奶牛-沼氣-果（菜、魚）生態循環農業模式研究

杜英杰

【摘 ?要】通過對鼎豐農業奶牛-沼氣-果（菜、魚）生態循環模式的背景、沼氣工程工藝原理的選擇及模式效果的論述，闡明了種植業和養殖業生產過程中的物資循環與能源循環，形成氣-熱-肥廢棄物資源的可持續循環利用，并達到廢棄物的零排放。該模式對養殖行業起到了一定的示范帶動作用。

奶牛--沼氣--果（菜、魚）生態循環農業模式是利用種植業生產過程中產生的廢棄物秸稈做為奶牛的飼料，沼氣工程則是利用養殖場生產過程中產生的糞污經沼氣工程厭氧發酵產生可再生能源沼氣、沼液和沼渣。沼氣用于燃氣鍋爐燃料或發電用于養殖場生產和生活;沼渣、沼液返回農田的資源循環利用的農業生產方式。通過合理配置資源，形成以沼氣為能源，以沼渣、沼液為肥源的種植業（糧、飼）—養殖業（奶牛、蛋鴨）—種植業（果、菜、魚）相結合的有機廢棄物合理利用的新型農業發展模式。是即保護了生態環境，綜合效益又明顯提高的新型生態循環農業生產方式。

一、奶牛--沼氣--果（菜、魚）模式背景

1、許昌市畜牧業發展現狀

河南是我國農業大省之一。也是我國的畜禽養殖大省。隨著我省畜禽養殖從個體分散養殖轉向規?；B殖的發展，生產規模擴大，畜禽糞便排放量也急劇增加;畜禽糞污污染而造成的面源污染波及面廣且危害極大，已成為亟待解決的社會問題。為貫徹國家?環境保護法?、?畜禽養殖業污染物排放標椎?嚴格把控和解決由畜禽養殖產生的廢水、廢渣、和惡臭對生態環境造成的影響，促進養殖業技術的不斷進步，為維護我省生態平衡和建設美麗鄉村，河南省環境保護廳與省畜牧局聯合出臺了河南省?畜禽養殖業污染物排放地方標椎?對養殖場排泄物的處理提出了比國家標準更高、更嚴的要求。

目前我省規?；B殖企業的畜禽糞便排放量每年多達2億噸，已達到了畜禽糞便的土地總體負荷量，造成了較為嚴重的對生態環境的壓力，養殖業現已發展成為我省新的面源污染大戶。大量畜禽糞便不經處理的排放，不僅會影響到我省農村經濟的發展，而且還會影響到我省農副產品在市場上競爭力的提升。因此，各級政府都十分重視對畜禽養殖業面源污染的防治工作，圍繞著人與自然和協發展的原則和把我省建設成生態大省的要求，特制定了?河南省農村沼氣建設發展規劃?和?河南省畜禽養殖業面源污染防治規劃?。最近幾年來國家對河南省畜禽養殖業的大中型沼氣工程的扶持力度逐步加大，僅許昌市國家就投資和企業自籌建設大中型沼氣工程16座，使得部分規?；B殖企業的糞便污水污染問題得到了一定程度的治理和解決。

近年來，隨著人們生活水平不斷提高，對肉、蛋等的需求量逐年增加。相對應的畜牧養殖業也得到了快速發展，截止目前為止，許昌市規?；B殖場已達704家，其中，禹州市131家，長葛市91家，鄢陵縣104家，襄城縣249家，建安區117家，開轄61家。隨著養殖企業的增加，規模的不斷擴大，由養殖而產生的糞污的污染問題也越來越多。2019年許昌市堅持保供給與保環境并重，大力發展生態循環畜牧業，強化畜禽糞污綜合治理，全面推進以沼氣工程為紐帶的畜禽養殖企業廢棄物資源化的利用，努力構建種養結合，農牧循環、生態綠色、可持續發展的農牧業新格局。因此，沼氣工程在生態循環農業發展模式中起著重要的技術支撐作用。

2、襄城縣鼎豐農業發展有限公司概況

襄城縣鼎豐農業發展有限公司成立于年2013年9月，注冊資金5000萬元，是集種植、養殖為一體的現代化農業企業。公司經營有果樹、農作物種植、農產品銷售及加工、肉牛飼養繁殖、蛋鴨等。公司整體規劃為三場、四區、一觀園，總投資1.2億元。三場分別為：肉牛養殖示范場、散養土雞、蛋鴨場、開心農場。四區為：日光溫室有機蔬菜種植區、小麥、玉米種植區、果樹種植區、農副產品生產加工區、一觀園為生態旅游觀光園。公司位于襄城縣湛北鄉東南，距離311國道1公里，南臨許平南高速公路1.5公里，漯寶鐵路穿境而過，土地肥沃，交通便利。

鼎豐農業現有員工60人，專業技術人員15人。流轉土地3000多畝，其中建有300多畝的休閑農場;養殖蚯蚓40畝。種植蓮藕60畝、魚塘5個（水面60余畝）、各種果樹30000余棵。建有160畝標椎化肉牛養殖場，先后建成標準牛舍 6棟7200平方米，秸稈發酵池6個，共10000立方米，辦公室、獸醫室、化驗室等2860 平方米。同時，購置拖拉機、收割機、打草機、自動取料機、上料機、自動投草（料）機等各種配套生產設備39臺（套），肉牛年出欄達3000多頭，農戶散養母牛200多頭;2018年又投資興建蛋鴨養殖，鴨棚6棟30000平方米，養殖蛋鴨30000只，日產鴨蛋28000多枚。養殖場每天日產糞污45噸左右，對養殖場及周邊造成了大量的環境污染，公司自成立以來堅持以種植支撐養殖，養殖推進種植模式。於2017年總投資430萬元（其中國家投資150萬元、企業自籌280萬元）建成1000立方米沼氣工程一座，按照“全循環零排放”的要求，實行“牛場配農田，農田帶牛場”的標準，打造以肉牛、蛋鴨生產為主，沼氣工程為紐帶的現代農業產業鏈條，提高農牧效益，促進企業增收，建成集高效種養、觀光旅游、生態農牧循環為一體的新型農牧產業示范園區。

二、鼎豐奶牛--沼氣--果（菜、魚）農業生態循環模式配套措施：

（一）工藝原理選擇原則

沼氣工程工藝選擇原則是以“整體、協調、循環、再生”為總的指導思想，按照“減量化、無害化、生態化”的原則，建設沼氣示范項目。

奶牛--沼氣--果（菜、魚）農業生態循環模式中的沼氣工藝原理選擇應堅持以沼氣工程為紐帶，把能源環境建設和廢棄物資源循環利用有機的結合為一體，真正實現養殖場糞污的資源化利用，形成沒有污染，再生資源可循環利用并持續發展的農牧業生態循環的經濟發展體系。

1、沼氣工藝原理選擇要實現資源的零污染排放

通過沼氣工程建設運行，可以在養殖場區域內實現養殖場廢棄物-糞污的綜合治理和開發利用，并能做到清潔化生產，并能夠實現養殖場區域內生產污染的零排放。采用科學合理先進的沼氣工程工藝技術，使糞便、污水經過沼氣工程厭氧發酵后產生的沼氣、沼渣和沼液可以直接作為能源和肥料利用，實現養殖場區域內的污染物零排放，并使這些糞污變成有用的可再生資源-沼氣、沼渣和沼液。通過對清潔能源沼氣的高效利用，減少了對大氣環境溫室氣體排放，積極應對全球氣候環境的變化。

沼氣工程工藝原理選擇要遵循循環經濟發展原理

在“資源—產品—消費—再生資源”的生產和消費中追求資源和能源利用效率的最大化和廢棄物產生量的最小化，從根本上解決長久以來農業發展與生態環境之間的尖銳矛盾，實現農業經濟和生態環境效益的“共贏”。

3、種植、養殖、加工的協調發展

通過種植、養殖、加工的相互結合，沼氣工程實現養殖場廢棄物的回收利用，并可將每年養殖場生產所產生的所有糞便污水被消化掉。沼氣工程厭氧反應產生的沼氣是清潔的可再生能源，而沼渣和沼液可直接用作肥料，這樣就可以促進當地種植業、養殖業的良性發展，形成以沼氣工程為紐帶的種植、養殖、加工為一體的良性農業生態循環經濟模式。

、沼氣工程工藝技術比較及選擇

1、沼氣工程工藝原理比較

我國大中型沼氣工程厭氧發酵處理工藝技術發展非?？?，各種新工藝、新方法不斷涌現，像能夠處理含有高固體含量厭養發酵原料的完全混合式厭氧反應器（CSTR）、升流式厭氧固體反應器（USR）和適宜處理含有溶解性有機廢棄物發酵原料的升流式厭氧污泥床（UASB）、內循環厭氧反應器（IC）等。不同的沼氣厭氧反應工藝其效果、產期率、污泥滯留時間均有所不同，且各有優缺點，現對常用的沼氣工程工藝USR、UASB、HCF和CSTR進行比較如下表：

從上表可可以看出：沼氣工程不同的厭氧消化處理工藝均存在不同的優、缺點及其使用范圍，在一定的條件下選擇適合當地養殖場的沼氣發酵消化工藝將決定沼氣工程厭氧處理能否成功的關鍵。

2、鼎豐養殖場沼氣工程工藝原理選擇

根據鼎豐養殖場所產生的廢棄物—糞便、污水固體含量較高和鼎豐農業周邊又有大量的農田，可用來消化掉沼氣工程厭氧反應處理后的沼渣和沼液，避免出現二次污染，因此鼎豐農業選擇“預處理+CSTR”厭氧反應器消化工藝是比較合適的。CSTR厭氧消化工藝沼氣厭氧消化反應器有利于節約企業和國家的投資，該沼氣工程具有較長的水力停留時間，有利于畜禽養殖場所產生的有機廢水的充分消化和降解，沼氣產生量也相對較高而且穩定，選擇CSTR沼氣厭氧發酵工藝有利于該沼氣工程項目的順利實施和便于對沼氣工程的運行管理。

3鼎豐養殖場沼氣工程“預處理+CSTR”厭氧消化發酵工藝流程如下圖：

CSTR厭氧工藝流程說明：養殖場糞污進入集污池，在此去除細小的沉沙等顆粒、浮渣和雜草等部分物質，后經中格柵進入調節池內，調節水質和水量使其有機物濃度含量達到6-12%，在調節池內設有攪拌機進行攪拌，使有機廢棄物—糞污進行充分的混合，以防止糞污分層沉淀，攪拌達到6-12%濃度的糞污，經進料泵送入厭氧消化反應罐內，在此利用太陽能的熱能和鍋爐發電產生的余熱，通過加熱盤管來保持發酵罐厭氧反應所需的38℃中溫厭氧發酵溫度，將養殖場糞污中的大部分的COD去除，并產生出大量的沼氣、沼渣和沼液。厭氧發酵產生的沼渣和沼液經固液分離，沼渣進入沼渣存放場存儲，并可制成有機肥料;產生的沼液經自流進入到沼液貯存池進行存貯，用于葉面噴灑蔬菜、果蔬或進行農田灌溉時與水一起進行灌溉;反應罐厭氧反應產生的沼氣經脫水、脫硫處理后，進入濕式貯氣柜進行儲存，然后再經阻火器通過鍋爐增溫或發電。

（三）、鼎豐農業奶牛--沼氣--果（菜、魚）生態循環農業模式的關鍵技術

針對襄城縣鼎豐農業奶牛養殖場的規模和條件，投資建設1000立方米的沼氣工程，采用CSTR厭氧發酵工藝，有效控制耐高氨氮菌種的培養條件，將中溫38℃作為沼氣工程的厭氧發酵溫度，將厭氧發酵微生物的氨氮耐受濃度從常規3，000 mg/L提升至5，000 mg/L以上，容積產氣率達1.5 m3/m3·d以上，這樣就可以實現鼎豐農業奶牛養殖場沼氣工程厭氧發酵消化系統的高能效，且穩定運行。

（1）沼氣發電技術的利用

將沼氣工程產生的沼氣，輸送到沼氣發電機組進行熱電轉換，把沼氣的熱能轉化成電能，便于輸送和企業使用。

（2）沼液和沼渣的資源化開發利用技術

沼氣發酵產生的沼液和沼渣是一種高效、優質的有機肥料，含有多種易被植物吸收的營養物質（有機質、腐殖酸、氮磷鉀、多種氨基酸、及微量元素等），它具有速效性和緩效性兩重作用。在提高農作物產量，改善和提高農作物品質方面都具有明顯的效果。且在農作物增產的同時，可以實現土壤有機質含量的提升，在抗病防蟲、提高農作物抗逆性上也呈現出突出功效，可有效減少化肥和農藥的使用量，是“化肥農藥減施、增效”健康綠色農業的發展方向。因此，通過沼氣工程厭氧發酵工藝的應用，鼎豐農業養殖場產生的糞便、污水的資源化利用率達90%以上;采用沼液、沼渣作肥料使農作物的化肥使用量減少20%以上，防治農作物病蟲害的農藥使用量減少10%-15%，農作物產量可提高20%以上，并可以顯著地提升農作物的品質和改善農田土壤有機質的含量，生產出綠色、無公害優質的農產品。

鼎豐農業奶牛養殖場廢棄物—糞便、污水CSTR厭氧發酵工藝技術的應用，形成了種植業（小麥秸稈、玉米秸稈）—養殖業（奶牛、蛋鴨養殖）--種植業（沼渣、沼液還田）的整個良性生態循環農業模式，達到無污染、零排放、并產生出清潔能源--沼氣，用于生產和生活，為養殖場創造出更高的附加值，并帶來一定的經濟效益和生態效益。

三、鼎豐農業奶牛--沼氣--果（菜、魚）農業生態循環模式推廣情況

襄城縣鼎豐農業公司奶牛（蛋鴨）--沼氣--果（菜、魚）生態循環農業模式，實現了養殖場糞便污水的及時、高效處理，通過“物質循環”、與“能量循環”，形成“氣-熱-肥”可持續循環體系，真正地實現養殖場廢棄物資源利用的高效化，并做到有機廢棄物全部消化處理、使養殖場養殖所產生的廢棄物做到零排放。實現氣、熱、肥資源的高效聯產，物質與能源多層次循環利用，將規?；鍧嶐B殖、再生資源循環利用、沼氣項目示范帶動效益、進一步推廣服務等有效地融合在一起進行發展。保障健康的肉制品（牛肉）、鴨蛋的供應，保障了上游養殖業能夠健康的發展;同時改善肉牛（鴨）養殖場工作人員的工作環境，保障工作人員身心健康;改善養殖場周邊的生態環境，大大減少了鼎豐農業奶牛、蛋鴨養殖場周邊臭味對農村環境造成的污染，改善了鼎豐農業周邊農村的生態面貌。

鼎豐農業公司奶牛--沼氣--果（菜、魚）農業生態循環模式中沼氣工程產生的沼氣發電每年可為公司節省電費20多萬元;沼渣、沼液作為有機肥料，在每年流轉土地中的600畝（全部種植小麥玉米，小麥收獲后作為商品糧出售，秸稈飼養奶牛，玉米全株青儲做奶牛飼料）及果園和生態園中使用，每年可為公司增效80多萬元，同時也取得了良好的生態效益和社會效益。因此沼氣工程每年綜合可為公司節約生產和生活成本100多萬元，同時實現了項目區域內的農業資源的物質和能量的多層次的不斷循環利用，促使公司種植和養殖的可持續性發展。

四、結束語

從鼎豐農業奶牛-沼氣-果（菜、魚）農業生態循壞模式中，可以看到沼氣工程是連接種植與養殖的一條生態紐帶，使種植業與養殖業生產過程中所產生的有機廢棄物資源得到了合理的利用和相互轉化，企業即得到了一定的經濟效益又使農村生態環境有了明顯的改善和提高，對許昌市生態農業建設起到了很好的帶動作用。2019年國家全力推進畜禽糞污沼氣工程資源化利用的整縣推進項目，我市應抓住這一大好良機，在全市704家規?；B殖企業中推進沼氣工程建設項目。目前我市襄城縣于2018年已經申報了整縣推進項目，禹州市、長葛市、鄢陵縣、正在積極申報畜禽糞污沼氣工程資源化利用整縣推進項目，此次4個項目縣申請中央財政資金1.65億元，加上當地政府配套和企業自籌，項目總投資將達4億元，這在我市畜牧業發展歷史上是絕無僅有的，為我市畜禽糞污沼氣工程資源化利用工作提供了資金保障，為打造實力許昌、活力許昌、魅力許昌做出貢獻。抓住機遇，把我市以沼氣工程為紐帶的生態循環農業建設推向新的高潮。

目前我市雖然已投資興建了16座大型沼氣工程，但由于個別養殖企業由于重養殖，輕治理，環保意識差;部分養殖企業種養結合松散，循環發展、清潔生產、有機發展關系處理不到位;不能使在建沼氣工程發揮出應有的效益，這些問題的存在，在一定程度上影響了綠色循環農業的發展，因此在下一步的工作中，我們一必須引起重視，以國家整縣推進沼氣工程畜禽糞污資源化利用試點重大政策為契機，積極抓好襄城縣整縣推進項目建設，建立健全沼氣工程畜禽糞污資源化利用機制，培訓合格的沼氣操作管理人員，做到持證安全上崗，示范帶動全市沼氣工程畜禽糞污資源化利用工作再上新臺階，走出一條適合許昌的生態循環農業發展的新路子，把許昌農村建設成為藍天白云，青山綠水的美麗鄉村。

（作者單位：許昌市農村能源管理工作站）