奶牛--沼--糧（飼）生態(tài)農業(yè)循環(huán)模式探索

【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，在自然調控與人工調控相結合的條件下，利用種植業(yè)產生的廢棄物—農作物秸稈飼養(yǎng)奶牛，奶牛養(yǎng)殖場產生的糞污通過沼氣工程發(fā)酵產生再生能源沼氣及優(yōu)質有機肥沼渣、沼液，沼氣作為熱源用于發(fā)電，沼渣沼液作為優(yōu)質有機肥還田。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)相結合，實現廢物綜合利用、生態(tài)效益，社會效益，經濟效益三贏的新型生態(tài)循環(huán)農業(yè)模式。

【關鍵詞】奶牛;沼氣工程;農作物秸稈;生態(tài)循環(huán)農業(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)殖場生產過程中產生的糞污發(fā)酵產生沼氣，以沼氣工程為紐帶，在自然調控與人工調控的相結合的條件下，利用農業(yè)種植后產生的廢棄物—農作物秸稈飼養(yǎng)奶牛、沼氣工程利用奶牛養(yǎng)殖場產生的廢物—糞污，可再生出新能源（沼氣）和優(yōu)質農家肥沼渣、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)相結合，實現廢物綜合利用、保護生態(tài)環(huán)境，綜合效益明顯的新型生態(tài)循環(huán)農業(yè)模式。

2、模式成因及目標

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，日產鮮奶25噸左右。公司現有標準牛舍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、化驗室、職工宿舍等2600 平方米。榮華牧業(yè)奶牛養(yǎng)殖場日產糞污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，而且嚴重影響到周邊村民的生產和生活。公司于2017年建設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)殖場每天所產生的糞便污水。

2.2.發(fā)展有機農業(yè)

隨著人們生活質量的提高，人們對食品安全和生活環(huán)境有了更高的要求。因此，建設有機生態(tài)農業(yè)，滿足居民對有機農產品的需要、滿足市民對生活質量提高的需求。建設生態(tài)循環(huán)農業(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，在強化生態(tài)功能的基礎上，提供優(yōu)質的農產品，另一方面也保護了農村的生態(tài)環(huán)境，意義重大。

2.3.節(jié)能減排

榮華牧業(yè)沼氣項目整體運行良好，所產生的沼氣用于發(fā)電供廠區(qū)生產和生活用能。構建以沼氣為“紐帶”的“綠色種植--養(yǎng)殖-生物質能源高效利用”的 生態(tài)循環(huán)農業(yè)產業(yè)摸式，真正達到實現廢棄物利用資源化、資源利用高效化、項目節(jié)能低碳化、農業(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重的污染源，但卻又是可開發(fā)的寶貴性資源。通過科學的加工和處理，便可轉化為不可缺少的生產資料即治理了污染又獲得了大量的有機肥料用于改良土壤。

2.5.改善環(huán)境

在大中型畜禽養(yǎng)殖場中建設沼氣工程，可以從根本上解決了奶牛養(yǎng)殖場產生的糞污的污染問題。奶牛養(yǎng)殖場產生的糞污經過固液分離后，在沼氣工程中經過厭氧消化處理，排出的液體可以達到我國農田灌溉一級排放標準（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目的建成和投入使用，使養(yǎng)殖場每天產生的糞便污水能夠得到及時的處理，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)質奶源供應;同時又改善了奶牛養(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和投入和使用，使種植業(yè)---沼氣--養(yǎng)殖業(yè)----種植業(yè)實現了良性循環(huán)，即保護了環(huán)境又維持了生態(tài)平衡。

3.榮華牧業(yè)大型沼氣工程項目建設地點、模式流程圖和實物圖

3.1.建設地點

榮華牧業(yè)的大型沼氣工程項目，位于養(yǎng)殖場區(qū)北側，即臨近養(yǎng)殖場區(qū)，又交通便利，遠離居民區(qū)。種植基地與沼氣工程鄰近，養(yǎng)殖場產生的糞便污水經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)農業(yè)大型沼氣工程項目的配套措施

4.1.榮華牧業(yè)大型沼氣工程項目的工藝原理選擇

我國大中型沼氣工程工藝技術目前已日趨成熟，業(yè)已達到或接近國際先進水平。在沼氣工程的配套技術方面，可根據牛糞、豬糞、雞糞、農作物秸桿等原料特性的不同，對包括原料預處理系統、厭氧發(fā)酵系統、沼氣工程輸配系統，制肥、厭氧消化后的消化液后處理系統進行差異化的設計和開發(fā)。在發(fā)酵工藝方面，生物厭氧發(fā)酵機理研究、不同生物質原料高效能發(fā)酵工藝（CSTR、UASB、HCPF、USR工藝）的制定，沼氣工程產氣率，COD/BOD去除率已居國際領先水平。根據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。

根據榮華牧業(yè)生產過程所排放的糞污的成分，并結合河南榮華牧業(yè)奶牛養(yǎng)殖場的實際情況，確定選擇“預處理+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：

傳統的完全混合厭氧消化器（CSTR）即普通厭氧消化池，借助于消化池內的厭氧活性污泥來凈化有機污染物，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，其效率遠遠大于常規(guī)消化器。其優(yōu)點如下：

（1）CSTR厭氧消化工藝可以讓高懸浮固體含量的原料直接進入厭氧消化器內消化。

（2）CSTR厭氧消化器內消化原料分布均勻，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會。

（3）CSTR厭氧消化器內溫度分布均勻。

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

（5）避免了浮渣、結殼、堵塞、氣體逸出不暢和溝流現象的發(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入集污池內，通過提升泵進入沉沙池，并在此調節(jié)水質和水量，沉砂池內設置攪拌機，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，經過進料泵輸送到CSTR厭氧反應器內進行厭氧消化。在USTR厭氧反應器中，通過中溫發(fā)酵，利用厭氧微生物的新陳代謝作用，將大部分有機物質去除，并產生出大量的沼氣、沼渣和沼液。利用發(fā)電機余熱及熱水鍋爐來保證厭氧反應器罐體內物料的發(fā)酵溫度。厭氧發(fā)酵產生的沼渣自流進入沼渣儲存池存儲，可作為有機肥出售給周邊需要的農戶，沼液經自流進入沼液儲存池存儲，用于農田灌溉和施肥，厭氧反應產生的沼氣經脫硫脫水后暫時存于濕式儲氣柜中，主要用于發(fā)電機發(fā)電、余熱用于鍋爐和食品加工廠鍋爐的熱源進行燃燒利用。

4.3.關鍵技術

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

針對奶牛養(yǎng)殖場牛糞的特點，榮華牧業(yè)生產過程中所排放的糞污可直接進入USTR厭氧反應器—沼氣池進行厭氧發(fā)酵，根據榮華牧業(yè)奶牛場的規(guī)模和條件，建設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，容積產氣率達1.5 m/md以上，實現高氨氮物料厭氧發(fā)酵系統的高效穩(wěn)定運行。

4.3.2.沼氣發(fā)電利用技術

通過沼氣熱能轉換，通過沼氣燃燒推動發(fā)電機運轉，把熱能轉化成電能，便于輸送和使用。本項目所產沼氣每天800立方用于發(fā)電，每立方沼氣發(fā)電量為1.5kwh，每天產電量為1200kwh，平均每天工作12個小時，需要配備的發(fā)電機組容量為1200除以12等于100，即發(fā)電機組容量需100kwh，本項目選擇使用一臺100kwh的發(fā)電機組。

4.3.3.沼液、沼渣資源化利用技術

沼液、沼渣是一種優(yōu)質的有機肥料，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，在增產提質、抗病防蟲方面效果顯著。在作物增產的同時，實現農作物品質提升、土壤有機肥含量的提升，在抗病防蟲、提高農作物抗逆性上也呈現出突出功效，可有效減少化肥、農藥使用量，符合我國“化肥農藥減施增效”健康綠色的農業(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90%以上;采用沼液、沼渣作肥料使農作物的化肥使用量減少20%以上，作物主要病蟲害防治農藥使用量減少達10%-15%，作物增產率可提高20%以上，并可顯著提高農作物的品質。

奶牛養(yǎng)殖場廢棄物沼氣能源化處理的CSTR厭氧發(fā)酵技術的利用，促進了奶牛養(yǎng)殖場廢棄物資源的合理循環(huán)利用，其中所產沼氣用于發(fā)電供廠區(qū)生產、生活用能;沼液、沼渣做肥料還田。這樣種植業(yè)（農作物秸稈小麥、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)農業(yè)模式，無污染、零排放、并產生出清潔能源--沼氣，用于生產和生活，為養(yǎng)殖場創(chuàng)造出更高的附加值，并帶來一定的經濟效益。

5.榮華牧業(yè)的運行機制

榮華牧業(yè)是嚴格按照《奶牛養(yǎng)殖場技術規(guī)范》規(guī)劃、設計、施工建設的大型標準化奶牛養(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)模最大的新型現代化農牧養(yǎng)殖企業(yè)之一，許昌市農業(yè)產業(yè)化重點龍頭企業(yè)、農業(yè)產業(yè)化創(chuàng)新先進單位。被河南省畜牧局評定為標準化奶牛規(guī)模養(yǎng)殖場，被長葛市工商局授予“誠信企業(yè)”，是伊利集團河南伊利乳業(yè)有限公司、君樂寶乳業(yè)的優(yōu)秀供應商之一。

公司現存欄奶牛1600頭，其中能繁育母牛1200頭，日產鮮奶25噸左右，年產鮮奶9000多噸。公司建設有1500立方米沼氣工程一座，可日處理養(yǎng)殖場糞便25噸，產生的沼氣發(fā)電用于養(yǎng)殖場生產、生活用能。沼液、沼渣用于流轉土地施肥，生產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)農業(yè)效益分析

榮華牧業(yè)沼氣工程項目正常運行情況下，沼氣發(fā)電每年可為公司節(jié)省電費，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)質農家肥銷售，年最終收益110.53萬元，2017年流轉土地500畝，全部種植小麥玉米，小麥收獲后作為商品糧出售，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，同時也取得了良好的生態(tài)效益和社會效益。

6.1.經濟效益。

6.1.1.沼氣經濟效益。本項目年產沼氣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元計算，折合年收益20萬元;剩余7萬方沼氣折算標煤為93.1t，以標煤的單價為820.00元/t，年收益7.63萬元，年收益27.63萬元。

6.1.2.沼渣經濟效益。本項目年產沼渣約0.29萬噸，用于附近農田施肥;全部以150.00元/t出售給周圍村莊果園、菜園農戶，年收益約為43.5萬元。

6.1.3.沼液經濟效益。年產沼液約1.97萬噸，用于臨近村莊農田施肥;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，農村部分農作物秸稈通過集中處理后變成了有機肥，不僅使公司養(yǎng)殖場區(qū)生產環(huán)境明顯改善，同時，也改善了周邊的農村生態(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、氨基酸和活性物質等營養(yǎng)成份，功效獨特，可以滿足農作物、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)關系，改善公司形象，同時起到保護生態(tài)和減少溫室氣體排放作用。同時可大大提高農產品的產量和品質，增強農產品市場競爭力，促進農業(yè)增效、農民增收和生態(tài)循環(huán)農業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]成磊、蔡智宇、夏建林?《可再生能源沼氣綜合利用技術》;

[2]付俊杰、李遠?《我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治對策》;

[3]朱鳳連、馬發(fā)華等?《我國畜禽糞便污染和利用現狀分析》;

[4]高立英、孫芳?《農牧復合系統種養(yǎng)業(yè)交互效應分析-以北方農牧交錯帶為例》;

[5]費新東、冉奇嚴?《厭氧發(fā)酵沼氣工程的工藝及存在問題》。

作者簡介：

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

（作者單位：許昌市農村能源管理工作站）