新疆兵團糞污資源化利用模式與典型案例分析

劉福元，魏 勇，孫文江，楊井泉

（1.新疆農(nóng)墾科學院畜牧獸醫(yī)研究所，新疆 石河子 832000；2.新疆天澳牧業(yè)有限公司，新疆 奎屯市 833200；3.新疆盛兆天地農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，新疆 阿拉爾市 843305）

目前，我國經(jīng)濟已進入轉型升級、供給側改革新階段，農(nóng)牧業(yè)轉型升級的目標是優(yōu)質(zhì)、高效、安全、環(huán)保，農(nóng)牧業(yè)發(fā)展需要重點突破資源利用強度過高、面源污染加劇、生態(tài)系統(tǒng)退化嚴重三大關鍵問題。國內(nèi)外實踐表明，農(nóng)牧業(yè)廢棄物的無害化處理和資源化利用，是控制農(nóng)業(yè)環(huán)境污染、改善農(nóng)村環(huán)境、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

新疆地區(qū)必須根據(jù)自身的氣候環(huán)境特點及養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)特點，篩選適合本地區(qū)的糞污處理與資源化利用技術模式。近年來，兵團農(nóng)業(yè)局、兵團畜牧獸醫(yī)工作總站多次深入基層開展此方面的調(diào)研，成立了兵團畜禽養(yǎng)殖廢物資源化利用專家指導組，組織召開了多期專項技術培訓，通過行政與技術、對口蹲點與包面服務、生產(chǎn)與科研三個相結合的方法，有力地推動了新疆兵團糞污資源化利用工作的進程，通過培育、扶持和引導，建立了奶牛場草畜一體化糞污循環(huán)利用、豬場果畜一體化糞污資源化利用和第三方專業(yè)公司豬場糞污高值化利用共3種技術模式，現(xiàn)將該技術模式下的典型案例與養(yǎng)殖企業(yè)和管理部門的朋友們進行分享，希望對大家能有所幫助和啟發(fā)。

1 南北方糞污處理與資源化利用制約因素比較

1.1 氣候環(huán)境

南方地區(qū)年平均溫度較高，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨。高溫則有利于好氧堆肥發(fā)酵，但露天開放式好氧堆肥發(fā)酵，常常由于降雨量大，易使發(fā)酵物料過濕而影響發(fā)酵效果。北方地區(qū)年平均溫度較低，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。特別是新疆地區(qū)，氣溫溫差較大，降水量少，氣候干燥，從11月到翌年3月中旬處于低溫期[1]，冬季寒冷的氣候條件，如果沒有保溫增溫措施難以進行好氧堆肥或沼氣發(fā)酵。

南方降雨量大于蒸發(fā)量，所以養(yǎng)殖場修建的氧化塘、儲糞池等設施都要覆蓋黑膜或者建造避雨棚，避免雨水流入，減少后續(xù)處理難度。北方地區(qū)降雨量小于蒸發(fā)量，特別是新疆地區(qū)，年平均降水量北疆多南疆少，蒸發(fā)量高的特點[2]，在修建氧化塘或儲液池時頂部不覆膜、靠蒸發(fā)濃縮糞水，提高單位體積糞水養(yǎng)分含量。見表1。

表1 新疆地區(qū)年均降水量和蒸發(fā)量

1.2 養(yǎng)殖場困境

南方地區(qū)人口密集，養(yǎng)殖場多靠近水網(wǎng)、村落和農(nóng)田，所以南方地區(qū)養(yǎng)殖場首先要預防養(yǎng)殖糞污對水網(wǎng)環(huán)境的污染，以及污水和臭氣擾民等投訴事件的發(fā)生；且由于南方地區(qū)降雨量大，農(nóng)田水分過剩，糞水難以被農(nóng)田消化，部分養(yǎng)殖場糞污需要選擇達標排放的模式進行處理。北方地區(qū)地域遼闊，人口密度小，特別是新疆地區(qū)大型養(yǎng)殖場多建在撂荒地或者戈壁灘上，養(yǎng)殖場距離農(nóng)田或者果園較遠，糞肥運輸成本高，且目前難以進入滴灌系統(tǒng)，用于棉花種植，以上因素成為制約新疆地區(qū)糞污資源化利用的瓶頸。

1.3 地區(qū)經(jīng)濟差異

南方省份經(jīng)濟發(fā)達，迫于環(huán)境的壓力，政府有能力出資來配合進行整縣推進，甚至整省推進。北方經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，特別是西部地區(qū)，政府配套能力有限[6]，因此必須要選擇一些適合當?shù)貧夂颦h(huán)境特點、經(jīng)濟適用的糞污處理與資源化利用技術模式。

2 利用模式與典型案列分析

2.1 奶牛場草畜一體化糞污循環(huán)利用模式——以沙灣天潤生物有限責任公司為例

2.1.1 基本情況介紹

沙灣天潤生物有限責任公司隸屬于天潤乳業(yè)股份有限公司，牧場位于新疆沙灣縣三個泉子基地，距離沙灣縣20 km。牧場規(guī)劃設計養(yǎng)殖奶牛3 000頭，養(yǎng)殖區(qū)占地面積30 hm2，牛場采用恒溫牛舍及對頭式集約化奶牛養(yǎng)殖，配套智能化2×40位并列式擠奶廳、牽引式TMR飼喂車、自動化犢牛飼喂系統(tǒng)等；周邊配備333.33 hm2飼草料地。目前實際養(yǎng)殖奶牛2 100頭，其中成母牛1 100頭，后備牛1 000頭，年產(chǎn)糞污4.2萬t；配套土地種植玉米和苜蓿，消納解決牧場的糞肥還田，形成種養(yǎng)一體化可持續(xù)性循環(huán)奶牛養(yǎng)殖模式[7]。

2.1.2 糞污收集處理、利用流程和關鍵技術

牛場舍內(nèi)采用了低能耗的電動刮糞板清糞，采用集裝箱式牛床墊料發(fā)酵再生系統(tǒng)，集固液分離與發(fā)酵殺菌于一體，實現(xiàn)了廢棄物循環(huán)利用，節(jié)省了牛床墊料購置成本。使用成本較低且建設速度較快的黑膜材料在牛場建造7 500 m3全封閉式軟體厭氧發(fā)酵塘，距牛場1.7 km田間建有22 500m3的黑膜軟體氧化塘。

結合生產(chǎn)實際調(diào)整，部分糞污通過牛床墊料發(fā)酵再生系統(tǒng)，生產(chǎn)牛床墊料；其余糞污進行固液分離，固相耗氧堆肥發(fā)酵生產(chǎn)固體有機肥，液相通過黑膜厭氧池厭氧發(fā)酵，經(jīng)吸污車運送到飼草料地的軟體黑膜氧化塘貯存，灌溉季節(jié)通過管道隨水泵入333.33 hm2草料，實現(xiàn)了廢水利用和農(nóng)牧結合。

2.1.3 運行機制

該公司建成了一種奶牛場種養(yǎng)一體化糞污循環(huán)利用運行機制。糞污處理設施工藝設備總投資650萬元，其中奶牛場電動刮糞板投資84萬元，牛床墊料發(fā)酵再生系統(tǒng)投資410萬元，厭氧發(fā)酵塘底膜、覆蓋膜投資49萬元，灌溉系統(tǒng)投資47萬元，吸污車投資18萬元，土建投資30萬元。糞污處理，包括清糞工藝、固液分離及墊料再生電費、燃油、動力等能耗等每年15萬元。

2.1.4 效益分析

通過牛糞墊料再生系統(tǒng)對牛糞進行脫水、烘干和消毒等工藝，每年生產(chǎn)墊料3 000 m3，實現(xiàn)牧場牛舍臥床墊料100%自給自足，每年節(jié)約沙子或鋸末等墊料成本40余萬元。

通過液體糞肥的三級氧化塘“厭氧-耗氧”熟化，進行333.33 hm2配套飼草料基地的還田灌溉。通過2017-2018年持續(xù)兩年的糞肥還田，種植的全株玉米青貯在干物質(zhì)和淀粉均達到30%的基礎上，產(chǎn)量提升了15.5%，為飼草料基地的承包戶增加收益280元/667 m2，按照玉米青貯基地種植面積200 hm2計算，每年增加收益84萬元。同時為牧場提供了優(yōu)質(zhì)、安全的飼草料原料，減少了化肥成本。

通過糞污機械收集系統(tǒng)-牛糞墊料再生系統(tǒng)-液體糞肥還田系統(tǒng)，徹底解決了牧場糞污治理的問題，實現(xiàn)環(huán)保驗收達標，規(guī)避了牧場環(huán)保處罰或關停的風險。

2.1.5 綜合評價

示范應用了墊料再生系統(tǒng)和黑膜氧化塘工藝，實現(xiàn)了養(yǎng)殖糞污在奶牛場內(nèi)循環(huán)利用和草畜一體化糞污循環(huán)利用。（見圖1-圖4）

2.2 豬場果畜一體化糞污資源化利用模式——以新疆兵團第一師三團7連種養(yǎng)大戶侯祖慶為例

2.2.1 基本情況介紹

侯祖慶在200 hm2駿棗棗園的一角建成了4棟育肥豬舍，每棟豬舍1 000m2（60 m×16.6 m），每批次進購4 000頭出生后60 d、體重20 kg的仔豬，飼養(yǎng)到120 kg出欄，每年飼養(yǎng)2個批次，即每年養(yǎng)殖出欄育肥豬8 000頭，年產(chǎn)生糞污8 000 t。通過200 hm2駿棗果園地消納解決豬場的糞肥，形成果畜一體化可持續(xù)循環(huán)發(fā)展新模式。

2.2.2 糞污收集處理、利用流程和關鍵技術

育肥豬舍采用水泡糞養(yǎng)殖方式，配套固液分離系統(tǒng)，并建成2個混凝土結構，池深2.5 m、容量為0.4萬m3和1.4萬m3的氧化塘。

圖1 場內(nèi)黑膜厭氧發(fā)酵塘

圖2 田間氧化塘

圖3 牛床墊料再生系統(tǒng)

圖4 牛糞作為牛床墊料

育肥豬舍水泡糞池內(nèi)的糞污通過負壓定期匯集于集糞池，利用固液分離設備，進行干濕分離。固相通過好氧堆肥發(fā)酵制作有機肥，每年入冬前作為基肥通過機械溝施用于果園。液相進入氧化塘，通過發(fā)酵菌種作用，經(jīng)過半年發(fā)酵的糞水，在果園春灌和冬灌時，隨水灌溉，實現(xiàn)了養(yǎng)殖糞污資源化利用。

2.2.3 運行機制

該大戶建成了一種豬場果畜一體化糞污循環(huán)利用運行機制。糞污處理工藝總投資200萬元，固液分離系統(tǒng)投資60萬元，氧化塘投資120萬元，灌溉系統(tǒng)投資20萬元。固液分離及灌溉的電費、固體有機肥開溝施肥費、菌種費等每年40萬元。

2.2.4 效益分析

經(jīng)測算，每畝果園可以節(jié)省化肥費300元以上，200 hm2駿棗果園，每年可以節(jié)省化肥費用90萬元。由于使用有機肥果品品質(zhì)提高，駿棗每公斤價格增值1元以上，畝產(chǎn)按照400 kg估算，200 hm2駿棗果園，每年可以增收120萬元。上述2項合計210萬元，還不包括育肥豬本身的效益。

特色林果業(yè)是新疆南疆地區(qū)的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，目前水果和堅果種植面積已達到106.67萬hm2，總產(chǎn)達到800萬t。但近年來果品質(zhì)量逐年下降，價格持續(xù)跌落，嚴重影響了果農(nóng)的收入和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。南疆地區(qū)果園土壤有機質(zhì)平均不到1%，甚至許多地塊只有0.24%～0.6%。果樹土壤有機質(zhì)風度高水平指標在2%以上[8]，最好達到5%～8%。增施有機肥不僅能夠改善土壤結構，增加有機質(zhì)含量，有利于果樹的根系發(fā)育和促進花芽分化，而且能一定程度提高果樹產(chǎn)量與品質(zhì)[9]。通過實施果畜一體化糞污資源化利用模式，有力地促進了畜禽糞污肥料化的應用，解決了規(guī)?；B(yǎng)殖場糞污消納的難題，同時也推動了南疆地區(qū)林果業(yè)提質(zhì)增效，提高了種養(yǎng)效益，助力脫貧攻堅行動。

2.2.5 綜合評價

本模式的最大優(yōu)點就是處理工藝簡單，就近就地利用，處理及運輸成本較低，這也充分體現(xiàn)了養(yǎng)殖場靠近果園農(nóng)田的優(yōu)勢，對于目前新疆南疆林果業(yè)發(fā)達地區(qū)具有借鑒價值。與此相反，目前新疆地區(qū)許多規(guī)?；B(yǎng)殖場遠離果園或農(nóng)田，由于運輸成本過高而阻止了糞肥的資源化利用，導致種養(yǎng)脫節(jié)，養(yǎng)殖糞污變成了養(yǎng)殖場的負擔。（見圖5、圖6）

圖5 液體糞肥灌溉泵房

圖6 糞肥隨水春灌

2.3 第三方專業(yè)公司豬場糞污高值化利用模式——以新疆盛兆天地農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司為例

2.3.1 基本情況介紹

新疆盛兆天地農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司位于新疆兵團第一師阿拉爾市十四團，是從事微生物肥料、生物有機肥料生產(chǎn)并致力于發(fā)展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的專業(yè)企業(yè)。公司通過沼氣發(fā)酵技術對新疆宏盛牧歌養(yǎng)殖有限公司年養(yǎng)殖的3 300頭種豬及年出欄的8萬頭豬所產(chǎn)生的6萬余t糞污進行專業(yè)化處理，形成了第三方專業(yè)公司對豬場糞污高值化利用新模式。

2.3.2 糞污收集處理、利用流程和關鍵技術

該公司沼氣工程罐體總容量3 000 m3。沼氣工程采用全混合持續(xù)發(fā)酵工藝 （CSTR），中溫發(fā)酵（30℃～38℃）,勻漿池及發(fā)酵罐設置加熱盤管，通過使用沼氣鍋爐保持中溫。沼氣工程水力滯留期為20 d，每天可無害化處理糞污200 m3,年處理糞污7萬t。建成集糞池500 m3、勻漿池400 m3、沉淀池300 m3、儲氣柜500 m3，購置沼氣脫水罐1個、沼氣脫硫罐2套、煤沼兩用鍋爐2臺。建成生產(chǎn)車間930 m2、液體肥生產(chǎn)線2條，儲液池4 00 m3、成品池1 500 m3，購置曝氣裝置1套、石英砂過濾器1臺、碟片過濾器6臺、精細過濾器4臺、包裝機1臺。

豬場水泡糞池內(nèi)的糞污依次進入集污池、勻漿池和罐體，采用全混合中溫持續(xù)發(fā)酵工藝（CSTR）進行有機物分解，產(chǎn)生的沼氣用于沼氣系統(tǒng)循環(huán)加熱。產(chǎn)生的沼液沼渣經(jīng)過5級自然沉淀后作為生產(chǎn)生物沼肥的原料，經(jīng)過曝氣、三級過濾，加入功能菌、活化腐殖酸及營養(yǎng)元素，生產(chǎn)系列沼液復合微生物肥產(chǎn)品，包括“菌液寶”（生物沼肥）、“沼液素”（生物土壤修復劑）和生物鹽堿改良劑。

2.3.3 運行機制

該公司建成了一種豬場糞污第三方運行機制，依靠專業(yè)化公司開發(fā)沼液復合微生物肥，進行高值化利用。項目總投資1 200萬元，其中基建800萬元、設備350萬元、其他設施50萬元。年運行費150萬元。

2.3.4 效益分析

公司每年無害化處理豬場糞污7萬余t，銷售各類生物沼肥2萬余t，施用于周邊5萬余畝大田作物及果園。產(chǎn)生沼氣120余萬立方，相當于節(jié)省煤炭700 t。年產(chǎn)值1 100萬元，利潤50萬元。

公司沼液復合微生物肥可以改良土壤結構，增加土壤肥力，提高有機質(zhì)含量，緩解因過度使用化肥造成的土壤板結和鹽堿化，可以提高肥料利用率30%～50%，可部分或全部替代化肥。使用生物沼肥種出的紅棗色澤鮮亮、果肉厚實、甜中帶香，一級率達到60%以上，收購價格高出3元/kg以上，僅此一項增加收入2 000元/667 m2，收益明顯提高。棉田全程使用生物沼肥，產(chǎn)量可以提高10%～30%，即產(chǎn)量達到330～390 kg/667 m2，棉花的品質(zhì)提高，收入增加150～200元/667 m2。生物沼肥按照一定比例稀釋后作葉面肥噴施，特別是在作物發(fā)病時兌入少量的農(nóng)藥即能達到良好的效果，可降低農(nóng)藥用量30%～50%，每畝可降低成本50～100元。

2.3.5 綜合評價

公司開發(fā)系列沼液復合微生物肥系列產(chǎn)品，推廣綠色種植模式，實施水肥一體化，促進了種植業(yè)提質(zhì)增效。同時解決了液體肥料的儲、運、施系統(tǒng)配套的瓶頸問題，打通了從肥料到田間的“最后一公里”。（見圖 7、圖 8）

圖7 沼肥生產(chǎn)設備

圖8 沼肥果園溝施

3 結論

新疆兵團畜禽養(yǎng)殖糞污資源化利用工作任務艱巨，任重道遠。應以規(guī)?；膛：蜕i養(yǎng)殖場的糞污資源化利用為重點，通過逐一排查、分類施策、聯(lián)合作戰(zhàn)，破解有機肥重金屬和抗生素等安全隱患、畜禽糞污土地承載力、有機肥低成本處理與利用、液體有機肥應用于滴灌系統(tǒng)等制約瓶頸問題，支持畜禽糞污處理和資源化利用設施建設，加強技術指導與培訓，不斷總結完善典型經(jīng)驗，積極推動種養(yǎng)結合模式，力爭完成畜禽糞污資源化利用目標任務，促進兵團農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。