用沼气代替天然气创新之路

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1、沼气代替天然气创新1中国是世界上最早发现和应用沼气的少数几个国家之一，很早就有了沼气产业化的雏形。起初，沼气是作为昂贵的进口煤油(“洋油”)的替代品问世的。20世纪20年代，罗国瑞先生发明了中国第一个水压浮罩式沼气池———后被命名为“中国国瑞沼气发生器”(ChinaGuoruigasvessel)。它可以满足6口之家每天照明和炊事用能的全部需求。1930年，“国立国瑞照明公司”(又名“中华国瑞瓦斯总行”)在上海建立，并获得了沼气发酵照明的专利和实业部的许可证。当时的沼气工程池容积一般为6m3，主要的建材是水泥。从20世纪70年代起，农民户用沼气在部分区域得到推广，成为农村生活能源

2、的一种补充。进入21世纪，我国农户沼气池数量飞速增长，2010年总数已逾4000万个。但令人遗憾的是，迄今不但在国际上我们应有的(农户沼气)“全球领先”形象未树起来，在产业沼气领域，更已落后于欧洲国家十几年，甚至于还比不上印度。其中的原因值得深入分析，以利于推进在我国潜力巨大、正蓄势待发的气态生物能源———产业沼气。2中国已有的大中型沼气工程的现状和问题2．1大中型沼气工程的现状由于农户沼气的原料是人畜粪便，废弃物能被有效地厌氧分解。20世纪90年代后，随着“菜篮子工程”规模化养殖场的大量建设，大、中型沼气工程自然地成为畜禽粪污的主要处理手段，主要与规模化养殖场配套。但因受“环保

3、主导”模式以及工艺技术的严重约束，即着眼于将畜禽粪污经生化处理后能使BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)、氨氮和总磷等指标降至达标排放的水平，因而使工艺和设计复杂化，建造和运行成本高;加上单纯以粪污作原料产沼气性质不理想，总体的沼气产率很低，不能满足规模化开发利用的要求。大、中型沼气工程的技术经济指标普遍低下，不具备经济上的可持续性。因此，尽管在过去的20余年内，全国累计已建两万多座大、中型沼气工程，但是始终不能大量推广和正常运转。造成沼气资源极大浪费和畜禽粪便成为国家最主要农业面源污染源并存的尴尬局面:2007年，全国年出栏千头以上商品猪的规模化猪场达40910个，年存栏

4、5万只以上的规模化蛋鸡场达1006个，年存栏200头以上的规模化奶牛场达3443个，年出栏500头以上商品牛的规模化肉牛场达1931个，总计近6．5万个。至于中型养殖场和养殖小区的数量更超过百万个。可以收集的畜禽粪便量，每年不低于10亿t。与此同时，畜禽粪便导致的面源污染问题日益严重。一些地方政府甚至不得不牺牲农民的经济收益而颁布“禁猪令”。2．2主要技术问题我国大、中型沼气工程从其诞生之日起，目标一直是要把养殖场的粪污废水治理到符合环保部门规定的排放标准。其中最重要的指标是生化需氧量(BOD、COD)、氨氮含量和总磷含量。为了实现治污和废水达标排放，除了首先通过厌氧沼气发酵大幅

5、度降解生化需氧量外，还须想方设法继续降低生化需氧量和在脱氮、脱磷上下大功夫。为此，在畜禽养殖场沼气工程的厌氧段之后，不得不附加一系列的设施，例如，序批式好氧沟(SBR)、曝气池、人工湿地等，先天性地造成造价和运行成本双过高。其次，大多数工程的厌氧发酵池(罐)从结构上说，基本上只是产气率很低的户用水压式沼气池的放大。而且大多数规模化猪场采用水冲粪工艺，导致进入厌氧发酵罐的料液TS浓度过低，不仅影响升温和热效率，而且沼气的产出量也不可能多;更成问题的是致使沼液量过大，不得不进行旨在“达标排放”的后段处理，而且对沼渣/液的利用也形成了先天的巨大障碍。国家发展和改革委员会能源局2009年

6、公布了“工业化规模化沼气开发”项目执行情况。该项目是联合国开发计划署(UNDP)和全球环境基金(GEF)1997年以来在华支持的。虽然通过项目引进了不少国外主要是欧洲的先进技术，但总体看，各个具体的工程沼气发生效率仍不高。平均容积产气率只有0．4m3/(m3·d)，距离较理想的2～4m3/(m3·d)或更高的水平相差很远。报告指出，“工业规模的沼气(年)产量中，只有12亿m3作为能源被利用”;因此“目前大部分沼气工程还是以处理废物为主，没有进行能源生产”。在只有高投入，没有或很少收入的前提下，养殖场不可能有应用大、中型沼气工程的积极性。因此，必须从根本上颠覆长期以来大、中型沼气工

7、程单纯为处理污水/厩粪服务的“环保型”沼气的格局;还要改变沼气“土法上马，因陋就简”的传统粗放模式和在人们心目中“小打小闹，成不了大气候”的形象。使之成为具有现代化内涵的一种新型的能源－环保产业。3欧盟国家的沼气早已越过“环保主导”阶段，进入产业化欧盟国家的沼气发酵工程在经历了短暂的主要为处理畜禽粪便服务的过程后，很快发展到产业化。这是因为早在20世纪70年代，瑞典等国的学者就已发现，对城市生活污水的好氧处理会产生大量污泥。如不做进一步处理，将成为二次污染源。而通过对污泥的厌氧发