畜禽糞便厭氧消化沼氣發(fā)電行業(yè)的現狀分析

0 前言

畜禽糞便是畜禽排泄物的總稱(chēng)，是糧食、農作物、秸稈和牧草等形態(tài)生物質(zhì)的轉化形式，主要包括畜禽排出的糞便、尿及其與雜草和沖洗廢污水的混合物。隨著(zhù)國家政策的大力扶植和養殖業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，我國畜禽飼養量不斷增加，畜禽糞便排放量也必然增加，由此造成的環(huán)境污染將會(huì )更加嚴重。

沼氣是有機物經(jīng)微生物厭氧消化而產(chǎn)生的可燃性氣體，由于這種氣體經(jīng)常產(chǎn)生于沼澤地和池沼中，因此稱(chēng)為沼氣。沼氣是多種氣體的混合物，其中甲烷(CH4 )含量通常在55%～70%之間，其余為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化物，是一種良好的氣體燃料，其特性與天然氣相似，可以完全代替汽油或柴油進(jìn)行發(fā)電。隨著(zhù)大型沼氣工程的大量建設和沼氣綜合利用的不斷發(fā)展，沼氣發(fā)電技術(shù)逐漸被廣泛利用，這種技術(shù)是將厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣用于裝有綜合發(fā)電裝置的發(fā)動(dòng)機上，以產(chǎn)生電能和熱能。沼氣發(fā)電技術(shù)是實(shí)現畜禽糞便、農作物秸稈、有機生活垃圾以及生活污水等各類(lèi)生物質(zhì)資源能源化利用的有效途徑之一，具有高效、節能、安全和環(huán)保等綜合效益。

1 畜禽糞便處理的必要性

隨著(zhù)人們生活水平的不斷增加，人們對畜禽產(chǎn)品的需求量不斷增大，國家興建了許多集約化的畜禽養殖場(chǎng)，由此產(chǎn)生了大量的畜禽糞尿不經(jīng)處理就排放到環(huán)境中，不僅污染了地表水和地下水，而且也會(huì )導致病原菌的擴散，對畜禽及人類(lèi)的健康構成威脅，因此，變廢為寶，將畜禽糞便無(wú)害化和資源化，最大限度地滿(mǎn)足環(huán)境的可接受性和經(jīng)濟上的可行性，成為人們追求的目標。

1.1 對土壤的影響

畜禽糞便中富含有農作物生長(cháng)所需的營(yíng)養元素，如有機物和氮、磷、鉀等養分，還含有鈣、鎂、硫等多種礦物質(zhì)及微量元素，在滿(mǎn)足作物生長(cháng)需要的同時(shí)，對提高土壤肥力 改良土壤性質(zhì)和增加作物產(chǎn)量都有很好的作用。

但由于畜禽糞便的產(chǎn)生量過(guò)大，如大量使用糞便作為肥料會(huì )危害農作物土壤表面水和地下水水質(zhì) 2003 年全國畜禽糞便產(chǎn)生量約31． 9 億t， 超過(guò)農業(yè)廢棄物的 60%，是工業(yè)廢棄物的3． 2倍，且畜禽糞便中含有大量的氮 磷 鉀和部分重金屬元素，處理不當容易造成對土壤水源空氣的污染， 危害人類(lèi)健康。

1.2 對水體的污染

畜禽糞便淋溶性極強，遠遠超過(guò)化肥的淋溶性，若不及時(shí)采取措施，便會(huì )污染地表水， 進(jìn)而通過(guò)土壤滲濾污染地下水，畜禽糞便中含有大量的有機物氮、磷、鉀等營(yíng)養元素，同時(shí)含有大量的致病菌等污染物，還伴有惡臭氣味我國每年畜禽糞便總量超過(guò)10億 t，其中有25%的畜禽糞污流失到水體中未經(jīng)處理的高濃度有機廢水的集中排放，大量消耗水體中的溶解氧，使水體變黑發(fā)臭；水中N、P等營(yíng)養物促使水體富營(yíng)養化，或使地下水中的硝態(tài)氮或亞硝氮濃度增高，這些因素是造成江河湖泊水體污染的重要原因之一。

1.3 對空氣的污染

畜禽糞尿中含有碳水化合物和含氮有機化合物，在有氧和無(wú)氧條件下都可分解有機碳水化合物在有氧條件下分解生成二氧化碳和水并釋放熱能，在無(wú)氧條件下分解不完全，產(chǎn)生甲烷、有機酸和各種醇類(lèi)，這些物質(zhì)略帶臭味和酸味。

氮沉降是構成當前環(huán)境危害的重大因素，它可造成酸雨、水體富營(yíng)養化，甚至導致同溫層臭氧濃度的變化。

畜禽糞便大量堆積發(fā)酵產(chǎn)生的有害氣體，含有氨、硫化氫、甲基硫醇等，嚴重影響空氣質(zhì)量。這些氣體不僅使人產(chǎn)生不愉快的感覺(jué)，而且引起家畜的呼吸道疾病，使動(dòng)物的免疫力下降，影響畜禽產(chǎn)品質(zhì)量。

1.4 造成寄生蟲(chóng)、有害微生物的傳播

畜禽糞便中含有大量的病原微生物和寄生蟲(chóng)卵，如不及時(shí)處置，會(huì )滋生蚊蠅，使環(huán)境中的病原種類(lèi)增多，病原菌和寄生蟲(chóng)蔓延、這些病原微生物和寄生蟲(chóng)卵進(jìn)入水體，會(huì )使水體中病原種類(lèi)增多，菌種和菌量加大，且出現病原菌和寄生蟲(chóng)的大量繁殖和污染，導致水傳染病的傳播和流行，特別是在人畜共患病時(shí)，會(huì )引發(fā)疫情，給人、畜帶來(lái)災難性危害。

1.5 藥物殘留污染

畜禽在養殖過(guò)程中都需要添加飼料，飼料中通常添加一定量的藥物添加劑，添加劑的過(guò)度使用和濫用藥物添加劑的現象越來(lái)越普遍，許多藥物添加劑會(huì )隨畜禽尿液排出，混合在糞便當中這種糞便廢棄物若不經(jīng)任何有效處理就作為肥料施用，其中的藥物添加劑被植物吸收后殘留在其組織中，最終會(huì )對人畜產(chǎn)生毒副作用

2 畜禽糞便沼氣發(fā)電技術(shù)的行業(yè)現狀

沼氣發(fā)電始于上世紀70年代初期，沼氣發(fā)電一個(gè)系統工程，它包括沼氣生產(chǎn)，沼氣凈化與儲存，沼氣發(fā)電及上網(wǎng)等多項單元技術(shù)的優(yōu)化組合

2.1 國外沼氣發(fā)電技術(shù)現狀

沼氣發(fā)電行業(yè)在國外發(fā)達國家受到了廣泛的重視和積極的推廣，如美國的能源農場(chǎng)。德國的可再生能源促進(jìn)法的頒布，日本的陽(yáng)光工程，荷蘭的綠色能源等。德國是目前世界上沼氣工程發(fā)展最為成功的國家之一，在該國《可再生能源法》等相關(guān)法律、法規的引導和刺激下，沼氣主要用于發(fā)電上網(wǎng)。截止至 2008 年，德國已建成沼氣工程3900處，總裝機容量達1400MW，其中裝機容量在2MW 的沼氣廠(chǎng)有40家，最小裝機容量為50kW。美國在沼氣發(fā)電領(lǐng)域有許多成熟的技術(shù)和工程，處于世界領(lǐng)先水平，裝機容量已達7.5MW，現有61個(gè)填埋場(chǎng)使用內燃機發(fā)電。捷克Tedom 公司生產(chǎn)的燃氣內燃發(fā)電機目前已遍布歐洲地區，其產(chǎn)品的顯著(zhù)特點(diǎn)是將發(fā)電、供熱于一體，機體內部包含了發(fā)動(dòng)機、發(fā)電機，余熱回收換熱裝置，及自控系統。

2.2 我國畜禽糞便沼氣發(fā)電技術(shù)現狀

沼氣發(fā)電行業(yè)在我國起步于20世紀80年代初期，有30年的歷史，在這期間，我國有大量的技術(shù)人員對沼氣發(fā)電技術(shù)進(jìn)行研究及沼氣發(fā)電設備的開(kāi)發(fā)。1998 年全國沼氣發(fā)電量為1，055，160kW·h在此期間，先后有一些科研機構進(jìn)行過(guò)沼氣發(fā)動(dòng)機的改裝和提高熱效率方面的研究工作。2003年我國已有100多個(gè)沼氣發(fā)電項目，裝機容量達3936kW北京高碑店污水處理廠(chǎng)采用的就是沼氣內燃發(fā)電機組，其中有7臺進(jìn)口發(fā)電機組，3臺500 kW的山東勝動(dòng)機械廠(chǎng)生產(chǎn)的發(fā)電機組。

3 發(fā)展沼氣發(fā)電需要解決的問(wèn)題

3.1 發(fā)電機技術(shù)問(wèn)題

我國對沼氣發(fā)電機的研究起步較晚，初期主要是改裝小功率內燃機為雙燃料式或全燒沼氣式沼氣發(fā)動(dòng)機90年代中期以后，隨著(zhù)一些大型沼氣工程、垃圾填埋場(chǎng)的建成，沼氣發(fā)電已具有穩定的充足的氣源，促成了沼氣發(fā)電技術(shù)研究的逐步深入，使沼氣發(fā)動(dòng)機的性能得到較大改善，發(fā)電機組的單機功率也有所增大不過(guò)，目前國內已在使用的國產(chǎn)沼氣發(fā)電機組，在燃料發(fā)電效率上以及部分零件壽命上與國外先進(jìn)機組相比有一定差距，從而影響其發(fā)展進(jìn)程。

3.2 發(fā)電機余熱利用效率低

沼氣發(fā)電機在發(fā)電的同時(shí)，產(chǎn)生出大量的熱量，煙氣溫度一般在550℃左右 通過(guò)利用熱回收技術(shù)，將燃氣內燃機中的潤滑油 中冷器 缸套水和尾氣排放中的熱量充分回收利用，一般從內燃機熱同收系統中吸收的熱量以90℃的熱水形式供給熱交換部分使用，用于冬季采暖以及生活熱水。據有關(guān)資料表明，效率較高的沼氣發(fā)電機，只能把沼氣總含能量的30%左右轉化為電能，并可把總含能量的40%左右以余熱的形式回收，其余的能量以各種形式被損失掉，如果將這部分損失掉的能量加以充分回收利用，將為我國北方發(fā)展沼氣工程提供有力的技術(shù)保障。

3.3 市場(chǎng)法規不夠規范

沼氣作為一種新興能源正被各個(gè)國家重視，但由于我國起步較晚，致使沼氣發(fā)電技術(shù)相對落后，使沼氣發(fā)電市場(chǎng)不規范，沒(méi)有相應的較為完善的行業(yè)標準，也不利于其商業(yè)化開(kāi)發(fā)和利用由以上分析可以看出，采用厭氧發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)沼氣能源是處理大型養殖場(chǎng)畜禽糞便的國際主流方法，但由于我國發(fā)展沼氣發(fā)電起步時(shí)間較晚，技術(shù)相對落后，導致我國沼氣發(fā)電技術(shù)相對落后隨著(zhù)國家的重視，加之國內許多科研學(xué)者加大對這一行業(yè)的研究，在原料供給、設備技術(shù)研發(fā)、沼氣產(chǎn)量等發(fā)面都會(huì )得到提升，這將會(huì )使沼氣發(fā)電行業(yè)有大的發(fā)展。可想而知，在若干年后，我國也會(huì )出現國際沼氣發(fā)電行業(yè)先進(jìn)國家的情景。可以預見(jiàn)，沼氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)的形勢越來(lái)越好，發(fā)展空間越來(lái)越大。