沼氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展研究論文
從全國水平來看,陜西省的畜禽養(yǎng)殖總量和規(guī);B(yǎng)殖程度均不高[1]。雖然畜禽養(yǎng)殖方式仍以散戶養(yǎng)殖和適度規(guī)模為主,但近年來陜西省規(guī);B(yǎng)殖場數(shù)量也大幅度增加,2010年規(guī)模化養(yǎng)殖場數(shù)量比2009年翻一番。關(guān)中平原渭河流域是全省畜禽養(yǎng)殖業(yè)集約化程度最高的區(qū)域,區(qū)域內(nèi)規(guī);B(yǎng)殖場和養(yǎng)殖小區(qū)的數(shù)量占到全省規(guī);B(yǎng)殖總數(shù)的52%。近年來,干清糞工藝在陜西省規(guī)模化養(yǎng)殖場得到了積極推行,全省約86%的規(guī);B(yǎng)殖場采用了干清糞工藝或采用干清糞與水沖糞、墊草墊料等相結(jié)合的方式,仍有過半數(shù)的養(yǎng)殖場不同程度的保留水沖糞工藝。國家標準《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》(GB18596-2001)由于制定時間較早,未涉及“干清糞工藝”定義及要求,在之后發(fā)布實施的一些地方性畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準中,例如山東、浙江、廣東等省均要求規(guī);B(yǎng)殖企業(yè)必須采用干清糞工藝、實現(xiàn)雨污分流。陜西省在加強普及干清糞工藝的同時,應(yīng)該針對渭河流域、南水北調(diào)區(qū)、城鄉(xiāng)飲用水水源地周邊等水污染防治重點區(qū)域內(nèi)的規(guī)模化養(yǎng)殖企業(yè)強制推行干清糞和雨污分流。根據(jù)2010年全省畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染源調(diào)查情況統(tǒng)計,93%的規(guī);笄蒺B(yǎng)殖場對畜禽糞便進行了收集利用,其中直接還田的方式占主導,而采取厭氧發(fā)酵制沼氣、生產(chǎn)有機肥的比例僅占到11%和6%。傳統(tǒng)的直接還田方式要求種養(yǎng)緊密結(jié)合,對于規(guī)模化養(yǎng)殖來說,由于養(yǎng)殖行為過于密集,大量糞便排放至養(yǎng)殖區(qū)域,該區(qū)域可能會因缺少作物植被而導致養(yǎng)分過量負荷[2],低效、野蠻的施肥行為在浪費資源的同時會對作物生長產(chǎn)生不利影響、對環(huán)境造成二次污染,因此糞便的利用應(yīng)借助科技手段和裝備,將其高效的轉(zhuǎn)化為可用、安全、潔凈的資源。根據(jù)2010年全省畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染源調(diào)查情況統(tǒng)計,約84%的規(guī);B(yǎng)殖場將養(yǎng)殖廢水用于農(nóng)業(yè)灌溉,其中采用厭氧、好氧等方法處理養(yǎng)殖廢水的養(yǎng)殖場比例不到10%,主要原因是畜禽養(yǎng)殖廢水屬于高濃度有機廢水,使用單一方法很難實現(xiàn)達標排放,污水處理工程的建設(shè)、運行、維護資金需求較大,導致很多養(yǎng)殖場更傾向于將其直接還田甚至違法排放,因此必須設(shè)法提高畜禽養(yǎng)殖污染防治工程的經(jīng)濟性,目前看來一味的降低治理成本并不能收到良好效果,應(yīng)該從治理行為本身創(chuàng)造經(jīng)濟效益這個方面探索新的治理思路。
畜禽養(yǎng)殖污染防治存在的問題
從總體情況來看,陜西省畜禽養(yǎng)殖污染防治落后于養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展,畜禽糞污資源的綜合利用效率偏低,造成這種局面的原因可以總結(jié)為兩點:一是忽視畜禽糞污的生物質(zhì)資源特性而采取工業(yè)廢水治理模式,工業(yè)治污模式投資大且商業(yè)化產(chǎn)品回報率低,養(yǎng)殖業(yè)自身缺乏大量資金進行糞污處理,從而導致企業(yè)治污積極性下降、糞污處理效率低;二是雖然認識到了畜禽糞污的生物質(zhì)資源特性但沒能采取合適的方式進行有效且高效的利用,在一定程度上也是造成了資源浪費和環(huán)境污染。由于畜禽養(yǎng)殖業(yè)利潤空間較小,又存在高風險,畜禽養(yǎng)殖污染防治措施必須考慮經(jīng)濟性。一般工程的經(jīng)濟性體現(xiàn)在對投資成本和運行成本的控制,但畜禽養(yǎng)殖污染的實質(zhì)是生物質(zhì)資源的浪費。如果將畜禽糞污進行資源化利用,產(chǎn)生的再生資源效益可以一定程度上彌補投資成本,從而提高畜禽養(yǎng)殖污染防治工程的經(jīng)濟性。因此,畜禽養(yǎng)殖污染問題的解決必須通過采取合適的畜禽糞污資源化技術(shù)來實現(xiàn)。
新環(huán)境形勢下的畜禽養(yǎng)殖污染防治思路
。泵媾R的新環(huán)境形勢
。ǎ保﹪栏竦呐欧艠藴。2011年陜西省發(fā)布實施《黃河流域(陜西段)污水綜合排放標準》(DB61/224-2011)(以下稱新標準),在新標準出臺之前陜西省畜禽養(yǎng)殖廢水排放執(zhí)行《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》(GB18596-2001),從表1來看,新標準的COD、BOD5、NH3-N三種主要污染物的排放限值均嚴于國家行業(yè)標準,分別比國家行業(yè)標準排放限值嚴格了87.5%、86.7%、85%。由于新標準取消執(zhí)行行業(yè)標準,所有排污單位執(zhí)行統(tǒng)一標準,因此新標準的出臺使得全省尤其黃河流域地區(qū)畜禽養(yǎng)殖污染防治面臨更加嚴峻的形勢,排污成本將大幅度增加。(2)嚴峻的減排形勢。據(jù)第一次全國污染源普查公報,農(nóng)業(yè)污染排放主要來自畜禽養(yǎng)殖業(yè),其COD、TP、TN排放量分別占農(nóng)業(yè)源污染排放總量的96%、56%和38%,畜禽養(yǎng)殖污染問題已經(jīng)給環(huán)保施加了巨大壓力,“十二五”期間國家將畜禽規(guī);B(yǎng)殖場納入水污染物總量減排體系。2010年陜西省農(nóng)業(yè)源污染物COD與NH3-N排放基數(shù)分別為19.9萬t和1.5萬t,按照2015年COD與NH3-N排放量分別下降7.6%和9.8%的減排目標測算,2015年COD與NH3-N排放量分別為18.4萬t和1.4萬t,其中畜禽養(yǎng)殖業(yè)的COD與NH3-N目標排放量為18.3萬t和1.1萬t,相比2010年排放基數(shù)降幅分別達到7.6%和8.3%。隨著污染物減排約束性指標的導向作用逐漸凸顯,“十二五”期間陜西省畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物減排面臨的壓力不小。
。残笄菁S污資源能源化技術(shù)方向
畜禽糞污的資源化綜合利用是新環(huán)境形勢下畜禽養(yǎng)殖污染防治的方向,也是推動畜禽養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。根據(jù)畜禽糞污的資源特性,其資源化利用的形式包括肥料化、飼料化和能源化[3],畜禽糞污資源化利用形式的代表工藝及其局限性見表2。從表2可以看出,畜禽糞污的肥料化利用和飼料化利用形式是單純的固體糞便資源化利用,不能對養(yǎng)殖廢水進行處理,未能全面考慮畜禽養(yǎng)殖污染防治。就目前看來,龐大的市場需求使得高溫堆肥和烘干技術(shù)會繼續(xù)存在發(fā)展,但在越來越嚴格的環(huán)境要求和嚴峻的減排形勢下它們并不是全面防治畜禽養(yǎng)殖污染的最佳選擇。以沼氣發(fā)酵為代表的能源化利用方向,通過厭氧發(fā)酵獲取沼氣,沼氣用于燃料、發(fā)電等,沼渣沼液制有機肥來實現(xiàn)畜禽糞污的資源化綜合利用,沼氣工程兼具能源效益、肥料效益、環(huán)境效益,能夠?qū)崿F(xiàn)畜禽糞污處理從單純的用肥用能、末端治理向綜合利用轉(zhuǎn)變。對于規(guī);B(yǎng)殖企業(yè),實現(xiàn)熱、電、肥聯(lián)產(chǎn)的沼氣工程將會有良好的經(jīng)濟效益[4]。因此沼氣化是理想的畜禽糞污資源化途徑,是全面應(yīng)對畜禽養(yǎng)殖污染的重要技術(shù)發(fā)展方向。
。承笄蒺B(yǎng)殖污染防治產(chǎn)業(yè)化思路
近年來,我國養(yǎng)殖業(yè)水平不斷提高,畜禽產(chǎn)品需求日益增長,加快了畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī);、產(chǎn)業(yè)化進程,在成本控制、管理水平、產(chǎn)品質(zhì)量保障、抵御市場風險等方面規(guī)模化養(yǎng)殖比散戶養(yǎng)殖優(yōu)勢明顯。規(guī);、產(chǎn)業(yè)化是我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展方向,規(guī);B(yǎng)殖場成為環(huán)境保護與節(jié)能減排的主戰(zhàn)場。針對規(guī);B(yǎng)殖發(fā)展趨勢及其帶來的環(huán)境問題,采取以資源化利用為核心的畜禽糞污處理產(chǎn)業(yè)化方式能夠?qū)崿F(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善與養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的雙贏。相比單純的污染防治行為,以資源化利用為核心的產(chǎn)業(yè)化方式能夠?qū)⑿笄菁S污從產(chǎn)生到消納的整個過程形成產(chǎn)業(yè)鏈條,協(xié)調(diào)上下游物質(zhì)能量的流動,最大程度提升糞污的利用價值;同時產(chǎn)業(yè)化方式有利于將污染治理成本轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟投入,將治理投資轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)投資,促進環(huán)保產(chǎn)業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)共同發(fā)展[5]。綜上所述,按照畜禽糞便資源化綜合利用的防治方向,選擇合適的資源化技術(shù),并借用商業(yè)運作模式使畜禽養(yǎng)殖污染防治形成產(chǎn)業(yè),將是未來陜西省畜禽養(yǎng)殖污染防治的重要思路。陜西省畜禽養(yǎng)殖污染防治思路見圖1。
陜西省畜禽養(yǎng)殖沼氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展
沼氣工程通過厭氧發(fā)酵獲取沼氣、沼渣沼液制有機肥來實現(xiàn)畜禽糞污的資源化綜合利用,沼氣、沼渣、沼液均具備商品化、產(chǎn)業(yè)化條件,因此沼氣工程是一項利于實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖污染防治產(chǎn)業(yè)化的資源化技術(shù)。隨著養(yǎng)殖的規(guī);l(fā)展,養(yǎng)殖業(yè)沼氣工程也呈規(guī);l(fā)展趨勢,規(guī)模化養(yǎng)殖能為沼氣工程保證充足的原料,資金、技術(shù)、設(shè)備、管理等條件都有利于沼氣產(chǎn)品實現(xiàn)高值高效利用。國家“十二五”規(guī)劃大力支持推動大型沼氣工程建設(shè),陜西省農(nóng)業(yè)廳已經(jīng)將規(guī);B(yǎng)殖場的大型沼氣工程確定為“十二五”期間全省沼氣普及的重點任務(wù)之一,頗具前景的沼氣產(chǎn)業(yè)勢必推動畜禽養(yǎng)殖污染防治向資源化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。
。毙笄蒺B(yǎng)殖業(yè)潛在的沼氣產(chǎn)量與分布
。玻埃保澳觋兾魇⌒笄菁S便產(chǎn)生量約4381.7萬t,若將畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便資源全部進行沼氣化開發(fā)利用,陜西省畜禽養(yǎng)殖糞便資源可產(chǎn)生約22.5億m3沼氣(替代煤炭量[6]約為225.0萬t)。沼氣的開發(fā)利用價值與養(yǎng)殖規(guī)模和糞便收集程度相關(guān),因此規(guī)模化養(yǎng)殖場畜禽糞便更具備實際開發(fā)利用價值,2010年陜西省規(guī);B(yǎng)殖畜禽糞便產(chǎn)生總量約374萬t,可產(chǎn)生約2.1億m3沼氣(替代煤炭量約為21.0萬t)。2010年陜西省各市規(guī)模化養(yǎng)殖場和養(yǎng)殖小區(qū)潛在的沼氣產(chǎn)生量從多到少依次為寶雞(0.51億m3)、渭南(0.42億m3)、西安(0.35億m3)、咸陽(0.29億m3)、榆林(0.15億m3)、銅川(0.14億m3)、延安(0.12億m3)、商洛(0.08億m3)、漢中(0.05億m3)、安康(0.02億m3)。沿渭河四市(即寶雞、渭南、西安、咸陽)所在的關(guān)中平原經(jīng)濟條件好、城市發(fā)展迅速,種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)較為發(fā)達,是全省集約化養(yǎng)殖水平較高的區(qū)域,該區(qū)潛在的沼氣產(chǎn)量占到全省總數(shù)的73%。陜北兩市(即延安、榆林)及渭北的銅川屬于煤炭資源富集區(qū)和工業(yè)集中區(qū),工礦業(yè)發(fā)達,規(guī)模化養(yǎng)殖活動開展較晚,但憑借雄厚的經(jīng)濟基礎(chǔ)和廣闊的地域,近年來該區(qū)規(guī);B(yǎng)殖發(fā)展較快,潛在的沼氣產(chǎn)量占到全省總數(shù)的20%。陜南三市(即商洛、漢中、安康)整體規(guī)模化養(yǎng)殖水平不高,近年來政府一直倡導陜南養(yǎng)殖業(yè)以區(qū)域適度集中、家庭適度規(guī)模養(yǎng)殖為主,這與陜南經(jīng)濟實力薄弱、可利用土地資源有限、位于南水北調(diào)中線水源區(qū)等因素有一定關(guān)聯(lián),該區(qū)潛在的沼氣產(chǎn)量只占到全省總數(shù)的.7%。
2規(guī);B(yǎng)殖沼氣產(chǎn)業(yè)優(yōu)先布局區(qū)域
養(yǎng)殖業(yè)沼氣工程的分布受其載體規(guī)模化養(yǎng)殖企業(yè)分布的限制,關(guān)中平原沿渭四市是目前陜西省發(fā)展沼氣產(chǎn)業(yè)最有潛力的地區(qū)。沿渭四市所在的關(guān)中地區(qū)人口數(shù)量、糧食產(chǎn)量、耕地面積分別占到全省總量的62%、77%和53%。區(qū)內(nèi)布局有大中城市群和渭河干流,2010年渭河干流水質(zhì)屬重度污染(以劣Ⅴ類水質(zhì)為主),為了減少畜禽養(yǎng)殖活動對城鎮(zhèn)環(huán)境和渭河水質(zhì)的影響,該區(qū)應(yīng)該積極發(fā)展沼氣產(chǎn)業(yè)。根據(jù)《全國優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域布局規(guī)劃2008-2015年》,關(guān)中地區(qū)是我國小麥、棉花、蘋果等農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū),豐富的耕地資源有利于糞污資源化利用。2010年沿渭四市范圍內(nèi)僅14%的規(guī);笄蒺B(yǎng)殖企業(yè)建有沼氣工程,沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間很大。根據(jù)沿渭四市畜禽養(yǎng)殖規(guī);健⒎N養(yǎng)結(jié)合程度,劃定沼氣產(chǎn)業(yè)優(yōu)先布局區(qū)域,涉及西安市臨潼區(qū)、長安區(qū)、周至縣、戶縣;寶雞市陳倉區(qū)、岐山縣、眉縣;咸陽市楊凌區(qū)、渭城區(qū)、三原縣、涇陽縣、乾縣、禮泉縣、武功縣、興平市;渭南市臨渭區(qū)、大荔縣、合陽縣、澄城縣、蒲城縣等區(qū)縣。規(guī);B(yǎng)殖沼氣產(chǎn)業(yè)優(yōu)先布局區(qū)域在養(yǎng)殖區(qū)域集中化進程中應(yīng)該充分考慮畜禽糞污沼氣化開發(fā)利用,逐步推進集中養(yǎng)殖、集中收集糞污和集中沼氣化利用;積極培養(yǎng)沼氣發(fā)電、有機肥加工等相關(guān)產(chǎn)業(yè),與種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、社會服務(wù)、工業(yè)生產(chǎn)等形成產(chǎn)業(yè)鏈條,促進沼氣產(chǎn)業(yè)化進程。
。痴託猱a(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)
大型沼氣工程分為能源環(huán)保型和能源生態(tài)型,能源環(huán)保型以沼液達標排放為目的,能源生態(tài)型以沼液不排放為目的,因此能源生態(tài)型沼氣工程更符合生態(tài)學理念和綠色、低碳經(jīng)濟發(fā)展的要求,是沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對象。能源生態(tài)型沼氣工程整個的能量物質(zhì)循環(huán)過程包括畜禽飼養(yǎng)、糞污產(chǎn)生、沼氣產(chǎn)生、沼氣利用、沼渣沼液利用等[7],圍繞能源生態(tài)型沼氣工程,綜合考慮成本投資、運行費用、環(huán)境效益、技術(shù)成熟先進性等因素,選擇適用于發(fā)展沼氣產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)。(1)沼氣發(fā)酵技術(shù)。沼氣的產(chǎn)業(yè)化要求原料處理量和產(chǎn)氣量都要大,其核心技術(shù)發(fā)酵工藝的選擇應(yīng)該滿足這些條件。CSTR(連續(xù)攪拌反應(yīng)器)技術(shù)是目前歐洲等沼氣工程發(fā)達地區(qū)的主流發(fā)酵工藝,可使畜禽糞便污水全部進行發(fā)酵處理,優(yōu)點是:原料適應(yīng)性廣;處理量大;沼氣產(chǎn)量大;運行費用低;利于熱電聯(lián)產(chǎn)。因其資源利用率高、經(jīng)濟效益好,特別適用于規(guī)模化養(yǎng)殖企業(yè)的大型沼氣工程,適宜引進并國產(chǎn)轉(zhuǎn)化,例如在此基礎(chǔ)上增加有機肥加工[8]。(2)沼氣利用技術(shù)。針對沼氣的利用方式,沼氣要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化必須突破自產(chǎn)自用的小沼氣模式,逐漸轉(zhuǎn)向社會服務(wù)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。沼氣的社會服務(wù)類應(yīng)用包括發(fā)電并網(wǎng)、天然氣并網(wǎng)、車用天然氣等,工業(yè)生產(chǎn)以制取CH4和CO2工業(yè)氣體及其合成氣等為代表[9],這些是未來沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。就目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展條件來看,除了滿足企業(yè)自身及戶用需求之外,沼氣發(fā)電、凈化后補充天然氣源等利用途徑較為可行。(3)沼渣沼液利用技術(shù)。沼渣、沼液等發(fā)酵后殘留物質(zhì)具有良好的肥料效應(yīng),傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)將其直接還田,但在養(yǎng)殖規(guī);l(fā)展的今天,種養(yǎng)脫節(jié)現(xiàn)象突出,沼渣沼液的肥料效應(yīng)趨向于通過制造有機肥來實現(xiàn)。通過固液分離、沼液抽渣分離出來的沼渣用于生產(chǎn)有機復合肥;沼液濃縮制肥工藝生產(chǎn)液體有機肥[10],沼渣沼液制取有機肥提高了肥效、且方便運輸和使用。
結(jié)論
為了實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善與養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的雙贏,畜禽養(yǎng)殖污染防治應(yīng)該轉(zhuǎn)換思路,通過利用畜禽糞污的農(nóng)業(yè)資源稟賦發(fā)掘其產(chǎn)業(yè)特性,從而實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖污染防治產(chǎn)業(yè)化。以資源化利用為核心的產(chǎn)業(yè)化方式能最大程度提升糞污的利用價值和治理工程的經(jīng)濟效益。沼氣工程是一項利于實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖污染防治產(chǎn)業(yè)化的資源化技術(shù),頗具發(fā)展前景。規(guī)模化養(yǎng)殖場能為沼氣工程保證充足的原料、資金投入、技術(shù)支持等,實現(xiàn)沼氣產(chǎn)品的高值高效利用。關(guān)中平原沿渭地區(qū)是全省規(guī);B(yǎng)殖企業(yè)較為集中的區(qū)域,區(qū)內(nèi)畜禽糞便資源、耕地資源豐富,最有潛力發(fā)展沼氣產(chǎn)業(yè),出于對城市環(huán)境和渭河水質(zhì)的保護,該區(qū)應(yīng)該優(yōu)先發(fā)展畜禽養(yǎng)殖沼氣產(chǎn)業(yè)。該區(qū)在養(yǎng)殖區(qū)域集中化進程中應(yīng)該兼顧畜禽糞污沼氣化開發(fā)利用,積極培養(yǎng)沼氣發(fā)電、有機肥加工等相關(guān)產(chǎn)業(yè),與種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、社會服務(wù)、工業(yè)生產(chǎn)等形成產(chǎn)業(yè)鏈條,根據(jù)沼氣產(chǎn)業(yè)化方向選擇合適的關(guān)鍵技術(shù),如CSTR發(fā)酵技術(shù)、熱電肥聯(lián)產(chǎn)等,以促進畜禽養(yǎng)殖污染防治產(chǎn)業(yè)化和沼氣產(chǎn)業(yè)化進程。(本文作者:徐楠、林啟才、成西娟 單位:陜西省環(huán)境科學研究院)
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