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他山之石:养猪强国丹麦的畜禽粪污利用经验

来源:牧食记 2021-01-04 16:29:48| 查看:

  丹麦作为世界养猪强国在业界已是有口皆碑,不到600万的人口却可年出栏生猪约3000万头,从种源到猪肉均行销全球。可你是否想过,在领土面积不大、环保政策甚严的欧洲,丹麦又是如何处理畜禽粪污的呢?
 
 
  近期由丹麦农业、食品与生物集群(Food&Bio Cluster Denmark)编撰的介绍沼气行业先驱——丹麦的经验与案例的一份报告引起了笔者的注意,其中的主要篇幅都是在讲沼气生产如何应用于畜禽粪污处理。

  沼气对中国百姓来说也并不陌生。这种清洁能源曾一度风靡于各地农村,并获得了国家政策的大力扶持。但随着农村生产结构的调整,沼气生产的原料不足、缺乏合理管理、新型能源蓬勃发展等诸多因素,造成了大量的沼气设施已然荒废。

  随着我国养猪的集约化、现代化发展,沼气工程重新成为一些规模猪场的粪污处理选择,但其应用的覆盖面显然已不及立式发酵罐、智能分子膜等新型热门技术

  为何丹麦的选择是看起来并无太多创新的沼气技术?其与世界其他各国包括中国早有应用的沼气项目又有何异同?我们就此与丹麦农业、食品与生物集群负责人Claus Gunge取得了联系并获得了其报告的下载和使用授权。

  政策引领

  据介绍,仅从养猪来看,丹麦便已是全球畜禽饲养密度最高的国家之一。此外,丹麦周围包括波罗的海在内的自然环境十分脆弱。这两大因素叠加,促使丹麦一直在寻求发展符合环境安全的畜禽粪污处理技能和创新技术

 
Claus Gunge

  畜禽粪便一直被认为是丹麦的一项重要资源。该国每年产生的畜禽粪便约为3500万吨,相当于580万丹麦居民每人每年占有6吨畜禽粪便!

  但直到1980年代初,畜禽粪便在丹麦还仅仅只被认为是一种天然的农作物肥料。在作物高产和能源低价的压力下,1960-70年代畜禽粪便还曾一度被矿物肥料所取代。到了1985年,由于日益严重的养分流失和水质问题,丹麦政府启动了NPO计划。

  NPO计划要求养殖面积与牲畜数量适当平衡,并规定了农场需要确保的最低畜禽粪便存储能力。存储过程中还要防止臭气的扩散,要么新鲜的粪便能够及时得到处理。从那以后,欧盟和丹麦政府更加严格的规定刺激了技术的发展。如今其畜禽粪便中大量氮和磷的利用效率几乎和矿物肥料相当,既减轻了氮磷对环境的影响,也降低了农民购买肥料的成本。

 
刚刚运抵沼气厂等待自动分类的餐厨垃圾

  除了畜禽粪污的影响,丹麦亦禁止将有机废物弃置于垃圾堆填区,并提出到2023年要实现厨余垃圾100%回收的国家目标。于是,把能源生产和处理粪便及有机废物联系在一起的沼气生产成了丹麦的一项主要选择。

  目前,丹麦许多养猪户和奶农均会使用畜禽粪便生产沼气,其中大多数生产都是通过农民合作社所有的工业规模沼气厂进行的。2012年以来,随着补贴计划的实施,丹麦沼气产量迅速增长,2020年总产量达到约20兆焦耳。预计2023年这一可再生天然气将占据丹麦天然气网络的30%。其每年用于生产沼气和肥料的生物质超过1100万吨。

  此前,丹麦生产的大部分沼气都用于电力生产。而如今,越来越多沼气经过提纯净化后进入了天然气网络,代替化石天然气用于工业、交通运输、供热和供电。

 
丹麦一家沼气工厂的提纯净化塔。

  提纯净化后的沼气可进入该国天然气网络

  与此同时,沼气产量增加以及极低的天然气价格,大幅提高了补贴计划的成本,丹麦政府已决定从2020年起停止2012年批准的新沼气厂补贴计划。不过,其有望制定并实施一项全新的可再生天然气计划,将生物甲烷和氢气、甲烷气等其他绿色燃气都囊括在内。这将有助于确保相关技术在丹麦继续扩大应用范围、提高效率。

  丹麦之所以更重视可再生天然气而非直接利用沼气发电,是因为可再生电力在丹麦的能源系统中占据了很高比例——其已是世界领先的风能和风力涡轮机生产国家,而且丹麦正逐渐面临需要利用风能和太阳能以外的其他可再生能源发电的情况。因为按照该国的目标,其将争取在2050年前实现碳中和(比中国提前了10年),而只有这类绿色气体才能为需要高温的重工业供电。

  生产应用

  丹麦有专门从事沼气厂设计和沼气厂组件生产的公司。生物质预处理方案、消化池、搅拌罐和提纯净化设备是沼气厂的主要组成部分,其设计和功能对沼气厂的生产效率和经济效益至关重要。

  高温厌氧消化是丹麦使用最广泛的沼气生产技术。粪便固液分离通常是一项独立的技术,不过许多粪便固液分离机都会与沼气生产装置相连,作为消化池处理前或消化池处理后的一道工序。

  丹麦生产的沼气基本都使用了大型集中连续搅拌槽反应器(CSTR),沼气厂会配备联合发酵和提纯净化设备,将生产出的可再生天然气直接输入天然气网络。

 
专门设计的用于沼渣沼液运输的卡车

  如今丹麦约20%的畜禽粪便被用于能源生产。这一数据表明,丹麦在这个领域处于全球领先,但同时也还有巨大的潜力尚未开发。该国目前使用的肥料已有三分之二为基于畜禽粪便的有机肥。

  对于有机农场主来说,他们主要感兴趣的可能不是沼气生产本身,而是有机肥料生产,后者在丹麦也是一种稀缺资源。而无论畜禽粪便是否用于能源生产,业界的目标始终是在既定的生产体系中尽可能地产出高质量的有机肥——有着合适的氮磷比,既满足相关元素的限量要求,还能带来更高的土地产出。

  沼气厂的沼渣沼液是一种优良的植物肥料,富含营养物质和有机物质,比未经处理的粪便更容易获取营养物质。在丹麦和欧洲,未经处理的粪便/泥浆和沼气厂的沼渣沼液都直接用作农作物肥料,无需进一步加工。

 
注入式施肥车。丹麦不允许大面积撒播和喷洒施肥,以减少臭气排放

  但为获得最佳的肥料效果,必须对沼渣沼液进行正确处理。其中施肥前的混合至关重要,因为在泥浆储罐中,营养物质在储存过程中会发生分离,特别是干物质、磷、有机氮和一些微量元素会在底层和浮层中分离并大量积累。

  对于沼渣沼液而言,使用防止氨蒸发的技术亦尤为重要,即将其储存在有盖的泥浆罐中,并通过注射或带状铺设系统进行撒播。出于健康和环境考虑,大面积撒播液态肥在丹麦是被禁止的。

  沼气厂的沼渣沼液比未经处理的粪便气味小,肥料价值高。尽管氨蒸发的风险较高,但沼渣沼液的气味比未经处理的泥浆要小得多,这是因为其粘度较低、更均匀、粒径更小,因此能更快渗透到土壤中。使用沼渣沼液施肥的农场,由于沼渣沼液中氨氮量的增加,通常在获得相同施肥效果的情况下,施肥剂量可以减少10%-20%。

  技术支撑

  丹麦有多所大学和研究所从事沼气生产方面的研究。其研究的主要目标是找到提高基于粪便的可持续沼气生产盈利方法,比如通过先进的预处理技术、使用添加剂和酶、优化饲料的混合以及挖掘新底物,寻找例如秸秆或其他废弃物作为畜禽粪便补充的沼气生产原料。

 
丹麦奥胡斯大学拥有世界上最大的沼气研发工厂

  丹麦最为知名的奥胡斯大学便运营着世界上最大的沼气研发工厂。通过预处理和生产高价值的沼渣沼液产物,该校正在进行一些提高产气量的试验。

  事实上,沼气的生产具有规模效应:如果从500万立方米/年增加到1200万立方米/年,那么沼气发电的生产价格可从6.1元人民币/立方米降低到4.3元/立方米左右。

  根据这项研究,丹麦预计未来几年其沼气的生产能力将提高10-16%。研发和创新将在这方面起着重要作用。

  丹麦还有大量公司和机构能够从事沼气厂设计、规划、建立和运营方面的业务,并拥有多年的实践经验。这其中包括了丹麦农业、食品与生物集群,该机构致力于推动研究和商业之间的合作,服务于丹麦本土公司、国际公司和各类知识型机构。

  点击以下链接,
免费下载由丹麦农业、食品与生物集群编撰的《沼气生产——丹麦的经验与案例》报告。

  https://ep-hk.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/Download/BIOGAS.pdf

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