奶牛-沼气-果（菜、鱼）生态循环农业模式研究

杜英杰

【摘  要】通过对鼎丰农业奶牛-沼气-果（菜、鱼）生态循环模式的背景、沼气工程工艺原理的选择及模式效果的论述，阐明了种植业和养殖业生产过程中的物资循环与能源循环，形成气-热-肥废弃物资源的可持续循环利用，并达到废弃物的零排放。该模式对养殖行业起到了一定的示范带动作用。

奶牛--沼气--果（菜、鱼）生态循环农业模式是利用种植业生产过程中产生的废弃物秸秆做为奶牛的饲料，沼气工程则是利用养殖场生产过程中产生的粪污经沼气工程厌氧发酵产生可再生能源沼气、沼液和沼渣。沼气用于燃气锅炉燃料或发电用于养殖场生产和生活;沼渣、沼液返回农田的资源循环利用的农业生产方式。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（粮、饲）—养殖业（奶牛、蛋鸭）—种植业（果、菜、鱼）相结合的有机废弃物合理利用的新型农业发展模式。是即保护了生态环境，综合效益又明显提高的新型生态循环农业生产方式。

一、奶牛--沼气--果（菜、鱼）模式背景

1、许昌市畜牧业发展现状

河南是我国农业大省之一。也是我国的畜禽养殖大省。随着我省畜禽养殖从个体分散养殖转向规模化养殖的发展，生产规模扩大，畜禽粪便排放量也急剧增加;畜禽粪污污染而造成的面源污染波及面广且危害极大，已成为亟待解决的社会问题。为贯彻国家?环境保护法?、?畜禽养殖业污染物排放标椎?严格把控和解决由畜禽养殖产生的废水、废渣、和恶臭对生态环境造成的影响，促进养殖业技术的不断进步，为维护我省生态平衡和建设美丽乡村，河南省环境保护厅与省畜牧局联合出台了河南省?畜禽养殖业污染物排放地方标椎?对养殖场排泄物的处理提出了比国家标准更高、更严的要求。

目前我省规模化养殖企业的畜禽粪便排放量每年多达2亿吨，已达到了畜禽粪便的土地总体负荷量，造成了较为严重的对生态环境的压力，养殖业现已发展成为我省新的面源污染大户。大量畜禽粪便不经处理的排放，不仅会影响到我省农村经济的发展，而且还会影响到我省农副产品在市场上竞争力的提升。因此，各级政府都十分重视对畜禽养殖业面源污染的防治工作，围绕着人与自然和协发展的原则和把我省建设成生态大省的要求，特制定了?河南省农村沼气建设发展规划?和?河南省畜禽养殖业面源污染防治规划?。最近几年来国家对河南省畜禽养殖业的大中型沼气工程的扶持力度逐步加大，仅许昌市国家就投资和企业自筹建设大中型沼气工程16座，使得部分规模化养殖企业的粪便污水污染问题得到了一定程度的治理和解决。

近年来，随着人们生活水平不断提高，对肉、蛋等的需求量逐年增加。相对应的畜牧养殖业也得到了快速发展，截止目前为止，许昌市规模化养殖场已达704家，其中，禹州市131家，长葛市91家，鄢陵县104家，襄城县249家，建安区117家，开辖61家。随着养殖企业的增加，规模的不断扩大，由养殖而产生的粪污的污染问题也越来越多。2019年许昌市坚持保供给与保环境并重，大力发展生态循环畜牧业，强化畜禽粪污综合治理，全面推进以沼气工程为纽带的畜禽养殖企业废弃物资源化的利用，努力构建种养结合，农牧循环、生态绿色、可持续发展的农牧业新格局。因此，沼气工程在生态循环农业发展模式中起着重要的技术支撑作用。

2、襄城县鼎丰农业发展有限公司概况

襄城县鼎丰农业发展有限公司成立于年2013年9月，注册资金5000万元，是集种植、养殖为一体的现代化农业企业。公司经营有果树、农作物种植、农产品销售及加工、肉牛饲养繁殖、蛋鸭等。公司整体规划为三场、四区、一观园，总投资1.2亿元。三场分别为：肉牛养殖示范场、散养土鸡、蛋鸭场、开心农场。四区为：日光温室有机蔬菜种植区、小麦、玉米种植区、果树种植区、农副产品生产加工区、一观园为生态旅游观光园。公司位于襄城县湛北乡东南，距离311国道1公里，南临许平南高速公路1.5公里，漯宝铁路穿境而过，土地肥沃，交通便利。

鼎丰农业现有员工60人，专业技术人员15人。流转土地3000多亩，其中建有300多畝的休闲农场;养殖蚯蚓40亩。种植莲藕60亩、鱼塘5个（水面60余亩）、各种果树30000余棵。建有160亩标椎化肉牛养殖场，先后建成标准牛舍 6栋7200平方米，秸秆发酵池6个，共10000立方米，办公室、兽医室、化验室等2860 平方米。同时，购置拖拉机、收割机、打草机、自动取料机、上料机、自动投草（料）机等各种配套生产设备39台（套），肉牛年出栏达3000多头，农户散养母牛200多头;2018年又投资兴建蛋鸭养殖，鸭棚6栋30000平方米，养殖蛋鸭30000只，日产鸭蛋28000多枚。养殖场每天日产粪污45吨左右，对养殖场及周边造成了大量的环境污染，公司自成立以来坚持以种植支撑养殖，养殖推进种植模式。於2017年总投资430万元（其中国家投资150万元、企业自筹280万元）建成1000立方米沼气工程一座，按照“全循环零排放”的要求，实行“牛场配农田，农田带牛场”的标准，打造以肉牛、蛋鸭生产为主，沼气工程为纽带的现代农业产业链条，提高农牧效益，促进企业增收，建成集高效种养、观光旅游、生态农牧循环为一体的新型农牧产业示范园区。

二、鼎丰奶牛--沼气--果（菜、鱼）农业生态循环模式配套措施：

（一）工艺原理选择原则

沼气工程工艺选择原则是以“整体、协调、循环、再生”为总的指导思想，按照“减量化、无害化、生态化”的原则，建设沼气示范项目。

奶牛--沼气--果（菜、鱼）农业生态循环模式中的沼气工艺原理选择应坚持以沼气工程为纽带，把能源环境建设和废弃物资源循环利用有机的结合为一体，真正实现养殖场粪污的资源化利用，形成没有污染，再生资源可循环利用并持续发展的农牧业生态循环的经济发展体系。

1、沼气工艺原理选择要实现资源的零污染排放

通过沼气工程建设运行，可以在养殖场区域内实现养殖场废弃物-粪污的综合治理和开发利用，并能做到清洁化生产，并能够实现养殖场区域内生产污染的零排放。采用科学合理先进的沼气工程工艺技术，使粪便、污水经过沼气工程厌氧发酵后产生的沼气、沼渣和沼液可以直接作为能源和肥料利用，实现养殖场区域内的污染物零排放，并使这些粪污变成有用的可再生资源-沼气、沼渣和沼液。通过对清洁能源沼气的高效利用，减少了对大气环境温室气体排放，积极应对全球气候环境的变化。

沼气工程工艺原理选择要遵循循环经济发展原理

在“资源—产品—消费—再生资源”的生产和消费中追求资源和能源利用效率的最大化和废弃物产生量的最小化，从根本上解决长久以来农业发展与生态环境之间的尖锐矛盾，实现农业经济和生态环境效益的“共赢”。

3、种植、养殖、加工的协调发展

通过种植、养殖、加工的相互结合，沼气工程实现养殖场废弃物的回收利用，并可将每年养殖场生产所产生的所有粪便污水被消化掉。沼气工程厌氧反应产生的沼气是清洁的可再生能源，而沼渣和沼液可直接用作肥料，这样就可以促进当地种植业、养殖业的良性发展，形成以沼气工程为纽带的种植、养殖、加工为一体的良性农业生态循环经济模式。

、沼气工程工艺技术比较及选择

1、沼气工程工艺原理比较

我国大中型沼气工程厌氧发酵处理工艺技术发展非常快，各种新工艺、新方法不断涌现，像能够处理含有高固体含量厌养发酵原料的完全混合式厌氧反应器（CSTR）、升流式厌氧固体反应器（USR）和适宜处理含有溶解性有机废弃物发酵原料的升流式厌氧污泥床（UASB）、内循环厌氧反应器（IC）等。不同的沼气厌氧反应工艺其效果、产期率、污泥滞留时间均有所不同，且各有优缺点，现对常用的沼气工程工艺USR、UASB、HCF和CSTR进行比较如下表：

从上表可可以看出：沼气工程不同的厌氧消化处理工艺均存在不同的优、缺点及其使用范围，在一定的条件下选择适合当地养殖场的沼气发酵消化工艺将决定沼气工程厌氧处理能否成功的关键。

2、鼎丰养殖场沼气工程工艺原理选择

根据鼎丰养殖场所产生的废弃物—粪便、污水固体含量较高和鼎丰农业周边又有大量的农田，可用来消化掉沼气工程厌氧反应处理后的沼渣和沼液，避免出现二次污染，因此鼎丰农业选择“预处理+CSTR”厌氧反应器消化工艺是比较合适的。CSTR厌氧消化工艺沼气厌氧消化反应器有利于节约企业和国家的投资，该沼气工程具有较长的水力停留时间，有利于畜禽养殖场所产生的有机废水的充分消化和降解，沼气产生量也相对较高而且稳定，选择CSTR沼气厌氧发酵工艺有利于该沼气工程项目的顺利实施和便于对沼气工程的运行管理。

3鼎丰养殖场沼气工程“预处理+CSTR”厌氧消化发酵工艺流程如下图：

CSTR厌氧工艺流程说明：养殖场粪污进入集污池，在此去除细小的沉沙等颗粒、浮渣和杂草等部分物质，后经中格栅进入调节池内，调节水质和水量使其有机物浓度含量达到6-12%，在调节池内设有搅拌机进行搅拌，使有机废弃物—粪污进行充分的混合，以防止粪污分层沉淀，搅拌达到6-12%浓度的粪污，经进料泵送入厌氧消化反应罐内，在此利用太阳能的熱能和锅炉发电产生的余热，通过加热盘管来保持发酵罐厌氧反应所需的38℃中温厌氧发酵温度，将养殖场粪污中的大部分的COD去除，并产生出大量的沼气、沼渣和沼液。厌氧发酵产生的沼渣和沼液经固液分离，沼渣进入沼渣存放场存储，并可制成有机肥料;产生的沼液经自流进入到沼液贮存池进行存贮，用于叶面喷洒蔬菜、果蔬或进行农田灌溉时与水一起进行灌溉;反应罐厌氧反应产生的沼气经脱水、脱硫处理后，进入湿式贮气柜进行储存，然后再经阻火器通过锅炉增温或发电。

（三）、鼎丰农业奶牛--沼气--果（菜、鱼）生态循环农业模式的关键技术

针对襄城县鼎丰农业奶牛养殖场的规模和条件，投资建设1000立方米的沼气工程，采用CSTR厌氧发酵工艺，有效控制耐高氨氮菌种的培养条件，将中温38℃作为沼气工程的厌氧发酵温度，将厌氧发酵微生物的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 m3/m3·d以上，这样就可以实现鼎丰农业奶牛养殖场沼气工程厌氧发酵消化系统的高能效，且稳定运行。

（1）沼气发电技术的利用

将沼气工程产生的沼气，输送到沼气发电机组进行热电转换，把沼气的热能转化成电能，便于输送和企业使用。

（2）沼液和沼渣的资源化开发利用技术

沼气发酵产生的沼液和沼渣是一种高效、优质的有机肥料，含有多种易被植物吸收的营养物质（有机质、腐殖酸、氮磷钾、多种氨基酸、及微量元素等），它具有速效性和缓效性两重作用。在提高农作物产量，改善和提高农作物品质方面都具有明显的效果。且在农作物增产的同时，可以实现土壤有机质含量的提升，在抗病防虫、提高农作物抗逆性上也呈现出突出功效，可有效减少化肥和农药的使用量，是“化肥农药减施、增效”健康绿色农业的发展方向。因此，通过沼气工程厌氧发酵工艺的应用，鼎丰农业养殖场产生的粪便、污水的资源化利用率达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，防治农作物病虫害的农药使用量减少10%-15%，农作物产量可提高20%以上，并可以显著地提升农作物的品质和改善农田土壤有机质的含量，生产出绿色、无公害优质的农产品。

鼎丰农业奶牛养殖场废弃物—粪便、污水CSTR厌氧发酵工艺技术的应用，形成了种植业（小麦秸秆、玉米秸秆）—养殖业（奶牛、蛋鸭养殖）--种植业（沼渣、沼液还田）的整个良性生态循环农业模式，达到无污染、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和生态效益。

三、鼎丰农业奶牛--沼气--果（菜、鱼）农业生态循环模式推广情况

襄城县鼎丰农业公司奶牛（蛋鸭）--沼气--果（菜、鱼）生态循环农业模式，实现了养殖场粪便污水的及时、高效处理，通过“物质循环”、与“能量循环”，形成“气-热-肥”可持续循环体系，真正地实现养殖场废弃物资源利用的高效化，并做到有机废弃物全部消化处理、使养殖场养殖所产生的废弃物做到零排放。实现气、热、肥资源的高效联产，物质与能源多层次循环利用，将规模化清洁养殖、再生资源循环利用、沼气项目示范带动效益、进一步推广服务等有效地融合在一起进行发展。保障健康的肉制品（牛肉）、鸭蛋的供应，保障了上游养殖业能够健康的发展;同时改善肉牛（鸭）养殖场工作人员的工作环境，保障工作人员身心健康;改善养殖场周边的生态环境，大大减少了鼎丰农业奶牛、蛋鸭养殖场周边臭味对农村环境造成的污染，改善了鼎丰农业周边农村的生态面貌。

鼎丰农业公司奶牛--沼气--果（菜、鱼）农业生态循环模式中沼气工程产生的沼气发电每年可为公司节省电费20多万元;沼渣、沼液作为有机肥料，在每年流转土地中的600畝（全部种植小麦玉米，小麦收获后作为商品粮出售，秸秆饲养奶牛，玉米全株青储做奶牛饲料）及果园和生态园中使用，每年可为公司增效80多万元，同时也取得了良好的生态效益和社会效益。因此沼气工程每年综合可为公司节约生产和生活成本100多万元，同时实现了项目区域内的农业资源的物质和能量的多层次的不断循环利用，促使公司种植和养殖的可持续性发展。

四、结束语

从鼎丰农业奶牛-沼气-果（菜、鱼）农业生态循坏模式中，可以看到沼气工程是连接种植与养殖的一条生态纽带，使种植业与养殖业生产过程中所产生的有机废弃物资源得到了合理的利用和相互转化，企业即得到了一定的经济效益又使农村生态环境有了明显的改善和提高，对许昌市生态农业建设起到了很好的带动作用。2019年国家全力推进畜禽粪污沼气工程资源化利用的整县推进项目，我市应抓住这一大好良机，在全市704家规模化养殖企业中推进沼气工程建设项目。目前我市襄城县于2018年已经申报了整县推进项目，禹州市、长葛市、鄢陵县、正在积极申报畜禽粪污沼气工程资源化利用整县推进项目，此次4个项目县申请中央财政资金1.65亿元，加上当地政府配套和企业自筹，项目总投资将达4亿元，这在我市畜牧业发展历史上是绝无仅有的，为我市畜禽粪污沼气工程资源化利用工作提供了资金保障，为打造实力许昌、活力许昌、魅力许昌做出贡献。抓住机遇，把我市以沼气工程为纽带的生态循环农业建设推向新的高潮。

目前我市虽然已投资兴建了16座大型沼气工程，但由于个别养殖企业由于重养殖，轻治理，环保意识差;部分养殖企业种养结合松散，循环发展、清洁生产、有机发展关系处理不到位;不能使在建沼气工程发挥出应有的效益，这些问题的存在，在一定程度上影响了绿色循环农业的发展，因此在下一步的工作中，我们一必须引起重视，以国家整县推进沼气工程畜禽粪污资源化利用试点重大政策为契机，积极抓好襄城县整县推进项目建设，建立健全沼气工程畜禽粪污资源化利用机制，培训合格的沼气操作管理人员，做到持证安全上岗，示范带动全市沼气工程畜禽粪污资源化利用工作再上新台阶，走出一条适合许昌的生态循环农业发展的新路子，把许昌农村建设成为蓝天白云，青山绿水的美丽乡村。

（作者单位：许昌市农村能源管理工作站）