北方“四位一体”

北方农村能源生态模式 日前，记者在辽宁省采访时了解到，辽宁省在农村探索出的“四位一体”能源生态 模式，以其投资少、风险小、效益高，农产品无污染、无公害，节水节能等特点， 在发展农村经济、调整产业结构、增加农民收入、实现脱贫致富的过程中发挥了重 大作用，有效破解了社会主义新农村建设中的生态能源难题。 建一个沼气池留下一片青山 目前我国 60的农民依然靠秸秆和薪材来解决能源问题，造成了农村环境的严 重污染与资源的巨大浪费。而辽宁省探索出的“四位一体”能源生态模式，则有效 地解决了这个问题。据介绍，“四位一体”能源生态模式是以沼气为纽带的农村能 源生态综合工程。该工程以太阳能为动力，以沼气为纽带，通过生物转换技术，在 农户庭院或田园全封闭状态下，将沼气池、畜（禽）舍、厕所、日光温室组成利用 体系，实现产气与积肥同步，种植、养殖并举，建立一个生物种群较多，生物链结 合健全，能流、物流较快循环的能源生态系统工程，具有增产增收、净化环境和多 业结合的集约经营功能。它的出现既能解决农村的能源供应，改善农民卫生和生活 环境，又可以减少农作物和蔬菜生长中农药化肥的使用量，提高食品品质和食品安 全。 据调查，全省平均每栋“四位一体”年产沼气 300 立方米，相当于节约 1400 公斤柴草；提供沼肥 16 立方米；年出栏生猪 515 头；冬季生产蔬菜 1500 公斤。 年户均纯收入 5000 元以上。辽宁省朝阳市喀喇沁左翼蒙古族自治县的张玉贤， 1998 年贷款 6 万元建起了两个“四位一体”棚，一个棚养猪，一个棚种菜，当年收 入 3 万元。以前，她用建一个棚的地种粮食收入不到 500 元，种稻养蟹能赚千把块， 发展裸地菜也挣不了 2000 元。如今她家的大棚里，生猪育肥，猪粪进入沼气池， 沼肥进入棚菜地，沼气点灯做饭。2005 年，张玉贤家年出栏崽猪、生猪 400 头，加 上种植茄子、栽培葡萄的收入，一年收入过了 10 万元。村民纷纷效仿，并说“种 10 亩田、不如建一处四位一体小家园”。 “四位一体”技术于 1996 年被国家科委列为全国重大科技推广项目，1997 年 被评为农业部科技进步二等奖，1999 年被列为全国农牧渔业丰收计划重点推广项目， 2001 年获全国农牧渔业丰收计划一等奖，现已在三北地区呈现出规模性发展的良好 态势，受到国家、省、市等各级领导的普遍赞誉和农民群众的热烈欢迎。 截至目前，辽宁省“四位一体”工程已覆盖 40 万户，每年向市场提供优质反 季果、菜 6 亿公斤，出栏猪 300 万头，提供优质有机沼肥 520 万立方米，增加农民 纯收入 20 亿元。产优质清洁能源沼气 1.1 亿立方米，相当于 26.7 万吨标准煤， 可保护山林植被 7 万公顷。 辽宁社会科学院省情研究所高级经济师潘天敏说，辽宁省农村能源生态模式和 建设新农村试点，为社会主义新农村建设如何破题提供了很好的可借鉴的经验， “四位一体”是适应现代农业发展需要、规模发展循环经济的理想载体。辽宁省农 委常务副主任李忠国表示，到 2010 年，辽宁省还要推广“北方农村能源生态模式” 15 万户，形成年节约 310 万吨标准煤的能力，促进农村能源建设的清洁化、优质化、 节约化。“四位一体”在辽宁从 2005 年 6 月起，辽宁省确定了鞍山市千山区东鞍 山镇中所屯村、本溪市桓仁县普乐堡镇龙泉新村、朝阳北票市东官营子乡炮手村、 铁岭市铁岭县凡河镇小莲花村、朝阳凌源市万元店镇祝家营子村 5 个试点。试点将 新农村建设和北方农村能源生态模式有机结合，以农村能源生态建设为纽带，经营 “四位一体”，开展以“秸秆气化”、沼气池、“吊炕”、太阳能综合利用等农村 能源试点工程和改圈、改厕、改厨、改水等“四改”工作，使项目区农村在发展生 产的同时，农民住“太阳房”，睡“吊炕”，用“生物燃气”，洗“太阳能”热水 澡，庭院净化、路面硬化、周边绿化、街道亮化、村屯美化、思想道德规范化。 辽宁“四位一体”农村能源生态综合工程大体经历了三个发展阶段。 第一阶段主要以农户为单位在庭院内开展。每栋“四位一体”年产沼气 300 立 方米，相当于节约 1400 千克柴草，提供沼肥 16 立方米，年出栏生猪 515 头，冬 季生产蔬菜 1500 千克，户均年纯收入 5000 元以上，占农户总收入的一半。 第二阶段通过示范逐步向田园发展，建设规模大（几十户、上百户集中连片）、 效益好（户均收入万元以上）、集中连片的“四位一体”生态工程农业示范区。如 大连普兰店市、丹东市、阜新市、盘锦市等地，已出现 100400 栋规模的示范区 800 处以上。这些示范区因地制宜，各有特点，规模化地发展各种无污染、无公害 的蔬菜和瓜果，形成绿色食品生产基地，大幅度提高了土地利用率，使农业生产产 生了新的飞跃，是辽宁农村“小康示范田园型”的一种基本模式。 第三阶段发展以大中型沼气池为纽带的畜禽养殖场能源环境工程。辽阳市为全 面展示农村能源项目成果，彻底改变农民生活习惯和生存环境，为实现农村社会可 持续发展提供生态模式，在灯塔市佟二堡镇亮子口村、灯塔市新特集团进行农村能 源项目的综合试点，目前亮子口村项目区规划沼气池 70 处，现已完成 53 户“一池 三改”，项目户年生猪可出栏近 2000 头，节约液化气 420 罐，产沼肥 6300 立方米， 直接受益 35 万元。新特集团在原 42 栋大棚基础上增设 42 处沼气池、建 42 个 24 平方米的猪舍，形成规模较大、标准较高的“四位一体”示范区，实现猪沼菜、 猪沼果示范模式，推进无公害食品生产，提升“波特”无公害蔬菜品位，打造 更为广阔的市场空间。示范区模式户用沼气灯，水冲厕所，沼气饭煲等，使人畜生 存环境大大改善。 如何推广“四位一体”经验 科学规划是“四位一体”模式项目顺利实施的前提，是农村能源建设事业发展 的蓝图。辽宁省要求各级政府要根据本地区农村能源资源，使用能源的结构，使用 能源的水平等实际情况，从经济发展的总体战略目标出发，认真做好“四位一体” 模式推广切实可行的发展规划及其分步实施计划，以实现“四位一体”模式的优化 配置和合理利用。 引入工业理念，规范农村能源建设。辽宁省各项目县在“四位一体”工程建设 中，加强项目监督管理，严格执行国家和省级行业标准，注重工程质量和效益。特 别是强化了对农村沼气建设国债项目的管理力度，严格执行项目管理办法，引入工 业理念，落实招投标、工程监理、责任追究等制度。加强技术指导、协调、监督和 检查力度，按要求对有关项目进行检查、验收，发现的问题及时提出整改要求乃至 通报。通过各种措施强化项目管理，确保了项目的健康运作。 开展农村职业技能鉴定与培训工作。辽宁省先后组织举办了 41 期农村能源职 业技能鉴定培训班，覆盖全省 14 个市、59 个县，培训 4000 余人次，有 2000 多人 获得沼气生产工等国家级特有工种职业资格证书，为各县区施工队伍培训了骨干力 量。 同时，在全国率先开展了生物质能利用工职业技能培训鉴定与消防安全知识培 训工作，率先实现生物质气化站操作人员持证上岗。辽宁省农村能源职业技能鉴定 站被农业部人事劳动司评为全国优秀农业职业技能鉴定站。启动了辽宁省农村能源 万人培训计划，省、市、县、乡四级共培训农村技术管理、推广、施工人员、科技 示范户、下岗职工等 7 万多人次，培养了一支过硬的技术队伍，为大规模、高质量 完成农村能源生态建设事业奠定了基础。 通过影、视、刊、网，向农民传播科技知识。先后出版发行了新农村生态家 园建设 500 问、沼气生态农业技术和“四位一体”能源生态模式技术手册 等多部技术书籍，有效指导了项目实施及日常维护管理。 通过“科技之冬”“科技之春”等科技扶贫、科技下乡活动，各级农村能源系 统组织讲师团深入基层、现场指导，传播了农村能源实用技术，确保了安全生产， 提高了农民科技致富与科学管理的能力。本报记者 胡春明 工程设计与施工 主讲人：付忠民 当前，在我们普兰店市推广的“北方农村能源生态模式”是农村庭院经济与生态 农业相结合的一种新的生产结构模式，简称“四位一体”。所 谓“四位一体”，就是塑料 蔬菜大棚、猪舍、厕所同地下的沼气池“四结合”。具体地说，在塑料蔬菜大棚的一端， 首先在地下修一个沼气池。而后在其上面建一栋猪舍，猪舍的一角建一个厕所。这样 人畜粪尿自动流入沼气池；沼气池内经过厌氧发酵的沼气肥再借助于灌溉水流入大 棚菜田中去。同时，由于养猪、种菜紧密相连，生猪呼出的二氧化碳和大棚蔬菜排放 的氧气互相交换，互为需要，形成微型生态良性循环系统。若在每天早晨大棚开帘子 前再在棚内点上半个小时的沼气灯或沼气炉，为棚内蔬菜 补充二氧化碳，其增 产效果 更佳。 通过上述各项技术的综合措施，可增收 30%以上。（具体布局见下图） 下面，就生态模式工程中的沼气池、猪舍、厕所的设计与施工分述如下： 一、沼气池的设计与施工 1、设计原则：沼气池是“模式”的核心部分，质量标准高，技 术要求严。根据 辽宁 省技术监督局颁发的规范（DB21/T-835-94），在 设计与施工中应遵循下列原则： （1）技术先进，结构合理； （2）方便施工，方便管理； （3）因地制宜，易于推广； （4）坚持“四结合”。 2、总体规划：“四位一体”沼气池在总体规划方面要注意两点：一要尽力合理使用大 棚土地，节约占地面积；二要尽力使结构布局合理，方便日常管理中的实际操作。具 体要求是： （1）平面布局形式： 右侧结构：“四位一体”位右； 左侧结构：“四位一体”位左； 半后吞式结构：“四位一体 ”位于后墙外二分之一； 全后吞式结构：“四位一体 ”位于后墙外。 平面布局的四种类型 生态模式除“四位一体”外，还可因地制宜地发展“三位一体”。所 谓“三位一体”，就 是农户的庭院中没有建塑料大棚，只建猪舍、厕所、和沼气池三结合。作法上有如下 几种形式： “三位一体”的三种形式 （2）平面布局结构 发酵池：设在猪舍的中部（距外山墙要留出一定距离，防止塌方破坏 墙基）； 入料口：设在发酵池靠外山墙一侧，猪 粪尿入料口要与厕所滑粪道连通，入料 管一管两用； 出料口（其上部为水压箱）：设在蔬菜大棚内靠猪舍的一角，方位与入料口相 对，尽力靠近过道，方便出料。 （3）立体布局结构：正因为沼气池是“四位一体”的核心部分，而且还建在地下，其 立体结构的布局合理与否，对日后启动运行中的操作管理关系十分密切，所以在设计 中考虑得尽力周密一些。 3、具体施工 (1) 备料：以 8 立方米全混凝土整体结构沼气池为例，各种材料用量按下表列出 的数量准备。6 立方米沼气池用料酌减 20%；10 立方米沼气池增加 20%。 材料用量明细表 材料名称 水泥 红砖 碎石 石碴 河沙 钢筋 陶瓷管 导气管 计量单位 吨 块 立方 米 立方 米 立方 米 公斤 根 根 数量 1.2 80 1.5 1.5 3 4 2 1 注：碎石规格 1-2cm 钢筋 14mm 用量 1m，6mm 用量 10m 陶瓷管直径以 20cm 适中。 (2)放线：放线是工程细目定位，它是布局是否合理的关键一环。必须按照省标 规范的尺寸操作。 户用沼气池规范标准 水 压箱(出料筒) 下筒 上方口 池 容 立 方 米 池内 直径 cm 池壁 高 cm 拱 顶 矢 高 cm 拱顶 曲率 半径 cm 入料 管插 入坡 度 下口 通道 cm 直 径 cm 深 cm 口径 cm 深 cm 6 240 100 48 174 45-50 50-75 80 120 80110 80 8 270 100 54 196 45-50 50-75 80 130 80120 90 10 300 100 60 218 45-50 50-75 80 140 80130 100 放线的具体尺寸以 8 立方米沼气池为规格。6 立方米池和 10 立方米池在此基础 上适当减少或增加。 发酵池圆心位置的确定： 距北墙：280-320cm； 距山墙：220-250cm。 各部件平面尺寸（开方尺寸） 发酵池 280cm（含地壁厚度 5cm）； 入料口（方形）4050 cm （含混凝土层 5 cm） 水压箱：上口方形 90130 cm； 下筒圆形直径 90 cm。 (3)开方：混凝土现浇注，设计池壁和水压箱壁厚度 5-6 cm；拱盖厚度 6-7 cm（土 层松软的须在拱角处加 2020 cm 钢筋混凝土圈梁）。由于设计采用钢模具规范化施 工，所以挖方的尺寸从严要求。若挖方小了模具下不去，过大又浪费混凝土，加大建 造成本。 各部位挖方深度： 发酵池：194 cm（含基础层 10 cm）； 出料口：220 cm（含基础层 10 cm）； 入料管：从拱角斜插入，水平夹角 45-50，插入深度一节管至根部。 (4)混凝土现浇注：采取混凝土现浇注工艺建造沼气池不仅可以实现施工模具化， 标准规范化，而且整体性能好，耐腐蚀性能强，其使用寿命较砖结构增加一倍，成本 比砖结构还低。 混凝土的配合比。混凝土的浇注部位不同，对其强 度要求亦应适当调整。这 样，既能保证质量，又能节约材料。 混凝土配合比表 水泥 河沙 石子 原 料 规 格 浇注 混 凝 部位 土 标号 325# 中粗 1-2 池壁 100# 1 3 5 拱盖 150# 1 2 3 水压箱 100# 1 3 5 注：上表列出的配合比是参考建筑工程资料， 结合农村施工条件，以粗略数字 标定； 配合比为体积比。 施工工艺程序： A、铺垫池底基础层。用石碴铺垫，大石碴铺向周边底角处，增加受 压强度，小石碴 铺向中间，形边高中心低； B、混凝土浇注池壁。先支好壁模（两层，每层高 50 cm），而后浇注混凝土，一次浇 20 cm 左右，捣固坚实。 C、混凝土浇注拱盖。支拱模时应对称排列，防止模具偏塌。顶部活动盖口与贮水 圈口模具支好后连续浇注，使全部混凝土构件形成一个完整的整体。 D、预制活 动盖和贮水圈盖。这两个盖板须在混凝土 浇注池体时一并做好。否 则，待沼气池检测验收时凝固强度达不到要求。 E、水压箱浇注。水压箱模具分上下两部分。下部筒模两节，每节高 65 cm，上 部方模也是两节， 每节高 45 cm。支模时先将出料洞模与底 层筒模一并安装，池壁模、出料筒模和出料 口模相互之间要衔接好，防止混凝土漏出。（混凝土施工工艺同池壁） 拱模拆卸期限（天） 硬 化 时 间（平 均） 科 目 气 温 强度 百分比 5 10 15 20 25 50% 12 8 7 6 5 70% 24 16 12 10 9 100% 40 35 28 27 22 注：为了加快施工进度，壁模和水压箱模 48 小时初凝后，可以拆卸。 （5）密封处理（抹衬里）：这是保证沼气池不漏水、不漏气的关键环节，必 须坚持精心 操作，一丝不苟。方法可采取刚性防水层七层作法。 刚性防水层施工工艺程度与要求 顺序 构造层次 材料配比 厚度 （mm） 1 基层刷浆 灰水 1:3（或刮素灰） 2 抹底灰 水泥沙浆 1:2.5 10 3 抹素灰 乳膏状 1 4 抹沙灰 水泥沙浆 1:2 4 5 抹素灰 乳膏状 1 6 抹沙灰 细沙灰 1:1 4 7 刷水泥浆 4-5 遍，应交叉运刷 （6）附属配件安装 器件准备： 导气管（铜制，1 根） 输气管（塑料，若干，根据需要） 炉具 1 台 灯具 1 盏 压力表 1 只 三通 2 个 二通 若干（接头用） 安装方法及注意事项 A、输气管安装要拉直，并保持一定坡度。因 为沼气是在水下产出的，输出过程中必 须带出一定的水蒸汽；进入输气管中变成冷凝水。为 了防止管内积水造成“水阻”（冬 季为“水阻” ），应注意从沼气池 导气管到炉具、灯具之间的输气管确定一个最高点，由 最高点分别向两端倾斜，使冷凝水自动流走。 B、为方便导气管和塑料管接 头处理和日后检修，须在导气管根部砌一个口径 18 cm 18 cm 的检修孔。 C、遇有 输气管线的接头松弛漏气时，可用细铁丝 捆扎钮紧。 4、地下水处理 在沼气池地址选择上，凡是能躲开地下水的尽力 躲开。季 节选择尽量在旱季。若 遇到地下水条件下施工的，可参考下列办法处理： （1）寒堵法：渗水压力很弱，日出水量在 10 桶以内者，用削尖的木塞子钉入渗水孔， 而后立即撒上干水泥，其它工序按常规法抓紧施工。 （2）引流法：渗水量不多，日出水量在 10-60 桶左右，压力较弱，在池底最低部位（一 般在出料口底部）挖一个积水坑（其深度视出水量而定），而后将渗水部位引至 积水坑。 具体作法是先开一条引水沟，沟内敷设竹蓖子或苇 蓖子等引流物（埋在抹层下面），然 后按常规工序施工，时间须抓紧。施工中须及时将积水坑的水提出，积水 24 小时以 上，最后突击封住积水坑（处理时为加快水泥凝固，可掺配一定比例的水玻璃）。 （3）池外排水法：渗水压力强，日出水量在 60 桶以上者，采取池外另挖一个深坑排水。 施工中排水不停，使作业层不被水浸泡。遇到这种情况施工应尽力加快进度，待凝固、 试压、装料后将深坑填死。 （4）半地上处理法：渗水压力极强，地下水位过高，采取半地上建池。 这样做，施工 难 度减轻了，但地上设施如猪舍、厕所地面抬高了，既加大了成本，又影响美观。 在处理地下水施工中，应准备一定数量的“早强剂”、 “硅酸钠”（水玻璃），用来掺配水 泥，加快凝固。 5、检测验收 合格的沼气池是一个不渗漏的受压容器，漏水漏气就不能投料运 转。因此，不经过 检测验收是绝对不能投料。这是“模式”工程交付使用前的不可忽略的一 环。 具体检测分两项 （1）水漏检测：方法是将水注入沼气池内至拱角，待自然“吃水”2 小时后再观察 24 小 时。标准是水位不变者为优秀；水位下降 2mm 以内者为良好；水位下降 5mm 以内者 为及格；否则为不及格。 （2）气漏检测：方法有二： 水试法：在