養植—沼氣—食品—種植生態循環農業模式探討

【摘 ?要】本文通過對河南盛豐農業發展有限公司養殖—沼氣—食品加工—種植生態循環農業模式背景、沼氣工程工藝原理選擇及特點的論述，闡明了農業廢棄物秸稈、養殖場糞便、污水經沼氣工程才能做到資源最大化利用，并得到清潔能源—沼氣（CH4）、沼渣和沼液（優質有機肥），并生產出高品位無污染的優質的農產品。沼氣工程在生態農業發展中起著重要的技術支撐和橋梁的作用。

養殖（豬、鴨）—沼氣—食品加工—種植（果、菜、糧）生態循環農業模式是利用種植業生產的糧食做飼料，供養殖場和農戶的畜禽使用，沼氣工程是利用養殖場生產過程中產生的廢棄物糞便、污水和種植業生產過程中產生的廢棄物—農作物秸稈經沼氣工程厭氧發酵將種植、養殖所產生的廢棄物中的有害物質轉化為無害可利用的資源型物質：沼氣、沼渣和沼液。產生的沼氣（CH4）是可再生能源，沼氣發電可將沼氣中的熱能轉化為電能，用于生產和生活有利于養殖場及周邊農村大氣環境的治理和改善;沼渣、沼液經處理后可作為優質的肥源返回農田利用，減少農作物化肥的使用量，并提高土壤中有機質的含量。通過合理的資源配置，形成以沼氣為能源，以沼渣、沼液為肥源的種植業、養殖業、食品加工業相結合的有機廢棄物合理利用的新型農業發展模式、即保護了生態環境，綜合效益又明顯提升的新型農業生產方式。

一、河南盛豐農業：養殖—沼氣—食品加工—種植生態循環農業的模式背景

人類自進入21世紀后，一方面以煤炭和石油等不可再生性能源為基礎的世界經濟對大氣環境造成了嚴重的破壞和污染，生態災害頻繁發生，并隨著煤炭和石油的過量開采，競爭加劇，世界范圍內的不穩定因素極具增加。因此，各國政府都在不斷地尋求可替代性的能源資源。另一方面，有大量的農業廢棄物—秸稈、養殖場糞便、污水產生并污染著大氣環境。就我國而言，每年光農作物秸桿產生量就達6億噸，養殖場糞便污水20億噸，僅許昌市每年就產生農作物秸稈400多萬噸，養殖場糞便、污水一千多萬噸這些即是嚴重的污染源，但又是寶貴的可再生性資源，通過合理科學的加工和處理就能夠轉化為農業和工業生產不可或缺的生產資料，并能產生出可再生的清潔能源—沼氣。

隨著我國國民經濟的高速發展，人們生活水平的不斷提高，對食品安全和生活休閑提出了更高的要求。因此，建設美麗許昌，滿足城市生態環境建設的需要、滿足市民對生活質量提高的要求，是農業園區發展的重要目標。都市生態農業園區建立多層次資源間相互循環的農業生產模式，強化人與自然和諧相處的環境，在強化生態功能的基礎上，為用戶提供優質的水果、蔬菜等食品供應，同時豐富市民的文化休閑生活。發展綠色環保、休閑娛樂的生態型、觀光型、休閑型、體驗型農業，將與許昌的文化底蘊相輔相成，滿足人們對食品安全和返樸歸真的休閑需要，為許昌市的人文景觀旅游再增添新的自然情趣和美景，為許昌增添新的生機。

河南盛豐農業發展有限公司成立于2011年，其養殖—沼氣—食品加工—種植一體化生態循環農業模式位于許昌市建安區艾莊鄉袁莊村，養殖場場區周圍均為農田，總占地面積400多畝，主要內容包括標準化畜禽（豬、鴨）養殖區、農產品（食品）加工區、蔬菜水果種植區、休閑觀光農業采摘區、農業廢棄物循環綜合利用區五大功能區。

1、標準化養殖區占地115畝，其中：

年出欄生豬2萬頭，標準化豬舍5棟、鴨存欄100000只，配套國內先進的自動供料供水系統和溫控系統。

2、農產品加工區占地25畝，其中：

農產品加工生產車間10000平方米，辦公樓1000平方米，4000噸冷庫一座，沼氣鍋爐一座，以及其他生產配套設施。

3、蔬菜水果種植區占地200畝，主要包括：

蔬菜大棚區占地50畝，主要種植有茄子、辣椒、西紅柿、黃瓜等瓜類、茄果類、葉菜類以及根菜類蔬菜生產。

水果種植區占地150畝，主要種植水果柿子、軟籽石榴、桃、草莓等。

4、休閑觀光采摘區占地60畝，主要內容包括：

休閑農莊集餐飲、休閑、娛樂為一體，為現代都市人群營造一個自然、優美、和諧的人居生活環境，為人們提供一個可以相互舒緩神經、陶冶心情、充分享受自然、放松自我的休閑娛樂場所。，現已成為市區人們周末休閑場所及去處。

5、占地10畝的1500立方米沼氣工程項目位于養殖場南側空地，臨近養殖場區，場區外部交通便利。場區周圍有3000多畝農田，每年產生的1362.00噸農作物秸稈可作為沼氣工程的原料使用，并可消納吸收沼氣工程發酵后產生的沼渣、沼液，避免造成生態環境的二次污染。沼氣發電用于食品廠加工生產用電和食品廠鍋爐用氣，沼渣用于制作有機肥還田，沼液用于澆灌果園和農田。

公司依托沼氣工程為紐帶，利用沼氣工程產生的可再生能源（沼氣），保護地栽培（果園）、沼渣，沼液等因子，通過對資源的合理配置形成了以沼氣為能源，以沼渣、沼液為肥源，實現種植業（糧、果、菜）、養殖業（豬、鴨）和食品加工業相互結合的能流，物流的良性生態循環系統，實現資源的高效利用，綜合效益明顯提升的新型生態農業發展模式。

二、盛豐農業：養植—沼氣—食品加工—種植模式流程和實物圖

1、流程圖

2、實物圖

養殖業：河南盛豐農業發展有限公司自2008年成立以來，采取以公司加農戶加合作社的運營模式，先后以：種鴨養殖---種蛋回收----孵化鴨苗----發放養殖戶----簽訂回收合同，以統一供鴨苗，統一飼料，統一防疫，統一合同回收這種經營管理模式，輻射周邊近百公里。公司旗下的養殖戶在公司帶動下，用自己的辛勤勞動，在短短的2-3年內就改變了貧窮面貌，走向了富裕之路;2016年又投資興建了年出欄生豬2萬頭，標準化豬舍5棟，配套國內先進的自動供料供水系統和溫控系統。

三、養殖（豬、鴨）—沼氣—食品加工—種植（果、菜、糧）生態循環農業模式的配套措施

（1）、大型沼氣工程項目的工藝原理選擇

目前，我國大中型沼氣工程，在工藝技術方面已日漸成熟，已達到或接近了國際領先水平。在沼氣工程的配套技術方面，可根據牛糞、豬糞、鴨糞和農作物秸桿等原料特性的不同，對包括原料前期的預處理系統、中期厭氧發酵系統、沼氣工程的輸配和凈化處理系統，后期沼渣的有機肥制作、沼液的后處理系統進行差異化的研究、設計和開發。在發酵工藝方面，生物厭氧發酵機理的研究、對不同生物質原料高效能發酵工藝（CSTR、UASB、HCPF、USR工藝）的制定，沼氣工程的產期率，有機廢棄物中的污染物（COD/BOD）去除率已達到國際領先水平。根據沼氣工程的目的和養殖場周邊環境條件的不同，去選擇和制定不同的沼氣工程工藝處理工藝。

根據盛豐農業養殖場所排放的糞污成分的特點，并結合盛豐農業養殖場及周邊的實際情況，確定選擇“預處理系統+CSTR厭氧處理工藝”。

（2）、盛豐農業養殖場大型沼氣工程（CSTR）工藝流程：

盛豐農業養殖場沼氣工程是以CSTR厭氧消化工藝為核心的技術環節。集豬（鴨）糞便、污水、農作物廢棄物—秸稈的收集和預處理、能源化沼氣生產、沼渣、沼液的資源化利用為一體的系統工程。

盛豐農業養殖場沼氣工程的生產工藝分為三個部分，即前期預處理工程包括發酵原料（糞污、秸稈）的收集和處理、中期（CSTR）厭氧發酵部分、后期所產沼氣的凈化儲存及厭氧發酵殘留物沼渣、沼液的處理和利用等環節。

前期預處理階段分為：農作物秸稈粉碎、沉沙池和調節池調節濃度三個部分。

1、首先將所收集的農作物秸稈在秸稈粉碎機里進行粉碎以達到沼氣工程厭氧發酵的設計要求。

2、沉砂池：將收集的（豬、鴨）糞便和沖洗污水先經格柵處理后，進入沉砂池中去除糞便和污水中的沙子和部分雜物，以便于后期處理。

3、調節池：所收集的糞便、污水和秸稈需要在調節池內進行調整濃度6-12%后進入厭氧消化池內近行厭氧反應。調節池內設置攪拌機，糞便、污水和秸桿應在調節池內滯留一定的時間，利用攪拌機使糞便、污水和秸稈充分攪拌混合均勻，以防止糞污、秸稈沉積，并在此調節到一定的濃度，然后將調節好的物料，經進料泵輸送到CSTR厭氧反應器內進行厭氧消化。

中期CSTR厭氧發酵部分：厭氧發酵部分是整個沼氣工程的核心部分，在沼氣工程中起著非常重要的作用。為提高該沼氣工程的運行效率，我們將其設計為38度的中溫發酵。因此，在該沼氣工程內部設置有加熱和攪拌裝置，在（CSTR）厭氧反應器內其熱源為沼氣發電的余熱和沼氣鍋爐提供的熱量，以供冬季或溫度低于中溫發酵溫度時加熱，以保持38度的恒定溫度，來保證厭氧發酵的高效運行，提高沼氣工程的發酵效率。厭氧發酵階段是整個沼氣工程的關鍵環節，此過程是通過厭氧微生物的降解作用，在三大細菌群的作用下，使發酵原料進行水解、酸化、產氫產乙酸、耗氫產乙酸，將大分子的多糖、蛋白質、氨基酸轉化為小分子的乙酸、氫氣，然后在產加完菌的作用下將乙酸、氫氣轉化為可再生能源沼氣。整個過程就是在（CSTR）厭氧反應器內，利用厭氧微生物的新陳代謝功能，將進入沼氣工程厭氧反應器內的有機廢棄物中的具有污染的有機物質去除掉，在這一厭氧反應過程中可產生出大量的沼氣、沼渣和沼液。

后期即沼氣、沼渣和沼液的處理過程：

沼氣工程（CSTR）厭氧發酵產生的沼渣經泵并過慮后，進入沼渣儲存池存儲，然后可制作為有機肥自用或出售給周邊需要的農戶，沼液經泵流進沼液儲存池存儲，作為液體肥料用于農田灌溉使用，沼氣工程厭氧反應過程中產生的沼氣經脫水、脫硫后儲存于濕式儲氣柜中，經過阻火器作為發電機或余熱鍋爐和食品加工廠鍋爐的能源進行燃燒利用。其工藝流程如下圖：

（3）、盛豐農業沼氣工程CSTR厭氧發酵工藝特點：

傳統的完全混合式厭氧消化器（CSTR）即普通厭氧消化池，是通過沼氣工程厭氧反應池內的微生物厭氧活性污泥來凈化和處理有機污染物，能夠對高濃度及含有大量懸浮固體的原料進行消化和處理。它是在常規厭氧消化器的基礎上，在厭氧消化池內部加裝了攪拌裝置，使發酵原料與厭氧微生物處于完全混合狀態，與常規消化器相比，活性污泥區域均勻分布在整個消化器內，比常規消化器相比，具有較高的運行效率，其優點如下：

1、沼氣工程的CSTR厭氧消化工藝，可以完全讓具有高懸浮固體含量的原料直接進入厭氧消化器內進行消化處理。

2、由于加裝了攪拌裝置，沼氣工程CSTR厭氧消化器內的機廢棄物原料分布均勻，避免出現原料的分層狀態，大大增加機廢棄物原料和微生物相互接觸的機會，提高沼氣工程的厭氧消化效率。

3、其內部溫度分布均勻，避免因溫差過大而影響沼氣工程的發酵效率。

4、使進入CSTR厭氧消化反應器內的任何一種具有抑制的物質，都能夠分散開來，并能使其保持在最低水平。

5、可避免CSTR厭氧消化反應器頂部出現浮渣、結殼和堵塞、溝流及氣體逸出不暢現象的發生。

四、盛豐農業養殖（豬、鴨）—沼氣—食品加工—種植（果、菜、糧）生態循環農業模式關鍵技術

1、盛豐農業養殖場大型沼氣工程豬、鴨糞、秸稈沼氣能源化處理技術

針對養殖場豬、鴨糞和農作物秸稈的特點，許昌盛豐農業生產過程中所排放的糞污預處理后和粉碎后的秸稈在合理配比后可直接進入USTR厭氧反應器中進行厭氧發酵，根據盛豐農業養殖場的規模和條件，設計建設1500立方米的發酵池，采用完全混合型CSTR厭氧發酵工藝，有效控制耐高氨氮菌種的培養條件，將中溫38℃的厭氧發酵氨氮耐受濃度從常規的3，000 mg/L提升到5，000 mg/L以上，容積產氣率達到1.5 m3/m3·d以上，這樣就能夠達到和實現高氨氮有機廢棄物原料厭氧發酵系統的高效穩定運行，

2、盛豐農業的沼氣發電和燃氣鍋爐熱利用技術

將經沼氣工程厭氧發酵過程中產生的沼氣凈化處理后，大部分通過沼氣發電機組燃燒發電，該工程的發電機組采用山東濰坊億達能動力有限公司生產的YDNGFZ-180發電機組，把沼氣的熱能轉化成便于利用的電能，用于養殖場和食品加工廠的生產和生活用能;剩余部分送往沼氣鍋爐用于沼氣工程厭氧反應罐內發酵升溫或盛豐農業食品加工廠燃氣鍋爐作燃料使用。

3、沼液、沼渣的資源化利用技術

沼氣工程厭氧反應后的殘留物沼液、沼渣是一種優質的有機肥料，其中含有多種易被植物吸收的營養成分，既有速效性，又兼具緩效性，在農作物增產提質、抗病防蟲方面也具有明顯的效果。在作物增產的同時，實現農作物品質、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，可大大地減少化肥、農藥的使用量，符合國家要求“化肥農藥減施增效”健康綠色農業發展的方向。通過厭氧發酵工藝技術的應用，使養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，農藥使用量減少達10%-15%，農作物增產率可提高20%以上，并可顯著地提升農作物的品質。

盛豐農業養殖場廢棄物沼氣能源化處理CSTR厭氧發酵工藝的應用，促進了盛豐農業養殖場廢棄物資源的合理、循環利用，其中所產沼氣用于發電供廠區生產、生活用電;沼液、沼渣做肥料還田利用。這樣種植業—養殖業（鴨、豬養殖）--食品加工業（電、燃料）—種植業（沼渣、沼液還田）的整個良性的生態循環農業模式，無污染、零排放、并產生出清潔能源--沼氣，用于生產和生活，為養殖場創造出更高的附加值，并帶來一定的經濟、社會和生態效益。

五、盛豐農業發展有限公司的運行機制

河南盛豐農業發展有限公司成立于2011年，地處河南省許昌市建安區艾莊鄉袁莊村，是一家集特色農業種植、家禽養殖、及農產品深加工的河南省農業產業化重點龍頭企業。公司在生產管理上有著嚴格的科學管理制度和完善的質量管理體系，目前公司已通過了ISO9001、HACCP、ISO14001、OHSMS18000四個體系的認證，在糧食、食品安全與管理上真正做到了放心工程。

河南盛豐農業發展有限公司2011年被河南省人民政府任命為“河南省農業產業化重點龍頭企業”，瑞康盛養殖合作社養殖行業頗具規模，被河南省農業廳評為河南省農民專業合作社優秀示范社。

2017年榮獲“許昌市知名品牌”，公司農產品“瑞康盛”品牌2018年榮獲“河南省著名商標”，2017年河南省工商管理局“授予重合同守信用企業。

榆林小米，榆林花生在許昌小有名氣，公司現有花生種植面積5000畝，小米種植面積5000畝。公司於2013年申請無公害農產品，注冊品牌“榆林香”“瑞康盛”商標，2017年榮獲“許昌市知名品牌”、河南省工商管理局“授予重合同守信用企業，2018年公司農產品“瑞康盛”品牌已通過“河南省著名商標”認證，榮獲“河南省著名商標”，并且公司產品以優質的質量和信譽，成功地打入了北京市場。

2016年公司與新希望六合集團、正大集團、眾品集團合作，在原有養殖基礎上，有了新的思路。公司的肉制品加工以前是以手工加工雞、鴨、鵝熟食，分割的肉類，工作量大，車間生產管理難度大，現已改造為全自動化食品生產線，大大提高了工作效率，并能保證產品質量。多年以來的風風雨雨，盛豐農業在行業當中贏得了“河南省重合同守信用企業”。“許昌市發展畜牧先進單位” “許昌市發展現代農業先進單位”。等榮譽稱號。

六、河南盛豐農業養殖—沼氣—食品加工—種植生態循環農業的推廣利用情況

河南盛豐農業發展有限公司：種植—沼氣—食品加工—種植生態循環農業模式，覆蓋袁了莊村周圍3000多畝農田、果園200多畝、蔬菜100多畝。

1、經濟效益。沼氣工程通過將養殖場糞污與秸稈的厭氧消化處理提高了糞污、農作物秸稈的資源化利用率，變廢為寶，為企業增加收益每年達100多萬元，其主要經濟效益如下：

（1）、本項目年產沼氣54.75萬立方，其中29.20萬方沼氣用來發電，年發電60.70萬kwh，每度電按0.46元計算，折合年收益28.4萬元;剩余10.95萬方沼氣折算標煤為97.09t，以標煤的單價為820.00元/t，年收益7.96萬元，年綜合收益36.36萬元。

（2）、年產沼渣約2115.91噸，制成有機肥用于附近農田施肥;全部以150.00元/噸的價格自用或出售給周邊村莊農戶，年增收益約為31.74萬元。

（3）、年產沼液約18629.60噸，自用或用于臨近村莊農田施肥;以20.00元/噸計，年增收益37.26萬元。

2、社會效益。大型沼氣工程的建成使用，使河南盛豐農業養殖場養殖所產生的糞便污水和周邊3000多畝農田產生的農作物秸稈全部都得到了有效的利用，這樣，不僅使公司養殖場區生產環境得到了明顯改變，同時，也改善了周邊的生態環境，由養殖生產過程中因污染問題所造成的不安定因素也得到了有效的解決。

3、生態環境效益。沼液、沼渣的有效合理利用，沼液作為液態肥料使用，變農業有機廢棄物為寶貴的農業生產資料。沼液中含有多種氮磷鉀、微量元素、氨基酸和活性物質等營養成份，且功效獨特，可以滿足農作物、蔬菜、花卉等植物的不同養分需要，沼渣和沼液在農業上的使用既無污染，又肥效顯著，還可抑止農作物的有些病蟲害，并能夠極大地提高農產品的產量和品質，增強農產品的市場競爭力，為社會提供優質、高品位的農產品，促進農業增效、企業增效和生態環境的良性循環。

沼氣工程項目的應用，既可有效殺滅病菌、病毒和寄生蟲卵，又可減少人畜病害，改善附近居民生活和同公司養殖場之間的關系，起到改善公司形象，同時又保護了生態環境，減少了溫室氣體的排放。

4、示范帶動效益：

2017年，許昌盛豐農業1500立方米沼氣工程建成投入使用后，公司以沼氣工程為紐帶，利用沼氣工程產生的可再生能源（沼氣）、保護地栽培（大棚蔬菜）、日光溫室養殖場、沼液、沼渣肥田等5個因子，通過合理的資源配置，形成了以沼氣工程為紐帶的以沼氣為能源，以沼渣、沼液為肥源的農業資源的合理利用，實現了種植業（果、菜、糧）、養殖業（畜、禽）、食品加工業相結合的能流、物流良性循環的生態循環農業的新模式，是現代農業發展的必由之路。

河南盛豐農業是河南省農業產業化龍頭企業，以養植—沼氣—食品加工—種植模式的生態循環農業經營模式經營，不僅解決了企業生產與環境之間的矛盾，還帶動周邊農戶及貧困戶11家，并使他們全部脫貧，走上了富裕之路，使企業與農戶都或得了良好的經濟效益。

作者簡介：

杜英杰，性別，男，出生年月，1967年2月15日籍貫：河南，民族：漢。單位：許昌市農村能源管理工作站，學歷：本科，職稱：中級，研究方向：農業，新能源。

（作者單位：許昌市農村能源管理工作站）