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摘要：針對莊浪縣通化鎮野趙村全地下塞流式沼氣工程在運行過程出現的問題和不足，對該縣南湖鎮石陽村全地下塞流式沼氣工程在發酵池結構設計、發酵池內增溫等工程技術方面進行了改進，達到了養殖企業糞污處理徹底、節能減排增效、環境保護及發展綠色循環農業的預期效果。通過運行和對比分析，效果顯著。
關鍵詞：全地下塞流式；工程技術改進；運行效果
現代養殖業快速邁向集約化、工廠化，隨之而來的是養殖場糞尿及污水的處理問題。實踐表明，厭氧消化技術在處理禽糞便等高有機物含量的污染物方面有著無可比擬的優越性。采用沼氣發酵工藝處理大型養殖場產生的廢水和固廢，可以獲取大量沼氣和沼渣沼液。沼氣作為新型的可再生清潔能源，沼渣沼液即為天然優質的有機肥料。沼氣工程實現養殖企業的糞污處理和農業清潔生產、環境保護的有機對接，達到了經濟、社會、生態效益的統一，是一項可持續發展的綠色農業工程技術。近年來，莊浪縣主動適應農村能源事業持續健康發展的客觀需要，不斷拓展農村沼氣發展模式和功能，尋求農村沼氣轉型發展的新路子，在沼氣工程建設方面做了積極探索和實踐，取得了一定成績，目前，該縣已建成全地下塞流式沼氣工程3處。由于莊浪縣地處我國西北，氣溫、地溫較低，尤其是冬季比較嚴寒，在建設模式上采用了全地下塞流式模式。2013年，該縣在通化鎮野趙村建成了甘肅省第一個全地下塞流式沼氣工程，年產氣22萬m3，供氣農戶300戶，年產沼渣沼液1.5萬t，沼渣沼液應用推廣面積260hm2，初步探索出了該縣農村沼氣轉型升級，發展循環農業的新路子。但在實際運行過程中存在工程設計等方面的不足和問題，直接影響原料發酵和產氣率。在之后全地下塞流式沼氣工程的建設中，針對通化鎮野趙村沼氣工程中存在的問題，在工程技術設計方面進行了探索實踐和改進，取得了顯著效果。以通化鎮野趙村沼氣工程和進行工程設計改進后建成的南湖鎮石陽村全地下塞流式沼氣工程為實例，對比分析改進后全地下塞流式沼氣工程的使用效果。
1莊浪縣通化鎮野趙村全地下塞流式沼氣工程存在問題
2013年，莊浪縣通化鎮野趙村依托該村養豬場建成了厭氧發酵池總容積為1000m3全地下塞流式沼氣工程1處。在實際運行中，該工程在設計建設方面存在著以下5個主要問題：一是發酵池設計采用了互通一體式，造成原料發酵不徹底，發酵原料形成的結殼破除難度大。二是發酵池底水平設計，沒有坡度，加快池底沉積物的形成。三是發酵池內增溫采用管道增溫措施，增溫效果不明顯且溫度不均勻，而且造成管壁結垢逐年增厚，影響增溫效果。四是發酵池壁采用磚混結構建造，直接影響使用壽命。五是發酵池拱頂全封閉設計，沒有活動天窗口，致使發酵池內形成的結殼難以及時處理。由于主要工程設計存在缺陷，造成原料發酵不完全、池內增溫不明顯、產氣不穩定、產氣率不高和運行成本高等問題。
2莊浪縣南湖鎮石陽村全地下塞流式沼氣工程技術運用措施
莊浪縣通化鎮野趙村全地下塞流式沼氣工程在實際的運行過程中出現了以下問題：一是企業給農戶供的沼氣中斷頻繁，農戶飲事用能對沼氣工程的依靠程度不高。影響了沼氣大范圍的推廣和使用。二是沼氣工程日常管理難度較大，企業運營成本較高。企業純收入較低，造成企業運營積極性不高。三是糞污發酵處理不完全，導致糞污處理不達標、影響沼肥施用效果。四是沼氣工程冬季產氣不足，既影響供氣又影響糞污處理。面對沼氣工程運行中存在的突出問題，經過認真的思考分析得出，造成此問題的核心是沼氣工程的設計存在大問題。于是考慮將一座互通的發酵池分成較小幾個獨立的發酵池，并在每個池頂增加活動口來解決發酵不完全，處理糞污不間斷的問題。在經過建成甘肅省第一個全地下塞流式沼氣工程—總結成績和不足—改進試驗—總結不足—再改進再試驗后，于2015年，在石陽村建成了全地下塞流式沼氣工程。發酵池容積為1000m3，總投資160萬元，年產氣27.5萬m3，供氣農戶500戶。針對通化鎮野趙村全地下塞流式沼氣工程運行過程中存在的問題，在南湖鎮石陽村全地下塞流式沼氣工程的建設中，對以下5個方面的工程技術設計進行了實踐改進。
2.1發酵池并聯獨立式布局
在南湖鎮石陽村全地下塞流式沼氣工程設計建設中，將一體式發酵池進行改進，設計建成3個并聯獨立式發酵池（供暖系統、進料、出料及輸氣管道完全獨立控制）。形成了3個發酵池之間輪流進料，確保發酵池內原料60d以上的發酵時間，3個發酵池可循環工作，徹底解決了原一體式發酵池因清理池內沉積物時不能產氣，中斷農戶供氣弊端。
2.2池體鋼筋混凝土澆筑
在整個池體設計上，采用鋼筋混凝土一次性澆筑成功，池體厚250mm，拱頂氣室厚度200mm，延長了工程使用壽命。
2.3發酵池拱頂（氣室）增加活動口
為便于及時處理發酵原料形成的結殼，在每個發酵池的拱頂部分建造3個直徑為60cm的活動口，克服了全地下塞流式沼氣工程不能及時處理結殼的缺陷。
2.4發酵池底坡面設計
發酵池底進料端比出料端高60cm的坡度，且在池底鋪設光滑的瓷磚，有效減緩了發酵池發酵原料沉積過快問題。經測試，南湖鎮石陽村全地下塞流式沼氣工程使用1年后，發酵池底的沉積物平均厚度為8cm，使用2年后，沉積物平均厚度為20cm，而通化鎮野趙村全地下塞流式沼氣工程運行2年的沉積物平均厚度為40cm，相對減少沉積物厚度20cm，有效的減緩了沉積物的堆積速度和清理沉積物的次數，減少了運行費用。
2.5發酵池底鋪設地暖
發酵池外壁全部粘貼保溫板，發酵池底每縱向間隔20cm鋪設1根內徑25mm的PPR增溫管，該增溫方法的應用克服了全地下塞流式發酵池增溫不均勻的問題。經測試，發酵池內溫度可達到38℃，而且池溫均勻。同時，有效的防止了采用管道增溫時容易在管外壁形成結垢而影響增溫效果。
3結果與效益分析
石陽村全地下塞流式沼氣工程通過技術改進后，具有發酵池內溫度明顯提高、原料發酵充分、發酵池內沉積物減少和發酵池內結殼處理及時等優越性。經測試，石陽村沼氣工程較通化鎮野趙村沼氣工程，發酵池內溫度提高13℃，發酵池底沉積物厚度減少20cm。年產沼氣提高5.5萬m3，供氣戶增加200戶。
4結論與討論
發酵池體結構的設計是影響沼氣原料發酵是否充分的重要原因之一。通過對沼氣發酵池并聯獨立式等設計改進，能有效提高沼氣原料發酵率，而且減少發酵池沉積物堆積形成，保證持續發酵產氣。通過對發酵池加溫和發酵池體結構等技術的改進，能使池內溫度達到38℃，產氣率提高了25%，達到冬季產氣穩定，確保全年供氣不間斷的目的。全地下塞流式沼氣工程固有存在發酵不充分的弊端，因此，為使發酵池原料得到更充分發酵，在發酵池內縱向安裝原料攪拌和回流設備，有待于在今后實踐中進一步探索。全地下塞流式沼氣工程具有投資相對較低，工程建設技術及操作運行簡單，運行成本相對較低的優點。同時也具有發酵不充分，受氣溫地溫影響較大，維護不方便等缺點。而南湖鎮石陽村全地下塞流式沼氣工程經過技術改進優化后，在保持原有優點的同時解決了發酵不充分、冬季產氣不足、維護不方便等缺點，也具備了可持續處理糞污減少環境污染的特點。經過工程技術改進優化后，具有建設及操作簡單、維護方便，企業經營有動力，農戶用能用肥有信心，有效的擴大了全地下塞流式沼氣工程的使用范圍和建設地域。因此，對于我國北方等氣候寒冷地區發展沼氣工程有一定推廣價值。對于全面推進利用沼氣工程解決大規模畜禽養殖場糞污處理和對于加快果菜有機肥替代化肥行動、防治農業面源污染、推進美麗鄉村建設、推動農業綠色發展的雙重使命有著十分重要的意義。
作者:張澍 單位:甘肅省莊浪縣農村能源辦公室
