新疆兵团粪污资源化利用模式与典型案例分析

刘福元，魏 勇，孙文江，杨井泉

（1.新疆农垦科学院畜牧兽医研究所，新疆 石河子 832000；2.新疆天澳牧业有限公司，新疆 奎屯市 833200；3.新疆盛兆天地农业发展有限公司，新疆 阿拉尔市 843305）

目前，我国经济已进入转型升级、供给侧改革新阶段，农牧业转型升级的目标是优质、高效、安全、环保，农牧业发展需要重点突破资源利用强度过高、面源污染加剧、生态系统退化严重三大关键问题。国内外实践表明，农牧业废弃物的无害化处理和资源化利用，是控制农业环境污染、改善农村环境、发展循环经济、实现农业可持续发展的有效途径。

新疆地区必须根据自身的气候环境特点及养殖业与种植业特点，筛选适合本地区的粪污处理与资源化利用技术模式。近年来，兵团农业局、兵团畜牧兽医工作总站多次深入基层开展此方面的调研，成立了兵团畜禽养殖废物资源化利用专家指导组，组织召开了多期专项技术培训，通过行政与技术、对口蹲点与包面服务、生产与科研三个相结合的方法，有力地推动了新疆兵团粪污资源化利用工作的进程，通过培育、扶持和引导，建立了奶牛场草畜一体化粪污循环利用、猪场果畜一体化粪污资源化利用和第三方专业公司猪场粪污高值化利用共3种技术模式，现将该技术模式下的典型案例与养殖企业和管理部门的朋友们进行分享，希望对大家能有所帮助和启发。

1 南北方粪污处理与资源化利用制约因素比较

1.1 气候环境

南方地区年平均温度较高，夏季高温多雨，冬季温和少雨。高温则有利于好氧堆肥发酵，但露天开放式好氧堆肥发酵，常常由于降雨量大，易使发酵物料过湿而影响发酵效果。北方地区年平均温度较低，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。特别是新疆地区，气温温差较大，降水量少，气候干燥，从11月到翌年3月中旬处于低温期[1]，冬季寒冷的气候条件，如果没有保温增温措施难以进行好氧堆肥或沼气发酵。

南方降雨量大于蒸发量，所以养殖场修建的氧化塘、储粪池等设施都要覆盖黑膜或者建造避雨棚，避免雨水流入，减少后续处理难度。北方地区降雨量小于蒸发量，特别是新疆地区，年平均降水量北疆多南疆少，蒸发量高的特点[2]，在修建氧化塘或储液池时顶部不覆膜、靠蒸发浓缩粪水，提高单位体积粪水养分含量。见表1。

表1 新疆地区年均降水量和蒸发量

1.2 养殖场困境

南方地区人口密集，养殖场多靠近水网、村落和农田，所以南方地区养殖场首先要预防养殖粪污对水网环境的污染，以及污水和臭气扰民等投诉事件的发生；且由于南方地区降雨量大，农田水分过剩，粪水难以被农田消化，部分养殖场粪污需要选择达标排放的模式进行处理。北方地区地域辽阔，人口密度小，特别是新疆地区大型养殖场多建在撂荒地或者戈壁滩上，养殖场距离农田或者果园较远，粪肥运输成本高，且目前难以进入滴灌系统，用于棉花种植，以上因素成为制约新疆地区粪污资源化利用的瓶颈。

1.3 地区经济差异

南方省份经济发达，迫于环境的压力，政府有能力出资来配合进行整县推进，甚至整省推进。北方经济欠发达地区，特别是西部地区，政府配套能力有限[6]，因此必须要选择一些适合当地气候环境特点、经济适用的粪污处理与资源化利用技术模式。

2 利用模式与典型案列分析

2.1 奶牛场草畜一体化粪污循环利用模式——以沙湾天润生物有限责任公司为例

2.1.1 基本情况介绍

沙湾天润生物有限责任公司隶属于天润乳业股份有限公司，牧场位于新疆沙湾县三个泉子基地，距离沙湾县20 km。牧场规划设计养殖奶牛3 000头，养殖区占地面积30 hm2，牛场采用恒温牛舍及对头式集约化奶牛养殖，配套智能化2×40位并列式挤奶厅、牵引式TMR饲喂车、自动化犊牛饲喂系统等；周边配备333.33 hm2饲草料地。目前实际养殖奶牛2 100头，其中成母牛1 100头，后备牛1 000头，年产粪污4.2万t；配套土地种植玉米和苜蓿，消纳解决牧场的粪肥还田，形成种养一体化可持续性循环奶牛养殖模式[7]。

2.1.2 粪污收集处理、利用流程和关键技术

牛场舍内采用了低能耗的电动刮粪板清粪，采用集装箱式牛床垫料发酵再生系统，集固液分离与发酵杀菌于一体，实现了废弃物循环利用，节省了牛床垫料购置成本。使用成本较低且建设速度较快的黑膜材料在牛场建造7 500 m3全封闭式软体厌氧发酵塘，距牛场1.7 km田间建有22 500m3的黑膜软体氧化塘。

结合生产实际调整，部分粪污通过牛床垫料发酵再生系统，生产牛床垫料；其余粪污进行固液分离，固相耗氧堆肥发酵生产固体有机肥，液相通过黑膜厌氧池厌氧发酵，经吸污车运送到饲草料地的软体黑膜氧化塘贮存，灌溉季节通过管道随水泵入333.33 hm2草料，实现了废水利用和农牧结合。

2.1.3 运行机制

该公司建成了一种奶牛场种养一体化粪污循环利用运行机制。粪污处理设施工艺设备总投资650万元，其中奶牛场电动刮粪板投资84万元，牛床垫料发酵再生系统投资410万元，厌氧发酵塘底膜、覆盖膜投资49万元，灌溉系统投资47万元，吸污车投资18万元，土建投资30万元。粪污处理，包括清粪工艺、固液分离及垫料再生电费、燃油、动力等能耗等每年15万元。

2.1.4 效益分析

通过牛粪垫料再生系统对牛粪进行脱水、烘干和消毒等工艺，每年生产垫料3 000 m3，实现牧场牛舍卧床垫料100%自给自足，每年节约沙子或锯末等垫料成本40余万元。

通过液体粪肥的三级氧化塘“厌氧-耗氧”熟化，进行333.33 hm2配套饲草料基地的还田灌溉。通过2017-2018年持续两年的粪肥还田，种植的全株玉米青贮在干物质和淀粉均达到30%的基础上，产量提升了15.5%，为饲草料基地的承包户增加收益280元/667 m2，按照玉米青贮基地种植面积200 hm2计算，每年增加收益84万元。同时为牧场提供了优质、安全的饲草料原料，减少了化肥成本。

通过粪污机械收集系统-牛粪垫料再生系统-液体粪肥还田系统，彻底解决了牧场粪污治理的问题，实现环保验收达标，规避了牧场环保处罚或关停的风险。

2.1.5 综合评价

示范应用了垫料再生系统和黑膜氧化塘工艺，实现了养殖粪污在奶牛场内循环利用和草畜一体化粪污循环利用。（见图1-图4）

2.2 猪场果畜一体化粪污资源化利用模式——以新疆兵团第一师三团7连种养大户侯祖庆为例

2.2.1 基本情况介绍

侯祖庆在200 hm2骏枣枣园的一角建成了4栋育肥猪舍，每栋猪舍1 000m2（60 m×16.6 m），每批次进购4 000头出生后60 d、体重20 kg的仔猪，饲养到120 kg出栏，每年饲养2个批次，即每年养殖出栏育肥猪8 000头，年产生粪污8 000 t。通过200 hm2骏枣果园地消纳解决猪场的粪肥，形成果畜一体化可持续循环发展新模式。

2.2.2 粪污收集处理、利用流程和关键技术

育肥猪舍采用水泡粪养殖方式，配套固液分离系统，并建成2个混凝土结构，池深2.5 m、容量为0.4万m3和1.4万m3的氧化塘。

图1 场内黑膜厌氧发酵塘

图2 田间氧化塘

图3 牛床垫料再生系统

图4 牛粪作为牛床垫料

育肥猪舍水泡粪池内的粪污通过负压定期汇集于集粪池，利用固液分离设备，进行干湿分离。固相通过好氧堆肥发酵制作有机肥，每年入冬前作为基肥通过机械沟施用于果园。液相进入氧化塘，通过发酵菌种作用，经过半年发酵的粪水，在果园春灌和冬灌时，随水灌溉，实现了养殖粪污资源化利用。

2.2.3 运行机制

该大户建成了一种猪场果畜一体化粪污循环利用运行机制。粪污处理工艺总投资200万元，固液分离系统投资60万元，氧化塘投资120万元，灌溉系统投资20万元。固液分离及灌溉的电费、固体有机肥开沟施肥费、菌种费等每年40万元。

2.2.4 效益分析

经测算，每亩果园可以节省化肥费300元以上，200 hm2骏枣果园，每年可以节省化肥费用90万元。由于使用有机肥果品品质提高，骏枣每公斤价格增值1元以上，亩产按照400 kg估算，200 hm2骏枣果园，每年可以增收120万元。上述2项合计210万元，还不包括育肥猪本身的效益。

特色林果业是新疆南疆地区的优势产业和支柱产业，目前水果和坚果种植面积已达到106.67万hm2，总产达到800万t。但近年来果品质量逐年下降，价格持续跌落，严重影响了果农的收入和产业的发展。南疆地区果园土壤有机质平均不到1%，甚至许多地块只有0.24%～0.6%。果树土壤有机质风度高水平指标在2%以上[8]，最好达到5%～8%。增施有机肥不仅能够改善土壤结构，增加有机质含量，有利于果树的根系发育和促进花芽分化，而且能一定程度提高果树产量与品质[9]。通过实施果畜一体化粪污资源化利用模式，有力地促进了畜禽粪污肥料化的应用，解决了规模化养殖场粪污消纳的难题，同时也推动了南疆地区林果业提质增效，提高了种养效益，助力脱贫攻坚行动。

2.2.5 综合评价

本模式的最大优点就是处理工艺简单，就近就地利用，处理及运输成本较低，这也充分体现了养殖场靠近果园农田的优势，对于目前新疆南疆林果业发达地区具有借鉴价值。与此相反，目前新疆地区许多规模化养殖场远离果园或农田，由于运输成本过高而阻止了粪肥的资源化利用，导致种养脱节，养殖粪污变成了养殖场的负担。（见图5、图6）

图5 液体粪肥灌溉泵房

图6 粪肥随水春灌

2.3 第三方专业公司猪场粪污高值化利用模式——以新疆盛兆天地农业开发有限公司为例

2.3.1 基本情况介绍

新疆盛兆天地农业开发有限公司位于新疆兵团第一师阿拉尔市十四团，是从事微生物肥料、生物有机肥料生产并致力于发展生态循环农业的专业企业。公司通过沼气发酵技术对新疆宏盛牧歌养殖有限公司年养殖的3 300头种猪及年出栏的8万头猪所产生的6万余t粪污进行专业化处理，形成了第三方专业公司对猪场粪污高值化利用新模式。

2.3.2 粪污收集处理、利用流程和关键技术

该公司沼气工程罐体总容量3 000 m3。沼气工程采用全混合持续发酵工艺 （CSTR），中温发酵（30℃～38℃）,匀浆池及发酵罐设置加热盘管，通过使用沼气锅炉保持中温。沼气工程水力滞留期为20 d，每天可无害化处理粪污200 m3,年处理粪污7万t。建成集粪池500 m3、匀浆池400 m3、沉淀池300 m3、储气柜500 m3，购置沼气脱水罐1个、沼气脱硫罐2套、煤沼两用锅炉2台。建成生产车间930 m2、液体肥生产线2条，储液池4 00 m3、成品池1 500 m3，购置曝气装置1套、石英砂过滤器1台、碟片过滤器6台、精细过滤器4台、包装机1台。

猪场水泡粪池内的粪污依次进入集污池、匀浆池和罐体，采用全混合中温持续发酵工艺（CSTR）进行有机物分解，产生的沼气用于沼气系统循环加热。产生的沼液沼渣经过5级自然沉淀后作为生产生物沼肥的原料，经过曝气、三级过滤，加入功能菌、活化腐殖酸及营养元素，生产系列沼液复合微生物肥产品，包括“菌液宝”（生物沼肥）、“沼液素”（生物土壤修复剂）和生物盐碱改良剂。

2.3.3 运行机制

该公司建成了一种猪场粪污第三方运行机制，依靠专业化公司开发沼液复合微生物肥，进行高值化利用。项目总投资1 200万元，其中基建800万元、设备350万元、其他设施50万元。年运行费150万元。

2.3.4 效益分析

公司每年无害化处理猪场粪污7万余t，销售各类生物沼肥2万余t，施用于周边5万余亩大田作物及果园。产生沼气120余万立方，相当于节省煤炭700 t。年产值1 100万元，利润50万元。

公司沼液复合微生物肥可以改良土壤结构，增加土壤肥力，提高有机质含量，缓解因过度使用化肥造成的土壤板结和盐碱化，可以提高肥料利用率30%～50%，可部分或全部替代化肥。使用生物沼肥种出的红枣色泽鲜亮、果肉厚实、甜中带香，一级率达到60%以上，收购价格高出3元/kg以上，仅此一项增加收入2 000元/667 m2，收益明显提高。棉田全程使用生物沼肥，产量可以提高10%～30%，即产量达到330～390 kg/667 m2，棉花的品质提高，收入增加150～200元/667 m2。生物沼肥按照一定比例稀释后作叶面肥喷施，特别是在作物发病时兑入少量的农药即能达到良好的效果，可降低农药用量30%～50%，每亩可降低成本50～100元。

2.3.5 综合评价

公司开发系列沼液复合微生物肥系列产品，推广绿色种植模式，实施水肥一体化，促进了种植业提质增效。同时解决了液体肥料的储、运、施系统配套的瓶颈问题，打通了从肥料到田间的“最后一公里”。（见图 7、图 8）

图7 沼肥生产设备

图8 沼肥果园沟施

3 结论

新疆兵团畜禽养殖粪污资源化利用工作任务艰巨，任重道远。应以规模化奶牛和生猪养殖场的粪污资源化利用为重点，通过逐一排查、分类施策、联合作战，破解有机肥重金属和抗生素等安全隐患、畜禽粪污土地承载力、有机肥低成本处理与利用、液体有机肥应用于滴灌系统等制约瓶颈问题，支持畜禽粪污处理和资源化利用设施建设，加强技术指导与培训，不断总结完善典型经验，积极推动种养结合模式，力争完成畜禽粪污资源化利用目标任务，促进兵团农业生态系统良性循环。