【摘?要】“河南榮華牧業(yè)有限公司”（以下簡稱榮華牧業(yè)）以沼氣工程為紐帶，在自然調(diào)控與人工調(diào)控相結(jié)合的條件下，利用種植業(yè)產(chǎn)生的廢棄物—農(nóng)作物秸稈飼養(yǎng)奶牛，奶牛養(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞污通過沼氣工程發(fā)酵產(chǎn)生再生能源沼氣及優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥沼渣、沼液，沼氣作為熱源用于發(fā)電，沼渣沼液作為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥還田。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(yè)--養(yǎng)殖業(yè)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廢物綜合利用、生態(tài)效益，社會效益，經(jīng)濟(jì)效益三贏的新型生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式。

【關(guān)鍵詞】奶牛;沼氣工程;農(nóng)作物秸稈;生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)

1、模式簡介

榮華牧業(yè)奶牛--沼氣--糧（飼）生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)典型模式位于長葛市古橋鎮(zhèn)魏莊村。利用奶牛養(yǎng)殖場生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的糞污發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，以沼氣工程為紐帶，在自然調(diào)控與人工調(diào)控的相結(jié)合的條件下，利用農(nóng)業(yè)種植后產(chǎn)生的廢棄物—農(nóng)作物秸稈飼養(yǎng)奶牛、沼氣工程利用奶牛養(yǎng)殖場產(chǎn)生的廢物—糞污，可再生出新能源（沼氣）和優(yōu)質(zhì)農(nóng)家肥沼渣、沼液還田，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(yè)、養(yǎng)殖業(yè)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廢物綜合利用、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，綜合效益明顯的新型生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式。

2、模式成因及目標(biāo)

2.1.治理環(huán)境污染

榮華牧業(yè)場區(qū)占地255畝，主要以養(yǎng)殖奶牛為主，奶牛存欄1600多頭，日產(chǎn)鮮奶25噸左右。公司現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)牛舍9棟25000平方米，秸稈青儲池6個，容積18000立方米，辦公、獸醫(yī)室、化驗(yàn)室、職工宿舍等2600 平方米。榮華牧業(yè)奶牛養(yǎng)殖場日產(chǎn)糞污25噸左右。若養(yǎng)牛場牛糞和污水處理不好，不僅對周邊環(huán)境造成污染，而且嚴(yán)重影響到周邊村民的生產(chǎn)和生活。公司于2017年建設(shè)1500立方米CSTR厭氧大型沼氣工程，用于處理榮華牧業(yè)奶牛養(yǎng)殖場每天所產(chǎn)生的糞便污水。

2.2.發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)

隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們對食品安全和生活環(huán)境有了更高的要求。因此，建設(shè)有機(jī)生態(tài)農(nóng)業(yè)，滿足居民對有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的需要、滿足市民對生活質(zhì)量提高的需求。建設(shè)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的模式，一方面可形成人與自然和諧相處的環(huán)境，在強(qiáng)化生態(tài)功能的基礎(chǔ)上，提供優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品，另一方面也保護(hù)了農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境，意義重大。

2.3.節(jié)能減排

榮華牧業(yè)沼氣項(xiàng)目整體運(yùn)行良好，所產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電供廠區(qū)生產(chǎn)和生活用能。構(gòu)建以沼氣為“紐帶”的“綠色種植--養(yǎng)殖-生物質(zhì)能源高效利用”的 生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)摸式，真正達(dá)到實(shí)現(xiàn)廢棄物利用資源化、資源利用高效化、項(xiàng)目節(jié)能低碳化、農(nóng)業(yè)投入減量化的目地。

2.4.變廢為寶

奶牛場的奶牛糞便污水雖然是嚴(yán)重的污染源，但卻又是可開發(fā)的寶貴性資源。通過科學(xué)的加工和處理，便可轉(zhuǎn)化為不可缺少的生產(chǎn)資料即治理了污染又獲得了大量的有機(jī)肥料用于改良土壤。

2.5.改善環(huán)境

在大中型畜禽養(yǎng)殖場中建設(shè)沼氣工程，可以從根本上解決了奶牛養(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞污的污染問題。奶牛養(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞污經(jīng)過固液分離后，在沼氣工程中經(jīng)過厭氧消化處理，排出的液體可以達(dá)到我國農(nóng)田灌溉一級排放標(biāo)準(zhǔn)（COD≦200毫克/升），從而使榮華牧業(yè)奶牛養(yǎng)殖場區(qū)域的污染得到有效治理，在根本上改善了養(yǎng)殖場周邊的生態(tài)環(huán)境。榮華牧業(yè)奶牛養(yǎng)殖場1500立方米大型沼氣工程項(xiàng)目的建成和投入使用，使養(yǎng)殖場每天產(chǎn)生的糞便污水能夠得到及時(shí)的處理，即改善了養(yǎng)殖場的生態(tài)環(huán)境，又減少了養(yǎng)殖疫病的發(fā)生和傳播，保障了養(yǎng)殖場奶牛的生命安全，保障優(yōu)質(zhì)奶源供應(yīng);同時(shí)又改善了奶牛養(yǎng)殖場工作人員的工作環(huán)境，保障工作人員身心健康;在很大程度上減少了奶牛養(yǎng)殖場周邊的臭味，使奶牛養(yǎng)殖場周邊的生態(tài)環(huán)境有了明顯的改善和提高。

總之，榮華牧業(yè)奶牛養(yǎng)殖場的糞污對周邊環(huán)境、生態(tài)平衡造成了極大的破壞，但通過沼氣工程的建設(shè)和投入和使用，使種植業(yè)---沼氣--養(yǎng)殖業(yè)----種植業(yè)實(shí)現(xiàn)了良性循環(huán)，即保護(hù)了環(huán)境又維持了生態(tài)平衡。

3.榮華牧業(yè)大型沼氣工程項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)、模式流程圖和實(shí)物圖

3.1.建設(shè)地點(diǎn)

榮華牧業(yè)的大型沼氣工程項(xiàng)目，位于養(yǎng)殖場區(qū)北側(cè)，即臨近養(yǎng)殖場區(qū)，又交通便利，遠(yuǎn)離居民區(qū)。種植基地與沼氣工程鄰近，養(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞便污水經(jīng)沼氣工程處理后的沼液、沼渣便于還田利用。

3.2.模式流程圖

4.榮華牧業(yè)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)大型沼氣工程項(xiàng)目的配套措施

4.1.榮華牧業(yè)大型沼氣工程項(xiàng)目的工藝原理選擇

我國大中型沼氣工程工藝技術(shù)目前已日趨成熟，業(yè)已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。在沼氣工程的配套技術(shù)方面，可根據(jù)牛糞、豬糞、雞糞、農(nóng)作物秸桿等原料特性的不同，對包括原料預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧發(fā)酵系統(tǒng)、沼氣工程輸配系統(tǒng)，制肥、厭氧消化后的消化液后處理系統(tǒng)進(jìn)行差異化的設(shè)計(jì)和開發(fā)。在發(fā)酵工藝方面，生物厭氧發(fā)酵機(jī)理研究、不同生物質(zhì)原料高效能發(fā)酵工藝（CSTR、UASB、HCPF、USR工藝）的制定，沼氣工程產(chǎn)氣率，COD/BOD去除率已居國際領(lǐng)先水平。根據(jù)沼氣工程的目的和養(yǎng)殖場周邊環(huán)境條件的不一樣，選擇不同的沼氣工程處理工藝。

根據(jù)榮華牧業(yè)生產(chǎn)過程所排放的糞污的成分，并結(jié)合河南榮華牧業(yè)奶牛養(yǎng)殖場的實(shí)際情況，確定選擇“預(yù)處理+CSTR厭氧處理工藝”。其工藝流程圖如下：

CSTR厭氧發(fā)酵工藝特點(diǎn)：

傳統(tǒng)的完全混合厭氧消化器（CSTR）即普通厭氧消化池，借助于消化池內(nèi)的厭氧活性污泥來凈化有機(jī)污染物，適合于高濃度及含有大量懸浮固體原料的處理。它是在常規(guī)消化器內(nèi)安裝了攪拌裝置，使發(fā)酵原料和厭氧微生物完全處于混合狀態(tài)與常規(guī)消化器相比是活性區(qū)分布在整個消化器內(nèi)，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)消化器。其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）CSTR厭氧消化工藝可以讓高懸浮固體含量的原料直接進(jìn)入?yún)捬跸鲀?nèi)消化。

（2）CSTR厭氧消化器內(nèi)消化原料分布均勻，避免了分層狀態(tài)，大大增加了消化底物和微生物接觸的機(jī)會。

（3）CSTR厭氧消化器內(nèi)溫度分布均勻。

（4）進(jìn)入CSTR厭氧消化器內(nèi)的任何一種抑制物質(zhì)，都能夠分散保持在最低水平。

（5）避免了浮渣、結(jié)殼、堵塞、氣體逸出不暢和溝流現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2.榮華牧業(yè)大型USTR沼氣工程工藝流程：

榮華牧業(yè)奶牛場污水和收集后的糞便首先進(jìn)入集污池內(nèi)，通過提升泵進(jìn)入沉沙池，并在此調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量，沉砂池內(nèi)設(shè)置攪拌機(jī)，使物料充分混合均勻，以防止糞污沉積，攪拌到一定程度的糞污，經(jīng)過進(jìn)料泵輸送到CSTR厭氧反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行厭氧消化。在USTR厭氧反應(yīng)器中，通過中溫發(fā)酵，利用厭氧微生物的新陳代謝作用，將大部分有機(jī)物質(zhì)去除，并產(chǎn)生出大量的沼氣、沼渣和沼液。利用發(fā)電機(jī)余熱及熱水鍋爐來保證厭氧反應(yīng)器罐體內(nèi)物料的發(fā)酵溫度。厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼渣自流進(jìn)入沼渣儲存池存儲，可作為有機(jī)肥出售給周邊需要的農(nóng)戶，沼液經(jīng)自流進(jìn)入沼液儲存池存儲，用于農(nóng)田灌溉和施肥，厭氧反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫脫水后暫時(shí)存于濕式儲氣柜中，主要用于發(fā)電機(jī)發(fā)電、余熱用于鍋爐和食品加工廠鍋爐的熱源進(jìn)行燃燒利用。

4.3.關(guān)鍵技術(shù)

4.3.1.榮華牧業(yè)奶牛養(yǎng)殖場牛糞沼氣能源化處理技術(shù)

針對奶牛養(yǎng)殖場牛糞的特點(diǎn)，榮華牧業(yè)生產(chǎn)過程中所排放的糞污可直接進(jìn)入U(xiǎn)STR厭氧反應(yīng)器—沼氣池進(jìn)行厭氧發(fā)酵，根據(jù)榮華牧業(yè)奶牛場的規(guī)模和條件，建設(shè)1500立方米的發(fā)酵池，采用完全混合高濃度厭氧發(fā)酵工藝（CSTR），有效控制耐高氨氮菌種培養(yǎng)條件，將中溫38℃的厭氧發(fā)酵氨氮耐受濃度從常規(guī)3，000 mg/L提升至5，000 mg/L以上，容積產(chǎn)氣率達(dá)1.5 m/md以上，實(shí)現(xiàn)高氨氮物料厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3.2.沼氣發(fā)電利用技術(shù)

通過沼氣熱能轉(zhuǎn)換，通過沼氣燃燒推動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，把熱能轉(zhuǎn)化成電能，便于輸送和使用。本項(xiàng)目所產(chǎn)沼氣每天800立方用于發(fā)電，每立方沼氣發(fā)電量為1.5kwh，每天產(chǎn)電量為1200kwh，平均每天工作12個小時(shí)，需要配備的發(fā)電機(jī)組容量為1200除以12等于100，即發(fā)電機(jī)組容量需100kwh，本項(xiàng)目選擇使用一臺100kwh的發(fā)電機(jī)組。

4.3.3.沼液、沼渣資源化利用技術(shù)

沼液、沼渣是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，其含有多種易被植物吸收的營養(yǎng)成分，既有速效性，又兼具緩效性，在增產(chǎn)提質(zhì)、抗病防蟲方面效果顯著。在作物增產(chǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物品質(zhì)提升、土壤有機(jī)肥含量的提升，在抗病防蟲、提高農(nóng)作物抗逆性上也呈現(xiàn)出突出功效，可有效減少化肥、農(nóng)藥使用量，符合我國“化肥農(nóng)藥減施增效”健康綠色的農(nóng)業(yè)發(fā)展方向。通過厭氧發(fā)酵，養(yǎng)殖場糞便資源化利用率達(dá)90%以上;采用沼液、沼渣作肥料使農(nóng)作物的化肥使用量減少20%以上，作物主要病蟲害防治農(nóng)藥使用量減少達(dá)10%-15%，作物增產(chǎn)率可提高20%以上，并可顯著提高農(nóng)作物的品質(zhì)。

奶牛養(yǎng)殖場廢棄物沼氣能源化處理的CSTR厭氧發(fā)酵技術(shù)的利用，促進(jìn)了奶牛養(yǎng)殖場廢棄物資源的合理循環(huán)利用，其中所產(chǎn)沼氣用于發(fā)電供廠區(qū)生產(chǎn)、生活用能;沼液、沼渣做肥料還田。這樣種植業(yè)（農(nóng)作物秸稈小麥、玉米秸稈）—養(yǎng)殖業(yè)（奶牛養(yǎng)殖）--沼氣--種植業(yè)（沼渣、沼液還田）的整個生態(tài)良性循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，無污染、零排放、并產(chǎn)生出清潔能源--沼氣，用于生產(chǎn)和生活，為養(yǎng)殖場創(chuàng)造出更高的附加值，并帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

5.榮華牧業(yè)的運(yùn)行機(jī)制

榮華牧業(yè)是嚴(yán)格按照《奶牛養(yǎng)殖場技術(shù)規(guī)范》規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工建設(shè)的大型標(biāo)準(zhǔn)化奶牛養(yǎng)殖企業(yè)，集良種奶牛養(yǎng)殖、生鮮乳銷售于一體，是許昌市規(guī)模最大的新型現(xiàn)代化農(nóng)牧養(yǎng)殖企業(yè)之一，許昌市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)龍頭企業(yè)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新先進(jìn)單位。被河南省畜牧局評定為標(biāo)準(zhǔn)化奶牛規(guī)模養(yǎng)殖場，被長葛市工商局授予“誠信企業(yè)”，是伊利集團(tuán)河南伊利乳業(yè)有限公司、君樂寶乳業(yè)的優(yōu)秀供應(yīng)商之一。

公司現(xiàn)存欄奶牛1600頭，其中能繁育母牛1200頭，日產(chǎn)鮮奶25噸左右，年產(chǎn)鮮奶9000多噸。公司建設(shè)有1500立方米沼氣工程一座，可日處理養(yǎng)殖場糞便25噸，產(chǎn)生的沼氣發(fā)電用于養(yǎng)殖場生產(chǎn)、生活用能。沼液、沼渣用于流轉(zhuǎn)土地施肥，生產(chǎn)出來的小麥用作商品糧，玉米青儲用作奶牛養(yǎng)殖飼料，形成了一個良好的平原生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，即為企業(yè)節(jié)省了大量的投資，也改善了養(yǎng)殖場周邊的環(huán)境。企業(yè)正常運(yùn)行后，將積極主動地使用沼氣工程。

6.榮華牧業(yè)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)效益分析

榮華牧業(yè)沼氣工程項(xiàng)目正常運(yùn)行情況下，沼氣發(fā)電每年可為公司節(jié)省電費(fèi)，通過養(yǎng)殖場糞便廢水與秸稈的綜合處理提高了糞便的資源化利用率，變廢為寶，沼渣沼液作為優(yōu)質(zhì)農(nóng)家肥銷售，年最終收益110.53萬元，2017年流轉(zhuǎn)土地500畝，全部種植小麥玉米，小麥?zhǔn)斋@后作為商品糧出售，玉米全株青儲做奶牛飼料，每年可為公司增收節(jié)支50多萬元，同時(shí)也取得了良好的生態(tài)效益和社會效益。

6.1.經(jīng)濟(jì)效益。

6.1.1.沼氣經(jīng)濟(jì)效益。本項(xiàng)目年產(chǎn)沼氣36萬方左右，其中29萬方沼氣用來發(fā)電，年發(fā)電43.5萬kwh，每度電按0.46元計(jì)算，折合年收益20萬元;剩余7萬方沼氣折算標(biāo)煤為93.1t，以標(biāo)煤的單價(jià)為820.00元/t，年收益7.63萬元，年收益27.63萬元。

6.1.2.沼渣經(jīng)濟(jì)效益。本項(xiàng)目年產(chǎn)沼渣約0.29萬噸，用于附近農(nóng)田施肥;全部以150.00元/t出售給周圍村莊果園、菜園農(nóng)戶，年收益約為43.5萬元。

6.1.3.沼液經(jīng)濟(jì)效益。年產(chǎn)沼液約1.97萬噸，用于臨近村莊農(nóng)田施肥;全部以20.00元/t出售給周圍的蔬菜種植基地和周圍農(nóng)戶，年收益39.4萬元左右。

6.2.社會效益。大型沼氣工程的建成，規(guī)?；B(yǎng)殖場的糞便全部得到處理，農(nóng)村部分農(nóng)作物秸稈通過集中處理后變成了有機(jī)肥，不僅使公司養(yǎng)殖場區(qū)生產(chǎn)環(huán)境明顯改善，同時(shí)，也改善了周邊的農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，因養(yǎng)殖場污染問題所造成的不安定因素得到有效解決。

6.3.生態(tài)環(huán)境效益。沼渣沼液的合理使用，變廢為寶。特別是沼液含有多種微量元素、氨基酸和活性物質(zhì)等營養(yǎng)成份，功效獨(dú)特，可以滿足農(nóng)作物、蔬菜、花卉等植物的不同養(yǎng)分需要，沼渣和沼液的使用既無污染，又肥效顯著，可有效殺滅病菌、病毒和寄生蟲卵，抑制農(nóng)作物部分病蟲害，減少人畜病害，改善附近居民生活和公司養(yǎng)殖場區(qū)關(guān)系，改善公司形象，同時(shí)起到保護(hù)生態(tài)和減少溫室氣體排放作用。同時(shí)可大大提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收和生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

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作者簡介：

晁建立：許昌市農(nóng)學(xué)會常務(wù)理事。男，漢族，1965年12月出生于河南省扶溝縣。1990年畢業(yè)于“河南農(nóng)業(yè)大學(xué)”農(nóng)學(xué)專業(yè)，本科學(xué)士學(xué)位，同年分配到許昌市農(nóng)技站工作，1993年入黨，1999年任農(nóng)技站副站長，2001年獲高級農(nóng)藝師職稱。2010年任許昌市農(nóng)廣校校長、黨支部書記，2017年至今任“許昌市農(nóng)村能源管理工作站”站長。曾獲河南省政府科技進(jìn)步二等獎兩項(xiàng)，三等獎三項(xiàng)，許昌市科技進(jìn)步獎五項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文數(shù)篇。

（作者單位：許昌市農(nóng)村能源管理工作站）