高原貧困地區規模化生豬養殖場沼氣工程的規劃設計——以云南省保山市隆陽區瓦渡鄉荒田村為例

高原貧困地區規模化生豬養殖場沼氣工程的規劃設計
——以云南省保山市隆陽區瓦渡鄉荒田村為例

張雅峰1，張無敵1，莊朝義2，林衛東1*，尹 芳1，張 蕾2

(1.云南師范大學能源與環境科學學院，云南昆明 650500；2.云南省保山市隆陽區委黨校，云南保山 678000)

摘要以荒田村作為高原貧困地區的代表，通過考察和分析，結合當地實際情況設計出一套適合其發展規模化生豬養殖場沼氣工程的規劃方案。該工程在帶動荒田村脫貧致富的同時，也能夠為整個高原貧地區建設規模化養殖場沼氣工程提供理論指導，幫助高原貧困地區發展生態農業，實現農業的可持續發展。

關鍵詞高原貧困地區；養殖場；沼氣工程；荒田村

中圖分類號S216.4

基金項目云南省科技平臺提升計劃(2013DH041)資助。

作者簡介張雅峰(1986- )，男，河南洛陽人，碩士研究生，研究方向：農業推廣。*

收稿日期2015-06-09

Biogas Engineering Program Design of Large-scale Swine Farm in Plateau Poverty-stricken Region - Taking Huangtian Village, Wadu County Longyang District Baoshan City, Yunnan Province as an Example

ZHANG Ya-feng1, ZHANG Wu-di1, ZHUANG Chao-yi2, LIN Wei-dong1*et al(1. School of Energy and Environment Science,Yunnan Normal University, Kunming, Yunnan 650500; 2. Longyang Regional Committee School of the CPC in Baoshan of Yunnan, Baoshan, Yunnan 678000)

AbstractElected Huangtian Village as a representative in plateau poverty-stricken region, through investigation and analysis, on the basis of local actual situation to design a set of suitable biogas engineering program for the development of large-scale swine farm. The whole engineering proposal is designed in order to make local farmers’ life better, meanwhile to provide theoretical guidance for biogas engineering construction of large-scale swine farm in plateau poverty-stricken region, so as to achieve the goal to help poverty-stricken region in plateau area develop ecological agriculture, and realize the sustainable development of agriculture as well.

Key wordsPoverty-stricken plateau region; Swine farm; Biogas engineering; Huangtian Village

荒田行政村歸屬于云南省保山市隆陽區瓦渡鄉，其村委會位于瓦渡鄉鄉政府偏北3 km，距離隆陽區41 km。荒田村東西南北分別被平林子村、打坪村、瓦渡村和水寨鄉所圍繞。其村下設長洼子、荒田、舊寨、河東、河西、白草坡、滿九寨、茭瓜塘等共計17個村民小組，共有農戶621戶，人口總數達到2 595人。荒田村地處半山區，共有國土面積2 250 hm2，海拔高度1 860～2 100 m，平均海拔1 870 m，因海拔高度和地理條件不同，年平均氣溫范圍在18～22 ℃之間。荒田村的物候屬于西南季風區亞熱帶高原氣候類型，每年12月份和1月份最冷，溫度為10 ℃；最高溫度在6、7月份，溫度為23 ℃，歷年平均溫度為21 ℃。該村冬季無嚴寒、夏季無酷暑，四季如春，終年常綠。荒田村年降水量為1 150 mm，主要集中在春秋兩季。2013年村民經濟總收入1 030萬元，農民人均毛收入不足4 000元，在整個瓦渡鄉甚至是整個云南省都處于偏低水平，因此該區是典型的高原貧困地區。

養殖業與種植業作為農業生產的兩大經濟支柱并駕齊驅，但荒田村的養殖業經濟收入僅占該村經濟總收入的26%，種植業收入占到53%，比例明顯失調，因此荒田村的養殖業急需大力發展。荒田村目前養殖的牲畜有豬、牛、羊、馬等，屬于一家一戶的小型分散飼養，均未形成較大規模，且以養殖生豬為主，全村年出欄生豬2 265頭。

自古以來就有豬糧安天下之說，可見生豬生產對社會和經濟都具有重大的意義，因此荒田村發展規模化生豬養殖是該村脫貧致富的重要途徑之一。荒田村目前這種家庭散養生豬模式存在很多弊端，諸如：飼養條件的簡陋和飼養技術的落后導致疫病的頻發和蔓延；抗生素、激素和各種重金屬飼料添加劑的濫用導致豬肉的不安全；人畜混居的狀況導致農戶生活環境的污染和生活質量的下降；農戶信息閉塞不能夠及時掌握市場信息導致承受和抵抗市場風險能力薄弱而蒙受損失等。在這樣的背景下，荒田村要建設一個以沼氣為紐帶的規模化生豬養殖場也是大勢所趨。這樣的養殖模式可以把村中資源整合起來，能夠很好地解決家庭散養所帶來的一系列問題，給該村創富增收的同時也能夠保證農業的可持續發展。

1項目的設計理念

荒田村規模化生豬養殖場沼氣工程建設運用了4F循環經濟理念。所謂4F循環經濟是指通過有機廢棄物的資源化利用，將飼料(feed)、肥料(fertilizer)、食品(food)和能源/燃料(fuel)的生產進行有機結合，實現養殖業的可持續發展[1]。為了能使4個F緊密結合并循環起來，沼氣工程的建設不可或缺。有了沼氣工程作為紐帶，飼料(feed)、肥料(fertilizer)、食品(food)和能源/燃料(fuel)就能夠按照自然生態系統的循環模式進行物質的循環反復，從而帶動經濟的發展，具體循環過程如圖1所示。

沼氣工程的建設在處理豬糞尿等有機廢水的同時，還能變廢為寶得到更多可利用的資源。沼氣的產生可以供給農戶用于炊事、取暖、照明；同時還可以利用沼氣發電，將電力用于整個養豬場的電力供應，完全實現自給自足。荒田村現有的467 hm2泡核桃及其樹下套種的40 hm2續斷，100 hm2玉米、大麥、大豆等糧食種植地，還有正在規劃建設中的36 hm2有機水稻及其將來要發展的有機蔬菜基地等都需要用大量的有機肥料。因此該沼氣工程設計采用“能源生態型”沼氣工程模式，這樣的模式不但解決了污染問題，還解決了荒田村所有農作物的肥料問題，同時還帶來了能源，真可謂是一舉多得。

圖1　沼氣工程為紐帶的4F循環經濟模式

2生豬產業化經營模式的選擇

小規模分散飼養生豬的生產經營模式面臨著自然和市場兩大風險的考驗[2]，為了降低風險，必須尋求一種符合現代農業的新型產業化經營模式。根據市場導向和荒田村的實際情況，采用“公司+生豬養殖合作社+農戶+基地”的運作模式比較適合荒田村的發展。生豬養殖合作社由當地村干部、能人、養殖大戶等帶頭組織成立并發展當地農戶入社，再由合作社和當地政府牽頭引進有資質的公司進村投資，養殖合作社成員和當地農戶可以自愿入股，根據農戶自身情況可選擇用生豬或者資金進行入股。這樣的經營模式以生豬養殖合作社采用契約為紐帶把公司、農戶和基地緊密聯系起來，一定會使荒田村的生豬養殖業走向高效化、標準化和節約化，實現生產、加工和銷售一體化，從而降低自然和市場的雙重風險，保證各方利益都能得到滿足。

3養殖場沼氣工程的選址

生豬養殖場及沼氣工程基地的選址定在荒田村舊寨組一處寬闊平坦的15度緩坡地帶。此處位于N 25°13′63.71″，E99°35′49.68″附近，海拔2 000 m，年平均氣溫20 ℃，年照時長2 260 h，年降水量1 050 mm，霜凍期60～90 d。常年以西風和西南風為主，位于下風口，風力以威風和小于3級以下的風為主。舊寨到水田直線距離800 m，豬場到村委會3.3 km，直線距離1.83 km，工程質地良好，適合建造。距離最近的農戶1.5 km，水電都很方便，距離主干道1.4 km，交通也方便，是一個很好的地址。

4養豬場沼氣工程規模參數的確定

生豬養殖場規劃年產生豬10 000頭，需要飼養存欄種公豬30頭，生產母豬720頭，哺乳期仔豬900頭，保育豬1 000頭，生長育成豬3 500頭，共計6 150頭生豬。一頭育肥豬占地3.5 m2，年出欄10 000頭育肥豬的豬場面積定(10 000×3.5 m2)3.5 hm2，生活辦公建筑面積和沼氣工程面積共計1.5 hm2，除此之外還要有1 hm2的綠化面積，所以整個項目的占地面積共計為6 hm2。按照一頭豬日排糞量為2 kg，日排尿量為3 kg，日沖洗水2.5 kg/頭，一萬頭豬每天的排污量(10 000×2 kg+10 000×3 kg+10 000×2.5 kg)共計75 t污物處理，采用全混合發酵，水力滯留時間HRT設計為20 d，這樣不僅能有效殺滅寄生蟲卵和腸道致病菌，而且能充分降解糞污中的有機質，保證厭氧消化的效果。該沼氣工程日產氣量為[20 t×20%(TS)×300 m3/tTS]1 200 m3，厭氧反應器容積為(67 t/d×20 d)1 340 m3，為了方便以后擴大養殖規模，厭氧反應器設定為1 500 m3。儲氣柜容積(1 200 m3×40%=480 m3)設定為500 m3，沼液貯存池按30 d存儲計算，容積應為(67 t/d×30 d)2 010 m3，糞污收集預處理池HRT為2 d，容積則為(67 t/d×2 d)134 m3，溢流沉淀池同樣也設計為134 m3。

該設計使用2臺60 kW沼氣發電機。沼氣發電機功率為(1 200 m3×1.6 kWh/m3/16 h)120 kW。該工程日產沼渣約為日進料干物質50%，即為2 t，沼液日產量近似等于日進料量的85%，即為(67 t×85%)56.95 t。

5養豬場建設的規劃設計

該規模化養豬場建設主要分為3個功能區域，分別是生活辦公區域、養殖生產區域和沼氣工程區域。根據選址處的主導風向，生活辦公區應該建在上風口，即在西南方向，然后順斜坡而下，依次是養殖生產區和沼氣工程區域。這樣的布局可以減少養殖區域對生活辦公區域的污染，同時養殖區域的糞污水可以利用地勢流入沼氣工程區域，方便糞污物的收集。辦公生活區主要包括辦公室、職工宿舍和餐廳等，設計建筑面積為1 500 m2。生產區建設在辦公室生活區下方，其中包括：配種與保胎欄2 500 m2，產房與哺育房2 000 m2，保育欄1 500 m2，育肥欄5 000 m2，種公豬欄200 m2，除此還有消毒間、獸醫室、值班室等共計500 m2。養殖生產區周圍要設立圍墻整體包圍起來，周圍要種植樹木作為綠化防護，使養殖區域擁有完全封閉獨立的環境，防治疾病的傳入，同時所有外來人員、車輛、物資的進入都要進行嚴格的檢驗消毒。

6沼氣工程工藝的規劃設計

荒田村該沼氣工程是一個系統的工程，它一共包含4個單元，分別為糞污預處理單元、厭氧消化單元、沼氣凈化儲存單元和“三沼”綜合利用單元。

6.1豬場沼氣工程的主要工藝技術

6.1.1糞污預處理單元。預處理的主要目的是減量化，使之達到污染物最大限度的減量[3]，因此采用干清糞法收集糞便，收集的豬糞尿和沖洗水首先進去浮渣池，以此來去除夾雜在糞污中的飼料殘渣、豬毛等雜物，然后再流入沉砂池，除去糞便污水中的砂石，繼而經過除渣除砂處理糞便污水進入進料池，采用空氣源熱泵輔助的太陽能熱水系統以及沼氣發電余熱回收裝置通過熱交換將進料池中的糞污加熱到35 ℃。

6.1.2厭氧發酵單元。作為此工程的核心單元，設計采用1 500 m3完全混合厭氧消化器(CSTR)。厭氧消化器采用圓柱形全鋼結構，內外壁做防腐處理，外壁做保溫處理并選擇適合顏色的彩鋼板固定保溫材料。加熱后的糞污用泵打入CSTR厭氧消化器中，在30 ℃條件下進行20 d的厭氧消化。在發酵過程中為了使糞污與沼氣發酵微生物充分混合，增加接觸面積，從而提高發酵效率，攪拌技術是必不可少的。設計采用水力循環攪拌技術，即在發酵罐外部安裝循環泵，并置于設備房中，發酵罐內頂部布置水力噴射器，在罐體2 m高處設置循環泵進料口，通過循環泵將發酵料液抽出，并輸送到罐體頂部的水力噴射器，使料液從罐體頂部噴射入發酵罐內，經過循環回流操作，達到攪拌發酵料液的目的。

6.1.3沼氣凈化存儲單元。厭氧發酵產生的沼氣里面含有大量的H2O和H2S，因此必須要凈化去除這些雜質才能正常使用沼氣。含有雜質的沼氣首先進入氣水分離器，除去沼氣中含有的水蒸汽；脫去H2O后的沼氣緊接著進入干式FeO脫硫塔中除去沼氣中的H2S氣體。儲氣柜設計為500 m3低壓濕式儲氣柜，全部采用全鋼結構，并進行防腐處理，凈化后的沼氣就會暫時儲存在儲氣柜里。

6.1.4“三沼”利用單元。沼氣從沼氣柜中出來，設計一半用來向豬場人員和周圍農戶供應沼氣用作炊事使用，另一半用來沼氣發電，帶動2臺60 kW沼氣發電機發電，所得電力供應豬場生活用電設備和沼氣工程用電設備使用及其周圍農戶用電。經過厭氧發酵產生的沼氣發酵殘留物首先流入到溢流池中，設計容積為134 m3方形磚混結構，沼渣沉淀于池底，沼液溢流入沼液儲存池中，溢流池中的沼渣，要定期用泵打入固液分離器中，將沼液和沼渣分離開來，分離出來的沼液和儲液池中的沼液在需肥季節通過沼液輸管網運送，沼液和沼渣分別用作山下有機稻田養魚基地、有機蔬菜基地和其他農作物基地種植的基肥、追肥和養殖的餌料，多余的沼渣進行機肥的加工進行銷售。

6.2沼氣工程工藝流程沼氣工程的具體工藝流程如圖2所示。

圖2　沼氣工程的工藝流程

7投資估算和效益分析

7.1項目投資估算

7.1.1養豬場投資估算。 種公豬30頭，每頭2 500元，花費7.5萬元；生產母豬720頭，每頭2 000元，花費144萬元；仔豬900頭，每頭600元，花費54萬元；保育豬1 000頭，每頭500元，花費50萬元；生長育成豬3 500頭，每頭550元，花費192.5萬元；豬種共計投資448萬元。養豬場內生產區域建筑面積共計11 200 m2，每平方米600元，共計672萬元。辦公生活區域1 500 m2，每平米800元，共計120萬元，建筑費用792萬元。再加上其他設備和不可預見費用150萬元，養豬場建設共計投資1 390萬元。

養豬場每年管理運行費用為911.3萬元，其中包括：租地費用為6 000元/hm2(400元/畝)，費用總為2.1萬；廠長1名，年工資為(3 000元/月×1人×12月人)3.6萬元；副廠長2名，年工資為(2 500元/月×2人×12月)6萬元；技術員2名，年工資為(2 000元/月×2人×12月)4.8萬元；財務1名，年工資為(2 000元/月×1人×12月)2.4萬元；保衛2名，年工資為(1 500元/月×2人×12月)3.6萬元；飼料員2名，年工資為(1 500元/月×2人×12月)3.6萬元；飼養人員14名，年工資為(1 500元/月×14人×12月)25.2萬元；管理人員工資共計49.2萬元。每頭豬按照1年消耗飼料400 kg，每kg飼料價格2元，所得每年飼料費用為800萬元，水電費每年50萬元，生豬醫療和其他費用為10萬元。

7.1.2沼氣工程投資估算。糞污收集預處理池10萬元，溢流沉淀池10萬元，厭氧發酵罐80萬元，沼氣儲氣柜30萬元，太陽能加熱設備32萬元，避雷設施1套2萬元，60 kW沼氣發電機2臺30萬元，固液分離器1臺2萬元，有機肥加工設備1套50萬元，脫硫塔2臺2萬元，氣水分離器1臺1萬元，管道、泵、閥門等15萬元，發電房1間2萬元，有機肥車間1間8萬元，科研與設計8萬元，菌種與啟動8萬元，工程施工費15萬元，其他費用30萬元，該沼氣工程共計投資費用335萬元。

該沼氣工程年運行費用為30.25萬元，其中管理員工資(2 000元/月人×1人×12月)2.4萬元，工人工資(1 500元/月人×2人×12月)3.6萬元，工程運行年限為20年，考慮20年后工程總投資的殘值約為5%，則年折舊費大約為17萬元。維修費按折舊費的20%計算，年維修費為3.4萬元，管理費按人工費的25%計算，年管理費為1.25萬元；工程運行的動力/電能消耗每天約120 kWh電，電價按0.60元/kWh計，則年動力費約2.6萬元。

7.2效益分析

7.2.1經濟效益。①養豬場經濟效益。每年出欄育肥豬10 000頭，每頭100 kg，按照生豬價格按12元/kg計算，每年生豬銷售額為1 200萬元。②沼氣工程經濟效益。該工程可產生三大產品，即沼氣、沼液和沼渣，沼氣用于發電供工程所需的動力；沼液、沼渣用于肥料，其中：每天1 200 m3沼氣用于發電，發電量按1.6 kWh/m3計，依據當地電價，電價按0.60元/kWh計，則年節約收益為(200 m3×1.6 kWh/mm3×365 d×0.60元/kWh=49.056萬元)49萬元，日產沼渣2 t，年產沼渣730 t，每噸利潤按200元計算，則年收益為(730 t×200元/t)14萬元，日產沼液56.95t，年產沼液20 786.75t，每噸利潤按30元計算，則年收益為(20 786.75t×30元/t =62.360 25萬元)62萬元，共計收益125萬元。

由此可得整個模化生豬養殖場沼氣工程基地年收益為(1 200+125)1325萬元，除去每年的運行管理費用為941.55萬元，每年純收益為383.45萬元。整個基地前期的建設投資費用為1 725萬元，大概需要4.5年以后收回成本，然后每年保持383.45萬元的收益。

7.2.2社會效益。荒田村該沼氣工程的建設實施，很好地解決了生豬養殖場豬糞、尿液和污水處理的問題，實現了糞便污水的資源化利用。經過厭氧發酵產出的沼液和沼渣為當地有機種植業的發展提供了堅實的肥料后盾。沼肥的施用可以滅菌殺蟲，提高糧食作物的產量和質量，并且長期施用沼肥可促進土壤團粒結構的形成，使土壤疏松，增強土壤保水保肥能力，改善土壤理化性狀，使土壤有機質、總N、總P及有效P等養分均有不同程度的提高，同時農作物的抗凍、抗旱和抗病蟲能力也都會提高[4]。此外，沼氣解決了當地農戶生活用能，燒煤、柴草秸稈大大減少，森林植被得到保護。同時進一步解放農村婦女生產力，從繁重的砍柴割草中解放出來[5]，可投入到荒田村生態農業的發展，因此具有較高的社會效益。

7.2.3環保效益。該工程的建成每年能夠處理養殖場2.45萬t有機糞水，能有效削減COD、NH3-N、BOD、的含量以及CO2、SO2、NOx的排放，沼肥的使用完全替代了化肥，減少了對荒田村環境，包括土壤、水體、大氣的污染。經過厭氧消化處理后的糞污水，里面的有害物質大部分將得到消除，使這些污物得到了很好地處理，也就減少了病原菌的傳播[6]，改善了當地的衛生環境，提高了村民的生活質量，能夠為荒田村發展生態農業提供了良好的外部環境，因此具有較高的環保效益。

8結束語

通過對荒田村現狀的考察和分析，提出一套規模化生豬養殖場大型沼氣工程的規劃設計方案。該工程作為荒田村發展生態農業的核心工程，待項目實施后，可以在提高農民經濟收入，改善農村生活環境，幫助荒田村脫貧致富的同時，也能夠發揮科技示范和輻射作用，為整個高原貧困地區生態農業的發展建立一個示范。

參考文獻

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