秸秆与畜禽废弃物资源化综合利用成套技术设备的设计与研究
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摘要 针对我国目前秸秆畜禽废弃物利用率低的现状，指出目前畜禽粪便和秸秆产沼气在技术及地域等方面存在的问题，开发设计一种把秸秆和禽粪便联合起来产沼气的设备，并且逐步提高秸秆的配比投料量，同时发酵后的沼渣沼液又是上等的高效有机肥，肥地保土，有利于开发有机林果、有机蔬菜种植。
关键词 秸秆;畜禽粪便;沼气;设备
中图分类号 S141.4
文献标识码 A
文章编号 1007-5739（2019）08-0157-02
1开发设计的目的和意义
我国是世界上最大的农业生产国，种植业每年产生各类作物秸秆约7亿t，是一种大量的永续性宝贵资源，若进行综合利用，不仅能变废为宝，保护生态环境，还能促进农业生产的可持续发展"。然而农作物秸秆约有60%以上未得到有效的处理和利用，不仅浪费了资源，而且由于大量秸秆的露天焚烧，会导致严重的大气污染，并引发火灾和影响高速公路与民航的运行安全等社会问题"。是否能有效地处理与利用秸秆是我国农村面临的主要的资源、环境问题之一。因此，迫切需要寻找新的利用途径。
农业部把秸秆沼气生产技术列为我国农业和农村“十大节能减排技术"之首。秸秆沼气化，是指利用厌氧微生物把秸秆转化成沼气的生物学过程。厌氧消化技术本身已经非常成熟，它已被非常广泛地用于多种有机废弃物的生物气化，如人畜粪便、食品废物、生活垃圾、活性污泥等易降解有机物。但是技术上：一是秸秆成分中缺少氨磷，不利于微生物的生长。因此，利用秸秆制沼气在一定程度上增大了微生物分解的难度，采用的发酵技术还不能够完全满足秸秆沼气发展的需要，只能在小范围内进行示范性应用2。二是秸秆的木质纤维素含量高，不易或不能被厌氧菌消化，导致消化效率不高产气量低，投人产出效益差;秸秆也不具有流动性、无法进行连续消化，而且密度小、体积大，进出料困难，生产效率低;三是现有反应器主要是污水处理和畜禽粪便消化用反应器，缺乏适合秸秆物料特性、并能稳定、高效运行的专用反应消化器B。四是秸秆沼气应用实践的受挫，导致秸秆发酵制沼气的研究受挫，因而应注重培养秸秆沼气的专业技术人员，尽快开发出便捷经济的秸秆发酵新技术、新工艺，以科研促进生产。现在，秸秆常作为厌氧消化的“配料”使用，仅用于调节物料性状或碳氮比例等，一般不以秸秆为主原料进行厌氧消化生产沼气4但是，与常用的厌氧消化原料如畜禽粪便等相比，秸秆具有来源广泛、储量大、价格便宜、收集及储存方便等优点，如果能研究开发一些特殊的关键新技术、新I艺，使秸秆联合富含氨磷成分的畜禽粪便一起发酵产沼气，则有望形成一个两者优势互补的大规模生物能源产业。
目前，畜禽粪便产沼气得到了迅速发展。但这只是在养殖业集中的地区，粪便原料较充足，沼气迅速发展，农户利用沼气可获取足够的清洁廉价能源供日常生活之用'”。由于规模化养殖业的快速发展，农户分散养殖逐渐减少，在一些非集中养殖区，畜禽粪便的减少，使沼气的原料供不应求，到养殖区购买粪便价格高、路途远。因此，不少地区出现了农村沼气由于原料不足停用或弃池的现象。秸秆焚烧现象虽然在相关政策的强制下有所减少，但秸秆的焚烧处罚措施只能在一定程度上遏制秸秆的浪费和环境的污染。加强秸秆综合利用不仅能缓解资源紧缺环境污染等问题，而且在一定程度上增加了农民的收人，减少了农村劳动力过剩的问题。怎样把来源广泛、存储量大、收集及储存方便、价格便宜，但只能作为厌氧消化“配料”使用的秸秆和传统上厌氧发酵主原料的畜禽粪便联合起来产沼气，并且逐步提高秸秆的配比投料量，提高秸秆的配料比重，是农业大国亟待解决和攻克的瓶颈，同时发酵后的沼渣沼液又是上等的高效有机肥，肥地保土，有利于开发有机林果、有机蔬菜种植，实现农村经济的良性循环。
2设计与研究的主要内容
秸秆畜禽废弃物资源化综合利用成套技术设备研发的项目主要包括以下9个方面.①研发秸秆铡切揉搓细软纤维化设备，进行秸秆预处理。②研发具有搅拌机构的预处理池箱。对秸秆、畜禽粪便人粪便进行合理的均匀配比（秸秆：粪便=1：2～3为宜）进行预处理，时间15～24h，使秸秆含水率达到65%～70%，添加沼液或粪便液，把预处理池的混合液体浓度调整到8%～15%，pH值6.5～7（pH值低于6.5，将抑制厌氧甲烷菌的活力），以备泥浆泵输人发酵罐.③研发泵液系统的三向输人和反冲机构，使混合液与发酵罐内的沼液充分混合，设计罐底的坡道式倒锥形结构，以便顺利排放沼渣。④研发具有太阳能保温升温系统、溢气、溢水等安全阀系统的发酵罐设备，保持发酵温度15～35C，若低于129C甲烷菌停止产沼气。⑤研发不同高度的弹性单向阀结构的多处取样.在线温度、pH值检测系统，实现智能控制排放沼液沼渣及泵人预处理好的混合液，达到连续产沼气的目的。⑥研发浮罩式沼气储气罐、水汽分离、脱硫装备，实现沼气的净化、压缩装罐或者管道输送，以便送人终端用户。⑦研发沼渣脱水储存及沼液运输专用设备，服务于农业种植，实现绿色循环经济。⑧研发沼液过滤装备、沼液稀释池箱及向经济林蔬菜大棚定点定时自动滴灌系统，从根本上保障并实现有机果、有机蔬菜发展.⑨研发全套整體智能控制系统，实现本项目整体工程技术的可视故障报警自我保护功能，达到科学智能可靠运行。
3项目的预期目标与相关前景分析
3.1项目预期目标
该项目沼气发酵罐容积500m'，成套系统工程技术产品总投资350万元，本项目满负荷运行，年处理各种秸秆600t（约40hm2土地全年的秸秆产量）、畜禽粪便污水2800t（约300头牛或者500头猪的养殖场规模），若按秸秆为计算单位，秸秆产沼气量350m/，年产沼气15万m2（甲烷含量55%左右）、沼渣沼液约2000t，其中沼渣（含水率25%）120t左右，沼渣沼液是绿色高效有机肥，循环利用到庄稼地经济林，保田护地。
设计开发的沼渣脱水装备、沼液储运装置、沼液过滤装备、沼液稀释池箱及向经济林、蔬菜大棚定点定时自动滴灌系统，从根本上实现有机果、有机蔬菜发展，结合当地政府和村民委员会，鼓励有计划地开展千亩特色有机林、有机蔬菜大棚建设发展，引导开展特色农业、鼓励外出务工人员回乡创业、发展特色农家小院、农业观光旅游等等，提高农民收入。 能常年集中供气400户人家（每户按5人计算）。按照市场的价格计算，农民把秸秆送过来，平均收人250元/t。600t秸秆可实现收人15万元。
3.2项目前景分析
本项目建成投产后，一套设备可将40hm2农作物秸秆及186.7t畜禽粪便、人粪便等都归集到沼气池，所产沼气能够满足400户人家、人口1500～2000人农业村庄的燃气做饭、照明等需求，可实现燃气的自给自足;同时沼气站建在有规模养殖场的附近，方便粪便的冲刷输送，避免畜禽粪便的运输成本及沿途的臭味散发。该项目的实施，不仅为当地农民提供了清洁能源，彻底解决农村存在的灶屋里烟熏火燎、田里浓烟滚滚（焚烧秸秆）和畜禽粪便四处横溢、臭气熏天的大气污染和农村面源污染问题，而且发酵后的沼渣沼液又是上等的高效有机肥，可肥地保土，进行有机林果、有机蔬菜种植，实现农村经济的良性循环。项目实施可极大地提高农民的生活质量和幸福感指数，实现农村基层物质文明和精神文明双丰收，实现强村固基，加强巩固党在基层的领导，将展现出一个村容整洁、环境优美生态文明、可持续发展的社会主义新农村的美好前景。
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