沼氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展研究論文

　　從全國水平來(lái)看，陜西省的畜禽養殖總量和規�；�養殖程度均不高［１］。雖然畜禽養殖方式仍以散戶(hù)養殖和適度規模為主，但近年來(lái)陜西省規�；�養殖場(chǎng)數量也大幅度增加，２０１０年規�；�養殖場(chǎng)數量比２００９年翻一番。關(guān)中平原渭河流域是全省畜禽養殖業(yè)集約化程度最高的區域，區域內規�；�養殖場(chǎng)和養殖小區的數量占到全省規�；�養殖總數的５２％。近年來(lái)，干清糞工藝在陜西省規�；�養殖場(chǎng)得到了積極推行，全省約８６％的規�；�養殖場(chǎng)采用了干清糞工藝或采用干清糞與水沖糞、墊草墊料等相結合的方式，仍有過(guò)半數的養殖場(chǎng)不同程度的保留水沖糞工藝。國家標準《畜禽養殖業(yè)污染物排放標準》（ＧＢ１８５９６－２００１）由于制定時(shí)間較早，未涉及“干清糞工藝”定義及要求，在之后發(fā)布實(shí)施的一些地方性畜禽養殖業(yè)污染物排放標準中，例如山東、浙江、廣東等省均要求規�；�養殖企業(yè)必須采用干清糞工藝、實(shí)現雨污分流。陜西省在加強普及干清糞工藝的同時(shí)，應該針對渭河流域、南水北調區、城鄉飲用水水源地周邊等水污染防治重點(diǎn)區域內的規�；�養殖企業(yè)強制推行干清糞和雨污分流。根據２０１０年全省畜禽養殖業(yè)污染源調查情況統計，９３％的規�；�畜禽養殖場(chǎng)對畜禽糞便進(jìn)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％。傳統的直接還田方式要求種養緊密結合，對于規�；�養殖來(lái)說(shuō)，由于養殖行為過(guò)于密集，大量糞便排放至養殖區域，該區域可能會(huì )因缺少作物植被而導致養分過(guò)量負荷［２］，低效、野蠻的施肥行為在浪費資源的同時(shí)會(huì )對作物生長(cháng)產(chǎn)生不利影響、對環(huán)境造成二次污染，因此糞便的利用應借助科技手段和裝備，將其高效的轉化為可用、安全、潔凈的資源。根據２０１０年全省畜禽養殖業(yè)污染源調查情況統計，約８４％的規�；�養殖場(chǎng)將養殖廢水用于農業(yè)灌溉，其中采用厭氧、好氧等方法處理養殖廢水的養殖場(chǎng)比例不到１０％，主要原因是畜禽養殖廢水屬于高濃度有機廢水，使用單一方法很難實(shí)現達標排放，污水處理工程的建設、運行、維護資金需求較大，導致很多養殖場(chǎng)更傾向于將其直接還田甚至違法排放，因此必須設法提高畜禽養殖污染防治工程的經(jīng)濟性，目前看來(lái)一味的降低治理成本并不能收到良好效果，應該從治理行為本身創(chuàng )造經(jīng)濟效益這個(gè)方面探索新的治理思路。

　　畜禽養殖污染防治存在的問(wèn)題

　　從總體情況來(lái)看，陜西省畜禽養殖污染防治落后于養殖業(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為兩點(diǎn)：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，養殖業(yè)自身缺乏大量資金進(jìn)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(méi)能采取合適的方式進(jìn)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。由于畜禽養殖業(yè)利潤空間較小，又存在高風(fēng)險，畜禽養殖污染防治措施必須考慮經(jīng)濟性。一般工程的經(jīng)濟性體現在對投資成本和運行成本的控制，但畜禽養殖污染的實(shí)質(zhì)是生物質(zhì)資源的浪費。如果將畜禽糞污進(jìn)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，從而提高畜禽養殖污染防治工程的經(jīng)濟性。因此，畜禽養殖污染問(wèn)題的解決必須通過(guò)采取合適的畜禽糞污資源化技術(shù)來(lái)實(shí)現。

　　新環(huán)境形勢下的畜禽養殖污染防治思路

　�。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(shí)施《黃河流域（陜西段）污水綜合排放標準》（ＤＢ６１／２２４－２０１１）（以下稱(chēng)新標準），在新標準出臺之前陜西省畜禽養殖廢水排放執行《畜禽養殖業(yè)污染物排放標準》（ＧＢ１８５９６－２００１），從表１來(lái)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％。由于新標準取消執行行業(yè)標準，所有排污單位執行統一標準，因此新標準的出臺使得全省尤其黃河流域地區畜禽養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。據第一次全國污染源普查公報，農業(yè)污染排放主要來(lái)自畜禽養殖業(yè)，其ＣＯＤ、ＴＰ、ＴＮ排放量分別占農業(yè)源污染排放總量的９６％、５６％和３８％，畜禽養殖污染問(wèn)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�；�養殖場(chǎng)納入水污染物總量減排體系。２０１０年陜西省農業(yè)源污染物ＣＯＤ與ＮＨ３－Ｎ排放基數分別為１９．９萬(wàn)ｔ和１．５萬(wàn)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(wàn)ｔ和１．４萬(wàn)ｔ，其中畜禽養殖業(yè)的ＣＯＤ與ＮＨ３－Ｎ目標排放量為１８．３萬(wàn)ｔ和１．１萬(wàn)ｔ，相比２０１０年排放基數降幅分別達到７．６％和８．３％。隨著(zhù)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)境形勢下畜禽養殖污染防治的方向，也是推動(dòng)畜禽養殖業(yè)可持續發(fā)展的關(guān)鍵。根據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(jiàn)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，不能對養殖廢水進(jìn)行處理，未能全面考慮畜禽養殖污染防治。就目前看來(lái)，龐大的市場(chǎng)需求使得高溫堆肥和烘干技術(shù)會(huì )繼續存在發(fā)展，但在越來(lái)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(guò)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(lái)實(shí)現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，能夠實(shí)現畜禽糞污處理從單純的用肥用能、末端治理向綜合利用轉變。對于規�；�養殖企業(yè)，實(shí)現熱、電、肥聯(lián)產(chǎn)的沼氣工程將會(huì )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，是全面應對畜禽養殖污染的重要技術(shù)發(fā)展方向。

　�。承笄蒺B殖污染防治產(chǎn)業(yè)化思路

　　近年來(lái)，我國養殖業(yè)水平不斷提高，畜禽產(chǎn)品需求日益增長(cháng)，加快了畜禽養殖業(yè)規�；�、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，在成本控制、管理水平、產(chǎn)品質(zhì)量保障、抵御市場(chǎng)風(fēng)險等方面規�；�養殖比散戶(hù)養殖優(yōu)勢明顯。規�；�、產(chǎn)業(yè)化是我國畜禽養殖業(yè)的發(fā)展方向，規�；�養殖場(chǎng)成為環(huán)境保護與節能減排的主戰場(chǎng)。針對規�；�養殖發(fā)展趨勢及其帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，采取以資源化利用為核心的畜禽糞污處理產(chǎn)業(yè)化方式能夠實(shí)現生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善與養殖業(yè)可持續發(fā)展的雙贏(yíng)。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)化方式能夠將畜禽糞污從產(chǎn)生到消納的整個(gè)過(guò)程形成產(chǎn)業(yè)鏈條，協(xié)調上下游物質(zhì)能量的流動(dòng)，最大程度提升糞污的利用價(jià)值；同時(shí)產(chǎn)業(yè)化方式有利于將污染治理成本轉化為經(jīng)濟投入，將治理投資轉化為產(chǎn)業(yè)投資，促進(jìn)環(huán)保產(chǎn)業(yè)與養殖業(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)運作模式使畜禽養殖污染防治形成產(chǎn)業(yè)，將是未來(lái)陜西省畜禽養殖污染防治的重要思路。陜西省畜禽養殖污染防治思路見(jiàn)圖１。

　　陜西省畜禽養殖沼氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

　　沼氣工程通過(guò)厭氧發(fā)酵獲取沼氣、沼渣沼液制有機肥來(lái)實(shí)現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(shí)現畜禽養殖污染防治產(chǎn)業(yè)化的資源化技術(shù)。隨著(zhù)養殖的規�；�發(fā)展，養殖業(yè)沼氣工程也呈規�；�發(fā)展趨勢，規�；�養殖能為沼氣工程保證充足的原料，資金、技術(shù)、設備、管理等條件都有利于沼氣產(chǎn)品實(shí)現高值高效利用。國家“十二五”規劃大力支持推動(dòng)大型沼氣工程建設，陜西省農業(yè)廳已經(jīng)將規�；�養殖場(chǎng)的大型沼氣工程確定為“十二五”期間全省沼氣普及的重點(diǎn)任務(wù)之一，頗具前景的沼氣產(chǎn)業(yè)勢必推動(dòng)畜禽養殖污染防治向資源化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。

　�。毙笄蒺B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(wàn)ｔ，若將畜禽養殖業(yè)糞便資源全部進(jìn)行沼氣化開(kāi)發(fā)利用，陜西省畜禽養殖糞便資源可產(chǎn)生約２２．５億ｍ３沼氣（替代煤炭量［６］約為２２５．０萬(wàn)ｔ）。沼氣的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值與養殖規模和糞便收集程度相關(guān)，因此規�；�養殖場(chǎng)畜禽糞便更具備實(shí)際開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，２０１０年陜西省規�；�養殖畜禽糞便產(chǎn)生總量約３７４萬(wàn)ｔ，可產(chǎn)生約２．１億ｍ３沼氣（替代煤炭量約為２１．０萬(wàn)ｔ）。２０１０年陜西省各市規�；�養殖場(chǎng)和養殖小區潛在的沼氣產(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(yáng)（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(yáng)）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)、養殖業(yè)較為發(fā)達，是全省集約化養殖水平較高的區域，該區潛在的沼氣產(chǎn)量占到全省總數的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和工業(yè)集中區，工礦業(yè)發(fā)達，規�；�養殖活動(dòng)開(kāi)展較晚，但憑借雄厚的經(jīng)濟基礎和廣闊的地域，近年來(lái)該區規�；�養殖發(fā)展較快，潛在的沼氣產(chǎn)量占到全省總數的２０％。陜南三市（即商洛、漢中、安康）整體規�；�養殖水平不高，近年來(lái)政府一直倡導陜南養殖業(yè)以區域適度集中、家庭適度規模養殖為主，這與陜南經(jīng)濟實(shí)力薄弱、可利用土地資源有限、位于南水北調中線(xiàn)水源區等因素有一定關(guān)聯(lián)，該區潛在的沼氣產(chǎn)量只占到全省總數的.７％。

　�。惨幠；�養殖沼氣產(chǎn)業(yè)優(yōu)先布局區域

　　養殖業(yè)沼氣工程的分布受其載體規�；�養殖企業(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。沿渭四市所在的關(guān)中地區人口數量、糧食產(chǎn)量、耕地面積分別占到全省總量的６２％、７７％和５３％。區內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(lèi)水質(zhì)為主），為了減少畜禽養殖活動(dòng)對城鎮環(huán)境和渭河水質(zhì)的影響，該區應該積極發(fā)展沼氣產(chǎn)業(yè)。根據《全國優(yōu)勢農產(chǎn)品區域布局規劃２００８－２０１５年》，關(guān)中地區是我國小麥、棉花、蘋(píng)果等農產(chǎn)品的優(yōu)勢產(chǎn)區，豐富的耕地資源有利于糞污資源化利用。２０１０年沿渭四市范圍內僅１４％的規�；�畜禽養殖企業(yè)建有沼氣工程，沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間很大。根據沿渭四市畜禽養殖規�；�水平、種養結合程度，劃定沼氣產(chǎn)業(yè)優(yōu)先布局區域，涉及西安市臨潼區、長(cháng)安區、周至縣、戶(hù)縣；寶雞市陳倉區、岐山縣、眉縣；咸陽(yáng)市楊凌區、渭城區、三原縣、涇陽(yáng)縣、乾縣、禮泉縣、武功縣、興平市；渭南市臨渭區、大荔縣、合陽(yáng)縣、澄城縣、蒲城縣等區縣。規�；�養殖沼氣產(chǎn)業(yè)優(yōu)先布局區域在養殖區域集中化進(jìn)程中應該充分考慮畜禽糞污沼氣化開(kāi)發(fā)利用，逐步推進(jìn)集中養殖、集中收集糞污和集中沼氣化利用；積極培養沼氣發(fā)電、有機肥加工等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，與種植業(yè)、養殖業(yè)、社會(huì )服務(wù)、工業(yè)生產(chǎn)等形成產(chǎn)業(yè)鏈條，促進(jìn)沼氣產(chǎn)業(yè)化進(jìn)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(xué)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(gè)的能量物質(zhì)循環(huán)過(guò)程包括畜禽飼養、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(jìn)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)酵工藝的選擇應該滿(mǎn)足這些條件。ＣＳＴＲ（連續攪拌反應器）技術(shù)是目前歐洲等沼氣工程發(fā)達地區的主流發(fā)酵工藝，可使畜禽糞便污水全部進(jìn)行發(fā)酵處理，優(yōu)點(diǎn)是：原料適應性廣；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�；�養殖企業(yè)的大型沼氣工程，適宜引進(jìn)并國產(chǎn)轉化，例如在此基礎上增加有機肥加工［８］。（２）沼氣利用技術(shù)。針對沼氣的利用方式，沼氣要實(shí)現產(chǎn)業(yè)化必須突破自產(chǎn)自用的小沼氣模式，逐漸轉向社會(huì )服務(wù)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。沼氣的社會(huì )服務(wù)類(lèi)應用包括發(fā)電并網(wǎng)、天然氣并網(wǎng)、車(chē)用天然氣等，工業(yè)生產(chǎn)以制�。茫龋春停茫希补�業(yè)氣體及其合成氣等為代表［９］，這些是未來(lái)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(lái)看，除了滿(mǎn)足企業(yè)自身及戶(hù)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，傳統農業(yè)將其直接還田，但在養殖規�；�發(fā)展的今天，種養脫節現象突出，沼渣沼液的肥料效應趨向于通過(guò)制造有機肥來(lái)實(shí)現。通過(guò)固液分離、沼液抽渣分離出來(lái)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。

　　結論

　　為了實(shí)現生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善與養殖業(yè)可持續發(fā)展的雙贏(yíng)，畜禽養殖污染防治應該轉換思路，通過(guò)利用畜禽糞污的農業(yè)資源稟賦發(fā)掘其產(chǎn)業(yè)特性，從而實(shí)現畜禽養殖污染防治產(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(jià)值和治理工程的經(jīng)濟效益。沼氣工程是一項利于實(shí)現畜禽養殖污染防治產(chǎn)業(yè)化的資源化技術(shù)，頗具發(fā)展前景。規�；�養殖場(chǎng)能為沼氣工程保證充足的原料、資金投入、技術(shù)支持等，實(shí)現沼氣產(chǎn)品的高值高效利用。關(guān)中平原沿渭地區是全省規�；�養殖企業(yè)較為集中的區域，區內畜禽糞便資源、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，該區應該優(yōu)先發(fā)展畜禽養殖沼氣產(chǎn)業(yè)。該區在養殖區域集中化進(jìn)程中應該兼顧畜禽糞污沼氣化開(kāi)發(fā)利用，積極培養沼氣發(fā)電、有機肥加工等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，與種植業(yè)、養殖業(yè)、社會(huì )服務(wù)、工業(yè)生產(chǎn)等形成產(chǎn)業(yè)鏈條，根據沼氣產(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(jìn)畜禽養殖污染防治產(chǎn)業(yè)化和沼氣產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。（本文作者：徐楠、林啟才、成西娟 單位：陜西省環(huán)境科學(xué)研究院）

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