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摘要 沼气作为一种生物质能源已经成为农村发展清洁能源的重要途径，国内养殖业的规模化、集中化的快速发展，为沼气工程的规模化建设提供了良好的基础。介绍了江西省正合环保工程有限公司在新余市罗坊镇建立的大型沼气站，是通过引进欧洲先进的混合原料发酵技术，并与我国实际情况相结合，提高了沼气产量；同时，将厌氧发酵过程中产生的沼渣沼液进行进一步加工成生态有机肥出售，不仅最大程度地降低了项目的运行成本，还拓展了运营的产品及销售渠道，经济效益得到显著提高。新余市罗坊沼气站实现了大型沼气工程技术与燃气输配体系技术、安全运营网络远程监控及预警体系等多项技术集成，可为沼气集中供气技术推广提供参考。
关键词 农业废弃物；沼气集中供气；运营管理；罗坊沼气站
中图分类号 S216.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）34-360-03
随着经济的快速发展，我国的能源需求急剧增长。2013年我国能源消费总量37.50亿t标准煤，同比增长3.70%。经济的发展也促使我国农村对优质商品能源的需求持续增加[1]，农村地区能源供需矛盾更加突出。能源消耗的持续增加不仅导致石化能源的枯竭，也带来了严重的环境问题。一方面，石化能源的使用产生了大量温室气体，导致日益严峻的全球气候变化[2]；另一方面，我国农村仍以柴草等为主要燃料[3]，过度砍伐山林柴草，严重地破坏了生态环境[4]。在能源严重匮乏的同时，我国每年产生大量的秸秆、畜禽粪便以及有机废水，由于无法得到有效利用而对环境产生巨大污染。据统计，2014年我国粮食总产量约为6.07亿t，其中谷稻生产总量为1.72亿t，附带谷稻秸秆产量约为2.58亿t。除此之外，还有39.26×108 t畜禽粪便以及482.40×108 t有机废水[5]。沼气作为一种方便、清洁、高品位的能源，是秸秆、粪便、生活污水等有机物质在一定水分、温度和厌氧条件下，经微生物发酵产生的可燃气体。由于其原料丰富、技术简单、造价低廉、环境友好的特点而受到国家的高度重视。集中供气工程的推广应用不仅可以缓解能源压力，而且对增加农民收入、改善人居环境、保护林草植被、维持生态平衡具有重要意义[6]。笔者对新余市罗坊沼气站的建设运营情况进行介绍，以期为沼气集中供气技术推广提供参考和借鉴。
1 工程概况
为了推进农村清洁生产、发展循环经济、解决区域有机废弃物面源污染问题，江西正合环保工程有限公司在新余市政府的大力支持下，在新余市罗坊镇院前村建设了江西首个大型沼气集中供气项目，该项目利用畜禽粪便、农业秸秆等有机废弃物進行多原料混合发酵产沼气，所产沼气主要用于罗坊镇居民生活所用。项目位于新余市罗坊镇，地处新余、樟树、新干、峡江交界处。罗坊镇及其周围畜牧养殖业发达，有大量的畜禽粪便，同时又是农业重镇，所生产的水稻、蜜橘全国有名。养殖业产生的畜禽粪便和农业生产的秸秆等为沼气发酵提供了很好的原料基础，发达的农业又为沼渣沼液加工成有机肥提供了市场。项目主要建设内容包括：一级CSTR厌氧发酵罐2座，总容积3 100 m3；二级一体化CSTR厌氧发酵罐1座，总容积1 250 m3，储气膜容积500 m3；高压储气柜3座，储气总容积1 920 m3；混合原料预处理系统1套，主要为农业秸秆水解酸化系统、粪污匀浆加热系统后处理系统一套，包括固液分离系统1套，出料池，沼液储存池，配套固肥加工生产线一条；沼气供户管网系统等其他附属设施。该项目已于2014年12月正式投产，设计供气3 000户，日产沼气能力4 100 m3，目前生产运营正常，居民用气稳定、安全，无事故发生。
2 工艺流程
罗坊沼气站属于混合原料发酵，主要原料为畜禽粪便、农业秸秆，其处理系统主要包括原料预处理→两级CSTR厌氧发酵→沼气净化→高压储气中压输气系统等，具体工艺流程如图1所示。由于原料各自具有不同的特点，因此进料前需要分别进行预处理，秸秆需先经过破碎，然后进入水解酸化池，通过纤维水解技术，采用专属的复合纤维素水解酶进行催化水解，实现纤维素由大分子多糖向小分子转变的过程；而粪污进入匀浆池除去杂质，并进行搅拌预加热过程。经过预处理后的物料统一通过螺杆泵输送至一级CSTR反应器；反应器内使用立式搅拌器进行搅拌，保证物料浓度和温度的恒定；一级CSTR出料溢流至二级CSTR发酵罐进行二次发酵，以延长停留时间增加沼气产量；厌氧发酵后的发酵液经固液分离后，沼渣用于制作固态有机肥；分离后的沼液部分回流用做预处理的稀释水，剩余部分排出做液态有机肥原料，供给罗坊镇及其周边的传统种植业及设施农业使用。厌氧发酵产生的沼气暂存在二级发酵罐顶部的储气膜内，通过沼气压缩机，在抽送过程中经过脱水脱硫系统装置后沼气储存在高压储气柜中，大部分供给罗坊集镇3 000户居民做生活用气，剩余部分供给沼气站进行沼气发电，做为生产用能。居民用气主要通过沼气供户管网，沼气在中压条件下输送至居民楼，在进行进一步降压之后，居民就能稳定用气，因为沼气已经过脱水脱硫处理，在使用过程中不会有异味产生，保障了居民安全、稳定、高效的使用沼气。
3 管理运营
3.1 运营模式
公司采用市场化运营模式，通过收集养殖粪污、农业秸秆，所产生的沼气有偿供给城镇居民使用，沼渣、沼液分别制作成固态有机肥和液态有机肥有偿供应罗坊镇及其周边的传统种植业及设施农业使用，形成了一条清晰的循环经济产业链。
3.2 管理监控
罗坊沼气站采用基于GPRS+PLC的沼气远程监控系统，以综合管理软件为核心，结合嵌入式视频服务器，实现了基于网络的点对点、点对多点、多点对多点的远程实时现场监视、远程遥控摄像机以及录像、报警处理等，通过兼容模拟视频设备实现模拟视频系统与数字视频系统的数字化统一管理。系统对设备的正常运行和事故状态下的生产过程进行实时监控，操作员可以在室内进行集中管理，可实现车间无人值守。另外，服务器将采集来的数据进行各种处理，建立相应的实时数据库和历史数据库，经网络相应各工作站的各种服务要求，接收和响应操作员的各类操作指令。系统具有可靠性高、抗干扰性强、易学易用、维修方便、能耗低等优点。 3.3 管理模式
在管理模式上，江西正合环保工程有限公司按照“集中供气、用气收费、专人管理”的管理模式，对沼气站覆盖的3 000户沼气用户进行集中供气，用气按照流量计费，在沼气供气站建立沼气服务网点，安排专业技术人员负责管理。在罗坊沼气站建立沼气服务网点，实现商业化运行管理模式。服务网点对每位沼气农户建立档案，设立信息登记制度，为用户提供开卡充值、维修等业务。在后勤服务上，罗坊沼气站对用户进行一年4次免费上门巡查服务，发现问题及时排除，平时在接到沼气用户的报修电话后，将会安排工作人员在2～3日内上门解决，每次服务必须在沼气维修服务卡上记录。在工程管理上，安排专人负责沼气工程的运行，每天观察产气、用气情况，做好沼气净化设备、输气管道等的维护工作。
为了方便管理，公司为用户统一安装了沼气流量计量表。这种智能表，只要存够一定金额，使用时把卡插到燃气表上，表就会自动读数，扣除相应费用。购买的气量用完后，就会自动断气，只要到沼气供应站设置的村级服务网点缴费，就可以继续使用，这样省去了上门抄表和催缴费用的麻烦。为了鼓励用户使用新能源沼气，公司还免费上门为用户提供和安装沼气用具，免去他们的后顾之忧。
4 效益分析
4.1 社会效益
罗坊沼气站正式运营后，不仅提高了该区域农业有机废弃物的综合利用，有效遏制由于农业废弃物的乱堆乱放而造成的面源污染，而且有利于净化环境，减少疾病的发生，提高广大公众保护生态环境意识；同时促进了农业循环经济的发展，引导人民使用清洁能源，建设资源节约型、环境友好型社会，对促进资源综合利用和农村经济社会可持续发展也具有积极作用。
4.2 环境效益
罗坊沼气站通过厌氧发酵技术处理农业有机废弃物，仅养殖粪污治理这项，每年就可以减少COD排放量4 775.27 t，NH3N排放量292.65 t，而产生的沼气还可替代煤碳和液化气等。另外，以沼渣沼液为原料加工的生态有机肥，在施用过程中不仅可以增强农产品质量，还促进农业生态循环恢复，减轻土壤重金属污染。
4.3 经济效益
该工程建成后，可年产沼气约131.40万m3，可保障罗坊镇3 000户居民稳定安全供气，运行中沼气按2.20元/m3收费，与传统液化气相比，价格相对便宜，使用沼气比使用液化气每月每户可节约25.00元，给老百姓带来了经济实惠。该站产生的沼渣、沼液加工成固态、液态有机肥分别为0.22万、3.30万t，可减少化肥量0.20万t，不断改善土壤质量，辐射带动周边0.67万hm2水稻田、蔬菜园、果园实现生态有机种植，具有良好的经济效益。
5 结论与展望
由江西正合環保工程有限公司投资建设并运营的罗坊沼气站，开创了江西省沼气商业化、产业化发展的先河。沼气服务覆盖范围多达3 000户居民，它在为农村提供稳定安全的清洁能源的同时，也可治理农业污染，将农业废弃物变废为宝、达到节能减排的效果，推进了农业可持续发展，在能源紧缺的当今时代，符合发展清洁生产、循环经济的要求，这对进一步带动周边农业环境治理，推进农业产业结构调整，提高农产品的竞争能力，创造良好的生态环境具有十分重要的意义。
目前，我国的沼气集中供气工程投资和运营成本高，产品收入低，造成沼气工程自负盈亏能力差[7]。王红彦等对河南、山东和江苏3个省份的6个秸秆沼气集中供气工程进行分析，认为在同时考虑折旧和运行费用的情况下，秸秆沼气集中供气工程皆亏损运行，投资回收期一般在20年以上，工程严重缺乏经济性[8]。但是，江西正合环保工程有限公司通过引进欧洲先进的混合原料发酵技术，把欧洲先进的生物质能技术与我国实际情况相结合，提高了沼气产量，采取农业秸秆原料换气的方法及养殖业包干治理粪污等方式，既提高了原料的利用率，降低了原料收购成本，又减免了用户的使用费，同时，将厌氧发酵过程中产生的沼渣沼液进行进一步加工成生态有机肥出售，不仅最大程度地降低了项目的运行成本，还拓展了运营的产品及销售渠道，经济效益得到显著提高。
在项目运营的过程中，人们也要注意到加强沼气站的安全管理运营，提高管理人员和操作人员的技术水平。另外，要实现沼气产业化发展，就要大力发展沼气相关产业。发展以沼气发酵为依托的产业链，进行多产业的组合，在规模化的基础上充分发挥多个产业间的优势互补，实现沼气工程的效益最大化。
参考文献
[1] ZHANG L X，YANG Z F，CHEN B，et al.Rural energy in China：Pattern and policy[J].Renewable energy，2009，34（12）：2813-2823.
[2] 黄季焜，仇焕广.中国生物燃料乙醇发展的社会经济影响及发展战略与对策研究[M].北京：科学出版社，2010.
[3] 农业部科技教育司，农业部能源环保技术开发中心.2009年度全国农村可再生能源统计汇总表[Z].2009.
[4] Technology and Education Department of China Ministry of Agriculture，Development Center of Environmental Protection Technique of Energy of MOA.Renewable Energy Statistic in Rural China 2009[Z].2009.
[5] 罗知颂，王修志，朱全涛，等.生态扶贫开发与城乡一体化发展：广西恭城模式及其演变研究[M].北京：经济科学出版社，2010.
[6] SHEN L，LIU L T，YAO Z J，et al.Development potentials and policy options of biomass in China[J].Environmental management，2010，46（4）：539-554.
[7] 吴楠，孔垂雪，刘景涛，等.农作物秸秆产沼气技术研究进展[J].中国沼气，2012，30（4）：14-20.
[8] 王红彦，毕于运，王道龙，等.秸秆沼气集中供气工程经济可行性实证与模拟分析[J].中国沼气，2014，32（1）：75-78，42.
关键词 农业废弃物；沼气集中供气；运营管理；罗坊沼气站
中图分类号 S216.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）34-360-03
随着经济的快速发展，我国的能源需求急剧增长。2013年我国能源消费总量37.50亿t标准煤，同比增长3.70%。经济的发展也促使我国农村对优质商品能源的需求持续增加[1]，农村地区能源供需矛盾更加突出。能源消耗的持续增加不仅导致石化能源的枯竭，也带来了严重的环境问题。一方面，石化能源的使用产生了大量温室气体，导致日益严峻的全球气候变化[2]；另一方面，我国农村仍以柴草等为主要燃料[3]，过度砍伐山林柴草，严重地破坏了生态环境[4]。在能源严重匮乏的同时，我国每年产生大量的秸秆、畜禽粪便以及有机废水，由于无法得到有效利用而对环境产生巨大污染。据统计，2014年我国粮食总产量约为6.07亿t，其中谷稻生产总量为1.72亿t，附带谷稻秸秆产量约为2.58亿t。除此之外，还有39.26×108 t畜禽粪便以及482.40×108 t有机废水[5]。沼气作为一种方便、清洁、高品位的能源，是秸秆、粪便、生活污水等有机物质在一定水分、温度和厌氧条件下，经微生物发酵产生的可燃气体。由于其原料丰富、技术简单、造价低廉、环境友好的特点而受到国家的高度重视。集中供气工程的推广应用不仅可以缓解能源压力，而且对增加农民收入、改善人居环境、保护林草植被、维持生态平衡具有重要意义[6]。笔者对新余市罗坊沼气站的建设运营情况进行介绍，以期为沼气集中供气技术推广提供参考和借鉴。
1 工程概况
为了推进农村清洁生产、发展循环经济、解决区域有机废弃物面源污染问题，江西正合环保工程有限公司在新余市政府的大力支持下，在新余市罗坊镇院前村建设了江西首个大型沼气集中供气项目，该项目利用畜禽粪便、农业秸秆等有机废弃物進行多原料混合发酵产沼气，所产沼气主要用于罗坊镇居民生活所用。项目位于新余市罗坊镇，地处新余、樟树、新干、峡江交界处。罗坊镇及其周围畜牧养殖业发达，有大量的畜禽粪便，同时又是农业重镇，所生产的水稻、蜜橘全国有名。养殖业产生的畜禽粪便和农业生产的秸秆等为沼气发酵提供了很好的原料基础，发达的农业又为沼渣沼液加工成有机肥提供了市场。项目主要建设内容包括：一级CSTR厌氧发酵罐2座，总容积3 100 m3；二级一体化CSTR厌氧发酵罐1座，总容积1 250 m3，储气膜容积500 m3；高压储气柜3座，储气总容积1 920 m3；混合原料预处理系统1套，主要为农业秸秆水解酸化系统、粪污匀浆加热系统后处理系统一套，包括固液分离系统1套，出料池，沼液储存池，配套固肥加工生产线一条；沼气供户管网系统等其他附属设施。该项目已于2014年12月正式投产，设计供气3 000户，日产沼气能力4 100 m3，目前生产运营正常，居民用气稳定、安全，无事故发生。
2 工艺流程
罗坊沼气站属于混合原料发酵，主要原料为畜禽粪便、农业秸秆，其处理系统主要包括原料预处理→两级CSTR厌氧发酵→沼气净化→高压储气中压输气系统等，具体工艺流程如图1所示。由于原料各自具有不同的特点，因此进料前需要分别进行预处理，秸秆需先经过破碎，然后进入水解酸化池，通过纤维水解技术，采用专属的复合纤维素水解酶进行催化水解，实现纤维素由大分子多糖向小分子转变的过程；而粪污进入匀浆池除去杂质，并进行搅拌预加热过程。经过预处理后的物料统一通过螺杆泵输送至一级CSTR反应器；反应器内使用立式搅拌器进行搅拌，保证物料浓度和温度的恒定；一级CSTR出料溢流至二级CSTR发酵罐进行二次发酵，以延长停留时间增加沼气产量；厌氧发酵后的发酵液经固液分离后，沼渣用于制作固态有机肥；分离后的沼液部分回流用做预处理的稀释水，剩余部分排出做液态有机肥原料，供给罗坊镇及其周边的传统种植业及设施农业使用。厌氧发酵产生的沼气暂存在二级发酵罐顶部的储气膜内，通过沼气压缩机，在抽送过程中经过脱水脱硫系统装置后沼气储存在高压储气柜中，大部分供给罗坊集镇3 000户居民做生活用气，剩余部分供给沼气站进行沼气发电，做为生产用能。居民用气主要通过沼气供户管网，沼气在中压条件下输送至居民楼，在进行进一步降压之后，居民就能稳定用气，因为沼气已经过脱水脱硫处理，在使用过程中不会有异味产生，保障了居民安全、稳定、高效的使用沼气。
3 管理运营
3.1 运营模式
公司采用市场化运营模式，通过收集养殖粪污、农业秸秆，所产生的沼气有偿供给城镇居民使用，沼渣、沼液分别制作成固态有机肥和液态有机肥有偿供应罗坊镇及其周边的传统种植业及设施农业使用，形成了一条清晰的循环经济产业链。
3.2 管理监控
罗坊沼气站采用基于GPRS+PLC的沼气远程监控系统，以综合管理软件为核心，结合嵌入式视频服务器，实现了基于网络的点对点、点对多点、多点对多点的远程实时现场监视、远程遥控摄像机以及录像、报警处理等，通过兼容模拟视频设备实现模拟视频系统与数字视频系统的数字化统一管理。系统对设备的正常运行和事故状态下的生产过程进行实时监控，操作员可以在室内进行集中管理，可实现车间无人值守。另外，服务器将采集来的数据进行各种处理，建立相应的实时数据库和历史数据库，经网络相应各工作站的各种服务要求，接收和响应操作员的各类操作指令。系统具有可靠性高、抗干扰性强、易学易用、维修方便、能耗低等优点。 3.3 管理模式
在管理模式上，江西正合环保工程有限公司按照“集中供气、用气收费、专人管理”的管理模式，对沼气站覆盖的3 000户沼气用户进行集中供气，用气按照流量计费，在沼气供气站建立沼气服务网点，安排专业技术人员负责管理。在罗坊沼气站建立沼气服务网点，实现商业化运行管理模式。服务网点对每位沼气农户建立档案，设立信息登记制度，为用户提供开卡充值、维修等业务。在后勤服务上，罗坊沼气站对用户进行一年4次免费上门巡查服务，发现问题及时排除，平时在接到沼气用户的报修电话后，将会安排工作人员在2～3日内上门解决，每次服务必须在沼气维修服务卡上记录。在工程管理上，安排专人负责沼气工程的运行，每天观察产气、用气情况，做好沼气净化设备、输气管道等的维护工作。
为了方便管理，公司为用户统一安装了沼气流量计量表。这种智能表，只要存够一定金额，使用时把卡插到燃气表上，表就会自动读数，扣除相应费用。购买的气量用完后，就会自动断气，只要到沼气供应站设置的村级服务网点缴费，就可以继续使用，这样省去了上门抄表和催缴费用的麻烦。为了鼓励用户使用新能源沼气，公司还免费上门为用户提供和安装沼气用具，免去他们的后顾之忧。
4 效益分析
4.1 社会效益
罗坊沼气站正式运营后，不仅提高了该区域农业有机废弃物的综合利用，有效遏制由于农业废弃物的乱堆乱放而造成的面源污染，而且有利于净化环境，减少疾病的发生，提高广大公众保护生态环境意识；同时促进了农业循环经济的发展，引导人民使用清洁能源，建设资源节约型、环境友好型社会，对促进资源综合利用和农村经济社会可持续发展也具有积极作用。
4.2 环境效益
罗坊沼气站通过厌氧发酵技术处理农业有机废弃物，仅养殖粪污治理这项，每年就可以减少COD排放量4 775.27 t，NH3N排放量292.65 t，而产生的沼气还可替代煤碳和液化气等。另外，以沼渣沼液为原料加工的生态有机肥，在施用过程中不仅可以增强农产品质量，还促进农业生态循环恢复，减轻土壤重金属污染。
4.3 经济效益
该工程建成后，可年产沼气约131.40万m3，可保障罗坊镇3 000户居民稳定安全供气，运行中沼气按2.20元/m3收费，与传统液化气相比，价格相对便宜，使用沼气比使用液化气每月每户可节约25.00元，给老百姓带来了经济实惠。该站产生的沼渣、沼液加工成固态、液态有机肥分别为0.22万、3.30万t，可减少化肥量0.20万t，不断改善土壤质量，辐射带动周边0.67万hm2水稻田、蔬菜园、果园实现生态有机种植，具有良好的经济效益。
5 结论与展望
由江西正合環保工程有限公司投资建设并运营的罗坊沼气站，开创了江西省沼气商业化、产业化发展的先河。沼气服务覆盖范围多达3 000户居民，它在为农村提供稳定安全的清洁能源的同时，也可治理农业污染，将农业废弃物变废为宝、达到节能减排的效果，推进了农业可持续发展，在能源紧缺的当今时代，符合发展清洁生产、循环经济的要求，这对进一步带动周边农业环境治理，推进农业产业结构调整，提高农产品的竞争能力，创造良好的生态环境具有十分重要的意义。
目前，我国的沼气集中供气工程投资和运营成本高，产品收入低，造成沼气工程自负盈亏能力差[7]。王红彦等对河南、山东和江苏3个省份的6个秸秆沼气集中供气工程进行分析，认为在同时考虑折旧和运行费用的情况下，秸秆沼气集中供气工程皆亏损运行，投资回收期一般在20年以上，工程严重缺乏经济性[8]。但是，江西正合环保工程有限公司通过引进欧洲先进的混合原料发酵技术，把欧洲先进的生物质能技术与我国实际情况相结合，提高了沼气产量，采取农业秸秆原料换气的方法及养殖业包干治理粪污等方式，既提高了原料的利用率，降低了原料收购成本，又减免了用户的使用费，同时，将厌氧发酵过程中产生的沼渣沼液进行进一步加工成生态有机肥出售，不仅最大程度地降低了项目的运行成本，还拓展了运营的产品及销售渠道，经济效益得到显著提高。
在项目运营的过程中，人们也要注意到加强沼气站的安全管理运营，提高管理人员和操作人员的技术水平。另外，要实现沼气产业化发展，就要大力发展沼气相关产业。发展以沼气发酵为依托的产业链，进行多产业的组合，在规模化的基础上充分发挥多个产业间的优势互补，实现沼气工程的效益最大化。
参考文献
[1] ZHANG L X，YANG Z F，CHEN B，et al.Rural energy in China：Pattern and policy[J].Renewable energy，2009，34（12）：2813-2823.
[2] 黄季焜，仇焕广.中国生物燃料乙醇发展的社会经济影响及发展战略与对策研究[M].北京：科学出版社，2010.
[3] 农业部科技教育司，农业部能源环保技术开发中心.2009年度全国农村可再生能源统计汇总表[Z].2009.
[4] Technology and Education Department of China Ministry of Agriculture，Development Center of Environmental Protection Technique of Energy of MOA.Renewable Energy Statistic in Rural China 2009[Z].2009.
[5] 罗知颂，王修志，朱全涛，等.生态扶贫开发与城乡一体化发展：广西恭城模式及其演变研究[M].北京：经济科学出版社，2010.
[6] SHEN L，LIU L T，YAO Z J，et al.Development potentials and policy options of biomass in China[J].Environmental management，2010，46（4）：539-554.
[7] 吴楠，孔垂雪，刘景涛，等.农作物秸秆产沼气技术研究进展[J].中国沼气，2012，30（4）：14-20.
[8] 王红彦，毕于运，王道龙，等.秸秆沼气集中供气工程经济可行性实证与模拟分析[J].中国沼气，2014，32（1）：75-78，42.