新疆是我国第二大畜牧区, 畜禽粪便的无害化处理、环境保护的压力以及养殖场能源的需求, 要求大力发展沼气事业, 减少农村面源污染。而膜结构沼气池能够克服以往产品能耗高、防腐效果差、运行成本高、气密性差等弊端, 实现新疆冬季可正常运行, 是适应新疆大中型养殖场高效处理畜禽粪便, 实现畜牧业健康可持续发展、农业废弃物再生利用的关键设备。

畜禽粪便是一种有价值的宝贵资源, 养殖业废弃物无害化处理是污染防治的重要原则。畜禽粪便经处理后, 可以产生新能源沼气和有机肥 (固态肥沼渣、液态肥沼液) , 对种植业的生产具有较好的经济价值。

依据物质循环、能量流动的生态学基本原理, 强化种养平衡, 促进种植业与养殖业结合, 实现生态系统的良性循环, 以达到充分处理粪便的目的。

兼顾环境效益、社会效益和经济效益, 将治理污染与资源开发有机结合, 提高了粪便处理工程的综合效益。

在设计中采用膜结构沼气池产品, 运用完全混合厌氧反应器 (CSTR) 厌氧处理工艺。

保温处理:包括管道、阀门、池体及储气柜的保温。整个系统采用地埋式, 地上管路采用北方地区常规保温方式实现。

增温方式:膜结构沼气池方便增温, 且增温效果明显。主要采取沼气池底部铺设热水循环管路, 通太阳能提供。

新疆地区冬季寒冷, 昼夜温差大, 用膜结构沼气池代替传统的混凝土沼气池, 解决了沼气池冬季冻池、密封层被破坏的问题。同时, 简化了沼气池的建池工艺, 提高了建池效率。采用聚乙烯高分子复合材料制成的膜结构沼气池具有以下特性: (1) 密封性好:充气5 k Pa, 可保持24 h无破裂或渗漏; (2) 热合撕裂强度≥50 k N/m, 拉伸强度≥16 MPa; (3) 低温冲击脆化在-25℃下无损坏。百富策略白菜网专利折叠袖口技术循环搅拌, 使沼气池不同反应区之间发酵液与沼气菌充分接触, 提高有机质降解速度, 同时, 可以加入秸秆、玉米秆等高碳发酵原料, 方便进出料, 提高了碳氮平衡, 可增加发酵效率。另外, 通过折叠袖口控制结壳及破壳, 能保证沼气池长期有效地运行。膜结构沼气池系统采用太阳能集热、水暖锅炉辅助等增温技术, 通过膜式换热装置, 保证了沼气池发酵所需的温度, 通过系统集成可以实现增温的自动调节。其工艺流程见图1。

预处理对提高有机废弃物厌氧发酵的效率十分重要。预处理包括生物法、机械法及物理化学法等。本设计采用物理化学方法, 预处理系统包括预处理池、循环池、进出料池等。预处理系统一般建在养殖场室内, 大小根据养殖场规模来确定。畜禽粪便、垃圾及污水等有机废弃物需先进行砂石、长草、毛发、铁丝等杂物的分离后进入预处理池。当原料为干粪、羊粪、鲜禽粪时, 也必须进行预处理。在预处理过程中, 先使发酵细菌大量生长繁殖, 减缓酸化作用, 同时防止料液入池后干粪漂浮与上层结壳或产酸过多, 使发酵受阻。预处理池与进出料口、循环池为一体, 中间有循环管路连通, 可对发酵料液进行循环搅拌处理, 能明显提高产气率。

膜结构沼气池是沼气厌氧发酵的核心部分, 在采取增保温措施的情况下, 运行及维护应注意以下几点: (1) 沼气池第1次装料时, 原料浓度为4%~6%, 接种物约占池容的30%以上。原料要预先堆沤, 即将鲜粪加适量的水拌匀, 加水量以料堆下部不渗水为宜, 料堆上加盖塑料薄膜, 以积聚热量加速菌种的繁殖。一般夏季堆沤3~5 d, 春、秋季堆沤5~7 d。加水时应选用饮用水, 水温不低于20℃, 有利于发酵启动, 快速产气。堆沤后的原料可通过预处理池进入沼气池。 (2) 沼气池要勤进料、勤出料, 不断补充新鲜原料, 使产气正常、持久、稳定。一般沼气池启动后, 第1个月产气最旺, 消耗原料最多;第2个月产气量开始下降, 分解速度减慢;第3个月产气量明显下降。所以要在产气量高峰没有下降以前加新料, 出旧料。 (3) 折叠袖口一般安装在沼气池侧上方, 方便开启及维护, 主要起破壳、搅拌及循环等作用。沼气池结壳会导致厌氧反应器有效容积变小, 产生的沼气聚集受阻, 无法进入气室[1], 甚至会导致浮渣堵塞出料管并引起反应器爆裂[2]。折叠袖口的破壳设置对于沼气池长期稳定运行、维护起关键性作用。 (4) 沼气池夏季可以采用太阳能集热技术增加沼气池的温度, 冬季可采用水暖锅炉增温或采用煤、气两用水暖炉增温。 (5) 沼气池必须由专业管理维护人员维护。健全的服务体系和物业管理是沼气池安全生产的重要保障[3]。沼气系统是一个独立的集产、供、用气为一体的体系, 要保证农牧民最终用好沼气, 必须抓好建池、管理、日常维护等各个环节[4]。只有加强沼气池物业化管理及专业人员培训工作, 才能保证新疆沼气事业的可持续发展。

沼气发酵的残留物沼渣、沼液中含有丰富的氨基酸、微量元素、B族维生素、各种水解酶类、有机酸类、植物激素类、抗生素类以及腐植酸等生物活性物质;所含的矿物质主要有钙、钠、氯、硫、镁、钾等常量元素和铁、锌、铜、锰、钴、铬、钒等微量元素。沼渣经过初步处理, 就可作为优质肥料和养殖饵料。沼液通过过滤、浓缩等处理, 可以通过滴灌百富策略白菜网在农田生产, 也可以叶面喷施。通过沼渣、沼液的百富策略白菜网, 可有效提高农作物产量, 增加土壤中有机质、全量养分及速效养分的含量[5]。

新疆发展养殖业, 在处理畜禽粪便过程中, 要因地制宜的将发展沼气事业与生产有机肥相结合;将沼气供气与沼气发电相结合;将种植业和养殖业相结合, 只有这样才能真正实现能源效益、经济效益、生态效益和社会效益的和谐统一。膜结构沼气池通过“粪-气-电-热-肥-田”模式运行, 在处理畜禽粪便污染、资源合理利用、环境保护方面具有积极的促进作用, 对新疆畜牧业的可持续发展具有重要意义。