沼氣工程建設(shè)如何減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響
來(lái)源： 點(diǎn)擊量：發(fā)表時(shí)間：2020-02-22 作者：電子商務(wù)員
隨著我國(guó)沼氣行業(yè)的發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)，我國(guó)農(nóng)村沼氣建設(shè)也逐步由農(nóng)村戶用沼氣建設(shè)、村級(jí)沼氣服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)、沼氣工程建設(shè)三種模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐哉託夤こ探ㄔO(shè)為主的發(fā)展模式。
沼氣工程在改善農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)、消除農(nóng)村面源污染、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)民收益等方面起到了重要的作用。但在關(guān)注沼氣工程積極影響的同時(shí)，其可能造成的環(huán)境污染也不容忽視。
一、沼氣工程對(duì)環(huán)境影響的因素分析
沼氣工程能解決畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)糞便和各類秸稈荒廢造成的環(huán)境污染問(wèn)題，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)秸稈、糞便的能源化轉(zhuǎn)變，沼氣工程發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液、沼渣還可以作為肥料進(jìn)行還田技術(shù)等綜合利用。
但沼氣工程厭氧發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物發(fā)酵過(guò)程，沼液、沼渣中富含有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)還富集有各類重金屬，而人們大多將沼液作為肥料直接用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，導(dǎo)致土壤環(huán)境重金屬含量超標(biāo)。因此，首要問(wèn)題需認(rèn)清沼氣工程對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。
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沼氣排空
沼氣的成分主要為CH4和CO2，CH4燃燒不會(huì)產(chǎn)生SO2、NOx 等有害物質(zhì)，因此被認(rèn)為是清潔能源。CH4和CO2是影響大氣溫室效應(yīng)的主要有害物質(zhì)，等質(zhì)量CH4的增溫潛力值是CO2的21倍。因此，沼氣工程在應(yīng)用中應(yīng)堅(jiān)決不允許出現(xiàn)“沼氣排空”的現(xiàn)象。
但是由于我國(guó)大型沼氣工程建設(shè)受到建設(shè)資金、建設(shè)工藝、沼氣使用途徑等因素的制約，加上沼氣工程的建設(shè)單位多為養(yǎng)殖場(chǎng)主，沼氣工程在日常運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)多余沼氣沒(méi)有儲(chǔ)存和使用時(shí)，在沼氣工程建設(shè)和使用過(guò)程中多為自身企業(yè)利益和保護(hù)沼氣工程設(shè)備正常運(yùn)行角度出發(fā)，就可能會(huì)出現(xiàn)“沼氣排空”的現(xiàn)象。
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原料預(yù)處理引起的污染
沼氣工程發(fā)酵原料在預(yù)處理過(guò)程中大多是露天存放，農(nóng)作物秸稈一般都是在還未充分晾干之前已被收集完成，在儲(chǔ)存過(guò)程中遇到降雨或外部其他水分的侵入都將引起秸稈的腐爛降解，生成的CO2和CH4等氣體直接釋放到周圍環(huán)境中，造成溫室氣體的排放。
畜禽糞便在運(yùn)輸、調(diào)配等預(yù)處理中都是在露天環(huán)境下進(jìn)行的，空氣中散發(fā)有惡臭的味道，同時(shí)預(yù)處理過(guò)程中自然發(fā)酵產(chǎn)生的CO2和CH4等氣體直接釋放到周圍環(huán)境中。
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沼液露天儲(chǔ)存
由于當(dāng)前大中型沼氣工程的建設(shè)模式主要為能源生態(tài)型和能源環(huán)境型，目前我國(guó)沼氣建設(shè)業(yè)主多為規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)，受到建設(shè)資金等因素的制約，大型沼氣工程建設(shè)模式多為能源生態(tài)型。建設(shè)中對(duì)沼液的處理設(shè)計(jì)都是作為液體肥料和灌溉使用，沼液的儲(chǔ)存一般都是露天設(shè)計(jì)。
由于沼液中殘存的有機(jī)質(zhì)在厭氧、好氧的共同作用下轉(zhuǎn)化生成 CH4、CO2、NH3、H2S、NOx而直接釋放到周圍環(huán)境中，造成周圍的大氣污染。
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沼液直接施用引起的衛(wèi)生問(wèn)題
目前，我國(guó)沼氣工程的沼液雖然已經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵，大量的病菌、蟲(chóng)卵、雜草種子死亡，但是受發(fā)酵原料、發(fā)酵溫度等因素的影響，沼液中仍含有有害物質(zhì)；再者，以畜禽糞便為發(fā)酵原料的沼氣工程，由于畜禽在養(yǎng)殖過(guò)程中需要大量使用抗生素進(jìn)行各種疾病的預(yù)防，以畜禽糞便為發(fā)酵原料的沼氣工程的沼液中都普遍含有大量抗生素。這種沼液如果長(zhǎng)期直接施用于農(nóng)田，農(nóng)田生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品存在安全隱患。
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重金屬超標(biāo)及地下水污染
沼液作為養(yǎng)殖廢水厭氧發(fā)酵副產(chǎn)物，其重金屬含量不容小覷。以畜禽糞便為發(fā)酵原料的沼氣工程的沼液，使用的畜禽糞便中Cu、Zn含量常常超標(biāo)。適量使用沼液作為有機(jī)肥可有效促進(jìn)作物增產(chǎn)，但當(dāng)大量沼液直接施用土壤后，大量的氮通過(guò)滲透液進(jìn)入周圍環(huán)境，其中相當(dāng)一部分以硝態(tài)氮形式滲透到地下水中，造成地下水質(zhì)污染。
二、沼氣工程中普遍存在的問(wèn)題分析
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缺少必要衛(wèi)生處理技術(shù)裝置和消毒措施
歐洲的沼氣工程技術(shù)較為先進(jìn)，尤其是德國(guó)的沼氣工程機(jī)械化程度很高。歐盟國(guó)家十分重視沼肥的安全利用和生態(tài)衛(wèi)生研究，如德國(guó)對(duì)沼肥的安全利用有嚴(yán)格的管理規(guī)定，沼氣發(fā)酵處理后的殘余物——沼肥必須在 70 ℃下處理1h才可作為肥料使用，為了環(huán)境衛(wèi)生和肥效的充分利用，制度規(guī)定秋季以后不得將沼肥施于農(nóng)田，必須貯存 6個(gè)月后才能使用。
與這些國(guó)家相比，我國(guó)的沼肥安全利用目前尚處于起步階段，沼肥利用的研究仍以提高農(nóng)作物產(chǎn)量為主，對(duì)沼肥的安全利用還沒(méi)有法規(guī)性的文件和管理制度。
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發(fā)酵原料中抗生素、重金屬超標(biāo)
我國(guó)沼氣工程沼液中物質(zhì)超標(biāo)主要有抗生素、重金屬這2類物質(zhì)。規(guī)模化養(yǎng)殖畜禽糞便中的抗生素、重金屬超標(biāo)是沼液中超標(biāo)的主要因素; 秸稈原料中重金屬超標(biāo)主要與農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中農(nóng)藥使用、土壤遷移及添加畜禽糞便等因素有關(guān)。
隨著集約化、規(guī)模化養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，一些重金屬元素如Cu、Zn、As等被廣泛應(yīng)用于飼料添加劑。在畜禽糞便中，Cu和Zn的直接排泄量占總量的95%以上，只有微量排放到尿中。豬糞中Cu、Zn、Mn、Ni的平均含量均較高，其中Cu、Zn最為明顯，雞糞中Cr的平均含量較高，而牛糞中各重金屬含量低于其他糞便。
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沼氣工程管理和維護(hù)不當(dāng)
由于沼氣工程產(chǎn)氣率受發(fā)酵溫度的影響，我國(guó)大多數(shù)沼氣工程產(chǎn)氣不穩(wěn)定。在夏季高溫季節(jié)，由于產(chǎn)氣率的提高，許多沼氣工程在正常的沼氣利用情況下，往往會(huì)造成大量沼氣剩余，沼氣工程企業(yè)沒(méi)有辦法利用多余的沼氣，出于保護(hù)沼氣工程安全的需要，部分沼氣工程就會(huì)出現(xiàn)偷偷進(jìn)行CH4排空的違規(guī)行為。
再者缺乏有效的監(jiān)管措施，難以及時(shí)判斷、發(fā)現(xiàn)沼氣工程出現(xiàn)“沼氣排空”的違規(guī)行為，更難以對(duì)這種違規(guī)行為進(jìn)行處罰；最后是當(dāng)沼氣工程發(fā)酵裝置出現(xiàn)故障無(wú)法正常進(jìn)行，由于配套維護(hù)設(shè)施不完備，造成 CH4直接排放到空氣中。
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沼液安全使用技術(shù)不成熟
沼液還田利用具有處理量大、成本低以及對(duì)氮、磷去除效果好等優(yōu)點(diǎn)，是目前我國(guó)普遍認(rèn)為最易實(shí)施、有效的沼液處理方式。目前，我國(guó)沼液安全利用的研究往往以提高產(chǎn)量為主，對(duì)沼液的安全使用缺乏法規(guī)性的文件或管理制度，對(duì)管理、施用數(shù)量、施用性質(zhì)還很模糊。
三、應(yīng)對(duì)沼氣工程對(duì)環(huán)境負(fù)面影響的措施
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完善沼液儲(chǔ)存裝置建設(shè)
沼液儲(chǔ)存裝置目前主要有露天的敞口池型和半封閉的罐型2種形式，由于建設(shè)資金有限，前者在我國(guó)沼氣工程中多為常見(jiàn)，但其自然儲(chǔ)存過(guò)程中由于沼液中有機(jī)質(zhì)的降解必然伴隨著有害氣體的釋放，仍存在一定的環(huán)境污染。
而歐美發(fā)達(dá)國(guó)家由于對(duì)空氣質(zhì)量有較為嚴(yán)格的限制，為減少沼液儲(chǔ)存過(guò)程氣體揮發(fā)對(duì)空氣質(zhì)量的影響，其沼氣工程的儲(chǔ)液裝置一般設(shè)計(jì)為半封閉式儲(chǔ)液罐，且多數(shù)儲(chǔ)液罐直接建設(shè)于農(nóng)場(chǎng)，從發(fā)酵罐中排出的沼液通過(guò)密封罐車運(yùn)送至儲(chǔ)液罐，其一方面可以方便沼液使用，另一方面通過(guò)沼液的分散處理，避免了有害氣體在一個(gè)地點(diǎn)的高濃度富集。
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增加沼液后處理技術(shù)
由于沼氣工程沼液的用途多以資源化利用為目的，主要用于農(nóng)田的灌溉、制作水溶性肥料和濃縮性肥料。完善沼液后處理技術(shù)是保障沼液衛(wèi)生安全及開(kāi)展沼液綜合利用的前提。
沼液衛(wèi)生殺菌方法大致分為2類: 一類為加熱處理，另一類為非加熱處理。傳統(tǒng)的高溫滅菌方法能耗較大、處理時(shí)間長(zhǎng)，在糞便處理中使用該方法殺菌，需要增加設(shè)備，費(fèi)用也較高。近年來(lái)，學(xué)者多致力于非加熱滅菌方法的研究，并取得了一定進(jìn)展，常見(jiàn)方法主要有紫外線、氯氣、臭氧和電脈沖法。
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加強(qiáng)沼氣工程監(jiān)管措施
目前我國(guó)對(duì)沼氣建設(shè)的監(jiān)管還僅限于工程建設(shè)階段的監(jiān)管，采取的各種措施也是多用于監(jiān)管沼氣工程建設(shè)單位按照工程的設(shè)計(jì)目標(biāo)、建設(shè)期限、建設(shè)投資等各種批復(fù)目標(biāo)完成建設(shè)任務(wù)，未對(duì)于沼氣工程的日常運(yùn)營(yíng)和其他方面進(jìn)行監(jiān)管，缺乏對(duì)沼氣應(yīng)用情況進(jìn)行全面監(jiān)管的能力，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)沼氣工程出現(xiàn)“沼氣排空”的行為。
今后在沼氣工程建設(shè)方面可以增設(shè)沼氣工程智能監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)部門(mén)可以在辦公室通過(guò)終端系統(tǒng)全面監(jiān)管沼氣工程運(yùn)行情況，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)沼氣工程每天的沼氣產(chǎn)氣量、沼氣的使用量和沼氣的用途，一旦出現(xiàn)“沼氣排空”的現(xiàn)象，監(jiān)管部門(mén)可以根據(jù)相應(yīng)的法律、法規(guī)對(duì)企業(yè)進(jìn)行處罰，這樣可從制度上防止沼氣工程隨意排空沼氣行為的發(fā)生。
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加快沼肥利用技術(shù)研究
加快沼肥利用技術(shù)研究，科學(xué)施用沼肥，可以減少不當(dāng)施用造成的環(huán)境污染。
一是選用科學(xué)的施用方法，推廣配方施肥、按需施肥、按季節(jié)施肥是提高沼肥肥效及減少沼肥施用對(duì)環(huán)境影響的重要措施。
二是加強(qiáng)沼液增值產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，拓展沼液的用途。目前對(duì)沼液使用形式的單一性是造成沼液大量?jī)?chǔ)存和剩余的根本問(wèn)題，加大沼液的增值產(chǎn)品開(kāi)發(fā)可提供沼液的利用途徑，從根源上解決沼液富余和過(guò)量施用所造成的環(huán)境污染。
最后可以推廣沼液沼渣堆肥處理技術(shù)。堆肥是當(dāng)前固體廢棄物中重金屬污染控制的主要技術(shù)，其主要機(jī)理是利用畜禽廢棄物有機(jī)物形態(tài)變化絡(luò)合固定重金屬，使堆肥物料中重金屬的活性被鈍化，生物有效性降低，是實(shí)現(xiàn)廢棄物減量化、無(wú)害化和資源化利用最便捷、最經(jīng)濟(jì)有效的方式。
結(jié)語(yǔ)
沼氣工程發(fā)酵過(guò)程及發(fā)酵產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的危害主要表現(xiàn)為沼氣的排空、沼液儲(chǔ)存及使用過(guò)程中有害氣體的釋放，以及沼液使用不當(dāng)造成的污染等環(huán)境問(wèn)題。改善和配套沼液儲(chǔ)存設(shè)施，減少有害氣體排放，合理利用沼肥，建設(shè)沼氣智能系統(tǒng)是減少沼氣工程危害環(huán)境的主要技術(shù)途徑。
（參考資料：劉向東，《沼氣工程對(duì)環(huán)境的影響因素及應(yīng)對(duì)措施》；甘福丁，李勇江等《中小型沼氣工程建設(shè)存在的問(wèn)題及對(duì)策》；圖片源于網(wǎng)絡(luò)）
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