酵罐稳定运行较高，约占沼气产能的２０～３０％较低，约占沼气产能的１０～２０％极少或不需要很少或基本没有罐内基本不会产生浮渣及沉淀，保证发酵罐稳定运行罐内有产生浮篙能性，威胁发酵大大
经过以上对比分析可以看出两种工艺的特点。湿法工艺适合物料含水率较高、原料纯度高的原料。处理杂质含量较多的原料，还需增加复杂的预处理设施，同时由于湿法需要较多的热量用来保温，在投入产出上有一定局限性。干法工艺适合物料含水率较低、物料纯度也不高的原料，同时由于干法保温只需较低热量的特点，更为适合在寒冷地区应用。另外，干法工艺的沼液产量较湿法工艺低得多，特别适合某些无需沼液后续利用的项目。
由于该沼气项目的原料从周边养殖场收集集中处理，都是干清粪，考虑到厌氧之后的沼渣要进行堆肥加工有机肥，本项目针对收集的干清粪直接进行干法厌氧发酵，不用掺水，也无沼液排放，避免了二次污染的产生。
３大型养殖场沼气工程商业模式分析
传统的畜禽粪便沼气工程都是由养殖户建设，国债项目由养殖户申请，资金落实后，由养殖户负责建设，由于养殖户的主业是养殖，对于畜禽粪便的资源再生利用不专业，加上各养殖场的规模不同，建设的沼气工程规模难以达到规模效益，所以很多养殖场的沼气工程业主都是被动地去申请国债项目，国债资金到位后，很难全部到位去建设，由于沼气工程偷工减料，加上工艺技术不合理，一般沼气工程完工验收之后基本不大运行，主要原因在于沼气工程运行是入不敷出，需要每天贴钱去运行，对于养殖户来说运行沼气工程是一种经济负担，特别是冬季大部分畜禽粪便沼气工程基本处于停止状态。
上海森农有机肥加工中心的畜禽粪便沼气工程突破传统的沼气工程商业模式，是由专门的有机肥加工企业建设，目的是降低好氧堆肥的二次污染（臭气、蚊蝇等），提高肥效。由于有机肥加工厂的有机肥销售渠道模式成熟，加上对沼气合理利用产生的效益，该沼气工程所产生的经济效益比传统的养殖场沼气工程更加稳定可靠。该项目技术模式主体技术也是突破传统的湿法厌氧工艺，采用干法厌氧发酵技术，经过将近一年的运行实践，显示出比传统湿法厌氧发酵不可比拟的技术优势。系统简单，只要一个人监视即可，处理原料种类多，厂区周边ｌＯ多个牛场产生的牛粪通过收集车运输至工厂不需要经过任何预处理就直接进入发酵罐，同时周边一个豆腐制品厂污泥，一个中药厂的残渣也运到沼气站进行处理。经过上海这个寒冷冬季的考验，发酵罐不需要外加能源即可维持发酵罐系统的正常运行，无沼液排放。生产的有机肥直接给周边的大棚蔬菜使用，产生的沼气给厂区的内腐殖酸加工厂使用。由于该项目属于国债项目，投资由国家和地方政府补贴，大大降低了业主的运行负担，该项目通过出售沼气和有机肥收入维护项目的运行。
该项目的商业模式的成功，是决定该项目能够持续稳定的运行的保证。沼气工程能产生效益，冬季能稳定运行，夏季能消除蚊蝇和臭气污染，加上工艺技术路线的选择正确，该项目能得到业主的认可，并能持续稳定地运行。是一种成熟的畜禽粪便商业运行模式，对于大型畜禽粪便沼气工程操作具有示范意义。
２０１３年中国沼气学会学术年会论文集４２５
４项目经济效益分析
决定一个沼气工程建成之后能否持续运行的决定因素是沼气产生的经济效益，对沼气最终形成的高附加值产品要求更高，直接影响到项目的经济收益，也决定了项目能否成功维持运营的关键。该项目所产生的沼气形成最终产品包括直接出售沼气给厂区内的腐殖酸加工厂使用，安装了一台３０ｋＷ发电机组，热电联产，电力供沼气工程设备内部使用，热能供厂区回用给发酵罐加热。沼渣利用也是决定项目经济效益另一个关键因素，该项目的沼渣通过好氧堆肥制成有机肥，有机肥是该公司的传统产品，销售渠道成熟，实现了该项目收益最大化。具体运行成本计算如下：
目前的原料牛粪收集是委托给专业运输公司，每车装运费５０元／车，折合每吨牛粪的收集成本是２０元／吨，周边养殖场粪便是免费提供，沼气按１．２元／ｍ３出售，有机肥按６００元／吨出售。整个项目处理规模为２５吨／天，产生沼气１０００立方／天，有机肥６．４吨／天。沼气站自备发电机组３０ｋＷ，自用沼气４００立方，出售沼气６００立方，包括人工费，翻堆车的油耗设备维护费等等，总运行成本在６５万元。具体成本估算如下表２，收入估算见表３。
表２干法工程成本ｉ－ｔ－ｌｉｔ表
根据以上计算可以看出，该项目每年的经济收益１０１万元，具有良好的经济效益，从收入看，沼气直接出售的收入不多，但间接经济效益明显，改善堆肥的周边环境，降低二次污染，同时具有良好的节能减排效益。
５结论
上海森农有机肥中心干法牛粪沼气项目摆脱传统的畜禽粪便沼气依托养殖场建设，直接由有机肥加工中心进行建设，不仅改善了传统有机肥加工中心好氧堆肥产生的蚊蝇、臭气等二次污染，而且使沼气工程产生的沼气和沼渣的效益得到充分发挥，沼气一部分发电供有机肥加工中一ｆｌ，自用，另一部分出售给加工中心内的腐殖酸加工厂，效益发挥极致，依靠有机肥加工中一ｆｌ，生产有机肥的传统技术优势，将沼渣变成有机
４２６周林玉，等：畜禽粪便干法沼气工程的实践与分析
肥，产品附加值高，效益明显。该项目在技术上突破传统的畜禽粪便厌氧采用湿法工艺，用干法厌氧发酵技术处理畜禽粪便，在运行实践中技术优势明显，具体表现无需添加水分进行稀释，可减少发酵装置的体积和热量的消耗；冬季能稳定运行，无沼液排放，沼渣堆肥效果好，操作简单，维护容易等。本项目在商业模式和技术工艺路线上都实行了突破，该项目的应用实践表明，该项目所采用的畜禽粪便干法沼气工程模式和商业运行模式可作为沼气工程市场化运行的典范加以推广。
参考文献
［１】中华人民共和国国家统计局编．中国统计年鉴２０１０［Ｍ］．北京：中国统计出版社，２０１０．［２】张田，卜美东，耿维．中国畜禽粪便污染现状及产沼气潜力［Ｊ】．生态学杂志，２０１２，（０５）：１２４１－１２４９
畜禽粪便干法沼气工程的实践与分析
作者：
作者单位：周林玉， 刘会友， 韩立宏， 曾邦龙周林玉(江苏省泰兴市农委,江苏225400)， 刘会友,韩立宏(上海济兴能源环保技术有限公司,上海200092)，
曾邦龙(上海市农村能源行业协会,上海201101)
引用本文格式：周林玉. 刘会友. 韩立宏. 曾邦龙 畜禽粪便干法沼气工程的实践与分析[会议论文] 2013
２０１３年中国沼气学会学术年会论文集４２１
畜禽粪便干法沼气工程的实践与分析
周林玉１，刘会友２※，韩立宏２，曾邦龙３
（１．江苏省泰兴市农委，江苏２２５４００；２．上海济兴能源环保技术有限公司，上海２０００９２：３．上海市农村能源行业协会，上海２０１１０１）摘要：本文通过对上海森农有机肥中心于法畜禽粪便沼气项目的工程案例分析，探讨了采用干法厌氧发酵技术处理畜禽粪便产沼的技术优势，具体特点为：１）无需添加大量水分进行稀释，可减少发酵装置的体积和热量的消耗；２）无沼液排放，沼渣堆肥效果好，操作简单，维护容易等。针对上海森农牛粪沼气项目沼渣和沼气的应用实践，探讨出沼渣和沼气利用方向，该项目的附属产品沼渣制成高附加值有机肥；而主产品沼气不仅提供了沼气工程所需要的电能和热能，并为项目工厂内的腐殖酸加工工厂提供能源。由于沼渣利用和沼气应用方向选择合理，使整个沼气工程产生效益显著，不需要任何补贴的情况下能市场化运行，并能产生经济效益。该畜禽粪便沼气工程以当地的有机肥加工企业为依托，集中处理周边畜禽养殖场所产生的畜禽粪便（同时处理周边中药厂的残渣和豆制品厂污泥），同时解决了原有机肥加工厂产生的二次污染（蚊虫、苍蝇、臭气等），并产生良好的经济效益。干法项目的应用实践表明，畜禽粪便干法沼气工程模式具有良好的环保和经济效益，可作为沼气工程市场化运行的典范加以推广。
关键词：畜禽粪便；沼气工程；干法发酵；沼气；沼渣
Ｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅｄｒｙｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｂｉｏｇａｓｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｐｒａｃｔｉｃｅａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ
ＺＨＯＵＬｉｎｙｕｌ．ＬＩＵＨｕｉｙｏｕ凇，ＨＡＮＬｉｈｏｎ９２。ＺＥＮＧＢａｎｇｌｏｎ９３
（１．ＪｉａｎｇｓｕＴａｉｘｉｎｇａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎＪｉａｎｇｓｕ，２２５４００，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳｈａｎｇｈａｉＪａｃｎｅｎｅｒｇｙ＆ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｔｄ．Ｃｏ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０００９２，Ｃｈｉｎａ；
３．ＳｈａｎｇｈａｉＲｕｒａｌＥｎｅｒｇｙＩｎｄｕｓｔｒｙＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０１１０１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：１１１ｅｆｕｌｌｓｃａｌｅｄｒｙｆｅｒｍｅｎｍｔｉｏｎｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅ（ｃｏｗｄｕｎｇ、ｉｓａｐｐｌｉｅｄｉｎ
ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃｅｎｔｒｅ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓ
ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｂｉｏｇａｓｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．ＢａｓｅｄａｌｌＳｈａｎｇｈａｉＳｅｎｇｎｏｎｇＯｒｇａｎｉｃｄｒｙｄｒｙ
ｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒａｃｔｉｃｅａｎｄｏｆｆｅｒｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｄａｔａｏｆｔｈｉｓｂｉｏｇａｓｈａｓｂｅｅｎｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｔｏｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｔｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆａｐｐｌｙｉｎｇｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅｄｒｙｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｈａｓ
ｒｅａｃｔｏｒ；ａｎｄｆｏｌｌｏｗｉｎｇｂｅｎｅｆｉｔｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｗｅｔａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ：１）ｌｅｓｓｗａｔｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓｎｅｅｄｅｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｖｏｌｕｍｅｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｏｒａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｄｈｅａｔｓｕｐｐｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｇｒｅａｔｌｙ；２）Ｔｈｅｒｅｉｓ
ｇｏｏｄｆｅｅｄｓｔｏｃｋｆｏｒｏｒｇａｎｉｃｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｎｏｗａｓｔｅｗａｔｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅｆｒｏｍｔｈｅｔｈｅｂｉｏｇａｓｄｒｅｇｓ
ｅａｓｉｅｒ．Ｂａｓｅｄａｒｅｏｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；３）Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ＆ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ
ｅｎｅｒｇｙｆｏｒｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｍｕｃｈｏｐｅｒａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓｏｆｔｈｉｓｂｉｏｇａｓｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅｈｉｇｈ－ｖａｌｕｅｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆｂｉｏｇａｓ＆ｂｉｏｇａｓｄｒｅｇｓｔｈｅｗｈｏｌｅｏｒｇａｎｉｃｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ａｒｅＷａｓａｌｓｏｐｒｏｐｏｓｅｄ．１１１ｅｍａｉｎｐｒｏｄｕｃｔ．ｎａｍｅｌｙｔｈｅｂｉｏｇａｓｓｕｐｐｌｉｅｓｃｅｎｔｒｅ．ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｐｏｗｅｒ＆ｈｅａｔｂｙｕｓｉｎｇ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅ，ｂｉｏｇａｓｐｒｏｊｅｃｔ，ｄｒｙｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｂｉｏｇａｓ，ｄｒｅｇｓ
第一作者：周林玉（１９６１一）男，本科，工程师，研究方向：农村能源，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｓｔｏｏ＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：刘会友（１９６６一）男，硕士，高级工程师，研究方向：固体废弃物资源化，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｔｏｎｅ６６６９＠１６３．ｔｏｍ
４２２周林玉，等：畜禽粪便干法沼气工程的实践与分析
为满足人民群众对各类动物性食品的需求，国家于９０年代提出实施“菜篮子工程”，此后畜禽养殖业向着规模化、集约化发展，带来了巨大的社会效益和经济效益，与此同时也产生大量的畜禽粪便废弃物。据估算，２００９年中国畜禽粪便（粪＋尿）排放量为３２．６４亿ｔ鲜重，是同年工业固体废物排放总量的１．６倍；其中ＢＯＤ、ＣＯＤ含量分别为７２７３．９５万ｔ、８０３９．９６万ｔ，ＣＯＤ排放量已远远超过工业废水与生活废水ＣＯＤ排放量之和２７７．５４万ｔ…。从畜禽粪便的构成看，数量最大的是牛粪，然后依次为猪、羊、鸡、鸭、鹅、马、驴、骡、兔，其中牛、猪、羊、鸡的粪便排放量占年排放总量的９６．５％，是中国畜禽粪便的主要来源。养殖场的发展使畜禽场建沼气工程的需求大大增长。据农业部统计资料，２００５年底我国共有畜禽养殖场沼气工程１１９８６处，到２００９年底增长到５６８５６处，４年增长３．７４倍。其中，大型工程从８６０处增长到３７１７处，４年增长３．７４倍多。中型工程从２６７７处增长到１８８５３处，４年增长６．０４倍；小型工程从８４４９处增加到３３９６４处，４年增长３．０２倍瞄Ｊ。
国内已建的大中型畜禽粪便沼气工程基本采用ＣＳＴＲ或ＵＡＳＢ湿法厌氧发酵工艺。在南方地区，针对猪粪沼气项目，采用这种工艺相对来说比较合理。由于猪粪很多采用粪水收集，含固率比较低，采用湿法工艺，可以直接进入发酵系统进行发酵。而且在南方地区天气比较温暖，冬季温度也不太低，采用湿法厌氧发酵工艺冬季能基本维持运行，但产气率一般不高。然而，对于鸡粪、牛粪如果采用湿法厌氧发酵工艺进行处理势必要要加水稀释，无形中造成了二次污染，沼液排放量大大增加，虽然可以作为液肥使用，但如果项目规模大，大量的沼液处理也是负担，如果在北方寒冷天气，采用这类工艺，所产沼气还不能维持整个项目的运行所需要的能耗。所以很多己建成的大型畜禽粪便沼气工程，虽然名声在外，但实际运行效果并不理想，北方地区的畜禽粪便沼气项目真正正常运行的不多。根据国家的政策方向，现有的大中型沼气工程要打破沼气工程与养殖场或养殖小区、发酵原料与畜禽粪便“两个捆绑”，坚持高标准、高投入、高产出Ｉ３１。采用传统的湿法厌氧工艺和商业模式做畜禽粪便沼气工程很难达到这种要求，需要对畜禽粪便的厌氧发酵工艺进行改进优化，同时在畜禽粪便商业模式上进行创新，使畜禽粪便沼气工程在国家政策的支持下，能稳定持续地维持运行，形成一种成熟的商业模式。
１上海森农有机肥中心干法牛粪沼气项目简介
上海森农环保科技有限公司是本市生态有机肥料中心项目是２００８年上海市重大工程建设项目之一，也是“第三轮环保行动计划”的一个重要组成部分，已建成年产１．８３万吨的有机肥生产流水线、集约化管理生产模式，是上海市浦东新区的有机肥产业化龙头企业，年处理畜禽粪５５０００多吨，目前收集了１４个畜禽养殖场粪便制有机肥料，总收集量达１５０吨／天。
上海森农有机肥中心干法牛粪沼气项目是有机肥加工中心的配套项目，每天处理的畜禽粪便为２５吨，项目总投入４００万元，中央扶持资金１００万元，市财力配套８０万元，浦东新区财力配套１２０万元，企业自筹资金１００万元。
项目周边为农田及果园，场址交通便捷，距离居民区较远。为改变上海地区的有机肥好氧生产工艺，消除臭气和蚊蝇对周边居民产生的危害，在不增加污染量的前提下，采用厌氧发酵的工艺对畜禽粪便进行处理，变废为宝。本项目年处理畜禽粪便９１２５吨，采用干法厌氧发酵工艺进行发酵，产品产量如下：
（１）年产沼气量达３６．５万ｍ３，所产沼气用于沼气发电和代替柴油供锅炉燃烧供热，所产生的电力及热能全部供给沼气工程和沼渣加工中心自用；
（２）年产干沼渣约６０００吨左右沼渣，用作有机固肥加工原料，无沼液排放。
该项目既是一个变废为宝、资源全面综合利用的生态环保工程，又是一个清洁能源、循环经济、生态环境、有机生态农业的示范项目，对上海市畜牧业发展和拉动有机生态农业产业发展具有重大推动作用和示范意义。
该沼气工程的建设方是有机肥加工中心，不同于传统的畜禽粪便养殖场作为建设方，专业收集有机肥中心周边养殖户的畜禽粪便，集中处置，先经过厌氧发酵，再进行好氧，比原来直接好氧堆肥加工有机肥
２０１３年中国沼气学会学术年会论文集４２３
工艺，臭气、蚊蝇等二次污染大大降低，同时有机肥肥效增加，整个厂区和周边环境大大改善，是一种新型的畜禽粪便资源利用模式。
该项目经过将近一年的运行，效果良好，不仅厂区和周边环境得到了改善，沼气和有机肥产生的收入使得该沼气工程产出大于投入，产生了良好的经济效益，在国债资金的资助下，业主能产生效益，也确保项目能持续稳定地运行。
２大型养殖场沼气工程厌氧工艺路线分析
２．１千湿分离处理思路
大型养殖场的污染物主要分为固体粪便废弃物和废水。多年来，国内外的研究及工程实践证明：厌氧无害化、资源化处理方式是运行费用低，处理效果好，资源化程度高的处理方式。由于以往中、小型规模养猪场粗放式管理方式和养殖规模所限制，养殖场的畜禽粪便和废水最终混为一体成为所谓的养殖废水，导致粪污废水的处理量增大，处理难度变高。特别是当采用沼气工程技术对其进行处理时，由于沼气工艺的特点，工艺运行需要热量高，沼液产量大。高热量需要较高的能源投入，导致整个项目的能量投入产出比大，得不偿失。同时，沼液产量大，需要较大的沼液存储占地，沼液的消纳成为一个很大的问题，严重影响沼气工程的正常运行。
从环保工程技术上考虑，固体废弃物和污水应分开单独处理，避免高浓度的废弃物（如粪便）与低浓度污染的污水混合，降低污水的处理难度。当项目处理规模较大时，固体废弃物（干猪粪）和污水单独处理更具有优势。
从沼气工程以往的经验来考虑，当沼气工程形成一定规模后，沼液的存储和出路是一个必须面对的问题。由于大型沼气工程的粪污处理量过于庞大，每天都产生数十吨或上百吨计的沼液，而养殖场附近的农田难以消纳如此多的沼液。大量沼液的存储会占用养殖场大量的面积，沼液的远距离运输导致使用成本增高，养殖场和农户都难以承受。因此尽量减少沼液产量是大型沼气工程今后必须考虑的一个重要问题。
大量高浓度有机废水厌氧处理要采用近代开发的高效、低耗、新型厌氧反应器。无害化的沼液应最大限度作冲洗水回用，减少新鲜水用量，工艺运行必需时实行限量的系统外排，作为沼肥使用或进一步深度处理。
综上所述，对于大型或特大型沼气工程，应对养殖场所产生的粪污尽量进行干湿分别收集，对收集所产生的粪便和污水分别进行处理，只有对两种不同形态的污染物分别采取先进、适宜的处理工艺，才能使整个养殖场粪污处理工程实现最佳的经济性和长期运行的稳定性。
２．２固粪厌氧无害化处理工艺选择
厌氧发酵工艺根据发酵浓度的不同可分为以下两种：
２．２．１湿法厌氧发酵
湿法厌氧发酵工艺的发酵浓度在５～１０‰由于物料在发酵罐中含水率较高，物料处于可自由流动的浆液状态，故将该类工艺称为湿法厌氧发酵工艺。目前常用的湿法工艺主要包括升流式固体厌氧反应器（ＵＳＲ）以及全混式厌氧发酵反应器（ＣＳＴＲ）等。无论何种湿法发酵工艺，发酵原料在进入发酵罐前都需进行水分调节、杂质剔除等预处理环节，以满足湿法厌氧发酵工艺的要求。
２．２．２干法厌氧发酵
干法厌氧发酵工艺的发酵浓度在２０，－－－３０％，由于物料在发酵罐中含水率较低，物料处于不可自由流动的干泥状态，故将该类工艺称为干法厌氧发酵工艺。干法厌氧发酵工艺根据原料的特点，一般无需进行水分调节、杂质剔除等预处理环节，可将湿粪直接送入发酵库内进行生物降解反应。
４２４周林玉，等：畜禽粪便干法沼气工程的实践与分析
原料范围
发酵浓度
水力停留时问所有适合发酵原料５～１０％含固率高于２０％的原料２０～３０％１５～２０天２０～２５天
１．５～２．５ｍ３／ｍ３・ｄ池容产气率０．８～１．２ｍ３／ｍ３．ｄ
热量能耗
需水量
沼液量
发酵罐稳定运行较高，约占沼气产能的２０～３０％较低，约占沼气产能的１０～２０％极少或不需要很少或基本没有罐内基本不会产生浮渣及沉淀，保证发酵罐稳定运行罐内有产生浮篙能性，威胁发酵大大
经过以上对比分析可以看出两种工艺的特点。湿法工艺适合物料含水率较高、原料纯度高的原料。处理杂质含量较多的原料，还需增加复杂的预处理设施，同时由于湿法需要较多的热量用来保温，在投入产出上有一定局限性。干法工艺适合物料含水率较低、物料纯度也不高的原料，同时由于干法保温只需较低热量的特点，更为适合在寒冷地区应用。另外，干法工艺的沼液产量较湿法工艺低得多，特别适合某些无需沼液后续利用的项目。
由于该沼气项目的原料从周边养殖场收集集中处理，都是干清粪，考虑到厌氧之后的沼渣要进行堆肥加工有机肥，本项目针对收集的干清粪直接进行干法厌氧发酵，不用掺水，也无沼液排放，避免了二次污染的产生。
３大型养殖场沼气工程商业模式分析
传统的畜禽粪便沼气工程都是由养殖户建设，国债项目由养殖户申请，资金落实后，由养殖户负责建设，由于养殖户的主业是养殖，对于畜禽粪便的资源再生利用不专业，加上各养殖场的规模不同，建设的沼气工程规模难以达到规模效益，所以很多养殖场的沼气工程业主都是被动地去申请国债项目，国债资金到位后，很难全部到位去建设，由于沼气工程偷工减料，加上工艺技术不合理，一般沼气工程完工验收之后基本不大运行，主要原因在于沼气工程运行是入不敷出，需要每天贴钱去运行，对于养殖户来说运行沼气工程是一种经济负担，特别是冬季大部分畜禽粪便沼气工程基本处于停止状态。
上海森农有机肥加工中心的畜禽粪便沼气工程突破传统的沼气工程商业模式，是由专门的有机肥加工企业建设，目的是降低好氧堆肥的二次污染（臭气、蚊蝇等），提高肥效。由于有机肥加工厂的有机肥销售渠道模式成熟，加上对沼气合理利用产生的效益，该沼气工程所产生的经济效益比传统的养殖场沼气工程更加稳定可靠。该项目技术模式主体技术也是突破传统的湿法厌氧工艺，采用干法厌氧发酵技术，经过将近一年的运行实践，显示出比传统湿法厌氧发酵不可比拟的技术优势。系统简单，只要一个人监视即可，处理原料种类多，厂区周边ｌＯ多个牛场产生的牛粪通过收集车运输至工厂不需要经过任何预处理就直接进入发酵罐，同时周边一个豆腐制品厂污泥，一个中药厂的残渣也运到沼气站进行处理。经过上海这个寒冷冬季的考验，发酵罐不需要外加能源即可维持发酵罐系统的正常运行，无沼液排放。生产的有机肥直接给周边的大棚蔬菜使用，产生的沼气给厂区的内腐殖酸加工厂使用。由于该项目属于国债项目，投资由国家和地方政府补贴，大大降低了业主的运行负担，该项目通过出售沼气和有机肥收入维护项目的运行。
该项目的商业模式的成功，是决定该项目能够持续稳定的运行的保证。沼气工程能产生效益，冬季能稳定运行，夏季能消除蚊蝇和臭气污染，加上工艺技术路线的选择正确，该项目能得到业主的认可，并能持续稳定地运行。是一种成熟的畜禽粪便商业运行模式，对于大型畜禽粪便沼气工程操作具有示范意义。
２０１３年中国沼气学会学术年会论文集４２５
４项目经济效益分析
决定一个沼气工程建成之后能否持续运行的决定因素是沼气产生的经济效益，对沼气最终形成的高附加值产品要求更高，直接影响到项目的经济收益，也决定了项目能否成功维持运营的关键。该项目所产生的沼气形成最终产品包括直接出售沼气给厂区内的腐殖酸加工厂使用，安装了一台３０ｋＷ发电机组，热电联产，电力供沼气工程设备内部使用，热能供厂区回用给发酵罐加热。沼渣利用也是决定项目经济效益另一个关键因素，该项目的沼渣通过好氧堆肥制成有机肥，有机肥是该公司的传统产品，销售渠道成熟，实现了该项目收益最大化。具体运行成本计算如下：
目前的原料牛粪收集是委托给专业运输公司，每车装运费５０元／车，折合每吨牛粪的收集成本是２０元／吨，周边养殖场粪便是免费提供，沼气按１．２元／ｍ３出售，有机肥按６００元／吨出售。整个项目处理规模为２５吨／天，产生沼气１０００立方／天，有机肥６．４吨／天。沼气站自备发电机组３０ｋＷ，自用沼气４００立方，出售沼气６００立方，包括人工费，翻堆车的油耗设备维护费等等，总运行成本在６５万元。具体成本估算如下表２，收入估算见表３。
表２干法工程成本ｉ－ｔ－ｌｉｔ表
根据以上计算可以看出，该项目每年的经济收益１０１万元，具有良好的经济效益，从收入看，沼气直接出售的收入不多，但间接经济效益明显，改善堆肥的周边环境，降低二次污染，同时具有良好的节能减排效益。
５结论
上海森农有机肥中心干法牛粪沼气项目摆脱传统的畜禽粪便沼气依托养殖场建设，直接由有机肥加工中心进行建设，不仅改善了传统有机肥加工中心好氧堆肥产生的蚊蝇、臭气等二次污染，而且使沼气工程产生的沼气和沼渣的效益得到充分发挥，沼气一部分发电供有机肥加工中一ｆｌ，自用，另一部分出售给加工中心内的腐殖酸加工厂，效益发挥极致，依靠有机肥加工中一ｆｌ，生产有机肥的传统技术优势，将沼渣变成有机
４２６周林玉，等：畜禽粪便干法沼气工程的实践与分析
肥，产品附加值高，效益明显。该项目在技术上突破传统的畜禽粪便厌氧采用湿法工艺，用干法厌氧发酵技术处理畜禽粪便，在运行实践中技术优势明显，具体表现无需添加水分进行稀释，可减少发酵装置的体积和热量的消耗；冬季能稳定运行，无沼液排放，沼渣堆肥效果好，操作简单，维护容易等。本项目在商业模式和技术工艺路线上都实行了突破，该项目的应用实践表明，该项目所采用的畜禽粪便干法沼气工程模式和商业运行模式可作为沼气工程市场化运行的典范加以推广。
参考文献
［１】中华人民共和国国家统计局编．中国统计年鉴２０１０［Ｍ］．北京：中国统计出版社，２０１０．［２】张田，卜美东，耿维．中国畜禽粪便污染现状及产沼气潜力［Ｊ】．生态学杂志，２０１２，（０５）：１２４１－１２４９
畜禽粪便干法沼气工程的实践与分析
作者：
作者单位：周林玉， 刘会友， 韩立宏， 曾邦龙周林玉(江苏省泰兴市农委,江苏225400)， 刘会友,韩立宏(上海济兴能源环保技术有限公司,上海200092)，
曾邦龙(上海市农村能源行业协会,上海201101)
引用本文格式：周林玉. 刘会友. 韩立宏. 曾邦龙 畜禽粪便干法沼气工程的实践与分析[会议论文] 2013