洱海北部畜禽粪便沼气资源化潜力分析

中国环境学会  2011年 03月31日

  贾丽娟  宁平  瞿广飞 黄凯
  (昆明理工大学环境科学与工程学院  昆明  云南  650093)
   
  摘要:洱海北部养殖业以奶牛养殖为主,养殖业发达,每年产生的大量畜禽粪便是洱海污染负荷的最大来源。畜禽粪便的处理及利用是洱海治理的重点。畜禽粪便是一种良好的生物质能源,可通过微生物转化为新的物质或能源而被重新利用。本文在实地收集洱海北部养殖数据基础上,利用GIS等软件对数据进行处理,得到了洱海北部畜禽粪便产生及利用现状,并对其资源化利用生产沼气的潜力进行了分析,根据分析结果提出了洱海北部畜禽粪便资源化利用建议。
  关键词:洱海,畜禽粪便,沼气,资源化,潜力分析
  中图文分类号: X713       文献标志码:            文章编号:


  Biogas Potential Analysis of Livestock Manure Resource in the Northern of Erhai Lake Basin
  JIA Li-juan,  NING Ping,  QU Guang-fei,  HUANG Kai
  (College of Environmental Science and Engineering,  Kunming University of Science and Technology,  Kun Ming, Yun Nan,  650093)
   
  Abstract: Dairy farming dominated in the north of Erhai Lake,and is well-developed. However, the large amount of livestock mature produced annually is the largest source of pollution in Erhai Lake. Thus, The handling of livestock manure management and utilization is the focus of Erhai Lake. Livestock manure is a good source of biomass, it can be converted by microorganisms as a new substance or energy be re-used. In this paper, analysis based on the breeding data collected through field surveys, by using GIS software to do data process, then the produce and utilize status quo of livestock manure were obtained. What′s more, the biogas potential of livestock manure resource in the northern of Erhai Lake basin was analyzed. Finally, some corresponding observations and recommendations were given in light of the existing problems.
  Key words:  livestock dejecta,Erhai Lake,  resource,  potential analysis,biogas
   
  近年来,洱海水质日益下降【1】,目前正处于中营养向富营养湖泊的过渡阶段,水质已由上世纪90年代的Ⅱ到Ⅲ类发展到现在的Ⅲ到Ⅳ类。洱海是我国初期富营养化湖泊的典型代表。农村与农田面源污染是洱海富营养化的重要原因【2】,根据调查数据显示农村固体废物是污染负荷贡献最大的部分。洱海北部区域养殖业发达,粪便产生与农田利用的时间错位使得大量的粪便堆积于房前屋后及河边,雨季被冲刷随地表径流最终进入洱海造成污染。
  洱海北部流域内养殖业以奶牛和生猪养殖为主,每年产生大量的养殖粪便,加之粪便堆积与施肥需求的时间错位使得牲畜粪便无法及时还田,大量粪便堆积于房前屋后以及田边。大量堆置的畜禽粪便在雨季(6~10 月)非施肥季节很容易随暴雨径流进入河流造成污染。目前洱海北部流域内共建有7座太阳能中型中温沼气站,每座沼气站年处理厩肥量仅1263吨,远远不能满足巨大的处理需求。牲畜粪便作为一种有机废物,可以通过自然界微生物降解作用转化为新的物质和能源而重新被利用【3】。厌氧发酵生产沼气、好氧堆肥生产有机肥以及与秸杆混合生产食用菌栽培基质等等都是适合农村环境经济条件的利用方式【4】。


  畜禽粪便产生现状分析


  洱海北部流域内共有7个乡镇,养殖奶牛、生猪方式以农户家庭圈养为主,人畜混居现象普遍。根据调研结果,养殖场是牲畜粪便的重要来源,掌握养殖场的分布情况对于养殖业粪便的污染源分析具有极其重要的作用。在调研过程中,对流域内现有养殖场进行了GPS定位,并由GIS软件进行处理后得出养殖场在流域内分布情况如图1所示。在此基础上,根据实地调研所收集养殖数据核算出7个乡镇牲畜粪便产生量(图3),再由GIS处理得出各乡镇畜禽粪便产生量源强分布(图2),以镇为单位,各乡镇畜禽粪便产生量的大小用同一种颜色由深至浅表示。
   
  畜禽粪便利用现状分析


  洱海北部流域农村畜禽粪便目前主要利用方式为直接还田,有少部分农户建设有户用沼气池。在农田利用和粪便产生相互错位的时间段内,牲畜粪便则散堆于各家房前屋后。根据对两个镇的6个村委会进行15%农户随机抽样调查统计结果表明,建设有户用沼气池的农户比例为3%,而实际使用比例却不到1%。目前洱海北部流域7个乡镇已建7座太阳能中型中温沼气站,根据调研过程中对沼气站的GPS定位,由GIS处理后得出如图4所示沼气站具体地理位置,由于沼气站年处理厩肥能力较小,远不能满足实际需求,因此每年将剩余大量的畜禽粪便得不到有效地处理利用。在核算出各乡镇畜禽粪便的年生产量和沼气站消耗量基础上,由GIS对数据进行处理,得出各乡镇畜禽粪便产生与利用衡算图(图5),由图5可以更直观的看出各乡镇畜禽粪便年剩余量数额巨大,通过有效地途径加以处理利用显得十分紧要。


  沼气化利用潜力分析


  在35℃条件下,粪便经60天发酵,秸杆经90天发酵,各种废弃物产气量见表1【5】,20℃的值是根据35℃原料产气量的60%折算而得【6】。
  表1 农村有机废弃物沼气产量
  Table 1 The quantity of biogas of each kind of organic wastes

  温度

产气量单位

麦秸

稻草

玉米秸

青草

牛粪

马粪

猪粪

鸡粪

人粪

35

m3/kgTS

0.45

0.40

0.50

0.44

0.18

0.34

0.42

0.49

0.43

20

m3/kgTS

0.27

0.24

0.30

0.26

0.30

0.20

0.25

0.29

0.26

  根据表1以及洱海北部各种粪便的资源量,计算得到各种粪便的产沼气潜力,如表2所示:
  表2 各乡镇畜禽粪便沼气潜力估算
  Table 2 Estimation the biogas potential of livestock manure of each town

  乡镇

粪便产生量(干重)

产气量/×105m3

总产气量/×105m3

猪粪(万吨/年)

牛粪(万吨/年)

猪粪产沼气量

牛粪产沼气量

上关镇

2.2

7.9

11.1

28.3

39.3

邓川镇

0.9

3.3

4.3

11.9

16.2

右所镇

1.5

9.5

7.4

34.3

41.7

茨碧湖镇

4.5

15.6

22.4

56.1

78.4

三营镇

6.2

14.9

31.2

53.5

84.7

牛街乡

2.9

8.3

14.7

30.1

44.7

凤羽镇

3.7

6.0

18.3

21.5

39.8

总计

21.9

65.5

109.5

235.7

345.2

  注:粪便核算系数参考文献【7】
  利用现有技术,洱海北部区域畜禽粪便年可产沼气0.35亿m3,相当于0.27×105标准煤。一个四口之家每天拥有2 m3沼气就能满足其生活用能之需,即每年需700 m3沼气【6】。洱海北部流域按照5万户农户计算,则每户拥有沼气资源700 m3,加之人类粪便以及农作物秸杆所生产沼气量,足以解决农村生活用能问题,同时,生产沼气所产生的大量副产品沼液、沼渣可以用做肥料还田或者进行土壤改良,饲养猪、鱼、浸种和防治农作物病虫害等多种综合利用【6】。


  结论及建议


  (1)洱海北部流域畜禽粪便如全部收集用来生产沼气,可在源头将入湖污染负荷截断,降低农村固废引发的环境风险。在收集畜禽粪便的同时,给予农户必要的经济补偿,所产沼气以商品形式返售给农户,既可产生一定的经济效益,又使当地农民的生产和生活水平有所提高。
  (2)洱海北部流域农村户用沼气池起步较早,截止2009年有个别农户的沼气池已使用8年之久,户用沼气总体建设较多而使用较少。根据调查结果,户用沼气停用的主要原因是产气量不够,尤其在冬天气温较低情况下。
  (3)在选择沼气发酵规模时,考虑到农村经济环境条件有限,提倡以户用沼气为主,适度建设规模化沼气站。发酵产沼气的原料可以适当配入一定比例的人类粪便以及作物秸杆,不仅可以提高厌氧发酵产沼气的产气率以及产气量,又在最大限度上消耗了固体废物,从源头上削减了洱海入湖污染负荷,对洱海的保护与治理至关重要。
  (4)畜禽粪便资源化也可以走堆肥化方向,这种方式较沼气池操作简便,也适合农村居民生产生活需求。还可以添加一定比例的作物秸杆制备食用菌培养基,在给农民带来巨大的经济收益的同时削减了洱海入湖污染负荷。


  参考文献
  [1] 颜昌宙,金相灿,赵景柱等。云南洱海的生态保护及可持续利用对策[J].环境科学,2005,26(5):38~42;
  [2] 李凤香,洱海面源污染治理现状及对策[J].环境科学导刊,2008,27(增刊):82—84
  张无敌,刘士清,周斌,等,我国农村有机废弃物资源及沼气潜力[J].自然资源,1997,l:67~71
  [3] 李国建.固体废物处理与资源化工程[M].北京:高等教育出版社.2001
  [4] 孙振钧,袁振宏,张夫道,等.农业废弃物资源化与农村生物质资源战略研究报告[R].国家中长期科学和技术发展战略研究,2004
  [5] 张无敌,刘士清,何彩云.生物质潜力及其能源转换[J].自然资源,1996,4:22~25
  [6] 陈丽君.曲周县农村固体废弃物资源化利用潜力分析与评价[D] .中国农业大学,2007
  [7] 王立方,王新谋,杨自立,等.家禽粪便学.上海:上海交通大学出版社,1997,271~300
   

 
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