沼气与农村能源、环境和生态农业问题.doc

沼气与农村能源、环境和生态农业问题Issues on Marsh Gas and Rural Energy, Environment and Ecological Agriculture东方锅炉股份有限公司 刘建成 四川 自贡 643001 摘 要：本文简单介绍了生物质能的概况和沼气的技术原理，分析了沼气利用的好处和农村沼气利用的投资收益等，提出农村沼气建设的政策建议：在全国普及沼气利用，可以取得良好的经济效益、环境效益和生态效益，可以提高人民的生活质量，增进国民的健康水平；将农村沼气建设作为一项重要的国家战略，统筹加以规划，并结合新农村建设工程，逐步加以落实，充分发展我国的生态农业。关 键 词：沼气，农村能源，环境保护，生态农业Abstract: this paper gives an outline of biomass energy and technical principles of marsh gas and analyses the benefits of mash gas utilization and the earnings on investment of rural marsh gas utilization. Some suggestions are presented for the construction of rural marsh gas: to popularize the application of marsh gas can result in good economic benefits, environmental benefits and ecological benefits, and can improve the civil life quality and the civil health condition; and the construction of rural marsh gas should be taken as an important strategy and fulfilled step by step by means of unified planning of it and combining it with the construction of new countryside in order to fully develop the national ecological agriculture.Key words: marsh gas, rural energy, environmental protection, ecological agriculture一、前 言今天，能源已成为我们衣、食、住、行都得依赖的东西，我们靠它照明、煮饭、取暖、降温、交通、娱乐等，靠它带动工厂生产，带动机器耕作，带动实验室的各种科学仪器，靠它维持我们的电脑运转，等等。但是人类正面临能源短缺和环境恶化的双重危机，能源问题与环境问题已成为全球共同关注的焦点。人类正在积极寻找高效、清洁、环保的新能源。二、生物质能概况地球上每年植物光合作用固定的碳达200109t，含能量达31021J，因此每年通过光合作用贮存于植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年的生产量就相当于现阶段人类年消耗矿物能的20倍，或相当于世界现有人口食物能量的160倍。虽然不同国家单位面积生物质的产量差异很大，但地球上每个国家都有某种形式的生物质，生物质能是热能的来源，为人类提供了基本燃料。开发“绿色能源”已成为当今世界上工业化国家开源节流、化害为利和保护环境的重要手段。至少有14个工业化国家在开发“绿色能源”方面取得了良好成绩，其中有些国家通过实施“绿色能源”政策，在相当大程度上缓解了本国能源不足的矛盾，而且显著改善了环境。我国拥有丰富的生物质能资源，我国理论生物质能资源50亿吨左右。现阶段可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。然而，由于农业、林业、工业及生活方面的生物质资源状况非常复杂，缺乏相关的统计资料和数据，以及各类生物质能资源间以各种复杂的方式相互影响，因此，生物质的消耗量是很难确定或估计的。近年来，我国在生物质能利用领域取得了重大进展，特别是沼气技术，每年所生产能源己达115万吨油当量，占农村能源的0.24；由节柴炕灶每年所节约的能量己达52.5万吨油当量。我国政府及有关部门对生物质能源利用也极为重视，己连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用技术的研究与开发，如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等，取得了多项优秀成果。政策方面，2005年2月28日，第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了可再生能源法，2006年1月1日起已经正式实施，并于2006年陆续出台了相应的配套措施。这表明我国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位，并在政策上给予了巨大优惠支持，因此，我国生物质能发展前景极为广阔。农村沼气利用已成为建设社会主义新农村的重要内容之一。 三、沼气技术原理简介利用微生物代谢作用来生产各种产品的工艺过程称为发酵。沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵和甲烷发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）的复杂的生物化学过程。沼气发酵是一个复杂的微生物学过程，了解这一过程中各类微生物的作用及其活动规律，才能把沼气发酵建立在科学的基础之上。只有有了大量的沼气微生物，并使各种类群的微生物得到最佳的生长条件，各种有机物原料才会在微生物的作用下转化为沼气。在厌氧消化器中有三个基本过程：第一阶段的水解把不溶解的有机化合物和聚合物，通过酶法转化为可溶解的有机物。第二阶段再将上一步转化成的产物如碳水化合物、蛋白质、脂肪类、醇等发酵为有机酸。第三阶段由有机酸发酵产生甲烷。农村沼气发酵种类根据原料和进料方式，常采用以秸秆为主的一次性投料和以禽畜粪便为主的连续进料两种发酵方式。一般的家庭宜修建6立方米水压式沼气池，发酵有效容积约5立方米。不同种类畜禽粪便的干物质含量不同，以牛粪和猪粪为例计算如何配制沼气发酵原料：南方发酵浓度宜为6%左右，牛粪的干物质含量为18%左右，则需要牛粪1200公斤，制备的接种物500公斤（视接种物干物质含量与牛粪一样），添加清水3300公斤；北方发酵浓度宜在8%左右，则需猪粪约1700公斤左右，制备的接种物500公斤，添加清水2800公斤。由于沼气池与猪圈、牛圈、厕所修在一起，发酵过程中可自行补料。沼气池建设的关键在于密封技术和发酵技术，应特别加以重视。沼气产生过程中会生成一些对人体有害的气体，政府应就安全使用沼气进行知识普及，让农村居民绝对安全地使用沼气。夏天的沼气产量比冬天高，应设法将夏天多产的沼气贮存起来供冬天使用。应普及沼气知识，让农村居民学会沼气池的日常管理，注意勤加料勤出料，做到经常搅拌沼气池内的发酵原料，监控沼气发酵液的PH值，注意越冬管理，及时添加沼气发酵促进剂。四、沼气利用的好处1、可作为农村主要能源21世纪，沼气之所以能够在农村成为主要能源之一，是因为它具有不可比拟的优点。首先，沼气能源在我国农村分布广泛，潜力很大。凡是有生物的地方都有可能获得制取沼气的原料，所以沼气是一种取之不尽，用之不竭的再生能源。其次，我国地广人多，生物质能资源丰富。研究表明，在21世纪无论在农村还是城镇，都可以根据本地的实际情况，就地利用粪便、秸秆、杂草、废渣、废料等生产沼气来做饭、加热、取暖和发电。第三，可以就地取材，节省开支。沼气电站建在农村，发酵原料一般不必外求。兴办一个小型沼气动力站和发电站，设备和技术都比较简单，管理和维修也很方便，大多数农村都能办到。据调查对比，小型沼气电站每千瓦投资只要400元左右，仅为小型水力电站的1/2-1/3，比风力、潮汐和太阳能发电低得多。小型沼气电站的建设周期短，只要几个月时间就能投产使用，基本上不受自然条件变化的影响。采用沼气与柴油混合燃烧，还可以节省17的柴油。一个3-4口之家，修建一个10立方米的沼气池，只要发酵原料充足、管理得好，就能解决点灯、煮饭和洗澡等的燃料问题。农村很多家庭都养猪，沼气原料方便，而且猪粪出沼气量特别多。对于没养猪的家庭来说，买一百斤的牛粪可以提供一个三口之家半年的烧饭能源。原料便宜、实惠是利用沼气的最重要原因。据深圳大学调查，湖南农村居民户家庭沼气建设初始投资1000元左右（不足部分由政府补贴），维修费用一般在250元/年以下，低付出高回报是居民利用沼气的巨大原动力。2、可净化农村环境对废物进行再利用，动物粪便（如猪粪、牛粪）、剩菜、垃圾等，都可以作为沼气的原料。利用沼气当燃料，无烟无尘，清洁方便。粪便、垃圾、生活污水等都是沼气发酵的好原料，随着这些原料进入沼气池的病菌、寄生虫卵等，在沼气池中密闭发酵而被杀死，从而改善了农村的环境卫生条件，减少疾病的传染，对人畜健康都有好处。将沼气建设与新农村建设有机结合，配套进行“改水、改栏、改厨、改浴、改厕”建设，高标准、高起点建设沼气池，可以改变农村长期以来柴草乱堆、垃圾乱倒、污水乱流、蚊蝇乱飞的状况，提高农村居民的生活质量。相对于烧柴煮饭，使用沼气既方便、快捷，又干净、安全和轻松。3、可发展生态农业兴办沼气后，大量畜禽粪便加入沼气池发酵，即可生产沼气，又可沤制出大量优质有机肥料，扩大了有机肥料的来源，而且由于腐熟程度高使肥效更高。沼液及沼渣总称为沼肥，是生物质经沼气池厌氧发酵的产物。沼液中含有丰富的氮、磷、钾、钠、钙等营养元素；沼渣中除含上述成分外，还含有有机质、腐植酸等。沼肥中的全氮含量比堆沤肥高40%-60%，全磷比堆沤肥高40%-50%，全钾比堆沤肥高80%-90%，作物利用率比堆沤肥提高10%-20%。此外，沼液和沼渣中还含有微量元素和17种氨基酸以及多种微生物和酶类，对促进作物和畜、禽、鱼的新陈代谢，以及防治某些作物病虫害有显著作用。在农业生产中，沼液及沼渣常用于浸种、叶面施肥、防虫、盆栽、柑橘、梨、西瓜、蔬菜、水稻、烤烟、花生等的种植和栽培蘑菇、养殖蚯蚓等。凡是施用沼肥的作物不仅增强了抗旱防冻的能力，而且提高秧苗的成活率。施用沼肥不但节省化肥、农药的喷施量，也有利于生产绿色无公害食品。沼液是一种具有防虫治病功能的无公害农药，沼肥比一般的家庭农机肥更有利于农作物生长。沼气还可用于贮藏水果和粮食。沼液和沼肥的使用可以提高农产品质量，增加农村居民收入。兴办沼气还有利于促进畜牧业的发展。沼气可以解决“三料”（燃料、饲料和肥料）的矛盾，促进畜牧业发展。沼液还可以用来喂猪、养鱼，降低成本，增加收益。4、有利于环境保护利用沼气作生活燃料，可以减少生活用柴、用煤，节约秸秆和煤炭，减少森林砍伐和牛羊对山场的破坏，有利于保护林草资源，促进植树造林事业的发展，减少水土流失，改善农业生态环境。普及沼气炉具、沼气热水器等生活用具，可以避免直接燃烧秸秆和木柴，降低温室气体和有害气体排放，有利于保护大气环境，提高空气质量。沼肥与一般有机肥相比，由于大量的病菌和寄生虫卵被杀死，大大减少了有机污染；沼肥可以代替化肥和农药，减少化肥和农药的使用，甚至可以不再使用化肥和农药，大大减少了水土和河流污染，有利于提高水质量。5、可以提高国民的生活质量沼气生态农业的建设，既可以提高农产品质量，又可以改善空气和水质量，这一方面增加了农村居民的收入，另一方面可以提高全国人民的生活质量、增进全国人民的健康水平。6、有利于解放农村劳动力有了沼气以后，过去拣柴、运煤花费的大量劳动力就可以节约下来，投入到农业生产第一线；广大农村妇女通过使用沼气，从烟熏火燎的传统炊事方式中解脱出来，节约了生火做饭的时间，减轻了家务劳动。五、沼气利用的最新进展目前，中国高速率厌氧消化工艺生产性试验装置已在糖厂和酒厂正常运行，用沼气代替汽油、柴油，发动机的运转效果也很好。据报道，浙江乐清南塘欣欣种猪养殖场秸秆气化/净化沼气环保生态项目经一年的组织实施，已于2007年11月20日投入试运行。该项目总投资150万元，净化沼气部分建厌氧发酵罐（UASB）300m3，并配建利用太阳能加热的酸化水解池60m3、集水池30 m3，日处理畜禽污水60t，出口水质达到国家污水综合排放标准（GB8978-1996）类污染物三级标准，日产沼气280 m3。秸秆气化部分建IH-6-360型秸秆气化机组一套，并配建设220m2机房和245m2稻草前期处理及料房各一座，日耗秸秆480公斤，日产秸秆气720m3。该项目可年产沼气和秸秆气总计36万m3，当于4000瓶液化气，可作为300多户农村居民的炊事用能。该项目把沼气净化和秸秆气化技术有机结合起来，既净化畜禽污水，又处理农作物秸秆，实现沼气和秸秆气混合供气，在浙江省尚属首创，是农村能源技术综合利用的一次有益尝试。该项目的成功示范有利于农村能源技术的进一步推广，促进农业废弃物的综合处理和资源化利用，对改善生态环境、提高农民生活质量、打造“中国绿色农业”，必将起到积极的作用。六、农村沼气建设的投资和收益目前，我国农村居民人数7.2亿左右，户数2.4亿户左右，如果每户均建沼气池，则要建2.4亿个左右，数目过于庞大，不太现实。所以建议按集中居住点的数目进行建设，凡集中居住点至少建一个沼气池，而每个散居点各建一个，则全面覆盖农村需要建设5000万-1亿个沼气池。假设每个沼气池投资4000元，则需投资2000-4000亿元。若每个农户出资1000元，则需政府投资1000-2000亿元。年维护管理费按500元/池计算，综计250-500亿元/年。投资的收益测算如下：1、能源收益：每月没户按20m3天然气当量计算，年生产当量为20122108=480亿m3天然气，按2元/ m3计算，价值960亿元/年。2、生态农业收益：沼肥收益：假设每个沼气池年产沼肥1000kg，则全国年产沼肥5000万-1亿吨，按200元/吨计算，收益100-200亿元/年；沼液收益：假设每个沼气池年产沼液10吨，则全国年产沼液5-10亿吨，按10元/吨计算，收益50-100亿元/年；沼液还可以起到一定的抗旱作用；生态粮食收益：全国粮食产量按10000亿斤/年计算，假设80%为生态农业产品，每斤粮食价格提高0.2元，则一年可增收1600亿元；生态农业总收益：100-200+50-100+1600=1750-1900亿元/年。3、环境