奶牛--沼--粮（饲）生态农业循环模式探索

【摘 要】“河南荣华牧业有限公司”（以下简称荣华牧业）以沼气工程为纽带，在自然调控与人工调控相结合的条件下，利用种植业产生的废弃物—农作物秸秆饲养奶牛，奶牛养殖场产生的粪污通过沼气工程发酵产生再生能源沼气及优质有机肥沼渣、沼液，沼气作为热源用于发电，沼渣沼液作为优质有机肥还田。通过合理配置资源，形成以沼气为能源，以沼渣沼液为肥源的种植业--养殖业相结合，实现废物综合利用、生态效益，社会效益，经济效益三赢的新型生态循环农业模式。

【关键词】奶牛;沼气工程;农作物秸秆;生态循环农业

1、模式简介

荣华牧业奶牛--沼气--粮（饲）生态循环农业典型模式位于长葛市古桥镇魏庄村。利用奶牛养殖场生产过程中产生的粪污发酵产生沼气，以沼气工程为纽带，在自然调控与人工调控的相结合的条件下，利用农业种植后产生的废弃物—农作物秸秆饲养奶牛、沼气工程利用奶牛养殖场产生的废物—粪污，可再生出新能源（沼气）和优质农家肥沼渣、沼液还田，通过合理配置资源，形成以沼气为能源，以沼渣沼液为肥源的种植业、养殖业相结合，实现废物综合利用、保护生态环境，综合效益明显的新型生态循环农业模式。

2、模式成因及目标

2.1.治理环境污染

荣华牧业场区占地255亩，主要以养殖奶牛为主，奶牛存栏1600多头，日产鲜奶25吨左右。公司现有标准牛舍9栋25000平方米，秸秆青储池6个，容积18000立方米，办公、兽医室、化验室、职工宿舍等2600 平方米。荣华牧业奶牛养殖场日产粪污25吨左右。若养牛场牛粪和污水处理不好，不仅对周边环境造成污染，而且严重影响到周边村民的生产和生活。公司于2017年建设1500立方米CSTR厌氧大型沼气工程，用于处理荣华牧业奶牛养殖场每天所产生的粪便污水。

2.2.发展有机农业

随着人们生活质量的提高，人们对食品安全和生活环境有了更高的要求。因此，建设有机生态农业，满足居民对有机农产品的需要、满足市民对生活质量提高的需求。建设生态循环农业发展的模式，一方面可形成人与自然和谐相处的环境，在强化生态功能的基础上，提供优质的农产品，另一方面也保护了农村的生态环境，意义重大。

2.3.节能减排

荣华牧业沼气项目整体运行良好，所产生的沼气用于发电供厂区生产和生活用能。构建以沼气为“纽带”的“绿色种植--养殖-生物质能源高效利用”的 生态循环农业产业摸式，真正达到实现废弃物利用资源化、资源利用高效化、项目节能低碳化、农业投入减量化的目地。

2.4.变废为宝

奶牛场的奶牛粪便污水虽然是严重的污染源，但却又是可开发的宝贵性资源。通过科学的加工和处理，便可转化为不可缺少的生产资料即治理了污染又获得了大量的有机肥料用于改良土壤。

2.5.改善环境

在大中型畜禽养殖场中建设沼气工程，可以从根本上解决了奶牛养殖场产生的粪污的污染问题。奶牛养殖场产生的粪污经过固液分离后，在沼气工程中经过厌氧消化处理，排出的液体可以达到我国农田灌溉一级排放标准（COD≦200毫克/升），从而使荣华牧业奶牛养殖场区域的污染得到有效治理，在根本上改善了养殖场周边的生态环境。荣华牧业奶牛养殖场1500立方米大型沼气工程项目的建成和投入使用，使养殖场每天产生的粪便污水能够得到及时的处理，即改善了养殖场的生态环境，又减少了养殖疫病的发生和传播，保障了养殖场奶牛的生命安全，保障优质奶源供应;同时又改善了奶牛养殖场工作人员的工作环境，保障工作人员身心健康;在很大程度上减少了奶牛養殖场周边的臭味，使奶牛养殖场周边的生态环境有了明显的改善和提高。

总之，荣华牧业奶牛养殖场的粪污对周边环境、生态平衡造成了极大的破坏，但通过沼气工程的建设和投入和使用，使种植业---沼气--养殖业----种植业实现了良性循环，即保护了环境又维持了生态平衡。

3.荣华牧业大型沼气工程项目建设地点、模式流程图和实物图

3.1.建设地点

荣华牧业的大型沼气工程项目，位于养殖场区北侧，即临近养殖场区，又交通便利，远离居民区。种植基地与沼气工程邻近，养殖场产生的粪便污水经沼气工程处理后的沼液、沼渣便于还田利用。

3.2.模式流程图

4.荣华牧业生态循环农业大型沼气工程项目的配套措施

4.1.荣华牧业大型沼气工程项目的工艺原理选择

我国大中型沼气工程工艺技术目前已日趋成熟，业已达到或接近国际先进水平。在沼气工程的配套技术方面，可根据牛粪、猪粪、鸡粪、农作物秸杆等原料特性的不同，对包括原料预处理系统、厌氧发酵系统、沼气工程输配系统，制肥、厌氧消化后的消化液后处理系统进行差异化的设计和开发。在发酵工艺方面，生物厌氧发酵机理研究、不同生物质原料高效能发酵工艺（CSTR、UASB、HCPF、USR工艺）的制定，沼气工程产气率，COD/BOD去除率已居国际领先水平。根据沼气工程的目的和养殖场周边环境条件的不一样，选择不同的沼气工程处理工艺。

根据荣华牧业生产过程所排放的粪污的成分，并结合河南荣华牧业奶牛养殖场的实际情况，确定选择“预处理+CSTR厌氧处理工艺”。其工艺流程图如下：

CSTR厌氧发酵工艺特点：

传统的完全混合厌氧消化器（CSTR）即普通厌氧消化池，借助于消化池内的厌氧活性污泥来净化有机污染物，适合于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理。它是在常规消化器内安装了搅拌装置，使发酵原料和厌氧微生物完全处于混合状态与常规消化器相比是活性区分布在整个消化器内，其效率远远大于常规消化器。其优点如下：

（1）CSTR厌氧消化工艺可以让高悬浮固体含量的原料直接进入厌氧消化器内消化。

（2）CSTR厌氧消化器内消化原料分布均匀，避免了分层状态，大大增加了消化底物和微生物接触的机会。

（3）CSTR厌氧消化器内温度分布均匀。

（4）进入CSTR厌氧消化器内的任何一种抑制物质，都能够分散保持在最低水平。

（5）避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和沟流现象的发生。

4.2.荣华牧业大型USTR沼气工程工艺流程：

荣华牧业奶牛场污水和收集后的粪便首先进入集污池内，通过提升泵进入沉沙池，并在此调节水质和水量，沉砂池内设置搅拌机，使物料充分混合均匀，以防止粪污沉积，搅拌到一定程度的粪污，经过进料泵输送到CSTR厌氧反应器内进行厌氧消化。在USTR厌氧反应器中，通过中温发酵，利用厌氧微生物的新陈代谢作用，将大部分有机物质去除，并产生出大量的沼气、沼渣和沼液。利用发电机余热及热水锅炉来保证厌氧反应器罐体内物料的发酵温度。厌氧发酵产生的沼渣自流进入沼渣储存池存储，可作为有机肥出售给周边需要的农户，沼液经自流进入沼液储存池存储，用于农田灌溉和施肥，厌氧反应产生的沼气经脱硫脱水后暂时存于湿式储气柜中，主要用于发电机发电、余热用于锅炉和食品加工厂锅炉的热源进行燃烧利用。

4.3.关键技术

4.3.1.荣华牧业奶牛养殖场牛粪沼气能源化处理技术

针对奶牛养殖场牛粪的特点，荣华牧业生产过程中所排放的粪污可直接进入USTR厌氧反应器—沼气池进行厌氧发酵，根据荣华牧业奶牛场的规模和条件，建设1500立方米的发酵池，采用完全混合高浓度厌氧发酵工艺（CSTR），有效控制耐高氨氮菌种培养条件，将中温38℃的厌氧发酵氨氮耐受浓度从常规3，000 mg/L提升至5，000 mg/L以上，容积产气率达1.5 m/md以上，实现高氨氮物料厌氧发酵系统的高效稳定运行。

4.3.2.沼气发电利用技术

通过沼气热能转换，通过沼气燃烧推动发电机运转，把热能转化成电能，便于输送和使用。本项目所产沼气每天800立方用于发电，每立方沼气发电量为1.5kwh，每天产电量为1200kwh，平均每天工作12个小时，需要配备的发电机组容量为1200除以12等于100，即发电机组容量需100kwh，本项目选择使用一台100kwh的发电机组。

4.3.3.沼液、沼渣资源化利用技术

沼液、沼渣是一种优质的有机肥料，其含有多种易被植物吸收的营养成分，既有速效性，又兼具缓效性，在增产提质、抗病防虫方面效果显著。在作物增产的同时，实现农作物品质提升、土壤有机肥含量的提升，在抗病防虫、提高农作物抗逆性上也呈现出突出功效，可有效减少化肥、农药使用量，符合我国“化肥农药减施增效”健康绿色的农业发展方向。通过厌氧发酵，养殖场粪便资源化利用率达90%以上;采用沼液、沼渣作肥料使农作物的化肥使用量减少20%以上，作物主要病虫害防治农药使用量减少达10%-15%，作物增产率可提高20%以上，并可显著提高农作物的品质。

奶牛养殖场废弃物沼气能源化处理的CSTR厌氧发酵技术的利用，促进了奶牛养殖场废弃物资源的合理循环利用，其中所产沼气用于发电供厂区生产、生活用能;沼液、沼渣做肥料还田。这样种植业（农作物秸秆小麦、玉米秸秆）—养殖业（奶牛养殖）--沼气--种植业（沼渣、沼液还田）的整个生态良性循环农业模式，无污染、零排放、并产生出清洁能源--沼气，用于生产和生活，为养殖场创造出更高的附加值，并带来一定的经济效益。

5.荣华牧业的运行机制

荣华牧业是严格按照《奶牛养殖场技术规范》规划、设计、施工建设的大型标准化奶牛养殖企业，集良种奶牛养殖、生鲜乳销售于一体，是许昌市规模最大的新型现代化农牧养殖企业之一，许昌市农业产业化重点龙头企业、农业产业化创新先进单位。被河南省畜牧局评定为标准化奶牛规模养殖场，被长葛市工商局授予“诚信企业”，是伊利集团河南伊利乳业有限公司、君乐宝乳业的优秀供应商之一。

公司现存栏奶牛1600头，其中能繁育母牛1200头，日产鲜奶25吨左右，年产鲜奶9000多吨。公司建设有1500立方米沼气工程一座，可日处理养殖场粪便25吨，产生的沼气发电用于养殖场生产、生活用能。沼液、沼渣用于流转土地施肥，生产出来的小麦用作商品粮，玉米青储用作奶牛养殖饲料，形成了一个良好的平原生态循环农业模式，即为企业节省了大量的投资，也改善了养殖场周边的环境。企业正常运行后，将积极主动地使用沼气工程。

6.荣华牧业生态循环农业效益分析

荣华牧业沼气工程项目正常运行情况下，沼气发电每年可为公司节省电费，通过养殖场粪便废水与秸秆的综合处理提高了粪便的资源化利用率，变废为宝，沼渣沼液作为优质农家肥销售，年最终收益110.53万元，2017年流转土地500亩，全部种植小麦玉米，小麦收获后作为商品粮出售，玉米全株青储做奶牛饲料，每年可为公司增收节支50多万元，同时也取得了良好的生态效益和社会效益。

6.1.经济效益。

6.1.1.沼气经济效益。本项目年产沼气36万方左右，其中29万方沼气用来发电，年发电43.5万kwh，每度电按0.46元计算，折合年收益20万元;剩余7万方沼气折算标煤为93.1t，以标煤的单价为820.00元/t，年收益7.63万元，年收益27.63万元。

6.1.2.沼渣经济效益。本项目年产沼渣约0.29万吨，用于附近农田施肥;全部以150.00元/t出售给周围村庄果园、菜园农户，年收益约为43.5万元。

6.1.3.沼液经济效益。年产沼液约1.97万吨，用于临近村庄农田施肥;全部以20.00元/t出售给周围的蔬菜种植基地和周围农户，年收益39.4万元左右。

6.2.社会效益。大型沼气工程的建成，规模化养殖场的粪便全部得到处理，农村部分农作物秸秆通过集中处理后变成了有机肥，不仅使公司养殖场区生产环境明显改善，同时，也改善了周边的农村生态环境，因养殖場污染问题所造成的不安定因素得到有效解决。

6.3.生态环境效益。沼渣沼液的合理使用，变废为宝。特别是沼液含有多种微量元素、氨基酸和活性物质等营养成份，功效独特，可以满足农作物、蔬菜、花卉等植物的不同养分需要，沼渣和沼液的使用既无污染，又肥效显著，可有效杀灭病菌、病毒和寄生虫卵，抑制农作物部分病虫害，减少人畜病害，改善附近居民生活和公司养殖场区关系，改善公司形象，同时起到保护生态和减少温室气体排放作用。同时可大大提高农产品的产量和品质，增强农产品市场竞争力，促进农业增效、农民增收和生态循环农业的发展。

参考文献：

[1]成磊、蔡智宇、夏建林 《可再生能源沼气综合利用技术》;

[2]付俊杰、李远 《我国畜禽养殖业污染防治对策》;

[3]朱凤连、马发华等 《我国畜禽粪便污染和利用现状分析》;

[4]高立英、孙芳 《农牧复合系统种养业交互效应分析-以北方农牧交错带为例》;

[5]费新东、冉奇严 《厌氧发酵沼气工程的工艺及存在问题》。

作者简介：

晁建立：许昌市农学会常务理事。男，汉族，1965年12月出生于河南省扶沟县。1990年毕业于“河南农业大学”农学专业，本科学士学位，同年分配到许昌市农技站工作，1993年入党，1999年任农技站副站长，2001年获高级农艺师职称。2010年任许昌市农广校校长、党支部书记，2017年至今任“许昌市农村能源管理工作站”站长。曾获河南省政府科技进步二等奖两项，三等奖三项，许昌市科技进步奖五项，发表学术论文数篇。

（作者单位：许昌市农村能源管理工作站）