畜禽粪污资源化利用生态产业链模式效益分析

吴淑静，张敬中，刘太记

（1.栾川县巡察工作数据中心，河南 栾川 471500；2.洛阳市畜牧良种繁育推广中心；3.河南省畜牧总站）

国内外养殖场粪尿等废弃污染物的综合利用工程技术主要有两大类，即生态农业循环利用型和生态能源综合利用型系统工程。畜禽粪污资源化利用生态产业链模式是综合两类工程技术优点，按照生态系统内能量流和物质流的循环规律而设计的一种生态工程系统，其原理是使某一生产环节产生的废弃物（如圈舍的冲洗水等），通过技术处理在生产过程中得到充分的循环利用，从而提高资源化利用率。该模式目前在我省大型规模生猪养殖场废弃物处理中广泛推广应用。笔者依据典型场生产应用情况对该技术工艺模式的生产效益进行评估分析。

1 工艺流程

畜禽粪污资源化利用生态产业链模式主要有肥料化处理循环利用、能源化处理循环利用、基料化处理循环利用等。其中肥料化、能源化循环利用型生态工程应用最为普遍。在废弃物综合利用与污染物治理工程中，不仅使养殖场废弃物排放得到有效控制，而且对环境污染状况有明显的改善，提高了生猪养殖生产过程的环境福利。该模式工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

1.1 节水减排

通过现代信息技术，建立由圈舍信息采集传输、大数据处理和智联控制三部分构成的智能化节水减排控制系统，建立不同饲养管理阶段的生理管理运行曲线、数据指标，直接和各用电设备关联，进行高效精准启停，实现智能化精准喂料、精准饮水、精准用电、精准通风、精准用药、精准供暖，最大限度减少养殖废弃物产排。

1.2 除杂沉砂

养猪场粪污通过管道自流到沼气站集水池，粪尿等废弃物先经过格栅，清除污水中较大的杂物，同时进行沉砂。去除粪污中的砂石，有利于后序处理，减少管道的堵塞，保证粪污自流顺畅。经除杂沉砂之后的粪污进入集水池。

1.3 固液分离

进入集水池的粪污泵入固液分离装置，经固液分离后，粪渣、未消化的饲料和猪毛等进入集粪池，进行烘干发酵等无害化处理，用作有机肥出售。

1.4 酸化分解

经固液分离后的污水进入酸化调节池进行调节，增加了废水的可生化性，利于后序处理。

1.5 厌氧发酵

污水通过泵站进入厌氧发酵罐，采用中温厌氧发酵降低污水中的有机物浓度，同时通过厌氧菌作用产生沼气。冬季气温较低，在厌氧发酵罐内设置温水循环管路，以提高厌氧消化效率。

1.6 净化处理

沼气采用干法脱硫，在常温下含有H2S的沼气通过脱硫剂床层，沼气中的H2S 与活性物质氧化铁接触，生成硫化铁和亚硫化铁，然后含有硫化物的脱硫剂与空气中的氧接触，当有水存在时，铁的硫化物又转化为氧化铁和单体硫。经过脱硫和再生过程多次循环，直至氧化铁脱硫剂表面大部分被硫或其他杂质覆盖而失去活性为止。

1.7 沼气利用

沼气储存于贮气柜，脱水脱硫并调节压力后经阻火器供给沼气利用设施。低温季节利用沼气热水锅炉产生的热量供厌氧发酵罐增温、洗消设施设备加温及人畜用水取暖；高温季节为有机肥生产中粪污烘干、造粒、生产生活用能提供能源。

1.8 沼渣利用

固液分离的固粪、沼渣从温室式固粪发酵间一端进入，使用移动翻抛发酵加工方法，连续翻动加入菌剂的畜禽粪便，使其发酵、脱臭，出来时变为发酵好的有机肥，可供林木、蔬菜、水产养殖作为固态有机肥使用，实现“养-种-能”综合利用。

1.9 沼液利用

结合养殖场实际，沼液选择回流浸泡秸秆进行二次中温厌氧发酵；通过管线送入田间贮肥池灌溉农田、果园、林地；制作液态营养液用于作物浸种、叶面喷施肥、杀虫剂，水溶肥用于高效农业种植。

2 主要工程设施

围绕技术工艺设计流程，按照《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）及河南省畜禽粪污资源化利用建设规范参数标准，配套设施。以自繁自养年出栏20 000头、年均产仔2.2窝、生产节律13批、养殖周期168 d、育肥猪出栏体质量60 kg/头的养猪场为例，主要建设内容包括两座1 300 m3的厌氧发酵罐、集水池90 m3、酸化池150 m3、贮气柜500 m3、沉淀池150 m3、沼液田间贮存池25 000 m3及新建固体粪便堆放、发酵间1 000 m2。

2.1 厌氧发酵池

池体砼结构设计为地埋式钢筋混凝土结构，池为圆柱形，池内半径7.3 m，高度7.5 m，采用C20砼及Ⅰ级钢筋制作砖砌体，垫层采用厚度20 cmC15砼，地基承载力特征值要求大于120 kpa。

按生猪长年存栏数12 000头测算，每天的粪污排放量为140 000 kg，猪粪尿污水经过人工清理和用水冲栏后，采用二相式发酵方式，干物质含量约为8%，池内装料为84%，滞留期为15 d，厌氧发酵池容积应为：V=（140 000×8%×15）/（8%×1 000×84%）=2 500 m3。

所以修建2座1 250 m3的厌氧发酵池，即可满足要求。

2.2 集水池

集水池采用钢筋混凝土结构，池顶加盖，格栅井与集水池均为地下池。

猪场日排粪尿污水140 t，按每日排污2 次，集水池容积应为70 m3。

2.3 沉淀池

沉淀池为地下式池，采用圆形钢筋混凝土结构，沉淀池容积140 m3，池内半径4 m，高度2.8 m，主要对固液分离出水起过滤沉淀的作用。

2.4 酸化池

酸化池容积为140 m3，污水滞留时间为5 h，酸化池内设排泥管道。

2.5 贮气柜

湿式贮气柜采用圆形结构，半地上池式，水封池为钢筋混凝土，钟罩为钢丝网水泥结构。

2.6 田间贮存池

沼液在田间贮存池贮液设计期为6 个月180 d，沼液贮存池设计尺寸为：长80 m×宽62.5 m×高5 m。采用护坡形式，土工膜铺底，水泥砂浆砌筑，砖砌池壁，水泥砂浆抹面，保证池底不渗漏。按照沼液10%的蒸发量计算，所需沼液贮存池的容积为V=140×180×90%=22 680 m3，贮存池容积应取2 500 m3。

2.7 固粪发酵间

建设900 m2的固体粪便堆放、发酵间，设计尺寸为：长30 m×宽30 m。发酵间采用“人”字形屋顶、砖混结构；发酵间屋檐高4.2 m，屋顶净高2.3 m。主要构建筑物如表1所示。

表1 主要构建筑物列表

3 主要设备

3.1 格栅

格栅设于集水池前，设置2 道格栅，粗格栅栅条间隙为30 mm，用于去除大型杂物；细格栅栅条间隙为10 m，用于去除中小型杂物，并在格栅处设置工作平台。污水过栅流速为0.6 m/s，格栅倾角为65°，利于污水自流。

3.2 固液分离装置

固液分离装置根据被分离物料的性质、流量、脱水要求，经技术、成本比较后选用；固液分离装置应方便废渣的贮存、运输。

3.3 气水分离器

气水分离器2 台，满足设计参数：一是气水分离器内的供气压力大于2 kPa；二是气水分离器的压力损失小于100 Pa；三是气水分离器简体高度为直径的4～6倍；四是气水分离器设有自动排水装置。

3.4 凝水器

在工艺出气管的最低点设置2台冷凝水集水器。

3.5 沼气流量计

采用膜式流量计，适用于20～30 m3/h沼气流量计2台。

3.6 水泵

每个发酵罐选用同一型号提升泵4台、厌氧进料泵4台、潜水泵2台。主要工艺设备、管道如表2所示。

表2 主要工艺设备、管道列表

依据《给排水工程概预算与经济评价手册》及建设部（1996）建标字第628号文《市政工程可行性研究报告投资估算编制办法》进行评估，估算范围包括工程项目所需固定资产投资：即建筑工程、设备购置、安装工程、配套辅助设施以及土地租赁等所需费用。

4 投资估算

保持技术工艺正常运行建设总投入资金1 353.01 万元，其中土建投资723.4万元，设备投资517.86万元，管理费、勘察设计费、招标费等费用31.75万元。投资估算表如表3、表4、表5所示。

表3 土建投资估算表

表4 设备投资估算表

表5 其他投资估算表

5 效益分析及评价

5.1 效益分析

5.1.1 评价依据

国家计委和建设部颁发的《经济建设项目评价方法与参数》（第三版）、建设期1年、经营期10年、行业基准收益率取8%计算。

5.1.2 收入估算

规模：日处理猪粪尿污水达140 t，年处理猪粪污为51 100 t，年生产固体有机肥3 000 t，沼液35 000 t。

沼气：年产沼气279 000 m3，每立方米沼气按1.5 元计，则每年沼气收入为41.85万元。

固体有机肥：年产3 000 t，每吨按400元计，则每年固体有机肥收入为120万元。

沼液肥料：年产35 000 t，每吨按35元计，则每年沼液肥料收入为122.5万元。

正常年份收入合计为284.35万元。

5.1.3 成本估算

原材料费：主要为厌氧菌种采购，年消耗额为6.5万元（含运输费）。

工资及福利费：满足设计规模运营时，需人员5人，其中每年每人工资、福利费、津贴等平均标准3万元，年需工资福利费15万元。

水、电燃料动力等费用：正常年份每年水、电燃料动力等费用支出为8万元。

固定资产折旧费：房屋等建（构）筑物折旧期限20年，设备折旧年限10年，残值均为5%，按直线折旧法折旧，年折旧费83.56万元。

递延资产摊销费：摊销年限5年，按年等额摊销，年摊销费6.35万元。

维修费：包括沼气、办公家具、管道等设备维修，平均每年维修费为12.5 万元。

管理费用：每年支出为4.5万元。

平均年总成本费用136.41万元。

5.1.4 利润分析

平均年利润总额为147.94万元。

5.2 效益评价

5.2.1 经济效益评价

从财务分析数据可以看出，只要达到设计规模，则收回所有投资需8.6年，财务内部收益率（FIRR）为13.21%＞8%，财务净现值（FNPV）34.88 万元＞0，说明该技术模式经济效益可观。

5.2.2 生态效益评价

5.2.2.1 改善水域环境

通过该技术工艺应用对粪尿废弃物进行有效利用，减少用水量，降低粪便污水对环境污染影响，且每年减少项目企业排污费约4万元。

5.2.2.2 保护大气环境可减少因直接田间施肥产生的甲烷排放而引起的温室效应。每处理1 头猪（存栏）的粪便可以减排甲烷4.18 kg，相当于87 kg CO2的温室效应。

5.2.2.3 有机肥提质增效

可以提供大量的优质肥料，推动林果业和种植业的发展。沼肥是优质高效的有机肥，不仅可以促进农作物生长和改良土壤，而且可以增强农作物的抗旱、抗冻和抗病虫能力。施用沼肥能使粮食作物、经济作物和果树增产，增产幅度一般在8%～25%。沼液浸种可以提高种子发芽率和成苗率，提高抗病、抗逆能力；沼渣栽培蘑菇，生物学转化率可达15%～30%；沼肥水稻育秧单产比常规高出17.5%～24.3%；用沼液、沼渣喷施脐橙和甜柚，比施化肥增产25%以上。总之沼气发酵与种植、养殖相结合，经济效益可成倍增长。

5.2.2.4 提高土壤肥力

沼肥富含作物生长所必需的氮、磷、钾等元素，是一种优质农家肥，而且病菌、虫卵大部分被杀死，是理想的无公害肥料，具有无污染、高效、培肥地力的作用。

5.2.2.5 改善周围卫生环境

猪粪便既是肥料，又是制取沼气的发酵原料，更是疾病的传染源，是有益又有害的物质。粪便中含有寄生虫卵、肠道致病菌和病毒，能传播血吸虫、钩虫、蛔虫等寄生虫病和伤寒、痢疾、传染性肝炎、脊髓灰质炎等细菌、病毒性疾病。如果粪便处理不当，不仅损失肥效，污染环境，而且孳生蚊蝇、传播疾病，危害人畜健康。用厌氧发酵池发酵处理畜禽粪便，可杀虫灭菌。据测定，血吸虫卵在常温沼气发酵条件下7～22 d被杀灭；钩虫卵经过50 d死亡率为75%，经过93 d 全部死亡；蛔虫卵经过90 d 死亡率为75%；伤寒杆菌存活时间仅为30 d。由于污染物得到大大降解，有利于猪场职工和周围农民的健康；使用沼气代替煤炭，可减少烟尘和二氧化硫的排放；使用沼肥作为肥料和饵料，发展绿色食品，有利于消费者的身体健康。

5.2.3 社会效益评价

该技术工艺模式符合国家产业政策，且运行稳定、自控简单、操作方便、运行成本低，采用固液分离、综合治理、粪污处理等工程措施控制规模化养猪污染，为其他规模化养殖场提供了示范作用。通过废弃物综合利用，使猪场有机排放物对环境造成的污染得到有效治理，并生产出高品位能源和优质肥料，可以实现资源综合利用，多次增值，是实施农牧业可持续发展的理想形式，既为企业提供优质燃料、节约能源，又为农业生产提供高效的有机肥料，改善生态环境。综上分析，畜禽粪污资源化利用生态产业链模式形成了显著示范效应，具有积极的推广意义。