1 概念
乡镇农业生物质中心是指以乡镇为单位整乡整场推进，将本乡镇场内的秸秆、畜禽粪污、人粪尿、厨余垃圾、以及病死畜禽等有机废弃物，收集起来，进行厌氧或好氧发酵处理，生产沼气（Bio-gas即生物天然气）和有机肥，沼气就近作为清洁能源补充居民用能，沼渣沼液加工成有机肥后就地利用。生物质中心利用微生物开展种植养殖生产生活等有机废弃物的规模化标准化集约化工厂化处理，在一定区域内建立稳定的植物、动物、微生物的“三物循环”系统（图1、图2），确保农业环境可持续发展。
图1 自然界农业生态循环模式图
图2 现代农业种养微三物产业化循环模式
乡镇生物质中心主要原料是农牧业生产和乡镇居民生活产生的有机废弃物。城镇生活污水和垃圾的处理一直是环保的头疼问题，其中很大一部分是有机物，采用传统的好氧曝气和化学处理方法，不仅造价高能耗高，而且循环水被农业利用后造成农田污染，急需找到一种经济节约安全的替代方法。在传统农业中，秸秆一部分烧掉后就地还田，一部分通过畜禽养殖过腹后作为有机肥还田，本不是问题。然而随着种植规模不大扩张、化肥的超量使用，养殖业粪污处理设施不完备、利用能力的不足，未能形成循环，便导致了较为严重的农村面源污染问题。全国有3万多个乡镇，每个乡镇通常有1-2个聚居点，2-3万常住人口，有5-6万头猪当量养殖粪污，有7-8万亩地，部分乡镇还有一定的农副产品加工有机残余物，从农业生产和有机废弃物循环利用的角度看，完全具备建设乡镇生物质中心的全部基础物质条件。
2 规划与选址
乡镇生物质中心主要包括有机废弃物的收集转运设施、存储与预处理设施、厌氧发酵设施、生物天然气净化提纯输配装置，沼渣和秸秆堆肥设施，颗粒有机肥加工设备设施，沼液存储利用设施，以及测土配方和有机肥施用机械等建设内容。项目原料品种多，不同原料供应的季节性强，存储多，占地要求较大，而且具有一定的环境卫生风险。因此，生物质中心项目建设选址十分关键。生物质中心选址应安排在城镇下游并下风向，并保持不少于3公里的安全距离；从便于运输的角度考虑，应考虑有机废弃物负荷中心，周围秸秆和粪污的运输、以及沼液还田利用的距离不超过15公里为宜，且交通要基本方便；对新城镇规划，应将生物天然气作为气源，或发电或产热，如用于居民供气，一并需要有可靠的其他供气保障措施。
一个乡镇生物质中心达产后将日处理有机污水不少于500立方米及固体有机废弃物或总容积2万立方米厌氧发酵罐，建设堆肥设施、有机肥加工厂、沼液存储设施，沼气净化提纯装置，以及其他配套设施，总占地面积不应少于50亩。生物质中心为城镇提供公共服务，其用地应按照城市基础设施用地划拨取得。
3 原料收集与预处理
生物质中心目前常用的原料是畜禽养殖粪污，重点是猪粪和牛粪，干物质含量较低（TS浓度小于10%），运输不方便，一般在场内建设沼气工程进行处理。但由于养殖规模较小，且养殖量不稳定，沼气池建设标准也不高，产气不稳定，夏天产气多但用不完，放空还是污染；冬天不产气，形同摆设，集中到生物质中心进行处理后，养殖场的环境明显改善，处理效率显著提高。现在规模化养鸡粪和羊粪基本上采取粪尿分离的干清粪方式，再掺水开展厌氧发酵生产沼气，产生大量沼液难以处理造成二次污染，不应鼓励发展。
农作物秸秆、以及林果剪枝除就地粉碎还田和青贮饲料化利用外，可因材施策，燃烧值高的秸秆发展压块燃料作为生物质炭、木质化纤维化高的秸秆开展原料化利用生产纤维板、有机质营养较丰富的发展基料化利用生产食用菌棒等。最传统经济节能的方法还是将秸秆收集后粉碎，添加鸡粪、沼渣沼液和微生物菌等，堆沤生产有机肥再还田。由于传统方法又脏又累，相关工作也必须在生物质中心进行，采用规模化、机械化、设施化开展堆肥和加工。
中小型农产品加工产生的废弃物如各类酿造糟渣、马铃薯渣、甜菜渣等优先发展饲料化利用，加工污水汇入生物质中心处理。中小型屠宰场的废水，也可收集后汇入生物质中心处理。南方水域中的水葫芦、水花生等以及其他生物入侵植物也可作为乡镇生物质中心的原料。
城市生活污泥和厨余垃圾生产沼气也较为常见，由于垃圾分类没有很好的实施，导致厨余垃圾的资源化利用十分困难，因此，小城镇的生活污水和厨余垃圾的分类收集是关键。新城居民楼的设计中，除雨污分离外，还应将生活用水按照污染程度进行分离，粪尿（重污染水）排污管道和洗浴水（轻污染水）排污管道分离和暂存，具备条件的小区应在厨房中安装垃圾粉碎机，将菜叶、骨头等有机废弃物粉碎后一并汇入重水管道和专门的暂存池，再由生物质中心统一运输开展处理。
生物质中心立项时，必须对当地各种有机物资源进行详细的调查，了解规模数量、产出或供应时间、运输距离等，用专业的手段分析其TS浓度、主要有机物成分、有害物质成分，以便确定暂存方式、运输方式和预处理工艺。对多原料混合生产规模化沼气前，应进行厌氧发酵的实验室测试，以确定最佳配方配比。生物质中心应设计一个简单的实验室，能够检测发酵原料特性和产品成分、有机肥养分。
4 沼气发酵与秸秆堆沤
乡镇生物质中心采取中温高浓度厌氧发酵（USTR工艺，发酵温度35℃）工艺及相应的罐组，根据原料来源特性建设一定数量和规模的预处理池和混合池，并配套加热和保温措施。为提高规模效率和处理深度，提高产气的稳定性和可维护性，主发酵罐罐体应不少于2个，单个发酵罐罐体体积不宜小于5000立方米，鼓励采用2-3级发酵，并将沼液中的余热采用小型热泵进行回收。罐体和管道必须严格做好全封闭的外保温措施，防止罐体内温度日波动超过2℃。
乡镇生物质中心应同时配套建设秸秆堆沤和有机肥加工设施，一方面处理沼渣、部分沼液和秸秆生产有机肥，一方面也可通过堆沤处理非烈性传染疫病死亡的畜禽一并生产有机肥。合理设计秸秆、粪污和病死畜禽堆肥设施，确保堆肥温度超过65℃，确保杀死致病病毒和虫卵。堆肥后，应及时加工成有机肥。
中温发酵所需要的热源优先采用当地秸秆压块燃料和采用自产沼气的两用热水锅炉，并作为有机肥加工和场区生活采暖的热源。
5 产品及其利用
生物质中心的主要产品之一是沼气，沼气经过脱水脱硫，便可以作为燃料用于炊事和发电，这是新建特色小镇所需要的水电气之一。沼气进一步通过净化提纯加压灌装可生产车用压缩生物天然气（CNG）或液化生物天然气（LNG），进一步提高了沼气利用价值，并可远距离运输，因此生物质中心在不久的将来可作为我国分布式生物天然气能源基地，参与全国的新能源建设和供应。
生物质中心更重要的产品是有机肥。有机肥分两类，沼渣及堆肥固体有机肥和沼液液体有机肥。固体有机肥经过简单包装后，可分发到本乡镇主要农户，主要作为基肥使用。由于种植业的季节性，大部分农户的田间地头需要设置堆肥池和沼液暂存池，便于在灌溉季节使用沼液有机肥。固体有机肥和沼液有机肥也可进一步配方生产无机有机复混肥作为商品肥销售。沼液有机肥要求灌溉方式进行调整，或用注入式施肥机施肥，或采用喷洒车喷施，但后者对肥效的损失更大一些。
我国2015年以来实施的生物天然气项目，在粪污收集、沼气发酵、新能源应用等方面实现了创新，初步实现了农业废弃物资源的循环农业。某公司在新疆呼图壁建设了36000立方米厌氧发酵罐，日处理牛粪1000多吨，日产气可达3.6万立方米，相当于减排温室气体14.4万吨，产生了良好的环境效益。但发酵产生的沼渣和沼液的规模化利用仍存在问题，还没有实现可持续发展。可持续发展必须将牛粪发酵后沼液用于周围葡萄、农田种植，以便减少化肥用量、并可提高农产品品质。发酵后的沼渣可用于替换奶牛场的垫床，提高奶牛的舒适度，并可减轻牛粪中沙子对设备的磨损，初步测算仅此一项每年就可节约100多万元。2016年农业可持续发展废弃物资源化循环利用项目中试点种养结合的养分综合管理计划（CNMP），各地也还需要进一步做大规模、做出标准、做强产业链，不断总结经验，发挥养分综合管理在有机肥替代化肥、提升耕地地力、减轻农田面源污染、提高养殖效率等方面的综合作用。
6 防疫卫生劳动安全
生物质中心尽管是一项环保措施项目，但是其涉及粪污收集运输、生产有机肥、为城镇居民供气等环节，建设和运行管理依然涉及环境保护、动植物防疫、消防安全、环境卫生和劳动安全，必须严格按照国家有关法律法规、标准规范执行设计、施工、管理和运行。
7 项目谋划
初步测算一个乡镇生物质中心连同厨厕改造、粪污收集、沼气发酵、有机肥生产和利用、生物天然气输配等设施全部投资1亿元左右，全国现有3万多个乡镇，全面建设可拉动投资近3万亿元，年处理有机废弃物及污水约40亿吨，年生产3600亿立方米沼气，折合标准煤2.5亿吨（约占全国煤炭消费量的7%），并可生产有机肥（含沼液肥）40亿吨，可替代大部分化肥，直接带动就业岗位可达100万个以上，为乡镇清洁卫生、水体污染处理、减少化肥施用、农业生产节能减排、提高农产品品质找到了出路。生物质中心工程建设需要大量的钢材、水泥和劳动力，可部分解决新疆等中西部地区农村剩余劳动力就地转移就业的问题，还可在一定程度上缓解钢铁、水泥、建材等产能过剩的问题。
按照政府扶持、企业为主体、市场化运行的要求，乡镇生物质中心作为城镇基础设施，土地由当地政府无偿划拨或有限取得，其融资可采取PPP模式，政府和社会资本共同注资成立生物质中心运行公司。项目建设可采取BOT模式，委托一家具有经验和实力的大型沼气设计施工单位开展建设，正常产气产肥并运行一段时间后，交给运行公司。运行公司一开始就建立专业化的维管队伍，参与生物质中心的建设和试运行管理。生物质中心整体的生产、安全运行采取智能化管理模式，对农民试行以原料换气、换肥的形式，对居民用气实行先付费模式。各省应先期开展综合试验试点，培养农业生物质中心运行管理团队，逐步累积生产运行经验，以备全面推广。
8 结束语
乡镇农业生物质中心项目建设符合绿色发展理念的要求，也是现代农业高产、优质、高效、生态、安全的保障。乡镇生物质中心项目可整合的资金主要有：农业部等八部委发布了农业可持续发展试验示范区建设方案中提出的循环农业废弃物资源化利用项目，每个项目中央及地方财政投资1000万元；国家发展和改革委正在试点的生物天然气试点项目，每个项目中央投资4000万元；以及特色小镇基础设施建设PPP模式投资；目前，在供给侧改革和一产上水平推动下，城镇清洁能源需求持续旺盛，农业生产对有机肥需求日益旺盛，企业参与生物质能源开发和有机肥生产的意愿都较高，建议农业生物质中心项目在特色小镇建设中同步规划、同步实施、同时投入使用，确保城镇化和农业现代化同步协调发展、可持续发展。
（作者系农业部工程建设服务中心高级工程师）
中国乡村发现网转自：微信公众号 新三农 2017-08-04
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