户用沼气工艺需要进行系统改良许山岚

第31卷增刊2011年9月云南师范大学学报JournalofYunnanNormalUniversityVol.31SupplementSePt.2011户用沼气工艺需要进行系统改良`、寿1IJJ计山风(湖南省武冈市农村能源办,湖南邵阳422400)摘要:户用沼气几十年来的推广,表明着存在一系列问题使其丧失了应有的市场生命力。通过理论分析和实践总结可以从池型、容积匹配以及如何运用新材料和新工艺,提出一系列改良方案,达到走向市场接受的目的。关键词:户用沼气;发酵浓度;池型;池容;工艺匹配;系统改良方案中图分类号:5216.4文献标识码:A文章编号:1007一9793(2011)增刊一0134一11户用沼气推广了几十年,到现在还是处于一种是政府要我建,不是我要建的状态,一直成为脱不开手的婴儿,而且到了于今要求的补助越来越高,需要采取的行政手段越来越加大,建了之后还产生不了市场化的服务机构,处境越来越尴尬。按理好的科学技术是可以通过市场实现自我推广和自我成长的,可是沼气技术迟迟不能步人自我发展的轨道。那种认为是农民拿不出钱投人,也站不住脚。现在农村带奢侈性的需求都不惜花费,如建房屋讲究装演,本来还可住的住房提前翻修,购买高档家电和讲究精神享乐的支出等。如果建了沼气使用起来很合算很方便的话,又能3一4年之后收回投资,之后又能受益长久,能解决每天面临的实际生活问题,那么农村早可以做到沼气化了。为什么总是难以做到呢。通过这些年来的沼气建设的运行发现,里面的确还是存在一些重大的制约问题。它们是:一次性投人高;施工过程长而且麻烦;使用寿命难保证;日常管理比较费力;维护开支较大,从而导致直接经济效益不合算;加上原料短缺,联户共享问题多,后续服务难以为继,丧失了应有的生命力。这些问题的根源到底又在哪里呢?表面上看这些问题好像是出在用户身上,通过深人探究真正的根源还是发生在技术的层面上,最主要的还在工程的工艺设计和建造的缺陷l[,2习。这些问题不是用户自己能认识和解决好的。虽然国家建有沼气研究所,但受体制的制约,从事的是远离用户实用的理论研究,不能对此做出快速的反应。虽然各级建立起农村能源管理部门,但没有跟上时代变化的步伐,迟钝地守着过时的科研成果不放,不反思、不思变、不革命,对用户反映的客观问题麻木不仁,相反还把发展停滞的问题推到用户身上。我们这个身临其境的农村能源管理部门,需要赶快觉醒起来挑起这副担子,有步骤地开展科研攻关,真正着手解决上述的一系列实用问题,才是推动沼气建设持续快速发展的最有效动力。怎么去进行系统改良呢?以下阐述我多年来系统改良的理由和建议采取的手段。如何看待沼气发酵的浓度一般认为沼气发酵浓度的干物质控制在6一8%为最好。采用猪粪为例,干物质含量为20%左右,就是沼气池发酵的鲜猪粪的含量保持在30一40%左右为最好。其实,这是要等到沼气池启动运行成功之后才适宜。比如一个新建10m“的收稿日期:2011一08一17作者简介:许山岚(1962一),男,湖南武冈人,农艺师职称,湖南农业大学农学学士学位,现任武冈市农村能源办副主任,主要从事沼气技术研究与推广.E一mail:474029113@qq·com增刊许山岚:户用沼气工艺需要进行系统改良135·沼气池,按gm“的发酵体积计算,如果第一次真投放2700一3600kg鲜猪粪发酵启动的情况并不好。大量实例告诉我们,投120okg左右的量度启动效果要快要好些,说明了启动的浓度更低一点更好。当然如果投放的是堆沤成熟的,哪怕投放5oookg也能够快速启动。现在还有许多高浓度发酵的工艺运行很成功,甚至有主张推广干发酵的(即采用鲜猪粪加极少的水发酵),已有成功的报道s[,4〕。当沼气池启动稳定运行一段时间后,即使长期停止投料置于无产气的状态,只要恢复一次投放几十公斤,就能快速恢复产气表现良好。据用户普遍的反应,只要启动成功后日常发酵的浓度偏高一点产气效果更好一点。通过这些事例总结出了一套低浓度启动,高浓度运转的经验。这就证明了沼气池启动时,干物质负荷不能高,菌种的浓度和适宜的料液酸碱度更重要,所以启动过程和运行过程对原料的浓度要求不是很严格的。只是在成功启动后干物质浓度处于6一10%时可能表现最好圈。现在户用沼气的投料情况,多数达不到这个要求,如果沼气池盲目建大,情况就更不利于达到这个最佳状况。所以我们进行沼气池设计时,虽然不必拘泥发酵浓度的局限,但也不能有意扩大池容导致浓度过分偏低。2池容大小如何确定才是科学的户用沼气的池容到底建多大才是适宜的呢?这是一个涉及建造成本的方向问题。建小了,不够用,发挥不了应有的作用。建大了,造价高,造成投资的浪费,当然也不必要。盲目建大,造成投资的负担大,势必制约发展。从这些年来沼气建设的情况看,这个问题已成为发展制约的基础问题。所以我们必须要搞清楚这个问题。为了方便叙述,把能够满足需要的最少池容叫做户用沼气建池的阀值池容。作为我们这个农村能源管理的部门,就应该摸索好这个阀值的大小。可是,无视一个家庭原料的多与寡,一律以8一10m3作为建池的阀值,似乎成为了一种习惯,也不知道这是如何确定下来的。这个容积到底符合真实的需要吗。带着这个思考,我查找了许多的资料,一直未找到具体的研究报导,倒是在现行的沼气技术标准中,我们看到有4m“规格的指导[6〕。参见沼气技术标准GB/T4750一20026M3钢筋混泥土预制板沼气池型图。要想弄清这个阀值也很容易。道理很简单,我们可基于两个道理来确定。第一是满足普通家庭一天的用气要求,到底需要多少原料。第二就是这些原料至少需要占用多大空间才能保证原料发酵好。我在2008年做了相关的测试,被测沼气池正常运行一年后,经长时间停止投料,直至几乎没有产气迹象,再恢复投料进行了沼气池原料最小投放量测试。测试从2008年6月3日开始,直至2009年1月初结束,将记录整理见表1.根据以上测试,满足一个普通家庭生活用能,每天平均最少需要投放鲜猪粪16kg.其中日平最少的是月份只有10kg,到了12月下旬达到了26.7kg.测试的气候是从一个高温到低温的过程,前期投得过多,有大量的沼气向外跑掉,没有参与有效供气统计,这不能反应真实消耗量,推测在夏秋的季节,环境温度高,日平需要量要低于16kg.后期气温降低,原料的发酵速度变缓,炊用水温很低,耗气的量度激增,表现的日消耗原料量明显加大,维持供气的天数缩短。推测这个时期前一轮的投料会有一定残留没有发酵完全,可以成为来春的有效原料的积累。只要做到少量多次投放猪粪,综合看全年日平只需要15kg左右猪粪就可以满足,而且看出原料的产气周期在10一15天左右。依照这个推算一个月分2一3次投料,每月450kg左右,全年只要投人5SOOkg左右猪粪即可满足。我们测定出鲜猪粪的比重接近水,这样一来就是一年不出料,把全年的原料做一次投放,占用的空间只有3m“.因为原料的产气周期不太长,不可能全年只做一次投放,需要一月多次投放,一年可做到多次阶段出渣,只要将沉渣及时排出,发酵的空间就能腾出来。考虑到千家万户的原料和耗气的实际差异,可以把滞留期按2个月考虑就已经足够了。假设原料产气后,形成沼渣的体积不减少,理论计算发酵的容积只需要0.gm”即可(实际上推测猪粪发酵转化为沉渣的体积将大为缩小)。按照6一10%的干物质浓度.136.云南师范大学学报(自然科学版)第13卷为优化发酵浓度,我们再拿出2m3的空间作为稀我们的现实指导中,一律最低建8~10m3左右,而释原料浓度和储放沼渣沼液的余地,拿lm3的空且为了在形式上完成任务,随意指导加大池容,搞间用于储气,所以普通家庭只要建4m,的沼气池形式上的一池多户。比如,一个家庭养猪少于5就完全足够了。由此看出4m3的池容就是我们寻头的农户,却指导建16一20m3的池子(因为表示找的阀值池容。再说明一个道理,把一年所需的建设2户,为吻合规定而被迫扩容),建两套浮罩,5500kg猪粪纵使放在一个1000m3的沼气池安装两套灶具,形式上供应2个用户,实际供应1中,与放在这个4m3的沼气池中,产出来的沼气是户也保证不了。虽然国家多补助了千来元,但用一样多的,扩大容积是不能多产沼气的。所以建户的投资多了2一4千元,用户的负担无形增加了4m3沼气池与建8一10m3沼气池的效果是相同很大,误导了造价,还使周边农户产生造价误解,的。以体重大于50kg为标准猪,按每头每天产不敢涉足建造。更严重的是,一旦真遇到存栏20粪便2.skg计算7[],一个普通家庭常年存栏5~6头的用户,有的想当然指导用户池子按8~10m3头就可满足。实践证明也确实如此。根据上述的放大4倍建造32一40m“的池子,置用户盲目扩大推理,考虑到原料发酵后体积大为减少,出料后可投资中。就是出于环保的需要,根据以上的推算,以置换出空间,所以每增加5头标准猪只要增加这个用户也只要建10m3就够了。建32m3~Zm,的池容就完全足够处理其粪便,就是说哪怕40m,,投资的负担眼睁睁地增加6一8千元左右。存栏达到20头标准猪的养殖户也只需要增加参照附表1、2,可以看出不同容积沼气池常规作6m3即可,即建一个10m3的池子就可以了。可在业造价是明显不同的。表1沼气池原料最小投放需要t测试记录表投料投料高峰产气弱产枯气供气备注日期重量日段日段日期日数本表为2008年月/日kg月/日一月/日月/日一月/日月/日左右d对试验用户的测试试验6/36/6~6/136/14一6/196/20176/217/77/238/88/239/99/2410/710/2511/711/1911/3012/912/1912/276/22~6/297/8~7/157/24~7/318/9~8/168/24一8/309/10~9/179/25~9/3110/8~10/1710/26一11/111/8~11/1411/20~11/2512/1一12/412/10~12/1412/20~12/2312/28~12/306/30~7/57/16~7/218/1一8/68/17~8/218/31~9/79/18~9/2210/1~10/510/18~10/2311/2~11/511/15~11/1811/26~11/2812/5~12/712/15~12/1712/24~12/2512/31~1/17/67/228/78/229/89/2310/610/2411/611/1911/2912/812/1812/261/2l515151416l4l2l71212头几天产气不多,但进人产气高峰中发生严重跑气现象产气高峰中发生跑气现象较严重产气高峰中发生跑气现象明显产气高峰中发生跑气现象,但轻微产气高峰中发生跑气现象,但轻微没有发生跑气现象没有发生跑气现象没有发生跑气现象没有发生跑气现象没有发生跑气现象没有发生跑气现象没有发生跑气现象没有发生跑气现象没有发生跑气现象没有发生跑气现象没有发生跑气现象onéoné00000000Cu00ùU,O八jo只LJCé内匕几匕ōb汽bǎb内O丹b月b内h`b内匕gJCjCjC乙9目11确.111`.11.1111111.1.1`l,1.3190注:猪粪来源同一猪场,沼气池10m“,安装2个浮罩容积3m“,家庭人口4人,枯气日指用气开始供应不足的日期增刊许山岚:户用沼气工艺需要进行系统改良137我们知道制定沼气技术标准的依据资料源于上世纪的六七十年代,那时受经济的制约,池容建造不求大,多在4一sm“之间,可能看到建4m3的池子也用得好,大概就写上了4m3的标注。不过,通过以上的分析,提4m“的指导恰巧吻合了阀值池容。我们暂且不说技术标准制订的缘由,本来我们的沼气技术标准,明确规定建池应考虑家庭人口、使用要求、发酵原料等合理选择池容规格,并以4m,作为起点参考指导,参见沼气技术标准GB/T4750一2002.我们没有去领会技术标准的精神实质而盲目指导,关键的问题没有搞清户用沼气的池容阀值到底是多少。我们要有这样的认识,随意扩大池容也是违反科学技术的行为。何况现在的沼气原料比那时的精细得多,占据的容积可以更小。依据现在散养的趋势看,户平持有的原