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1、牧场大型沼气发电综合利用建设项目可行性研究报告山东大地乳业示范牧场奶牛粪污处理综合利用建设项目可行性研究报告 1 项目摘要1.1 项目名称蒙牛澳亚示范牧场大型沼气发电综合利用工程1.2 建设单位内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司1.3 建设地点内蒙古自治区呼和浩特市和林格尔县盛乐经济园区1.4 项目性质新建1.5 建设目标遵循废弃物减量化、资源化、无害化与生态化的原则，建设蒙牛澳亚示范牧场大型沼气发电综合利用工程，使牧场全部粪便污水得到有效处理，生产沼气、沼气发电上网，回收有机肥资源，达到污染治理、能源回收与资源再生利用的多重目的，构建牧场种养殖循环经济体系，实现农牧业可持续发展。该工程整体水
2、平达到国际先进，国内领先，并对其它牧场粪污处理起到示范带动作用。1.6 建设规模日处理全群存栏奶牛10000头的鲜牛粪280t，牛尿54t和冲洗水360t。1.7 建设内容沼气生产系统：集水池1000m3，混合调配池300m3，中温厌氧消化罐10000m3，沼液暂存池250m3，贮气柜1000m3。沼气净化与发电系统：沼气发电装机容量1MW，沼气净化系统2套。有机肥料生产加工系统：太阳能发酵系统、有机肥加工生产线各1套。 1.8产品方案年产沼气365万m3，发电621万kWh，年产固体有机肥约12800t，液态有机肥170500t。1.9项目总投资项目总投资3786万元，其中固定资产投资371
3、2.8万元,流动资金73.2万元。固定资产投资中，静态部分3639.7万元，动态部分73.1万元。1.10资金筹措项目投资资金拟从两个渠道筹措：企业自筹2536万元，中长期借款1250万元。1.11投资使用计划项目建设期一年，使用投资3786万元。1.12项目效益能源效益：年产沼气365万m3，发电621万 kWh，折合标煤3650t。经济效益：营运期 (1989年12月)中华人民共和国水污染防治法 (2000年3月)1中华人民共和国水污染防治实施细则 (2000年3月)中华人民共和国可再生能源法 (2005年2月)中华人民共和国畜牧法 （2006年7月）建设项目环境保护管理法 (1986年3
4、月)污染处理设施环境保护监督管理办法 (1989年5月)畜禽养殖污染防治管理办法 （2001年3月） （1991年3月） （1995年1月） （2001年7月） 2.2 编制原则、规范与标准2.2.1 编制原则(1) 满足环境保护的要求；(2) 采用国规范与标准(1) 畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596-2001)(2) 畜禽养殖业污染防治技术规范(HJT812001)(3) 给排水设计手册及有关研究文献(4) 室外排水设计规范GBJ 141987(1997年版)(5) 建筑结构荷载规范 GBJ 91987(6) 混凝土结构设计规范GBJ IO1989(7) 建筑地基基础设计规范GBJ
5、71989(8) 建筑结构设计统一标准GB 681984(9) 工业与民用建筑供配电系统设计规范GB 500521992(10) 工业企业厂界噪声标准GB 123481990(11) 10kV以下变电所设计规范GB 500531992(12) 工业企业设计卫生标准TJ 361979(13) 建筑设计防火规范GBJ I61987(14) 建筑抗震设计规范GBJ 111989(15) 有机肥料标准NY 5252002(16) 国家现行的其它有关设计标准及规范2.3项目建设的必要性和可行性2.3.1项目建设的必要性(1) 蒙牛澳亚示范牧场解决自身环境问题的需要目前，蒙牛澳亚示范牧场每天产生大量粪便，
6、这些粪便不经任何处理露天堆放，天长日久会自然发酵释放出大量有害气体，污染空气；成为细菌繁殖和传播疾病的传染源，并对周边环境造成污染。同时 2每天该牧场还排放出大量的牛尿及牛舍的冲洗废水，这些污水也未经有效处理而排放到蓄水池国家能源结构调整的需要人类正面临着发展与环境的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗越多。尤其是化石能源消费的大量增加，人类将面临两个突出问题：一是带来的环境污染日益严重，二是地球上现存的化石能源即将枯竭。对此，世界上许多国家尤其是发达国家早已意识到发展清洁的可再生能源的重要性。如：美国的能源农场、德国的可再生能源促进法的颁布、日本的阳光工程、荷兰的绿
7、色能源等。生物质能发电上网在德国、丹麦、奥地利、芬兰、法国、瑞典等国家的能源总量的比例为10%左右。德国在鼓励沼气发电上网的一系列优惠政策法规(1990年电力并网法、2000年可再生能源优先法)出台后，德国沼气工程呈现快速发展趋势，沼气发电工程的数量已由1992 年的139家发展到2004年底的2500多家，发电装机总量也由1999年的50MW 猛增到2004 年的300MW。随着我国经济水平的不断提高，能源的消费日益加大，国家开始高度重视可再生能源的发展，并于2005年2月28日正式通过了中华人民共和国可再生能源法，并制定实施了可再生能源法的配套政策，对备受关注的可再生能源发电价格与费用分摊
8、、可再生能源发电管理等问题，做出了明确规定。毫无疑问，这些法规和政策的实施需要一部分企业参与到可再生能源开发这项活动中来，同时也给牧场建设沼气工程带来了巨大的机遇。(3) 公共卫生安全的需要畜禽粪便污水不仅污染水体和大气，而且也是人畜共患病的主要载体。畜禽粪便中不仅含有大量病原微生物、寄生虫卵，并且孽生蚊蝇, 造成人、畜传染病的蔓延。近年来由于人畜共患病，如疯牛病、禽流感、SARS的猖獗传播，促使人们充分意识到畜禽粪便污水治理的重要性和必要性。而厌氧消化(沼气)技术则是防治人畜共患病的重要手段和措施，如：四川发生猪链球菌传染病时，凡是建设沼气池的猪场，都没有发生猪链球菌传染病；凡是有猪链球菌传
9、染病的猪场，其粪污均未经过沼气发酵处理。蒙牛集团的主产品正是和人民群众身体健康息息相关的乳制品，食品安全问题尤其重要。只有清洁、卫生的环境才能生产出安全、卫生、优质的牛奶。为了消除人畜共患病的危害，有必要采用厌氧消化技术对其进行无害化处理。(4) 奶牛养殖规模化发展的需要规模化奶牛养殖可促进我国现阶段农业生产结构调整，增加农民收入，是奶牛养殖生产力进一步发展的客观要求，有利于加速奶牛养殖生产的专业化、商品化、现代化进程，是我国现代农业在市场竞争形势下的必然趋势。传统的奶牛养殖以分散饲养为主，由于规模小，无法容纳更多、更新的现代化奶牛养殖技术和实行现代化管理。而规模化奶牛养殖场则采用先进的养殖和
10、管理技术，能大大提高奶牛养殖生产效率和饲料转换率，保证牛奶质量，降低生产成本，从而增加经济效益。但是，集约化的饲养方式也造成了牛粪、尿过度集中和冲洗水的大量增加，如果不对其进行妥善处理，就会给环境带来严重污染。目前，我国畜禽养殖粪便污水已经成为部分地区污染的主要来源，引起了各级政府的高度重视。随着畜禽养殖污染防治管理办法、畜禽养殖业污染物排放标准以及中华人民共和国畜牧法的颁布，国家对规模化畜禽养殖污染防治提出严格要求。因此，规模化畜禽养殖污染的治理已经刻不容缓。(5) 是保护内蒙古草原生态环境的需要随着人类经济活动强度的增加和范围的扩大，草场退化和沙化情况日益严重，有资料表明以草原过度农垦为主
11、造成的沙漠化土地面积为 44700km2，占沙漠化土地总面积的 25.4%；以草原过度放牧为主 3的 49900km2，占总面积的 28.3%；农牧交错地区，占北方沙漠化土地总面积的 40.5%，特别是草原农垦区，如内蒙古后山的草原农垦区，沙漠化土地面积从 50 年代末期占农田面积的 3% 增加到 70 年代中期的 13%，80 年代后期的 25%；半干旱地带波状沙质草原区，占 36.5%，如科尔沁草原沙漠化土地的发展，从 50 年代末期占草原面积的 20%，增加到 70 年代中期的53%，80 年代后期的 77.6%；如此严重的草原沙化问题，不仅严重的威胁到了草原当地人民的日常生活和身体健康
12、，同时也影响了华北地区乃至全国的生态环境，近年来在北方各城市发生的沙尘暴现象已经给人们敲响了警钟，随着2008年北京“绿色奥运”的临近，保护内蒙古草原及农业区域的生态环境、促进草原资源可持续利用已经得到了党和政府的高度重视。为了保护草原生态，有必要通过“草牛粪污沼（有机肥）草”的循环生态经济模式将植物营养物质和水分回用于牧草和青贮饲料的种植。同时，呼和浩特是一个严重缺水的地区，将牧场产生的污水处理后循环利用也是十分必要的。2.3.2项目建设的可行性(1) 技术有保障蒙牛澳亚示范牧场大型沼气发电综合利用工程利用奶牛鲜粪、牛尿和冲洗水作为发酵原料，经中温厌氧消化生产沼气，沼气用于发电上网，产生的沼
13、渣用于生产有机复合肥，沼液作为液态有机肥灌溉牧草种植地。本建设项目的厌氧消化采用完全混合式消化器工艺(CSTR)，以发电余热加温实现中温发酵。这些技术在国外已经很成熟，德国采用该技术已经建成2500多座农场粪污处理沼气发电工程。国内采用牛粪作为发酵原料生产沼气已有大量试验研究，并在一定数量的工程上应用。早在1982年，农业部沼气科学研究所就设计建造了成都凤凰山畜牧园艺场奶牛粪中温发酵沼气工程，厌氧发酵装置容积4300m3, 生产的沼气用于发电，发电余热用于厌氧发酵池加温。1993年，上海星火农场建造了处理2900头奶牛粪便近中温发酵沼气工程，厌氧发酵装置容积6450m3，产生的沼气用于职工炊事
14、用气。其后，国内建设了奶牛粪便处理沼气工程约100多座，这些工程建设为牛粪处理沼气工程的设计、建造、管理积累了丰富的经验。本项目的建设地点位于内蒙古呼和浩特市和林格尔县，属于高寒地区，给沼气工程建设带来较大难度。但是农业部沼气科学研究所在高寒地区沼气工程的冬季保温技术上积累了丰富的经验，由该所设计的沈阳马三家机械化养猪场的猪粪水处理沼气工程(厌氧装置1000m32)在极限温度零下30的状况下仍能正常运行，并已成功运行了十多年，被誉为中国沼气领域高寒地区偏低温沼气发酵示范工程。我国沼气发电技术的研发已有二十多年的历史，特别是在近十年期间有一批科研单位、院校和企业先后从事了沼气发电技术的研究及沼气
15、发电设备的开发，现已研制出24600 kw纯燃沼气发电机组系列产品，如：江苏太仓酒精厂使用的国产600kw的纯燃沼气发电机组；四川绵竹酒精厂5台国产200kw的纯燃沼气发电机组和天津挂月酒精厂8台国产180kw的纯燃沼气发电机组已成功运行多年。特别是“十五”期间，经过农业部沼气科学研究所与有关单位的联合攻关，我国沼气发电单台机组功率已经达到600kw，主要性能指标已接近国际水平，完全能满足国内沼气工程沼气发电的需求。在沼气发酵装置建造方面，我国先后建有钢筋混凝土厌氧消化池，钢结构以及搪瓷拼装结构厌氧消化罐。特别是，Lipp制罐技术的引进，使我国沼气工程的建造质量、施工周期以及美观程度都有大幅度
16、提高。目前国内已建有Lipp结构的沼气工程二十多座，施工建造技术都很成熟。本工程的设计与建造是建立在：借鉴国内外沼气发电工程的研究、设计、建造和运行管理经验，引进德国农场沼气工程的关键技术及设备，从而使该工程的设计、建造和运行管理的质量得到可靠保证。(2) 政策扶持为保护生态环境，国家先后出台了畜禽养殖污染防治管理办法、畜禽养殖业污染物排放标准、清洁生产法和中华人民共和国畜牧法这些法律法规的颁布，对畜牧养殖生产企业制订了严格的操作规范并强制实施。 在“十一五”的发展规划中，明确提出要将有利于改善生态环境、利用可再生能源的工程作为重点发展项目，在政策上将给与大力扶持。可再生能源法的实施，给我国沼
17、气发电产业带来了千载 4难逢的大好机遇。本工程将以往对环境破坏严重的牲畜粪便污水，变成市场急需的电力资源和肥料资源，实现了生态良性循环，属于可再生能源建设和循环经济领域，是国家政策鼓励和扶持的项目，将会得到国家有关部门的政策和资金支持。(3) 环境友好本建设项目无论在投资建设还是在运行期间均不会向环境排放有毒有害物质。在整个工艺流程中，粪水采用管沟收集方式以免进入环境，废水经预处理后进入密闭的厌氧发酵装置中，产生的沼气通入贮气柜用于燃烧发电，厌氧发酵产生的沼渣用作有机肥料。沼液作为液态肥料用于灌溉牧场内7000多亩牧草种植地和草场。通过本项目的建设，牧场内可达到真正意义上的“零排放”。(4)
18、经济可行无论从清偿能力、财务赢利能力等方面，还是从敏感性、盈亏平衡等不确定性方面所进行的静态、动态分析，以及沼气工程在经济、能源、卫生、环保等方面呈现出的巨大综合效益，都表明了本项目的财务可行性。详见“17 13财务评价结论”。2.4 项目所在地基本情况2.4.1地理位置蒙牛澳亚示范牧场位于内蒙古呼和浩特市境内和林格尔县，地理坐标为东经1112611218，北纬39584041。东与乌兰察布盟凉城县、山西省左云县毗邻，南邻清水河县和山西省平鲁县，西连托克托县，北邻呼和浩特郊区、土默特左旗，面积3401km2。2.4.2社会经济概况和林格尔县辖2镇13乡，1个经济园。全县总人口约18.71万人，
19、由蒙、汉、满等十三个民族组成。县人民政府设在城关镇，城关镇居民3万人，现有工业企业二十多家。盛乐经济园区有内蒙古师范大学分校等学校，有蒙牛集团总部等十多家大中型企业。和林格尔县以农业及工业为主，兼有牧业，农作物播种面积63400ha，粮食产量为146785t，油料产量为7756t，农业总产值4.5488108元。主要农作物有小麦、莜麦、谷子、马铃薯等，经济作物有胡麻、葵花等。大畜4.92万头，小畜22.81万头只。草场过载，过度放牧，造成草场退化、沙化、土壤侵蚀加重。2.4.3土地资源全县土地总面积为3401km2，其中耕地面积661.32km2，占总面积的19.4%；林业用地379.55km
20、2，占总面积的11.1%；草地面积1387.13km2，占总面积的40.8%；水域面积82.1km2，占总面积的2.4%；其它用地142.35km2，占总面积的4.2%；未利用土地面积748.55km2，占总面积的22.1%。2.4.4 气象气候和林格尔县属中温带大陆性气候，由于受地理位置与大气环流的影响，其气候特点为：光资源丰富，太阳辐射强烈，热量资源充足，降水少，雨量集中，蒸发量大，气候干燥。年平均气温6.4，极端最高气温达到37.9，极端最低气温-34.5，年平均降水量404.1mm，年最大降水量701.6mm，年蒸发量1850mm，无霜期126天，年平均降雪量7.2mm，年最大降雪量8
21、4.1mm，最大冻土深度1.92m。全年主导风向为西北风，年平均风速2.2m/s，瞬时最大风速可达30m/s。2.4.5地形地貌和林格尔县地居土默特平原东南缘，是土默特平原西东南部和晋西北、北三黄土丘陵与蛮汉山脉过渡带，为第四系冲积及风积物。自然条件比较复杂，地貌类型多样，地势自东南向西北倾斜。东南山丘密布，沟壑纵横，西北平原广阔，一望无垠，有山丘一山一川自然地貌景观。最高海拔2031m，平均 5海拔1100m。地表以风积粉沙土为主，土质松散。2.4.6工程与水文地质和林格尔县境内河流都属黑河、浑河水系。较大的河流共有11条。除浑河、茶坊河、宝贝河常年有基流外，其余均为季节性河流。年平均产水量
22、1.6389108m3，外县流入水量1.04108m3。水资源总量5.28108m3，地下水为承压水，平均埋深为20m，含水层为第三系沙砾岩层，主要补给来自潜流、大气降水。可开采量3.45108m3。城关镇属山丘区水系，地下水综合补给量为3603.38104m3/a，测向径流量为6406.72104m3/a，钻井深度为110m时，单井出水量为90100m3/h。盛乐经济园区属山丘区水系，钻井深度为200m时，单井出水量为90110m3/h。2.5 建设单位情况蒙牛澳亚示范牧场位于内蒙古呼和浩特市和林格尔县盛乐经济园区，占地面积8148亩。牧场建成于2004年，该场将引进澳大利亚荷斯坦黑白花成乳
23、牛10000头，达产后年产鲜奶5.36104t，年出售母牛及母犊3200头，公犊3900头，是目前我国最具规模效益的示范牧场。牧场分三个示范区：挤奶示范区，展示“机器人式”、“并列式”、“转盘式”、“鱼骨式”等现代化挤奶平台，全部为国际先进设备，其中“转盘式”平台一次可挤60头奶牛，为全国之最；养牛示范区，用约1100亩土地，展示良种牛、牛舍、产房、粪便处理等一个集先进养殖管理模式与生态环保处理相结合的养牛系统；种草示范区用7000多亩土地分别展示欧、美、澳、亚洲12个国家蛋白质含量极高的牧草。2.6项目技术依托单位情况本项目技术依托单位农业部沼气科学研究所是我国唯一的国际性沼气技术研究和培训
24、中心，技术力量雄厚，现有在职科研人员82人，高级技术职务人员32人，中级技术职务人员28人，有14名科技人员享受政府特殊津贴。所内设有厌氧微生物研究室、工程部、工艺研究设计室、农村能源研究室、国际合作与培训处、农业部厌氧微生物重点开放实验室、农业部沼气产品及设备质量监督检验测试中心，中国沼气杂志编辑部等业务部门。研究所成立以来，已通过国家、部、省级鉴定的成果85项，其中30余项获国家级和部、省级科技进步奖。完成大、中型沼气及环保工程设计和工程总承包50余项。截止2005年10月共承办国际沼气技术培训班34期，为80多个国家培训沼气技术人才500多名，同时举办国内沼气技术培训班40余期，培训技术
25、及管理人才2300多名，先后派出专家赴10多个国家开展技术援助，并与10余个国家的沼气研究机构及著名厌氧消化专家开展了广泛的技术交流。在国家“七五”“八五”“九五”“十五”科技攻关项目中，农业部沼气科学研究所均主持承担了大量的畜禽废弃物处理利用项目；如“猪场粪水厌氧消化工艺和装置的优化研究”（子专题）；“猪场粪水沼气发酵系统研究工程”（子专题）；“规模化养殖场环境控制与废弃物处理技术研究”（子专题）；“大中型沼气工程设计规范”、“大型高效厌氧沼气发电技术及示范电站”（专题），“沼气发酵启动剂的研究等”等；对畜禽养殖业的粪污厌氧和好氧处理进行了比较深入的研究，解决了畜禽养殖场废水处理的一些难题，
26、拥有“沼气生物脱硫”；“厌氧消化出水好氧后处理新工艺，”“树脂基复合材料沼气池”，“树脂基复合材料沼气储气罩”等多项发明和实用新型发明专利。本所参与合作研究的“四川瘦肉型猪规模化养殖及产业化技术研究与示范”项目获四川省科技进步一等奖。农业部沼气科学研究所在对畜禽养殖废水进行研究的同时，还设计建造了二十多座畜禽养殖粪污处理沼气工程，典型工程有：四川成都凤凰山奶牛场粪污处理工程四川内江农科所奶牛场沼气工程山东威海茂林生态农业科技园奶牛场沼气工程南充永逸奶牛集约化养殖场污染防治示范工程甘肃酒泉市肃州区职业中学奶牛场沼气工程广东省农科院养猪废水处理工程6辽宁省马三家机械化养猪场废水处理工程深圳坪山种猪
27、场粪污处理工程深圳莲尾塘养猪场粪污处理工程深圳绿美特园艺场猪场粪污处理工程深圳粤宝猪场粪污处理沼气工程新疆维吾尔自治区米泉县养猪场废水处理工程山东省莱州猪场废水处理工程厦门大旺猪场废水处理工程四川省井研食品有限公司种猪场废水处理工程重庆合川五洋猪场废水处理工程四川成都光达养殖场废水处理工程突尼斯养鸡场粪污处理及沼气发电工程本项目另一技术依托单位为北京愿景宏机械设备有限公司，是北京市高新技术企业，以中国农业机械化科学研究院等为依托。专门从事农牧业现代化工程设计、建设，及农牧业机械的生产、安装与销售。在畜牧场建造、三废处理有机肥生产、畜禽屠宰加工、以及农业节水灌溉等工程项目及其设备均有较深的研发和
28、实际经验。公司现在设有市场部、技术开发部、工程部、售后服务部、综合服务部等部门，拥有一批高水平的工程技术人员和售后服务队伍。公司现有员工56人，高级技术职务人员5人，中级技术职务人员8人。公司设计建造了十多个工程，典型工程有：1、福成公司肉牛屠宰加工厂及污水处理2、北京三元绿荷金银岛牧场3、济南佳宝乳业第一牧场4、山东莱阳宝宁奶牛场综合项目5、山东诸城外贸集团4万t有机肥场6、安徽滁州全椒万头猪场7、蒙牛奥亚示范牧场牛舍环境通风项目8、蒙牛奥亚示范牧场种草灌溉工程9、山西古城乳业集团奶牛场10、北京北七家小污泥河污水处理厂3市场供求分析及预测3.1 电力市场供求分析按照中国电器工业协会发电设备
29、经营计划专家组预测，“十一五”期间我国电力需求预测为：到2010年总装机容量6.9亿8亿kw，其中水电装机1.65亿1.7亿kw、煤电装机4.68亿5.7亿kw、气电装机3500万kw、核电装机1200万kw、新能源发电装机1000万kw。目前我国发电总装机约5亿KW，所以，“十一五”期间将新增装机2.05亿2.83亿kw，其装机增长速度为6.7%9%，“十一五”期间的发电量为3.05万亿3.57万亿kw时，增速为4.4%8%，届时人均用电量约为23002600kw时，才基本达到2001年世界人均发电量2548kw时水平。根据党的十六大确定的全面小康社会的经济发展目标，到2020年实现国内生产
30、总值比2000年翻两番，亦即未来15年GDP年均增长速度达到7.2%左右。为满足我国全面建设小康社会的需要，未来15年我国电力需求增长需要持续保持较快的发展速度。任务非常艰巨，这对电力企业及相关行业具有很大的挑战，同时给可再生能源发电的发展带来巨大机遇。根据国家发改委初步完成的可再生能源中长期发展规划，到2020年，力争使可再生能源发电装机占总装机容量的比例达到30%以上，2030年后比例超过40%。到2020年，我国水电的装机容量将从目前的1.08亿kw增加到2.9亿kw，太阳能热水器利用量由6500万m2增加到3亿m2、沼气年利用量从50亿 7m3增加到240亿m3。当前，我国可再生能源利
31、用量仅占全国一次能源总消费量的3，市场空间非常巨大。该项目产生的沼气日发电约17000kWh。在目前可再生能源法实施及配套政策出台的情况下，发出的电完全可以通过上网进行出售。3.2 有机肥市场供求分析有机肥（包括液态有机肥、固态有机肥及有机复合肥等）具有无污染、无公害，适于生产无公害绿色农产品的新型肥料。使用有机肥生产的无公害绿色食品和优质农产品，质量好，档次高，销售价格高，市场需求量大。随着人们生活水平的提高和对饮食健康的重视，近几年有机食品的国内市场有了较大发展，在未来的几年内将有更大的发展。尤其是采用有机肥种植的农产品，可以消除农产品出口所受到的绿色非贸易壁垒的限制，更好地开拓国际市场。
32、随着农业产业化实施和我国WTO的进入，无公害集约化养殖，循环经济、绿色农业、观光农业得以迅猛发展。利用生态循环方法，大量生产推广使用有机肥，是我国实施绿色、生态农业的重要举措，亦是市场发展的需要。有机肥的大量推广使用，可以有效减少化肥用量和农作物中微量元素残留，降低由于过量施用化肥造成对生态环境的影响，对生产绿色食品有积极的促进作用。有机肥的大量推广使用，是解决养殖场粪污、生活垃圾和农副产品加工废弃物对环境的污染的有效途径。有机肥的推广使用，既有利于提高农产品品质，农业产业化的发展，又符合环境保护要求，符合国家农业产业化政策和科技政策的调整和发展方向，是实现农业可持续发展的保障。其经济效益和社
33、会效益是无法估量的。有机肥料的市场具有广阔的发展空间和前景。工业化制成的有机复合肥，其养分全面，有机质含量高，肥效持久，沃土利民等优点。在贮存，运输，使用方面已大有改善。目前有机复合肥产品使用的主要对象为粮食、蔬菜、果园等绿色食品基地，以及城镇绿化和花卉培养等。随着市场经济的发展，有机绿色农产品将实行优质优价，这样对有机复合肥的需求将会越来越大。经生产实践，目前广大种植者对高效有机复合肥对农作物及土壤带来的好处得到了广大农民的认可，市场前景广阔，据有关部门预测，目前国内市场对高效有机复合肥的需求很大，约为1.8亿t。现在，市场上商品化的有机复合肥产品还很少，远远不能满足需要。以后，市场对有机复
34、合肥的需求还会逐年增加，最终将完全取代无机肥。蒙牛澳亚示范牧场附近建有大量牧草、青贮饲料生产基地，以后还将种植无公害绿色粮食、蔬菜等、对有机肥的需求量大。4项目地点选择及建设条件分析4.1项目选址大型沼气发电综合利用工程属于蒙牛澳亚示范牧场配套工程，项目的选址已在主体工程规划设计时基本确定。蒙牛澳亚示范牧场地处内蒙古呼和浩特市和林格尔县盛乐园经济区。和林格尔县位于内蒙古自治区中部，属呼和浩特市管辖。东界凉城县和山西省右玉县，南接清水河县和山西省平鲁县，西毗托克托县，北邻土默特左旗和赛汗区。县城距自治区首府呼和浩特市区仅47公里，距呼和浩特市飞机场仅60公里，境内道路纵横交错，209国道纵贯南北
35、，丰准铁路横穿东西。国道、省道、县道全部黑色化，实现了乡乡通油路。蒙牛澳亚示范牧场界于和林格尔县盛乐园经济区与公喇嘛公路之间，北侧距公喇嘛公路约1km，西侧距209国道约8km，距呼和浩特市区仅45公里，交通十分便利。县内邮电通讯发达，固定电话用户达到1.6万户，移动电话用户达2.2万户，通讯方便。项目位置见附图1、附图2。蒙牛澳亚示范牧场有充足的土地，并为建设大型沼气发电综合利用工程规划了42000m2用地。该牧场东南高，西北低。拟建大型沼气发电综合利用工程位于蒙牛澳亚示范牧场西北角，地势较低，污水能通过自流进入处理场区。周围5km内无居民居住，不会对周围居民造成安全和环境影响。4.2 建设
36、条件4.2.1 原料牛粪、尿是厌氧发酵生产沼气的良好原料，蒙牛澳亚示范牧场每天可以产生牛粪280t，牛尿54t。参 8照国 三种产品年产量6 工艺技术方案与设备选型 6.1工艺选择与设计原则(1)无害化粪便污水经过封闭式的厌氧消化及其后续处理后，达到去除大部分有机污染物和绝大部分病原菌及寄生虫卵的目的，消除蚊蝇孳生环境。(2)资源化将治理污染与能源开发、资源的回收利用有机地结合，在治理污染的同时，获得高价值的绿色电能和有机肥资源，使粪便污水治理工程产出大于投入，提高粪污处理工程的综合效益。(3) 生态化厌氧消化出液(沼渣、沼液)全部还田利用，将畜禽废弃物中的氮磷等营养物质回用于牧草种植土地，形
37、成“牛粪污沼草牛”的闭路生态循环，实现生态与经济的良性循环。 6.2工艺技术方案的选择大量调查和工程实践表明，国 畜禽养殖粪污处理模式比较 9由于厌氧好氧处理模式投资大，运行费用高，也不符合发展循环经济的方针政策，因此，不作为选择方案。项目所在地内蒙古自治区属于高寒地区，厌氧自然处理模式在冬天受到很大限制，并且也不符合发展循环经济的方针政策，因此也不作为主选方案。由于澳亚示范牧场自身拥有7000亩草场，周围还有很多土地，完全能消纳粪污厌氧消化后的沼液即液态有机肥。因此，选择厌氧还田模式作为本项目的主要工艺方案，另外，对于部分低浓度厌氧消化液，在夏天采用稳定塘(沉淀净化池)对其进行进一步净化与消
38、毒处理，出水回用冲洗牛舍。 6.3选择方案工艺流程选择方案(厌氧-还田模式)工艺流程框图见图6.3-1，干物质(TS)平衡图见图6.3-2，水量平衡图见图6.3-3、图6.3-4。工艺流程图见附图4 。 图6.3-2物料(TS)平衡图 116.4 工艺流程说明6.4.1 清洁生产牧场设计的清粪工艺是水冲清粪，以前春、夏、秋每次冲洗水量约为1260t/d，每天循环冲洗3-4次。如果将这些冲洗水与粪尿混合后进行厌氧消化生产沼气，由于料液量大，仅仅依靠发电余热加温不足以保证中温发酵，特别是不能保证冬季正常运行。如果粪尿与一部分冲洗水进行中温消化，另一部分冲洗水采用常温发酵进行处理，必须建立两套处理利
39、用系统，投资将会大大增加。为了保证粪污处理系统正常运行和减少投资，牧场必须实行节水型的清洁生产工艺，即：挤奶厅每天使用约360t的挤奶机冷却水冲洗地面。挤奶厅的冲洗水收集沉淀后，将上层清水输送到各泌乳牛舍贮水罐用于冲洗泌乳牛舍及其他牛舍。牛舍水冲系统(泌乳牛舍及其他牛舍)：春夏秋三季，采用干清粪加水冲工艺，早上干清粪后，用冲洗水冲洗牛舍1次；晚上干清粪后，再用冲洗水冲洗牛舍1次；其他时间，只干清粪不用水冲。冬季采用干清粪工艺。冲洗后的水经收集、简单处理（沉淀等措施）后循环使用；COD及BOD等物质浓度高的污水进入厌氧消化系统生产沼气。6.4.2 粪尿收集牧场的粪尿来源可分为两部分：鲜牛粪一部分
40、在牛舍，大约占总粪量的85%，另一部分在运动场，约占粪量的15%；牛尿一部分在牛舍，大约占总尿量的40%左右；另一部分在运动场，约占尿量的60%左右，但无法收集，一般被蒸发掉。运动场的牛粪不是每天清除，而是几个月或半年清理一次，大部分易降解有机物已经被分解，并且含有大量泥沙，若进入厌氧消化装置不仅对沼气的产量贡献很少，而且对前处理、料液输送以及厌氧消化装置都有很大影响。因此，运动场的牛粪清理出来以后直接运往有机肥生产车间与沼渣一起进行有机肥。在牛舍的粪尿主要通过机械干清粪运往混合调配池。春、夏、秋季残余的粪尿通过水冲洗清除。(见图6.3-1)。6.4.3 冲洗水沉淀、循环与收集在春夏秋季，挤奶
41、厅冲洗水进入集水池后，泵往牛舍水塔，用于冲洗泌乳牛舍等牛舍，牛舍冲洗水排入集水池，经沉淀后，上清液再抽往牛舍水塔，循环冲洗牛舍。集水池底部浓污水泵入混合调配单元。在冬季，挤奶厅冲洗水进入集水池后，一部分混合调配单元用于稀释牛粪，另一部分进入沉淀净化池净化处理后回用冲洗牛舍，或者用于稀释沼液。6.4.4 厌氧消化系统针对牧场污水有机物浓度高，残渣固体多容易结壳的特点，厌氧消化工艺采用完全混合式厌氧消化工艺(CSTR) 。内设搅拌器以提高传质效率和破除浮渣。本工程利用发电余热对料液进行加温实现中温厌氧消化，并保证冬季正常产气。6.4.5 沼液处理与利用中温厌氧消化罐的消化液进入沼液暂存池后，泵入泥
42、水分离机进行泥水分离，分离出的沼渣运往有机肥生产车间与运动场清除的牛粪一起进行有机肥发酵。沼液进入沼液储存池储存，以备灌溉草场施用。6.4.6沼气净化与贮存系统刚产出的沼气是含饱和水蒸气的混合气体，除含有气体燃料CH4和惰性气体CO2外，还含有H2S(约15002000mg/m3)和其它及少量的气体。H2S不仅有毒，而且有很强的腐蚀性。过量的H2S和杂质会危及发动机的寿命，所以新生成的沼气不宜直接用作发动机燃料。电站的沼气系统除常规的贮气和稳压装置外， 12还需进行气水分离、脱硫等净化处理。牛粪原料产生的沼气中的硫化氢含量约2000mg/m3,经过生物脱硫塔和氧化铁脱硫塔两级脱硫后沼气中的硫化
43、氢含量约400mg/m3。在稳定工况下，中温厌氧消化罐每天产生约10000m3沼气，厌氧消化装置产生的沼气经过气水分离器、两级脱硫塔净化处理后，进入1000 m3干式贮气柜，贮气柜的沼气经沼气输送泵输送到发电机房供发电。6.4.7沼气发电沼气用于发电是生物质能转换为更高品位能源的一种表现方式，其资金回报率较高，属于国家积极提倡和扶持的项目。沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，其中甲烷含量一般为50%65%，二氧化碳含量一般为45%30%。此外，还有少量的氮气、硫化氢、一氧化碳等其它气体，沼气作为发电燃料是可行的。但由于沼气的热值较低（17.9325.11MJ/Nm3（沼气），燃烧速度很慢，着火温度
44、要求高，再加上沼气中大量的CO2又有阻燃作用，因此通用的内燃气体发电机组是不适用的，必须使用沼气专用发电机组。本工程发电系统是按照日产沼气10000m3，每m3沼气发电1.7kWh（沼气气质：饱和水蒸气的体积比1%，H2S含量400mg/ m3，热值21.0MJ/Nm3）设计，预计日发电量17000kWh，发电余热用于中温厌氧消化加热升温。6.4.8 发电余热利用为维持料液中温厌氧消化所需的温度，需要对料液进行加热，加热料液的热量需要由外部热源提供，本项目利用粪尿污水厌氧消化产生的沼气进行发电，沼气发电系统运行中产生的大量余热，作为加热料液的热源，这将节约大量的热能。因此利用发电余热进行料液和
45、厌氧消化罐升温是本项目的关键之一。 图6.4.8-1 冬季能量平衡图 图6.4.8-2 春、夏、秋季能量平衡图 沼气的热值按21MJ/m3计算，如果采用国产沼气发电机组，其中30%（6.3 MJ/m3）转化为电能；34%转化为废气（7.14 MJ/m3）, 17%转换到循环冷却水（3.57 MJ/m3）：高温水（75）13%，低温水（40）4%；19%的热以发动机的热辐射和润滑油冷却消耗。34%废气利用率达到80%，即总热量的27%；17%冷却水利用率达到50%，即总热量的8.5%，二者合计35.5%，按35%进行设计。本工程冬季能量平衡图见图6.4.8-1，春、夏、秋季能量平衡图见图6.4.
46、8-2，发电机组总能量回收效率为65%（表6.4.8-1）。从表6.4.8-2 6.4.8-3可知，冬季能将503.5t/d料液增温28.7，如果冬季废水温度达到4，则可保证32的近中温厌氧消化。春夏秋季能将622t/d料液增温25.7，如果春夏秋废水温度达到9-10，则可保证35的中温厌氧消化。表6.4.8-1 沼气能量利用表表6.4.8-2 冬季热量平衡表 (503.5t/d料液增温28.7) 表6.4.8-3 春夏秋季热量平衡表(622t/d料液增温25.7) 热交换流程见图6.4.8-3集料池中料液经加压分别通过中温水换热器、高温水换热器和烟气换热器。发电机的中温水、高温水和烟气在热交换器中将热量传送给料液，中温水和高温水经冷却后循环使用，烟气换热冷却后排放。 图6.4.8-3 热交换流程图6.4.9 有机肥生产系统整个工程平均每天产生沼渣约62t，运动场清除的干粪约42t，共计大约104t，干物质16t左右。牛舍运动场的粪便搜集后与、固液分离的粪渣以及沼渣一起经太阳能好氧有机肥发酵生产有机肥。有机肥采用深槽（粪层深度一般为0.8m）连续式发酵干燥工艺,即每天把粪便、粪渣与沼渣送到粪槽的一端, 经过发酵的干燥物料则从发酵槽的另一端运出.该工艺可将发酵槽划分为三个区域:即生料堆放区、发酵区、干燥区。粪便、粪渣与沼渣送入生料堆放区后，首先调整含水率，再由发酵搅拌机向一
