【摘  要】本文通过对河南盛丰农业发展有限公司养殖—沼气—食品加工—种植生态循环农业模式背景、沼气工程工艺原理选择及特点的论述，阐明了农业废弃物秸秆、养殖场粪便、污水经沼气工程才能做到资源最大化利用，并得到清洁能源—沼气（CH4）、沼渣和沼液（优质有机肥），并生产出高品位无污染的优质的农产品。沼气工程在生态农业发展中起着重要的技术支撑和桥梁的作用。

养殖（猪、鸭）—沼气—食品加工—种植（果、菜、粮）生态循环农业模式是利用种植业生产的粮食做饲料，供养殖场和农户的畜禽使用，沼气工程是利用养殖场生产过程中产生的废弃物粪便、污水和种植业生产过程中产生的废弃物—农作物秸秆经沼气工程厌氧发酵将种植、养殖所产生的废弃物中的有害物质转化为无害可利用的资源型物质：沼气、沼渣和沼液。产生的沼气（CH4）是可再生能源，沼气发电可将沼气中的热能转化为电能，用于生产和生活有利于养殖场及周边农村大气环境的治理和改善;沼渣、沼液经处理后可作为优质的肥源返回农田利用，减少农作物化肥的使用量，并提高土壤中有机质的含量。通过合理的资源配置，形成以沼气为能源，以沼渣、沼液为肥源的种植业、养殖业、食品加工业相结合的有机废弃物合理利用的新型农业发展模式、即保护了生态环境，综合效益又明显提升的新型农业生产方式。

一、河南盛丰农业：养殖—沼气—食品加工—种植生态循环农业的模式背景

人类自进入21世纪后，一方面以煤炭和石油等不可再生性能源为基础的世界经济对大气环境造成了严重的破坏和污染，生态灾害频繁发生，并随着煤炭和石油的过量开采，竞争加剧，世界范围内的不稳定因素极具增加。因此，各国政府都在不断地寻求可替代性的能源资源。另一方面，有大量的农业废弃物—秸秆、养殖场粪便、污水产生并污染着大气环境。就我国而言，每年光农作物秸杆产生量就达6亿吨，养殖场粪便污水20亿吨，仅许昌市每年就产生农作物秸秆400多万吨，养殖场粪便、污水一千多万吨这些即是严重的污染源，但又是宝贵的可再生性资源，通过合理科学的加工和处理就能够转化为农业和工业生产不可或缺的生产资料，并能产生出可再生的清洁能源—沼气。

随着我国国民经济的高速发展，人们生活水平的不断提高，对食品安全和生活休闲提出了更高的要求。因此，建设美丽许昌，满足城市生态环境建设的需要、满足市民对生活质量提高的要求，是农业园区发展的重要目标。都市生态农业园区建立多层次资源间相互循环的农业生产模式，强化人与自然和谐相处的环境，在强化生态功能的基础上，为用户提供优质的水果、蔬菜等食品供应，同时丰富市民的文化休闲生活。发展绿色环保、休闲娱乐的生态型、观光型、休闲型、体验型农业，将与许昌的文化底蕴相辅相成，满足人们对食品安全和返朴归真的休闲需要，为许昌市的人文景观旅游再增添新的自然情趣和美景，为许昌增添新的生机。

河南盛丰农业发展有限公司成立于2011年，其养殖—沼气—食品加工—种植一体化生态循环农业模式位于许昌市建安区艾庄乡袁庄村，养殖场场区周围均为农田，总占地面积400多亩，主要内容包括标准化畜禽（猪、鸭）养殖区、农产品（食品）加工区、蔬菜水果种植区、休闲观光农业采摘区、农业废弃物循环综合利用区五大功能区。

1、标准化养殖区占地115亩，其中：

年出栏生猪2万头，标准化猪舍5栋、鸭存栏100000只，配套国内先进的自动供料供水系统和温控系统。

2、农产品加工区占地25亩，其中：

农产品加工生产车间10000平方米，办公楼1000平方米，4000吨冷库一座，沼气锅炉一座，以及其他生产配套设施。

3、蔬菜水果种植区占地200亩，主要包括：

蔬菜大棚区占地50亩，主要种植有茄子、辣椒、西红柿、黄瓜等瓜类、茄果类、叶菜类以及根菜类蔬菜生产。

水果种植区占地150亩，主要种植水果柿子、软籽石榴、桃、草莓等。

4、休闲观光采摘区占地60亩，主要内容包括：

休闲农庄集餐饮、休闲、娱乐为一体，为现代都市人群营造一个自然、优美、和谐的人居生活环境，为人们提供一个可以相互舒缓神经、陶冶心情、充分享受自然、放松自我的休闲娱乐场所。，现已成为市区人们周末休闲场所及去处。

5、占地10亩的1500立方米沼气工程项目位于养殖场南侧空地，临近养殖场区，场区外部交通便利。场区周围有3000多亩农田，每年产生的1362.00吨农作物秸秆可作为沼气工程的原料使用，并可消纳吸收沼气工程发酵后产生的沼渣、沼液，避免造成生态环境的二次污染。沼气发电用于食品厂加工生产用电和食品厂锅炉用气，沼渣用于制作有机肥还田，沼液用于浇灌果园和农田。

公司依托沼气工程为纽带，利用沼气工程产生的可再生能源（沼气），保护地栽培（果园）、沼渣，沼液等因子，通过对资源的合理配置形成了以沼气为能源，以沼渣、沼液为肥源，实现种植业（粮、果、菜）、养殖业（猪、鸭）和食品加工业相互结合的能流，物流的良性生态循环系统，实现资源的高效利用，综合效益明显提升的新型生态农业发展模式。

二、盛丰农业：养植—沼气—食品加工—种植模式流程和实物图

1、流程图

2、实物图

养殖业：河南盛丰农业发展有限公司自2008年成立以来，采取以公司加农户加合作社的运营模式，先后以：种鸭养殖---种蛋回收----孵化鸭苗----发放养殖户----签订回收合同，以统一供鸭苗，统一饲料，统一防疫，统一合同回收这种经营管理模式，辐射周边近百公里。公司旗下的养殖户在公司带动下，用自己的辛勤劳动，在短短的2-3年内就改变了贫穷面貌，走向了富裕之路;2016年又投资兴建了年出栏生猪2万头，标准化猪舍5栋，配套国内先进的自动供料供水系统和温控系统。

三、养殖（猪、鸭）—沼气—食品加工—種植（果、菜、粮）生态循环农业模式的配套措施

（1）、大型沼气工程項目的工艺原理选择

目前，我国大中型沼气工程，在工艺技术方面已日渐成熟，已达到或接近了国际领先水平。在沼气工程的配套技术方面，可根据牛粪、猪粪、鸭粪和农作物秸杆等原料特性的不同，对包括原料前期的预处理系统、中期厌氧发酵系统、沼气工程的输配和净化处理系统，后期沼渣的有机肥制作、沼液的后处理系统进行差异化的研究、设计和开发。在发酵工艺方面，生物厌氧发酵机理的研究、对不同生物质原料高效能发酵工艺（CSTR、UASB、HCPF、USR工艺）的制定，沼气工程的产期率，有机废弃物中的污染物（COD/BOD）去除率已达到国际领先水平。根据沼气工程的目的和养殖场周边环境条件的不同，去选择和制定不同的沼气工程工艺处理工艺。

根据盛丰农业养殖场所排放的粪污成分的特点，并结合盛丰农业养殖场及周边的实际情况，确定选择“预处理系统+CSTR厌氧处理工艺”。

（2）、盛丰农业养殖场大型沼气工程（CSTR）工艺流程：

盛丰农业养殖场沼气工程是以CSTR厌氧消化工艺为核心的技术环节。集猪（鸭）粪便、污水、农作物废弃物—秸秆的收集和预处理、能源化沼气生产、沼渣、沼液的资源化利用为一体的系统工程。

盛丰农业养殖场沼气工程的生产工艺分为三个部分，即前期预处理工程包括发酵原料（粪污、秸秆）的收集和处理、中期（CSTR）厌氧发酵部分、后期所产沼气的净化储存及厌氧发酵残留物沼渣、沼液的处理和利用等环节。

前期预处理阶段分为：农作物秸秆粉碎、沉沙池和调节池调节浓度三个部分。

1、首先将所收集的农作物秸秆在秸秆粉碎机里进行粉碎以达到沼气工程厌氧发酵的设计要求。

2、沉砂池：将收集的（猪、鸭）粪便和冲洗污水先经格栅处理后，进入沉砂池中去除粪便和污水中的沙子和部分杂物，以便于后期处理。

3、调节池：所收集的粪便、污水和秸秆需要在调节池内进行调整浓度6-12%后进入厌氧消化池内近行厌氧反应。调节池内设置搅拌机，粪便、污水和秸杆应在调节池内滞留一定的时间，利用搅拌机使粪便、污水和秸秆充分搅拌混合均匀，以防止粪污、秸秆沉积，并在此调节到一定的浓度，然后将调节好的物料，经进料泵输送到CSTR厌氧反应器内进行厌氧消化。

中期CSTR厌氧发酵部分：厌氧发酵部分是整个沼气工程的核心部分，在沼气工程中起着非常重要的作用。为提高该沼气工程的运行效率，我们将其设计为38度的中温发酵。因此，在该沼气工程内部设置有加热和搅拌装置，在（CSTR）厌氧反应器内其热源为沼气发电的余热和沼气锅炉提供的热量，以供冬季或温度低于中温发酵温度时加热，以保持38度的恒定温度，来保证厌氧发酵的高效运行，提高沼气工程的发酵效率。厌氧发酵阶段是整个沼气工程的关键环节，此过程是通过厌氧微生物的降解作用，在三大细菌群的作用下，使发酵原料进行水解、酸化、产氢产乙酸、耗氢产乙酸，将大分子的多糖、蛋白质、氨基酸转化为小分子的乙酸、氢气，然后在产加完菌的作用下将乙酸、氢气转化为可再生能源沼气。整个过程就是在（CSTR）厌氧反应器内，利用厌氧微生物的新陈代谢功能，将进入沼气工程厌氧反应器内的有机废弃物中的具有污染的有机物质去除掉，在这一厌氧反应过程中可产生出大量的沼气、沼渣和沼液。

后期即沼气、沼渣和沼液的处理过程：

沼气工程（CSTR）厌氧发酵产生的沼渣经泵并过虑后，进入沼渣储存池存储，然后可制作为有机肥自用或出售给周边需要的农户，沼液经泵流进沼液储存池存储，作为液体肥料用于农田灌溉使用，沼气工程厌氧反应过程中产生的沼气经脱水、脱硫后储存于湿式储气柜中，经过阻火器作为发电机或余热锅炉和食品加工厂锅炉的能源进行燃烧利用。其工艺流程如下图：

（3）、盛丰农业沼气工程CSTR厌氧发酵工艺特点：

传统的完全混合式厌氧消化器（CSTR）即普通厌氧消化池，是通过沼气工程厌氧反应池内的微生物厌氧活性污泥来净化和处理有机污染物，能够对高浓度及含有大量悬浮固体的原料进行消化和处理。它是在常规厌氧消化器的基础上，在厌氧消化池内部加装了搅拌装置，使发酵原料与厌氧微生物处于完全混合状态，与常规消化器相比，活性污泥区域均匀分布在整个消化器内，比常规消化器相比，具有较高的运行效率，其优点如下：

1、沼气工程的CSTR厌氧消化工艺，可以完全让具有高悬浮固体含量的原料直接进入厌氧消化器内进行消化处理。

2、由于加装了搅拌装置，沼气工程CSTR厌氧消化器内的机废弃物原料分布均匀，避免出现原料的分层状态，大大增加机废弃物原料和微生物相互接触的机会，提高沼气工程的厌氧消化效率。

3、其内部温度分布均匀，避免因温差过大而影响沼气工程的发酵效率。

4、使进入CSTR厌氧消化反应器内的任何一种具有抑制的物质，都能够分散开来，并能使其保持在最低水平。

5、可避免CSTR厌氧消化反应器顶部出现浮渣、结壳和堵塞、沟流及气体逸出不畅现象的发生。

四、盛丰农业养殖（猪、鸭）—沼气—食品加工—种植（果、菜、粮）生态循环农业模式关键技术

1、盛丰农业养殖场大型沼气工程猪、鸭粪、秸秆沼气能源化处理技术

针对养殖场猪、鸭粪和农作物秸秆的特点，许昌盛丰农业生产过程中所排放的粪污预处理后和粉碎后的秸秆在合理配比后可直接进入USTR厌氧反应器中进行厌氧发酵，根据盛丰农业养殖场的规模和条件，设计建设1500立方米的发酵池，采用完全混合型CSTR厌氧发酵工艺，有效控制耐高氨氮菌种的培养条件，将中温38℃的厌氧发酵氨氮耐受浓度从常规的3，000 mg/L提升到5，000 mg/L以上，容积产气率达到1.5 m3/m3·d以上，这样就能够达到和实现高氨氮有机废弃物原料厌氧发酵系统的高效稳定运行，

2、盛丰农业的沼气发电和燃气锅炉热利用技术

将经沼气工程厌氧发酵过程中产生的沼气净化处理后，大部分通过沼气发电机组燃烧发电，该工程的发电机组采用山东潍坊亿达能动力有限公司生产的YDNGFZ-180发电机组，把沼气的热能转化成便于利用的电能，用于养殖场和食品加工厂的生产和生活用能;剩余部分送往沼气锅炉用于沼气工程厌氧反应罐内发酵升温或盛丰农业食品加工厂燃气锅炉作燃料使用。

3、沼液、沼渣的资源化利用技术

沼气工程厌氧反应后的残留物沼液、沼渣是一种优质的有机肥料，其中含有多种易被植物吸收的营养成分，既有速效性，又兼具缓效性，在农作物增产提质、抗病防虫方面也具有明显的效果。在作物增产的同时，实现农作物品质、土壤有机肥含量的提升，在抗病防虫、提高农作物抗逆性上也呈现出突出功效，可大大地减少化肥、农药的使用量，符合国家要求“化肥农药减施增效”健康绿色农业发展的方向。通过厌氧发酵工艺技术的应用，使养殖场粪便资源化利用率达90%以上;采用沼液、沼渣作肥料使农作物的化肥使用量减少20%以上，农药使用量减少达10%-15%，农作物增产率可提高20%以上，并可显著地提升农作物的品质。

盛丰农业养殖场废弃物沼气能源化处理CSTR厌氧发酵工艺的应用，促进了盛丰农业养殖场废弃物资源的合理、循环利用，其中所产沼气用于发电供厂区生产、生活用电;沼液、沼渣做肥料还田利用。这样种植业—养殖业（鸭、猪养殖）--食品加工业（电、燃料）—种植业（沼渣、沼液还田）的整个良性的生态循环农业模式，无污染、零排放、并产生出清洁能源--沼气，用于生产和生活，为养殖场创造出更高的附加值，并带来一定的经济、社会和生态效益。

五、盛丰农业发展有限公司的运行机制

河南盛丰农业发展有限公司成立于2011年，地处河南省许昌市建安区艾庄乡袁庄村，是一家集特色农业种植、家禽养殖、及农产品深加工的河南省农业产业化重点龙头企业。公司在生产管理上有着严格的科学管理制度和完善的质量管理体系，目前公司已通过了ISO9001、HACCP、ISO14001、OHSMS18000四个体系的认证，在粮食、食品安全与管理上真正做到了放心工程。

河南盛丰农业发展有限公司2011年被河南省人民政府任命为“河南省农业产业化重点龙头企业”，瑞康盛养殖合作社养殖行业颇具规模，被河南省农业厅评为河南省农民专业合作社优秀示范社。

2017年荣获“许昌市知名品牌”，公司农产品“瑞康盛”品牌2018年荣获“河南省著名商标”，2017年河南省工商管理局“授予重合同守信用企业。

榆林小米，榆林花生在许昌小有名气，公司现有花生种植面积5000亩，小米种植面积5000亩。公司於2013年申请无公害农产品，注册品牌“榆林香”“瑞康盛”商标，2017年荣获“许昌市知名品牌”、河南省工商管理局“授予重合同守信用企业，2018年公司农产品“瑞康盛”品牌已通过“河南省著名商标”认证，荣获“河南省著名商标”，并且公司产品以优质的质量和信誉，成功地打入了北京市场。

2016年公司与新希望六合集团、正大集团、众品集团合作，在原有养殖基础上，有了新的思路。公司的肉制品加工以前是以手工加工鸡、鸭、鹅熟食，分割的肉类，工作量大，车间生产管理难度大，现已改造为全自动化食品生产线，大大提高了工作效率，并能保证产品质量。多年以来的风风雨雨，盛丰农业在行业当中赢得了“河南省重合同守信用企业”。“许昌市发展畜牧先进单位” “许昌市发展现代农业先进单位”。等荣誉称号。

六、河南盛丰农业养殖—沼气—食品加工—种植生态循环农业的推广利用情况

河南盛丰农业发展有限公司：种植—沼气—食品加工—种植生态循环农业模式，覆盖袁了庄村周围3000多亩农田、果园200多亩、蔬菜100多亩。

1、经济效益。沼气工程通过将养殖场粪污与秸秆的厌氧消化处理提高了粪污、农作物秸秆的资源化利用率，变废为宝，为企业增加收益每年达100多万元，其主要经济效益如下：

（1）、本项目年产沼气54.75万立方，其中29.20万方沼气用来发电，年发电60.70万kwh，每度电按0.46元计算，折合年收益28.4万元;剩余10.95万方沼气折算标煤为97.09t，以标煤的单价为820.00元/t，年收益7.96万元，年综合收益36.36万元。

（2）、年产沼渣约2115.91吨，制成有机肥用于附近农田施肥;全部以150.00元/吨的价格自用或出售给周边村庄农户，年增收益约为31.74万元。

（3）、年产沼液约18629.60吨，自用或用于临近村庄农田施肥;以20.00元/吨计，年增收益37.26万元。

2、社会效益。大型沼气工程的建成使用，使河南盛丰农业养殖场养殖所产生的粪便污水和周边3000多亩农田产生的农作物秸秆全部都得到了有效的利用，这样，不仅使公司养殖场区生产环境得到了明显改变，同时，也改善了周边的生态环境，由养殖生产过程中因污染问题所造成的不安定因素也得到了有效的解决。

3、生态环境效益。沼液、沼渣的有效合理利用，沼液作为液态肥料使用，变农业有机废弃物为宝贵的农业生产资料。沼液中含有多种氮磷钾、微量元素、氨基酸和活性物质等营养成份，且功效独特，可以满足农作物、蔬菜、花卉等植物的不同养分需要，沼渣和沼液在农业上的使用既无污染，又肥效显著，还可抑止农作物的有些病虫害，并能够极大地提高农产品的产量和品质，增强农产品的市场竞争力，为社会提供优质、高品位的农产品，促进农业增效、企业增效和生态环境的良性循环。

沼气工程项目的应用，既可有效杀灭病菌、病毒和寄生蟲卵，又可减少人畜病害，改善附近居民生活和同公司养殖场之间的关系，起到改善公司形象，同时又保护了生态环境，减少了温室气体的排放。

4、示范带动效益：

2017年，许昌盛丰农业1500立方米沼气工程建成投入使用后，公司以沼气工程为纽带，利用沼气工程产生的可再生能源（沼气）、保护地栽培（大棚蔬菜）、日光温室养殖场、沼液、沼渣肥田等5个因子，通过合理的资源配置，形成了以沼气工程为纽带的以沼气为能源，以沼渣、沼液为肥源的农业资源的合理利用，实现了种植业（果、菜、粮）、养殖业（畜、禽）、食品加工业相结合的能流、物流良性循环的生态循环农业的新模式，是现代农业发展的必由之路。

河南盛丰农业是河南省农业产业化龙头企业，以养植—沼气—食品加工—种植模式的生态循环农业经营模式经营，不仅解决了企业生产与环境之间的矛盾，还带动周边农户及贫困户11家，并使他们全部脱贫，走上了富裕之路，使企业与农户都或得了良好的经济效益。

作者简介：

杜英杰，性别，男，出生年月，1967年2月15日籍贯：河南，民族：汉。单位：许昌市农村能源管理工作站，学历：本科，职称：中级，研究方向：农业，新能源。

（作者单位：许昌市农村能源管理工作站）