畜禽糞污資源化利用生態產業鏈模式效益分析

吳淑靜，張敬中，劉太記

（1.欒川縣巡察工作數據中心，河南 欒川 471500；2.洛陽市畜牧良種繁育推廣中心；3.河南省畜牧總站）

國內外養殖場糞尿等廢棄污染物的綜合利用工程技術主要有兩大類，即生態農業循環利用型和生態能源綜合利用型系統工程。畜禽糞污資源化利用生態產業鏈模式是綜合兩類工程技術優點，按照生態系統內能量流和物質流的循環規律而設計的一種生態工程系統，其原理是使某一生產環節產生的廢棄物（如圈舍的沖洗水等），通過技術處理在生產過程中得到充分的循環利用，從而提高資源化利用率。該模式目前在我省大型規模生豬養殖場廢棄物處理中廣泛推廣應用。筆者依據典型場生產應用情況對該技術工藝模式的生產效益進行評估分析。

1 工藝流程

畜禽糞污資源化利用生態產業鏈模式主要有肥料化處理循環利用、能源化處理循環利用、基料化處理循環利用等。其中肥料化、能源化循環利用型生態工程應用最為普遍。在廢棄物綜合利用與污染物治理工程中，不僅使養殖場廢棄物排放得到有效控制，而且對環境污染狀況有明顯的改善，提高了生豬養殖生產過程的環境福利。該模式工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

1.1 節水減排

通過現代信息技術，建立由圈舍信息采集傳輸、大數據處理和智聯控制三部分構成的智能化節水減排控制系統，建立不同飼養管理階段的生理管理運行曲線、數據指標，直接和各用電設備關聯，進行高效精準啟停，實現智能化精準喂料、精準飲水、精準用電、精準通風、精準用藥、精準供暖，最大限度減少養殖廢棄物產排。

1.2 除雜沉砂

養豬場糞污通過管道自流到沼氣站集水池，糞尿等廢棄物先經過格柵，清除污水中較大的雜物，同時進行沉砂。去除糞污中的砂石，有利于后序處理，減少管道的堵塞，保證糞污自流順暢。經除雜沉砂之后的糞污進入集水池。

1.3 固液分離

進入集水池的糞污泵入固液分離裝置，經固液分離后，糞渣、未消化的飼料和豬毛等進入集糞池，進行烘干發酵等無害化處理，用作有機肥出售。

1.4 酸化分解

經固液分離后的污水進入酸化調節池進行調節，增加了廢水的可生化性，利于后序處理。

1.5 厭氧發酵

污水通過泵站進入厭氧發酵罐，采用中溫厭氧發酵降低污水中的有機物濃度，同時通過厭氧菌作用產生沼氣。冬季氣溫較低，在厭氧發酵罐內設置溫水循環管路，以提高厭氧消化效率。

1.6 凈化處理

沼氣采用干法脫硫，在常溫下含有H2S的沼氣通過脫硫劑床層，沼氣中的H2S 與活性物質氧化鐵接觸，生成硫化鐵和亞硫化鐵，然后含有硫化物的脫硫劑與空氣中的氧接觸，當有水存在時，鐵的硫化物又轉化為氧化鐵和單體硫。經過脫硫和再生過程多次循環，直至氧化鐵脫硫劑表面大部分被硫或其他雜質覆蓋而失去活性為止。

1.7 沼氣利用

沼氣儲存于貯氣柜，脫水脫硫并調節壓力后經阻火器供給沼氣利用設施。低溫季節利用沼氣熱水鍋爐產生的熱量供厭氧發酵罐增溫、洗消設施設備加溫及人畜用水取暖；高溫季節為有機肥生產中糞污烘干、造粒、生產生活用能提供能源。

1.8 沼渣利用

固液分離的固糞、沼渣從溫室式固糞發酵間一端進入，使用移動翻拋發酵加工方法，連續翻動加入菌劑的畜禽糞便，使其發酵、脫臭，出來時變為發酵好的有機肥，可供林木、蔬菜、水產養殖作為固態有機肥使用，實現“養-種-能”綜合利用。

1.9 沼液利用

結合養殖場實際，沼液選擇回流浸泡秸稈進行二次中溫厭氧發酵；通過管線送入田間貯肥池灌溉農田、果園、林地；制作液態營養液用于作物浸種、葉面噴施肥、殺蟲劑，水溶肥用于高效農業種植。

2 主要工程設施

圍繞技術工藝設計流程，按照《畜禽養殖業污染物排放標準》（GB18596-2001）及河南省畜禽糞污資源化利用建設規范參數標準，配套設施。以自繁自養年出欄20 000頭、年均產仔2.2窩、生產節律13批、養殖周期168 d、育肥豬出欄體質量60 kg/頭的養豬場為例，主要建設內容包括兩座1 300 m3的厭氧發酵罐、集水池90 m3、酸化池150 m3、貯氣柜500 m3、沉淀池150 m3、沼液田間貯存池25 000 m3及新建固體糞便堆放、發酵間1 000 m2。

2.1 厭氧發酵池

池體砼結構設計為地埋式鋼筋混凝土結構，池為圓柱形，池內半徑7.3 m，高度7.5 m，采用C20砼及Ⅰ級鋼筋制作磚砌體，墊層采用厚度20 cmC15砼，地基承載力特征值要求大于120 kpa。

按生豬長年存欄數12 000頭測算，每天的糞污排放量為140 000 kg，豬糞尿污水經過人工清理和用水沖欄后，采用二相式發酵方式，干物質含量約為8%，池內裝料為84%，滯留期為15 d，厭氧發酵池容積應為：V=（140 000×8%×15）/（8%×1 000×84%）=2 500 m3。

所以修建2座1 250 m3的厭氧發酵池，即可滿足要求。

2.2 集水池

集水池采用鋼筋混凝土結構，池頂加蓋，格柵井與集水池均為地下池。

豬場日排糞尿污水140 t，按每日排污2 次，集水池容積應為70 m3。

2.3 沉淀池

沉淀池為地下式池，采用圓形鋼筋混凝土結構，沉淀池容積140 m3，池內半徑4 m，高度2.8 m，主要對固液分離出水起過濾沉淀的作用。

2.4 酸化池

酸化池容積為140 m3，污水滯留時間為5 h，酸化池內設排泥管道。

2.5 貯氣柜

濕式貯氣柜采用圓形結構，半地上池式，水封池為鋼筋混凝土，鐘罩為鋼絲網水泥結構。

2.6 田間貯存池

沼液在田間貯存池貯液設計期為6 個月180 d，沼液貯存池設計尺寸為：長80 m×寬62.5 m×高5 m。采用護坡形式，土工膜鋪底，水泥砂漿砌筑，磚砌池壁，水泥砂漿抹面，保證池底不滲漏。按照沼液10%的蒸發量計算，所需沼液貯存池的容積為V=140×180×90%=22 680 m3，貯存池容積應取2 500 m3。

2.7 固糞發酵間

建設900 m2的固體糞便堆放、發酵間，設計尺寸為：長30 m×寬30 m。發酵間采用“人”字形屋頂、磚混結構；發酵間屋檐高4.2 m，屋頂凈高2.3 m。主要構建筑物如表1所示。

表1 主要構建筑物列表

3 主要設備

3.1 格柵

格柵設于集水池前，設置2 道格柵，粗格柵柵條間隙為30 mm，用于去除大型雜物；細格柵柵條間隙為10 m，用于去除中小型雜物，并在格柵處設置工作平臺。污水過柵流速為0.6 m/s，格柵傾角為65°，利于污水自流。

3.2 固液分離裝置

固液分離裝置根據被分離物料的性質、流量、脫水要求，經技術、成本比較后選用；固液分離裝置應方便廢渣的貯存、運輸。

3.3 氣水分離器

氣水分離器2 臺，滿足設計參數：一是氣水分離器內的供氣壓力大于2 kPa；二是氣水分離器的壓力損失小于100 Pa；三是氣水分離器簡體高度為直徑的4～6倍；四是氣水分離器設有自動排水裝置。

3.4 凝水器

在工藝出氣管的最低點設置2臺冷凝水集水器。

3.5 沼氣流量計

采用膜式流量計，適用于20～30 m3/h沼氣流量計2臺。

3.6 水泵

每個發酵罐選用同一型號提升泵4臺、厭氧進料泵4臺、潛水泵2臺。主要工藝設備、管道如表2所示。

表2 主要工藝設備、管道列表

依據《給排水工程概預算與經濟評價手冊》及建設部（1996）建標字第628號文《市政工程可行性研究報告投資估算編制辦法》進行評估，估算范圍包括工程項目所需固定資產投資：即建筑工程、設備購置、安裝工程、配套輔助設施以及土地租賃等所需費用。

4 投資估算

保持技術工藝正常運行建設總投入資金1 353.01 萬元，其中土建投資723.4萬元，設備投資517.86萬元，管理費、勘察設計費、招標費等費用31.75萬元。投資估算表如表3、表4、表5所示。

表3 土建投資估算表

表4 設備投資估算表

表5 其他投資估算表

5 效益分析及評價

5.1 效益分析

5.1.1 評價依據

國家計委和建設部頒發的《經濟建設項目評價方法與參數》（第三版）、建設期1年、經營期10年、行業基準收益率取8%計算。

5.1.2 收入估算

規模：日處理豬糞尿污水達140 t，年處理豬糞污為51 100 t，年生產固體有機肥3 000 t，沼液35 000 t。

沼氣：年產沼氣279 000 m3，每立方米沼氣按1.5 元計，則每年沼氣收入為41.85萬元。

固體有機肥：年產3 000 t，每噸按400元計，則每年固體有機肥收入為120萬元。

沼液肥料：年產35 000 t，每噸按35元計，則每年沼液肥料收入為122.5萬元。

正常年份收入合計為284.35萬元。

5.1.3 成本估算

原材料費：主要為厭氧菌種采購，年消耗額為6.5萬元（含運輸費）。

工資及福利費：滿足設計規模運營時，需人員5人，其中每年每人工資、福利費、津貼等平均標準3萬元，年需工資福利費15萬元。

水、電燃料動力等費用：正常年份每年水、電燃料動力等費用支出為8萬元。

固定資產折舊費：房屋等建（構）筑物折舊期限20年，設備折舊年限10年，殘值均為5%，按直線折舊法折舊，年折舊費83.56萬元。

遞延資產攤銷費：攤銷年限5年，按年等額攤銷，年攤銷費6.35萬元。

維修費：包括沼氣、辦公家具、管道等設備維修，平均每年維修費為12.5 萬元。

管理費用：每年支出為4.5萬元。

平均年總成本費用136.41萬元。

5.1.4 利潤分析

平均年利潤總額為147.94萬元。

5.2 效益評價

5.2.1 經濟效益評價

從財務分析數據可以看出，只要達到設計規模，則收回所有投資需8.6年，財務內部收益率（FIRR）為13.21%＞8%，財務凈現值（FNPV）34.88 萬元＞0，說明該技術模式經濟效益可觀。

5.2.2 生態效益評價

5.2.2.1 改善水域環境

通過該技術工藝應用對糞尿廢棄物進行有效利用，減少用水量，降低糞便污水對環境污染影響，且每年減少項目企業排污費約4萬元。

5.2.2.2 保護大氣環境可減少因直接田間施肥產生的甲烷排放而引起的溫室效應。每處理1 頭豬（存欄）的糞便可以減排甲烷4.18 kg，相當于87 kg CO2的溫室效應。

5.2.2.3 有機肥提質增效

可以提供大量的優質肥料，推動林果業和種植業的發展。沼肥是優質高效的有機肥，不僅可以促進農作物生長和改良土壤，而且可以增強農作物的抗旱、抗凍和抗病蟲能力。施用沼肥能使糧食作物、經濟作物和果樹增產，增產幅度一般在8%～25%。沼液浸種可以提高種子發芽率和成苗率，提高抗病、抗逆能力；沼渣栽培蘑菇，生物學轉化率可達15%～30%；沼肥水稻育秧單產比常規高出17.5%～24.3%；用沼液、沼渣噴施臍橙和甜柚，比施化肥增產25%以上?？傊託獍l酵與種植、養殖相結合，經濟效益可成倍增長。

5.2.2.4 提高土壤肥力

沼肥富含作物生長所必需的氮、磷、鉀等元素，是一種優質農家肥，而且病菌、蟲卵大部分被殺死，是理想的無公害肥料，具有無污染、高效、培肥地力的作用。

5.2.2.5 改善周圍衛生環境

豬糞便既是肥料，又是制取沼氣的發酵原料，更是疾病的傳染源，是有益又有害的物質。糞便中含有寄生蟲卵、腸道致病菌和病毒，能傳播血吸蟲、鉤蟲、蛔蟲等寄生蟲病和傷寒、痢疾、傳染性肝炎、脊髓灰質炎等細菌、病毒性疾病。如果糞便處理不當，不僅損失肥效，污染環境，而且孳生蚊蠅、傳播疾病，危害人畜健康。用厭氧發酵池發酵處理畜禽糞便，可殺蟲滅菌。據測定，血吸蟲卵在常溫沼氣發酵條件下7～22 d被殺滅；鉤蟲卵經過50 d死亡率為75%，經過93 d 全部死亡；蛔蟲卵經過90 d 死亡率為75%；傷寒桿菌存活時間僅為30 d。由于污染物得到大大降解，有利于豬場職工和周圍農民的健康；使用沼氣代替煤炭，可減少煙塵和二氧化硫的排放；使用沼肥作為肥料和餌料，發展綠色食品，有利于消費者的身體健康。

5.2.3 社會效益評價

該技術工藝模式符合國家產業政策，且運行穩定、自控簡單、操作方便、運行成本低，采用固液分離、綜合治理、糞污處理等工程措施控制規模化養豬污染，為其他規?；B殖場提供了示范作用。通過廢棄物綜合利用，使豬場有機排放物對環境造成的污染得到有效治理，并生產出高品位能源和優質肥料，可以實現資源綜合利用，多次增值，是實施農牧業可持續發展的理想形式，既為企業提供優質燃料、節約能源，又為農業生產提供高效的有機肥料，改善生態環境。綜上分析，畜禽糞污資源化利用生態產業鏈模式形成了顯著示范效應，具有積極的推廣意義。