摘要：针对庄浪县通化镇野赵村全地下塞流式沼气工程在运行过程出现的问题和不足，对该县南湖镇石阳村全地下塞流式沼气工程在发酵池结构设计、发酵池内增温等工程技术方面进行了改进，达到了养殖企业粪污处理彻底、节能减排增效、环境保护及发展绿色循环农业的预期效果。通过运行和对比分析，效果显著。
关键词：全地下塞流式；工程技术改进；运行效果
现代养殖业快速迈向集约化、工厂化，随之而来的是养殖场粪尿及污水的处理问题。实践表明，厌氧消化技术在处理禽粪便等高有机物含量的污染物方面有着无可比拟的优越性。采用沼气发酵工艺处理大型养殖场产生的废水和固废，可以获取大量沼气和沼渣沼液。沼气作为新型的可再生清洁能源，沼渣沼液即为天然优质的有机肥料。沼气工程实现养殖企业的粪污处理和农业清洁生产、环境保护的有机对接，达到了经济、社会、生态效益的统一，是一项可持续发展的绿色农业工程技术。近年来，庄浪县主动适应农村能源事业持续健康发展的客观需要，不断拓展农村沼气发展模式和功能，寻求农村沼气转型发展的新路子，在沼气工程建设方面做了积极探索和实践，取得了一定成绩，目前，该县已建成全地下塞流式沼气工程3处。由于庄浪县地处我国西北，气温、地温较低，尤其是冬季比较严寒，在建设模式上采用了全地下塞流式模式。2013年，该县在通化镇野赵村建成了甘肃省第一个全地下塞流式沼气工程，年产气22万m3，供气农户300户，年产沼渣沼液1.5万t，沼渣沼液应用推广面积260hm2，初步探索出了该县农村沼气转型升级，发展循环农业的新路子。但在实际运行过程中存在工程设计等方面的不足和问题，直接影响原料发酵和产气率。在之后全地下塞流式沼气工程的建设中，针对通化镇野赵村沼气工程中存在的问题，在工程技术设计方面进行了探索实践和改进，取得了显著效果。以通化镇野赵村沼气工程和进行工程设计改进后建成的南湖镇石阳村全地下塞流式沼气工程为实例，对比分析改进后全地下塞流式沼气工程的使用效果。
1庄浪县通化镇野赵村全地下塞流式沼气工程存在问题
2013年，庄浪县通化镇野赵村依托该村养猪场建成了厌氧发酵池总容积为1000m3全地下塞流式沼气工程1处。在实际运行中，该工程在设计建设方面存在着以下5个主要问题：一是发酵池设计采用了互通一体式，造成原料发酵不彻底，发酵原料形成的结壳破除难度大。二是发酵池底水平设计，没有坡度，加快池底沉积物的形成。三是发酵池内增温采用管道增温措施，增温效果不明显且温度不均匀，而且造成管壁结垢逐年增厚，影响增温效果。四是发酵池壁采用砖混结构建造，直接影响使用寿命。五是发酵池拱顶全封闭设计，没有活动天窗口，致使发酵池内形成的结壳难以及时处理。由于主要工程设计存在缺陷，造成原料发酵不完全、池内增温不明显、产气不稳定、产气率不高和运行成本高等问题。
2庄浪县南湖镇石阳村全地下塞流式沼气工程技术运用措施
庄浪县通化镇野赵村全地下塞流式沼气工程在实际的运行过程中出现了以下问题：一是企业给农户供的沼气中断频繁，农户饮事用能对沼气工程的依靠程度不高。影响了沼气大范围的推广和使用。二是沼气工程日常管理难度较大，企业运营成本较高。企业纯收入较低，造成企业运营积极性不高。三是粪污发酵处理不完全，导致粪污处理不达标、影响沼肥施用效果。四是沼气工程冬季产气不足，既影响供气又影响粪污处理。面对沼气工程运行中存在的突出问题，经过认真的思考分析得出，造成此问题的核心是沼气工程的设计存在大问题。于是考虑将一座互通的发酵池分成较小几个独立的发酵池，并在每个池顶增加活动口来解决发酵不完全，处理粪污不间断的问题。在经过建成甘肃省第一个全地下塞流式沼气工程—总结成绩和不足—改进试验—总结不足—再改进再试验后，于2015年，在石阳村建成了全地下塞流式沼气工程。发酵池容积为1000m3，总投资160万元，年产气27.5万m3，供气农户500户。针对通化镇野赵村全地下塞流式沼气工程运行过程中存在的问题，在南湖镇石阳村全地下塞流式沼气工程的建设中，对以下5个方面的工程技术设计进行了实践改进。
2.1发酵池并联独立式布局
在南湖镇石阳村全地下塞流式沼气工程设计建设中，将一体式发酵池进行改进，设计建成3个并联独立式发酵池（供暖系统、进料、出料及输气管道完全独立控制）。形成了3个发酵池之间轮流进料，确保发酵池内原料60d以上的发酵时间，3个发酵池可循环工作，彻底解决了原一体式发酵池因清理池内沉积物时不能产气，中断农户供气弊端。
2.2池体钢筋混凝土浇筑
在整个池体设计上，采用钢筋混凝土一次性浇筑成功，池体厚250mm，拱顶气室厚度200mm，延长了工程使用寿命。
2.3发酵池拱顶（气室）增加活动口
为便于及时处理发酵原料形成的结壳，在每个发酵池的拱顶部分建造3个直径为60cm的活动口，克服了全地下塞流式沼气工程不能及时处理结壳的缺陷。
2.4发酵池底坡面设计
发酵池底进料端比出料端高60cm的坡度，且在池底铺设光滑的瓷砖，有效减缓了发酵池发酵原料沉积过快问题。经测试，南湖镇石阳村全地下塞流式沼气工程使用1年后，发酵池底的沉积物平均厚度为8cm，使用2年后，沉积物平均厚度为20cm，而通化镇野赵村全地下塞流式沼气工程运行2年的沉积物平均厚度为40cm，相对减少沉积物厚度20cm，有效的减缓了沉积物的堆积速度和清理沉积物的次数，减少了运行费用。
2.5发酵池底铺设地暖
发酵池外壁全部粘贴保温板，发酵池底每纵向间隔20cm铺设1根内径25mm的PPR增温管，该增温方法的应用克服了全地下塞流式发酵池增温不均匀的问题。经测试，发酵池内温度可达到38℃，而且池温均匀。同时，有效的防止了采用管道增温时容易在管外壁形成结垢而影响增温效果。
3结果与效益分析
石阳村全地下塞流式沼气工程通过技术改进后，具有发酵池内温度明显提高、原料发酵充分、发酵池内沉积物减少和发酵池内结壳处理及时等优越性。经测试，石阳村沼气工程较通化镇野赵村沼气工程，发酵池内温度提高13℃，发酵池底沉积物厚度减少20cm。年产沼气提高5.5万m3，供气户增加200户。
4结论与讨论
发酵池体结构的设计是影响沼气原料发酵是否充分的重要原因之一。通过对沼气发酵池并联独立式等设计改进，能有效提高沼气原料发酵率，而且减少发酵池沉积物堆积形成，保证持续发酵产气。通过对发酵池加温和发酵池体结构等技术的改进，能使池内温度达到38℃，产气率提高了25%，达到冬季产气稳定，确保全年供气不间断的目的。全地下塞流式沼气工程固有存在发酵不充分的弊端，因此，为使发酵池原料得到更充分发酵，在发酵池内纵向安装原料搅拌和回流设备，有待于在今后实践中进一步探索。全地下塞流式沼气工程具有投资相对较低，工程建设技术及操作运行简单，运行成本相对较低的优点。同时也具有发酵不充分，受气温地温影响较大，维护不方便等缺点。而南湖镇石阳村全地下塞流式沼气工程经过技术改进优化后，在保持原有优点的同时解决了发酵不充分、冬季产气不足、维护不方便等缺点，也具备了可持续处理粪污减少环境污染的特点。经过工程技术改进优化后，具有建设及操作简单、维护方便，企业经营有动力，农户用能用肥有信心，有效的扩大了全地下塞流式沼气工程的使用范围和建设地域。因此，对于我国北方等气候寒冷地区发展沼气工程有一定推广价值。对于全面推进利用沼气工程解决大规模畜禽养殖场粪污处理和对于加快果菜有机肥替代化肥行动、防治农业面源污染、推进美丽乡村建设、推动农业绿色发展的双重使命有着十分重要的意义。
作者:张澍 单位:甘肃省庄浪县农村能源办公室
