文 | 俞宏軍（農業部工程建設服務中心高級工程師）
1 概念
鄉鎮農業生物質中心是指以鄉鎮為單位整鄉整場推進，將本鄉鎮場內的秸稈、畜禽糞汙、人糞尿、廚餘垃圾、以及病死畜禽等有機廢棄物，收集起來，進行厭氧或好氧發酵處理，生產沼氣（Bio-gas即生物天然氣）和有機肥，沼氣就近作為清潔能源補充居民用能，沼渣沼液加工成有機肥後就地利用。生物質中心利用微生物開展種植養殖生產生活等有機廢棄物的規模化標準化集約化工廠化處理，在一定區域內建立穩定的植物、動物、微生物的“三物循環”系統（圖1、圖2），確保農業環境可持續發展。
圖1 自然界農業生態循環模式圖
圖2 現代農業種養微三物產業化循環模式
鄉鎮生物質中心主要原料是農牧業生產和鄉鎮居民生活產生的有機廢棄物。城鎮生活汙水和垃圾的處理一直是環保的頭疼問題，其中很大一部分是有機物，採用傳統的好氧曝氣和化學處理方法，不僅造價高能耗高，而且循環水被農業利用後造成農田汙染，急需找到一種經濟節約安全的替代方法。在傳統農業中，秸稈一部分燒掉後就地還田，一部分通過畜禽養殖過腹後作為有機肥還田，本不是問題。然而隨著種植規模不大擴張、化肥的超量使用，養殖業糞汙處理設施不完備、利用能力的不足，未能形成循環，便導致了較為嚴重的農村面源汙染問題。全國有3萬多個鄉鎮，每個鄉鎮通常有1-2個聚居點，2-3萬常住人口，有5-6萬頭豬當量養殖糞汙，有7-8萬畝地，部分鄉鎮還有一定的農副產品加工有機殘餘物，從農業生產和有機廢棄物循環利用的角度看，完全具備建設鄉鎮生物質中心的全部基礎物質條件。
2 規劃與選址
鄉鎮生物質中心主要包括有機廢棄物的收集轉運設施、存儲與預處理設施、厭氧發酵設施、生物天然氣淨化提純輸配裝置，沼渣和秸稈堆肥設施，顆粒有機肥加工設備設施，沼液存儲利用設施，以及測土配方和有機肥施用機械等建設內容。項目原料品種多，不同原料供應的季節性強，存儲多，佔地要求較大，而且具有一定的環境衛生風險。因此，生物質中心項目建設選址十分關鍵。生物質中心選址應安排在城鎮下游並下風向，並保持不少於3公里的安全距離；從便於運輸的角度考慮，應考慮有機廢棄物負荷中心，周圍秸稈和糞汙的運輸、以及沼液還田利用的距離不超過15公里為宜，且交通要基本方便；對新城鎮規劃，應將生物天然氣作為氣源，或發電或產熱，如用於居民供氣，一併需要有可靠的其他供氣保障措施。
一個鄉鎮生物質中心達產後將日處理有機汙水不少於500立方米及固體有機廢棄物或總容積2萬立方米厭氧發酵罐，建設堆肥設施、有機肥加工廠、沼液存儲設施，沼氣淨化提純裝置，以及其他配套設施，總佔地面積不應少於50畝。生物質中心為城鎮提供公共服務，其用地應按照城市基礎設施用地劃撥取得。
3 原料收集與預處理
生物質中心目前常用的原料是畜禽養殖糞汙，重點是豬糞和牛糞，幹物質含量較低（TS濃度小於10%），運輸不方便，一般在場內建設沼氣工程進行處理。但由於養殖規模較小，且養殖量不穩定，沼氣池建設標準也不高，產氣不穩定，夏天產氣多但用不完，放空還是汙染；冬天不產氣，形同擺設，集中到生物質中心進行處理後，養殖場的環境明顯改善，處理效率顯著提高。現在規模化養雞糞和羊糞基本上採取糞尿分離的幹清糞方式，再摻水開展厭氧發酵生產沼氣，產生大量沼液難以處理造成二次汙染，不應鼓勵發展。
農作物秸稈、以及林果剪枝除就地粉碎還田和青貯飼料化利用外，可因材施策，燃燒值高的秸稈發展壓塊燃料作為生物質炭、木質化纖維化高的秸稈開展原料化利用生產纖維板、有機質營養較豐富的發展基料化利用生產食用菌棒等。最傳統經濟節能的方法還是將秸稈收集後粉碎，添加雞糞、沼渣沼液和微生物菌等，堆漚生產有機肥再還田。由於傳統方法又髒又累，相關工作也必須在生物質中心進行，採用規模化、機械化、設施化開展堆肥和加工。
中小型農產品加工產生的廢棄物如各類釀造糟渣、馬鈴薯渣、甜菜渣等優先發展飼料化利用，加工汙水匯入生物質中心處理。中小型屠宰場的廢水，也可收集後匯入生物質中心處理。南方水域中的水葫蘆、水花生等以及其他生物入侵植物也可作為鄉鎮生物質中心的原料。
城市生活汙泥和廚餘垃圾生產沼氣也較為常見，由於垃圾分類沒有很好的實施，導致廚餘垃圾的資源化利用十分困難，因此，小城鎮的生活汙水和廚餘垃圾的分類收集是關鍵。新城居民樓的設計中，除雨汙分離外，還應將生活用水按照汙染程度進行分離，糞尿（重汙染水）排汙管道和洗浴水（輕汙染水）排汙管道分離和暫存，具備條件的小區應在廚房中安裝垃圾粉碎機，將菜葉、骨頭等有機廢棄物粉碎後一併匯入重水管道和專門的暫存池，再由生物質中心統一運輸開展處理。
生物質中心立項時，必須對當地各種有機物資源進行詳細的調查，瞭解規模數量、產出或供應時間、運輸距離等，用專業的手段分析其TS濃度、主要有機物成分、有害物質成分，以便確定暫存方式、運輸方式和預處理工藝。對多原料混合生產規模化沼氣前，應進行厭氧發酵的實驗室測試，以確定最佳配方配比。生物質中心應設計一個簡單的實驗室，能夠檢測發酵原料特性和產品成分、有機肥養分。
4 沼氣發酵與秸稈堆漚
鄉鎮生物質中心採取中溫高濃度厭氧發酵（USTR工藝，發酵溫度35℃）工藝及相應的罐組，根據原料來源特性建設一定數量和規模的預處理池和混合池，並配套加熱和保溫措施。為提高規模效率和處理深度，提高產氣的穩定性和可維護性，主發酵罐罐體應不少於2個，單個發酵罐罐體體積不宜小於5000立方米，鼓勵採用2-3級發酵，並將沼液中的餘熱採用小型熱泵進行回收。罐體和管道必須嚴格做好全封閉的外保溫措施，防止罐體內溫度日波動超過2℃。
鄉鎮生物質中心應同時配套建設秸稈堆漚和有機肥加工設施，一方面處理沼渣、部分沼液和秸稈生產有機肥，一方面也可通過堆漚處理非烈性傳染疫病死亡的畜禽一併生產有機肥。合理設計秸稈、糞汙和病死畜禽堆肥設施，確保堆肥溫度超過65℃，確保殺死致病病毒和蟲卵。堆肥後，應及時加工成有機肥。
中溫發酵所需要的熱源優先採用當地秸稈壓塊燃料和採用自產沼氣的兩用熱水鍋爐，並作為有機肥加工和場區生活採暖的熱源。
5 產品及其利用
生物質中心的主要產品之一是沼氣，沼氣經過脫水脫硫，便可以作為燃料用於炊事和發電，這是新建特色小鎮所需要的水電氣之一。沼氣進一步通過淨化提純加壓灌裝可生產車用壓縮生物天然氣（CNG）或液化生物天然氣（LNG），進一步提高了沼氣利用價值，並可遠距離運輸，因此生物質中心在不久的將來可作為我國分佈式生物天然氣能源基地，參與全國的新能源建設和供應。
生物質中心更重要的產品是有機肥。有機肥分兩類，沼渣及堆肥固體有機肥和沼液液體有機肥。固體有機肥經過簡單包裝後，可分發到本鄉鎮主要農戶，主要作為基肥使用。由於種植業的季節性，大部分農戶的田間地頭需要設置堆肥池和沼液暫存池，便於在灌溉季節使用沼液有機肥。固體有機肥和沼液有機肥也可進一步配方生產無機有機復混肥作為商品肥銷售。沼液有機肥要求灌溉方式進行調整，或用注入式施肥機施肥，或採用噴灑車噴施，但後者對肥效的損失更大一些。
我國2015年以來實施的生物天然氣項目，在糞汙收集、沼氣發酵、新能源應用等方面實現了創新，初步實現了農業廢棄物資源的循環農業。某公司在新疆呼圖壁建設了36000立方米厭氧發酵罐，日處理牛糞1000多噸，日產氣可達3.6萬立方米，相當於減排溫室氣體14.4萬噸，產生了良好的環境效益。但發酵產生的沼渣和沼液的規模化利用仍存在問題，還沒有實現可持續發展。可持續發展必須將牛糞發酵後沼液用於周圍葡萄、農田種植，以便減少化肥用量、並可提高農產品品質。發酵後的沼渣可用於替換奶牛場的墊床，提高奶牛的舒適度，並可減輕牛糞中沙子對設備的磨損，初步測算僅此一項每年就可節約100多萬元。2016年農業可持續發展廢棄物資源化循環利用項目中試點種養結合的養分綜合管理計劃（CNMP），各地也還需要進一步做大規模、做出標準、做強產業鏈，不斷總結經驗，發揮養分綜合管理在有機肥替代化肥、提升耕地地力、減輕農田面源汙染、提高養殖效率等方面的綜合作用。
6 防疫衛生勞動安全
生物質中心儘管是一項環保措施項目，但是其涉及糞汙收集運輸、生產有機肥、為城鎮居民供氣等環節，建設和運行管理依然涉及環境保護、動植物防疫、消防安全、環境衛生和勞動安全，必須嚴格按照國家有關法律法規、標準規範執行設計、施工、管理和運行。
7 項目謀劃
初步測算一個鄉鎮生物質中心連同廚廁改造、糞汙收集、沼氣發酵、有機肥生產和利用、生物天然氣輸配等設施全部投資1億元左右，全國現有3萬多個鄉鎮，全面建設可拉動投資近3萬億元，年處理有機廢棄物及汙水約40億噸，年生產3600億立方米沼氣，摺合標準煤2.5億噸（約佔全國煤炭消費量的7%），並可生產有機肥（含沼液肥）40億噸，可替代大部分化肥，直接帶動就業崗位可達100萬個以上，為鄉鎮清潔衛生、水體汙染處理、減少化肥施用、農業生產節能減排、提高農產品品質找到了出路。生物質中心工程建設需要大量的鋼材、水泥和勞動力，可部分解決新疆等中西部地區農村剩餘勞動力就地轉移就業的問題，還可在一定程度上緩解鋼鐵、水泥、建材等產能過剩的問題。
按照政府扶持、企業為主體、市場化運行的要求，鄉鎮生物質中心作為城鎮基礎設施，土地由當地政府無償劃撥或有限取得，其融資可採取PPP模式，政府和社會資本共同注資成立生物質中心運行公司。項目建設可採取BOT模式，委託一傢俱有經驗和實力的大型沼氣設計施工單位開展建設，正常產氣產肥並運行一段時間後，交給運行公司。運行公司一開始就建立專業化的維管隊伍，參與生物質中心的建設和試運行管理。生物質中心整體的生產、安全運行採取智能化管理模式，對農民試行以原料換氣、換肥的形式，對居民用氣實行先付費模式。各省應先期開展綜合試驗試點，培養農業生物質中心運行管理團隊，逐步累積生產運行經驗，以備全面推廣。
8 結束語
鄉鎮農業生物質中心項目建設符合綠色發展理念的要求，也是現代農業高產、優質、高效、生態、安全的保障。鄉鎮生物質中心項目可整合的資金主要有：農業部等八部委發佈了農業可持續發展試驗示範區建設方案中提出的循環農業廢棄物資源化利用項目，每個項目中央及地方財政投資1000萬元；國家發展和改革委正在試點的生物天然氣試點項目，每個項目中央投資4000萬元；以及特色小鎮基礎設施建設PPP模式投資；目前，在供給側改革和一產上水平推動下，城鎮清潔能源需求持續旺盛，農業生產對有機肥需求日益旺盛，企業參與生物質能源開發和有機肥生產的意願都較高，建議農業生物質中心項目在特色小鎮建設中同步規劃、同步實施、同時投入使用，確保城鎮化和農業現代化同步協調發展、可持續發展。
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