☆大中型畜禽养殖场沼气工程模式及投资效益分析.pdf
收稿日期:2003-12-18作者简介:华永新(1972-),男,浙江东阳人,本科学历,工程师。大中型畜禽养殖场沼气工程模式及投资效益分析华永新1,朱剑平2(11 杭州市农村能源办公室,浙江 杭州310020;21 浙江省能源研究所,浙江 杭州310012)摘 要:为探索大中型畜禽养殖场沼气工程商业化发展的可行性,结合不同沼气工程模式,以典型案例对畜禽养殖场沼气工程的投资及效益进行了分析,指出大中型畜禽养殖场沼气工程参与市场的能力目前还很弱,需要政府投资政策的支持。关键词:沼气工程;模式;投资;效益中图分类号:S216.1 文献标识码:A 文章编号:1004-3950(2004)02-0011-05Analysis on biogas engineering mode of large&medium2scalehusbandry farms and investment resultsHUA Yong2xin1,ZHU Jian2ping2(1.Hangzhou Municipal Rural Energy Office,Hangzhou 310020,China;2.Zhejiang Provincial Energy Research Institute,Hangzhou 310012,China)Abstract:In order to search the feasibilityof commercialization of large&medium2scale husbandryfarms biogas engineering,the paper introduces several different biogas engineering mode,analyses the investment results of husbandryfarms biogas en2gineering,puts forward the ability of taking part into the market is still weak,it needs the support of the investment policy bygovernment.Key words:biogas engineering;mode;investment;results0 概 述随着全国各大中城市“菜篮子”工程的建设,大批规模化畜禽养殖场相继建成,这些畜禽养殖场产生了大量高浓度、高氨氮、高悬浮物、处理难度较大的畜禽粪水,成为水体最大的污染源。应用沼气技术处理畜禽废水,将污染环境的有机物转变成沼气,形成协调、转化、再生、增值的良性循环,越来越受到国内外的广泛重视。20世纪80年代以来,我国畜禽场沼气工程技术已形成较为完善的高效的且具有多种功能的工程技术系统。根据养殖规模、资源量、污水排放标准、投资规模和环境容量等条件的不同,畜禽场沼气工程项目可以有综合利用型、生态型和厌氧2好氧达标型三种不同的工艺类型因地制宜地选用。1 综合利用模式1.1 工艺流程(见图1)图1 沼气综合利用型工艺流程1.2 工艺适用条件?日处理污水量50 t以下,如年出栏5000头以下的养猪场。?养殖场周围应有较大规模的鱼塘、农田、果园和蔬菜地,可供沼液、沼渣的综合利用。?沼气用户与养殖场距离较近。1.3 工艺特点?畜禽粪便污水可全部进入处理系统,进水CODCr为1000020000 mg/L。?厌氧工艺可采用全混合厌氧池、厌氧接触反应器(ACR)、升流式污泥床反应器(USB)。有机新能源及工艺2004能源工程-负荷12.5 kgCOD/m3d,HRT=810 d,发酵温度35,池容产气率0.61.0 m3/m3d,厌氧出水COD15003000 mg/L,COD去除率75%85%。?沼气利用方式为民用或小规模集中供气。?沼液、沼渣进行综合利用,建立以沼气为纽带的良性循环的生态系统,提高综合效益。1.4 工程规模及投资分析(见表1)表1 工程规模及投资分析养猪场规模(年出栏数)/头日处理粪便污水/t厌氧罐规模/m3综合利用配套面积日产沼气量/m3工程投资/万元10001010080亩农田、鱼塘和果园8010300030300250亩农田、鱼塘和果园25025500050500400亩农田、鱼塘和果园400451.5 优 点?工艺简单,管理、操作方便。?沼气的可获得量高。?工程投资小,运行费用低,投资回收期短。1.6 缺 点?工艺处理单元的效率不高?处理后的浓度仍很高,就地消化综合利用,配套所占用的土地资源多。1.7 典型案例:杭州浮山养殖场沼气综合利用工程该项目应用生物技术对畜禽粪便进行资源化开发和多层次利用,既制取了优质气体燃料,又开发了再生饲料和优质有机肥料,同时治理了污染,净化了环境,从而建立起以沼气为纽带的良性生态循环。1988年建成200 m3沼气工程,处理3万只蛋鸡的粪便污水;随后在1990年又建成500 m3沼气工程,处理5000头商品猪的粪便污水。工程的投资费用主要是建筑工程、设备和安装费用以及土地费用。(1)200 m3鸡粪沼气工程:1619万元;(2)500 m3猪粪沼气工程:6013万元;(3)合计:7712万元(按1990年的造价)。该工程年运行成本和经济效益见表2和表3。表2 杭州浮山沼气工程的年运行成本项目200 m3沼气工程耗用量费用/元500 m3沼气工程耗用量费用/元原料/t120540151933966电/kWh438087665701314煤/t10.0515071507水/t1460146脱硫剂/t2460024600人工40504050维修15895900合计16637169761990年价格表3 杭州浮山沼气工程产品及效益名称产量实际利润率/%年效益/万元沼气26.28 m31006.57沼液2.80 m3-3713.53沼渣475t1004.081990年价格从表2和表3可以看出工程动态回收期是5年多,这表明它是一个经济效益较好的能源环保项目。2 沼气生态模式图2 沼气生态模式工艺流程2.1 工艺流程(见图2)2.2 工艺适用条件?日处理污水量50150 t,如年出栏500015000头的养猪场。?养殖场周围应配套有较大稳定塘面积。?养殖场周围应有一定的环境容量,环境不太敏感。?排放水质要求一般的地区。2.3 工艺特点?养殖场必须实行清洁生产、粪水分离,畜禽粪便直接用于生产有机肥料,尿和冲洗污水进入处理系统,进水CODCr为700012000 mg/L。?厌氧工艺可采用厌氧滤器(AF)、上流式厌新能源及工艺-ENERGY ENGINEERING2004氧污泥床反应器(UASB)。有机负荷2.44 kg2COD/m3d,HRT=5 d,发酵温度35,COD去除率80%85%,池容产气率1.01.2 m3/m3d,厌氧出水COD在7001500 mg/L。?污水后处理采用稳定塘或自然生态净化设施,HRT=50100 d,出水COD在150400 mg/L。?沼气利用方式:民用、烧锅炉或小型发电。?有机肥的生产一般采用简单的堆肥生物发酵工艺。2.4 工程规模及投资分析(见表4)表4 工程规模及投资分析养猪场规模(年出栏数)/头日处理粪便污水/t厌氧罐规模/m3稳定塘面积/亩日产沼气量/m3工程投资/万元5000502501025060100001005003050010015000150750507501502.5 优 点?工艺处理单元的效率较高,管理、操作方便。?处理后排放的污水浓度较低,基本满足农田灌溉的要求,对周围环境的影响较小。?工程投资较小,运行费用低,投资回收期较短。2.6 缺 点?配套的后处理设施稳定塘占地面积大,处理效果气候条件影响大。?由于猪粪直接生产有机肥,沼气的获得量相对较低。?处理后的污水仍需要一定的自然生态环境消纳。2.7 典型案例:萧山龙翔养殖公司沼气工程萧山龙翔养殖公司沼气工程1993年建成,采用二步厌氧消化和复合式上流厌氧污泥床发酵工艺,处理高浓度猪粪废水,制取沼气用于发电和民用炊事,用生物环境工程技术处理沼渣和沼液。沼气发电效果良好。经检测,沼气2柴油双燃料发电机节油率达70%80%(见表5)。表5 沼气发电汇总万kWh年份199319941995199619971998合计发电量6.5916.517.317.317.617.893.0 由于燃料改用沼气,不仅减轻了食堂炊事的环境污染及劳动力浪费,同时也取得了良好的经济效益(见表6)。表6 炊事用沼气汇总m3年份199319941995199619971998合计用气量531114715 1517415974164681687284514 从表5、表6可以看出,至1998年底,累计产沼气64万多m3,其中食堂炊事用气8145万m3,节约燃料开支1217万元,发电用气5518万m3,发电93万kWh,电费按当地0175元/kWh计算,电费收入可达5315万元。合计两项共增收节支66万元。表7 沼液养鱼增产汇总年份199319941995199619971998合计面积/ha163333333539189增产量/kg60002227524255262552843029450136665 从表7可以明显看出,沼液养鱼具有明显的增产作用,累计增产136665 kg,增值60万元。沼渣用于果园共节约化肥4813 t,节约生产成本9166万元。沼气工程不仅解决了环境污染、用能紧张等问题,也带来了明显的经济效益(见表8),扣除工程运行成本(见表9),净增收节支8217万元。表8 沼气工程经济效益汇总元项目沼气炊事发电沼液养鱼沼渣施肥合计效益126771534637601326966001359334表9 沼气工程运行成本汇总元年份199319941995199619971998合计柴油82002030021300223002310023900 119100人工费用30007200720092001140013600 51600折旧210006500065000650006500065000 346000其他120002900250029003000300015500合计33400954009600099400102500 105500 5322003 厌氧 好氧达标模式3.1 工艺流程(见图3)3.2 工艺适用条件?日产生污水量501500 t,甚至更大的养殖场。如年出栏5000100000头的猪场,以及10新能源及工艺2004能源工程-图3 厌氧 好氧达标排放型模式工艺流程万头以上的猪场。?排水要求高的地区,如城市近郊的养殖场、水源区域等。3.3 工艺特点?养殖场必须实行严格清洁生产、干湿分离,畜禽粪便直接用于生产有机肥料,冲洗污水和尿进入处理系统,进水CODCr500012000 mg/L,氨氮在5001000 mg/L。?污水必须先进行预处理,强化固液分离、沉淀,严格控制SS浓度。?厌氧工艺可采用上流式厌氧污泥床反应器(UASB)。有机负荷2.55 kg COD/m3d,HRT=3 d,COD去除率80%85%,池容产气率1.01.2 m3/m3d,厌氧出水COD7001000 mg/L。?好氧处理工艺采用序批式好氧活性污泥法(SBR)反应器,在去除COD的同时,具有除磷脱氮效果。一般设2个反应器(也可2个以上),交替曝气运行,每周期有进水、曝气、沉淀、滗水、闲置5个过程,每周期一般8 h,HRT=23 d,污泥负荷:0.080.15 BOD5/MLSSd,容积负荷:0.2015 kg BOD5/m3d,COD去除率90%95%,氨氮去除率95%以上。此外该工艺自动化程度要求高,工艺运行技术参数可视实际情况灵活调整。?混凝沉淀出水COD150 mg/L,NH32N25 mg/L,达到 污水综合排放标准(G B8978-96)的二级排放标准。出水经消毒处 理 后 可 作灌溉水。?厌氧、好氧产生的污泥经浓缩、机械脱水压成含水率为75%80%的泥饼,可用于制作有机肥或作为菌种出售。?沼气利用方式:发电、烧锅炉或肥料烘干。?有机肥的生产应优先采用好氧连续式生物堆肥工艺。3.4 工程规模及投资分析(见表10)表10 工程规模及投资分析养猪场规模(年出栏数)/头日处理污水/t厌氧罐规模/m3SBR反应器/m3日产沼气量/m3工程投资/万元10000801002403002503003601201501500012015036045040045054018022020000160200500600550600720250300400003004009001200100012001500300350600004505001200150014001500180040050080000600800180024002200240030006007001000009001000270030002800300036008009003.5 优 点?沼气回收与污水达标、环境治理结合得较好,适用范围广。?工艺处理单元的效率高,工程规范化,管理、操作自动化水平高。?对COD、NH3-N的去除率高,出水能达标排放。?有机肥料开发充分,资源得到综合利用。?对周围环境影响小,没有二次污染。3.6 缺 点?工程投资较大,运行费用较高。?管理、操作技术要求高。3.7 典型案例:杭州西子养殖场大型沼气工程杭州西子养殖场采用国内一流的饲养工艺和设备,配套建设有饲料厂、屠宰厂、养鳖厂、鱼场、无公害蔬菜园及果园。1996年该养殖场兴建了大型沼气综合利用工程,采用目前国内流行的工艺路线,将回收资源、开发能源、保护环境与改善生态环境有机地结合起来,为从根本上解决能源、资源和环境问题创造了条件。其主体设备和建筑物的工程投资概算为241.35万元,包括建设期利息总投资为281.45万元,其中土建工程48.4万新能源及工艺-ENERGY ENGINEERING2004元。沼气的利用:工程平均日产沼气500 m3。30m3用于食堂炊事燃气,其余用于沼气发电(50kW),日发电850 kWh,用于养殖场生产用电、污水处理站用电和办公楼及生活用电。污水处理站日产沼液100 t,用于无公害蔬菜培育、鱼塘和草坪灌溉。当沼液消耗不尽时,再进行曝气、生物净化,其中COD、BOD含量分别只有200 mg/L和60mg/L,符合排放标准,然后再将这些净化后的水送回猪舍用作冲洗水。一般情况下,约50 t沼液用作液体肥料、灌溉农作物和养鱼池;另50 t沼液经耗氧处理和生物净化后用作冲洗水。沼渣通过固液分离机每天可产饲料2.8 t,供250亩鱼塘养鱼或用于菜地肥料。该项目的收益共计65.5万元/a,其中:沼气收入20.5万元/a(含发电收入),其它副产品收入33.0万元/a,减少环保罚款12万元/a,项目运行成本合计为:21.59万元/a。该工程财务评价经济分析结果及计算参数如表11。表11 杭州西子养殖场沼气工程的经济评价结果财务评价净现值/万元内部收益率/%经济评价净现值/万元内部收益率/%还贷期(财务)/a还本利息21.7811.26109.7819.047还本付全息(10%)-126.753.3433.4013.8816还本付半息(5%)-29.258.4378.1616.7010还本付息(5%)+免5年所得税26.7211.5878.1616.707 由表11可以看出:(1)项目的经济内部收益率较高,最低达13.88%,而且不管环境这一效果是否考虑了投资的利息都是如此。这说明工程具有良好的社会环境效果。(2)从财务的角度来看,工程效益比较差;即使在考虑减息的条件下,净现值仍然为负,内部收益率 10%。只有不考虑投资利息或国家实施有力的优惠扶持政策,其效益才可能改好。4 结束语目前限制畜禽场沼气工程发展的主要问题有两个:一个是基建投资较高,一个万头规模的猪场一次性基建投资在100万元左右,除去运行成本,再考虑贷款利息,靠沼气回收投资是多数养殖场承受不了的。另一个问题是沼气出水浓度太高,以COD计通常超过1000 mg/m3,达不到排放标准,若再用好氧处理则又增加了运行费。大中型畜禽养殖场沼气工程参与市场的能力还很弱,甚至不具备商业化的条件,今后需要政府投资政策的支持。报 道电监会预计今年电力供需缺口逾2000万kW 国家电力监管委员会副主席宋密在南京召开的全国电力需求侧管理经验交流会上说,预计今年我国电力供需缺口在2000万kW以上。宋密介绍,今年我国电力供需矛盾主要集中在华东、南方电网和华北、西北、华中电网的部分地区。据估算,如实施电力需求侧管理,通过“削峰填谷”方式削减高峰负荷,可以有效降低高峰时段电力需求1000万kW,将大大缓解电力紧张局面。2003年我国总体上电力缺口超过1000万kW。针对这种情况,各地积极开展电力需求侧管理,通过需求侧管理转移和消减高峰负荷,对缓解电力供需矛盾发挥了重要作用。为解决目前需求侧管理工作中存在的问题,发改委与电监会将着手建立加强需求侧管理工作的长效机制。在这次会议上,加强电力需求侧管理工作指导意见 将被讨论和补充,并可望在不久正式实施。据介绍,电力需求侧管理是指通过提高终端用电效率和优化用电方式,在完成同样用电功能的同时减少电量消耗和电力需求,达到节约能源和保护环境,实现低成本电力服务所进行的用电管理活动。本刊新能源及工艺2004能源工程-1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.
