摘要：规模化养殖是中国农村经济的优势产业，规模化养殖在实现集约经济优势的同时，也带了严重的环境污染，沼气工程是养殖场废弃物治理最主要的解决办法。本文主要研究了大中型沼气工程的重要性，提出了更加规范的设计思路和设计方案，希望可以为今后的设计带来借鉴。
关键词：大中型沼气工程；设计；规范化
一、发展农村大中型沼气工程的重要性
1.畜牧业发展对环境压力越来越大
我国畜牧业得到了快速发展，目前，牛、猪、羊和禽等主要品种存栏量不断增加，极大地促进了农村经济的快速增长。但是，畜禽业快速发展所带来的大量畜禽粪便却没有得到有效处理，按现有饲养规模，很多省每年粪便产量超过亿吨，已成为农村最大的污染源之一。特别是那些专业养殖村和规模养殖企业，每逢夏天粪水四溢，蚊蝇肆虐，臭气熏天，让人难以驻足。
2.畜禽粪便污染严重威胁人们的生存环境
畜禽粪便中含有许多致病毒素、病菌、寄生虫等。特别是那些染疾畜禽的粪便致病性、传染性更强，如不经严格处理，很可能造成二次污染和疫病流行，严重时还将导致人畜共患疾病的疫情发生，严重威胁人畜健康和农村公共卫生安全。同时，大量粪便还对周边及地下水源造成很大污染。据对大型养殖场环境检测表明，排放物中，化学耗氧量超标50～60倍，固体悬污物超标12～20倍。目前，因畜禽粪便的随意排放，造成很多地区主要河流污染指标已远远超过国家环保规定的标准。粪便的有毒、有害成分极易渗透到地下，污染地下水，使人畜饮水达不到规定的卫生标准。一旦地下水源受到污染，极难恢复治理，对人畜健康安全将构成持久性的危害。
3.发展农村大中型沼气工程是解决粪便污染的有效途径
农村大中型沼气工程可处理养殖业排放的污染物，发达国家集约化畜禽养殖场普遍采用大中型沼气工程进行粪便无害化处理，国内大中型沼气工程近年来发展迅速，已建有上千处。大中型沼气工程还可提供大量的清洁燃料，为增加能源供应、改善能源结构、保护大气环境发挥积极作用。同时，还能够使粪便转变为高效有机肥料，使资源得到充分利用，一举多得。长期以来，由于不合理地使用化肥，减少农家肥等有机肥的施用，造成耕地有机质含量逐年减少，土壤理化性状恶化，水土流失加剧，土地生产能力下降，并且变得越来越瘠薄，对于提高粮食综合生产能力产生了极为不利的影响。同时，由于农家肥积攒、储存和运输不便，使得大量的粪便资源没有得到更好的开发利用，被白白浪费掉。经过处理的农家肥，特别是经过厌氧发酵产生的沼肥，富含多种微量元素和有机质，将有助于增强土壤肥力，提高粮食产量和品质，实现农业可持续发展和良性循环。因此，有必要加强农村大中型沼气工程建设，实现粪便无害化和资源化利用。
二、大中型沼气工程的设计
1.原料收集
充足稳定的原料供应是在厌氧消化过程中产生沼气的基础；不少沼气工程因原料来源的变化被迫停止运转或报废。原料的收集方式又直接影响原料的质量，如一个猪场采用自动化冲洗其污水TS浓度一般只有1.5％～3.5％，若采用粪板刮出，则原料浓度可达5％～6％，如手工清运浓度可达20％左右。因此，在畜禽场或工厂设计时就应当根据当地条件合理安排废物的收集方式和集中地点，以便就近进行沼气发酵处理。收集到的原料一般要进入调节池储存，因为原料收集时间往往比较集中，消化器的进料常需在一天均匀分配。所以调节池的大小一般要能储存24小时废物量。在温暖季节，调节池常可兼有酸化作用，这对提高原料可消化性和加速厌氧消化都有好处。若调节池内原料滞留期过长，会因好氧呼吸作用或沼气发酵的进行而损失沼气产量。
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2.粪污的前处理系统
养殖场粪污预处理的主要目的是进行固液分离。畜禽粪污中对环境构成威胁物质的80％以上存于猪粪之中，固液分离可降低液体中的BOD、COD及SS的含量，降低后续粪水处理单元的负荷。固液分离后，固体废渣用于制肥，液体进入后续处理单元。养殖场粪污前处理系统包括格栅、集水池、固液分离、调节／水解池。固液分离可采用沉淀池、水力筛网或固液分离机。养殖场废水处理系统应前端设置调节池，以避免水量冲击负荷对后续废水处理工艺的影响，其有效容积为设计流量的80～100％。
3.厌氧消化系统
厌氧消化器是大中型沼气工程的核心设备。微生物的繁殖、有机物的分解转化、沼气的生成都是在消化器里进行的，因此，消化器的结构和运行情况是一个沼气工程设计的重点。首先要根据发酵原料或处理污水的性质以及发酵条件选择适宜的工艺类型和消化器结构。目前，应用较多的工艺类型及消化器的结构有常规型消化器，如在农村大量使用的家用水压式沼气池和酒厂使用的隧道式沼气池。第二类为污泥滞留型消化器，使用较多的有连续搅拌反应器CSTR、适用于处理可溶性废水的UASB、适用于处理高悬浮固体的USR。另外，内循环厌氧消化器（IC）是目前效率较高的工艺类型，主要用于处理中低浓度、SS含量低、pH偏中性的污水。第三类为附着膜型消化器，目前使用的主要是填料过滤器，适用于可溶性有机废水处理，有启动快、运行容易的优点。
4.好氧处理系统
厌氧处理系统对COD有良好的处理效果，但对N、P的去除率却很低。在排放标准要求严格的养猪场，就需要采用好氧生物处理工艺以使出水达标排放。好氧处理方法主要有活性污泥法和生物膜法两大类。已在畜禽粪便污水处理中使用的好氧工艺有完全混合活性污泥法、序批活性污泥法（SBR法）、氧化沟工艺、曝气生物滤池、接触氧化工艺等。近年来获得成功应用的好氧工艺主要有SBR法。
5.沼气处理系统
沼气发酵时会有水分蒸发进入沼气，由于微生物对蛋白质的分解或硫酸盐的还原作用也会有一定量硫化氢（H2S）气体生成并进入沼气。水的冷凝会造成管路堵塞，有时气体流量计中也充满了水。H2S是一种腐蚀性很强的气体，它可引起管道及仪表的快速腐蚀。沼气首先被收集起来脱硫净化后经输气系统输送到沼气柜，再从沼气柜经配气系统送到用户，沼气柜一般按平均日产气量的25-40％计算。在输气管道的适当地点设水封罐，以便调整和稳定压力，在消化池、贮气柜、压缩机、锅炉房等构筑物之间起隔绝作用；水封罐也可兼做排除冷凝水之用。沼气中硫化氢的体积含量一般占0.005～0.01％。
6.沼渣生产固体有机肥料系统
沼渣含有较全面的养分和丰富的有机物，是优质有机肥料，可以做基肥。也可以做追肥。沼渣养鱼比直接用人畜粪便养鱼具有更好的增产效果。堆肥工艺的设计规模除了要考虑固体粪便排放总量、沼渣量外，尚需要与养殖场当地农作物的种植情况和养分需求结合起来，以利于实现农牧结合、种养平衡。各养殖场可根据自身的条件选择不同的堆肥方式，在根据堆肥规模确定相应的设备；在养殖场附近建有机肥料厂，可考虑将养殖场粪便及废渣作为肥料厂的原料，以避免重复建设，也减轻养殖场处理固体粪便的投资。
三、结束语
综上所述，大中型沼气工程的设计规范有许多的内容，设计人员要遵循这些设计规范进行设计，确保在设计的众多环节能够符合设计要求，提高大中型沼气工程的设计水平。
参考文献：
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[2]原红兵.长治市农村大中型沼气工程发展现状存在问题与对策措施[J].农业工程技术（新能源产业）.2016（09）
[3]王威.海口市发展大中型沼气工程探讨[J].现代农业科技.2016（14）
论文作者:朱晓晶
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/17
标签：沼气论文; 粪便论文; 养殖场论文; 工程论文; 畜禽论文; 原料论文; 工艺论文; 《基层建设》2019年第18期论文;