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萬頭豬場如何利益最大化?算筆帳就知道了

  
  • xiaoz   網絡  
  • 2020-02-21 07:08:23
    【導讀】針對當前規模化生豬養殖場污染防治模式選擇上的不確定性,選擇采用工廠化處理與資源化利用兩種典型處理模式的一萬頭 (年出欄量)生豬養殖場,從污染防治設施投資成本、運行費用、效益、適用條件等方面進行對比分析,指出兩種典型防治...
    針對當前規模化生豬養殖場污染防治模式選擇上的不確定性,選擇采用工廠化處理與資源化利用兩種典型處理模式的一萬頭 (年出欄量)生豬養殖場,從污染防治設施投資成本、運行費用、效益、適用條件等方面進行對比分析,指出兩種典型防治模式各自的應用范圍及優缺點,以指導同類規模的生豬養殖場選擇合適的污染防治模式。萬頭豬場如何利益最大化?算筆帳就知道了

    萬頭豬場如何利益最大化?算筆帳就知道了


    目前國內生豬養殖糞污處理方式主要有工廠化處理、資源化利用兩種典型模式,兩種模式在投資、運行費用及適應條件均存在較大差異,我國畜禽養殖污染防治起步較晚,養殖企業對如何正確選擇處理模式還存在一定困惑。全面掌握不同防治模式的應用范圍和適用條件是正確選擇生豬養殖場污染防治模式的前提。

     

    一.畜禽養殖污染存在的問題 

     
    1.1 對環境壓力逐漸增大
      全國畜禽糞便的排放量從1988年的18.8億噸逐年上升,1998年已經達到35億噸,據預測,2020年全國畜禽糞便總量將達到42.44億噸。據第一次污染源普查動態更新數據顯示,2010年畜禽養殖COD、NH3-N排放量分別達到1148萬噸、65萬噸,分別占全國排放總量的45%和25%、占農業源排放總量的95%和79%。據測算,一個年出欄10000頭的生豬養殖場,每年約產生2 190噸固體糞便和5200m³尿液,折合COD約460噸、總氮約37噸、總磷約5.6噸。規模化生豬養殖場污染物產生量大、排放比較集中,對環境造成的壓力更大。
    1.2 難于選擇適合自身特點的污染防治模式
      對于規模化豬場糞污處理方式主要有資源化利用和工廠化處理兩種模式。工廠化處理又有物理法、化學法、生物法以及物化法多種工藝,生物法又可分為厭氧處理、好氧處理以及自然生態處理三大類,厭氧處理有厭氧序批式反應器(ASBR)、厭氧擋板反應器(ABR)、上流式厭氧污泥床(UASB)和完全混合式厭氧反應器(CSTR)等工藝技術;好氧處理包括活性污泥法、氧化溝、序批式反應器(SBR)、接觸氧化法和膜生物法(MBR)等工藝方法;自然生態處理可采用氧化塘以及人工濕地等。透過不同工藝技術的表象,從本質上看,規模化豬場糞污處理可總結為沼氣(厭氧)-還田模式(資源化利用模式)和沼氣(厭氧)-好氧處理模式(工廠化處理模式)兩種模式。以這兩種模式為基礎,不同模式應用條件和要求不同,如何結合自身特點,選擇適合的防治模式是當前大部分養殖場存在的技術問題。
    二.不同糞污處理方式分析
    2.1 典型工廠化處理防治模式案例分析
      以采用工廠化處理防治模式的年出欄10000頭豬場為例,該養豬場采用干清糞工藝,糞便好氧堆肥后生產簡易有機肥,欄舍沖洗水和豬尿采用“固液分離+厭氧沼氣發酵+SBR好氧生化”模式處理。該養殖場地處于城市周邊,沒有足夠的土地消納豬場糞污,污水產生量為70噸/天左右,糞便產生量約為6噸/天。經現場檢測污水 COD為7000~7500mg/L,BOD5為3000~4000mg/L,SS為2500~3000mg/L、NH3-N為450~600mg/L,pH值為6~7.5。根據當地環保局要求,外排污水須達到《畜禽養殖業污染物排放標準》 (GB18596-2001)的要求。
      2.1.1 投資及運行成本分析
      ⑴土建及設備投資
      該養殖場土建投資主要包括:調沉池7.68萬元(192m³)、沼氣池40萬元(1 000m³)、SBR池12.96萬元(216m³)、混凝沉淀池9.72萬元(162 m3)、污泥濃縮池3.84萬元(64m³)、有機肥加工房10.00萬元(250m²)和配電及設備間2.00萬元(40m²)。設備投資主要包括排污泵1.52萬元(4臺)、污泥泵0.96萬元(2臺)、羅茨鼓風機7.36萬元(2臺)、曝氣器0.9萬元(50個)、水下推流器4.3萬元(1臺)、疊螺脫水機4.88萬元(1臺)、豬糞固液分離機1.95萬元(1臺)、簡易有機肥生產設備10.50萬元(1套)、攪拌系統1.68萬元(1套)、加藥投藥系統1.20萬元(2套)和電控系統1.75萬元(1套)。
      綜上所述,糞便和污水處理設施土建和設備兩個部分的投資分別為10萬元、12.45萬元和76.2萬元、24.55萬元,合計123.2萬元,其中設備投資37萬元。
      ⑵運行、設備維護和折舊成本
      養豬場污水采用厭氧-好氧處理模式處理,除土建和設備投資較高外,設備運行、維護、折舊費用也是不可忽略的一部分。該養殖場糞污處理成本主要包含以下幾個方面。
      ①運行電費:污水處理站日耗電量為125kW,電費價格為1元/kW,則污水處理站每天的電費為125元,按污水處理站每日處理水量70噸計算,則污水處理電費為1.79元/噸。
      ②藥劑費:混凝中用到PAC(聚合氯化鋁)和PAM(聚丙烯酰胺)。PAC投加量為30mg/L,市場價為2000元/噸,則投加PAC費用為0.06元/噸。PAM投加量為4mg/L,市場價為16000元/噸,則投加PAM費用為0.064元/噸。消毒用次氯酸鈉,投加量為30mg/L,市場價為1500元/噸,則投加消毒劑費用為0.045元/噸。
      生產有機肥需要加入菌種,每生產1噸有機肥需要加入0.4kg菌種,菌種市場價格為90元/kg,則生產1噸有機肥的藥劑費為36元。按照每4噸糞便產生1噸有機肥計算,每天產有機肥1.5噸,則每天生產有機肥的菌種費為54元。
      ③人工費
      污水站自動化處理程度較高,因此只配備一位兼職管理人員,每月工資為3000元,則人工費為1.43元/噸。堆糞場發酵生產有機肥自動化處理程度較低,配備2名工作人員,每月工資為3000元,則糞便處理需人工費33.33元/噸。
      綜上所述,該糞污處理中污水處理直接成本為3.39元/噸,即每天污水站的污水處理費用為237.3元。糞便堆肥發酵生產有機肥的成本為42.33元/噸,即每天糞便處理費用為254元。
      ④設備維護費、折舊費
      年設備維護費用按設備投資的5%計,維護費為37×5%=1.85萬元/年;設備使用年限按20年計算,折舊費為123.2/20=6.16萬元/年。
      2.1.2 效益分析
      ⑴處理效果分析
      單純的厭氧+好氧技術很難去除養殖廢水中的氮、磷,處理后的水難以達到排放標準的要求,必須進一步進行深度處理措施。本部分主要針對污水出水水質和《畜禽養殖業污染物排放標準》 (GB18596-2001)的比較。
      可以看出,豬場廢水經厭氧沼氣發酵、SBR好氧生化處理后NH3-N、TP的值分別為182mg/L和9.8mg/L,均比GB18596-2001排放標準要高。設計中試實驗將經厭氧、好氧處理出水再經過氧化塘處理,試驗結果表明,氧化塘出水的CODcr、BOD5、NH3-N和TP分別為221、58、69和0.63 mg/L。可以看出經氧化塘處理后的各項指標均能達到GB18596-2001的排放標準。因此,豬場廢水經厭氧沼氣發酵、SBR好氧生化處理后,還需經過氧化塘處理這一必不可少的技術環節。
      據《污水穩定塘設計規范》(CJJ/T54-93),在進塘BOD5濃度<300 mg/L時,Ⅲ區(年平均氣溫在16℃以上的地區)兼性塘的BOD5表面負荷為85 kg/104m²·天。從SBR出水濃度可以看出,BOD5的出水濃度為73.5mg/L(表1),可以得出需建設面積為778m²的兼性塘,按400元/m²的建設成本計算,需投資31.12萬元。
      ⑵收益分析
      該處理模式下產生的利潤主要在于沼氣作為燃料利用和糞便生產有機肥出售。經測定日沼氣產量為152m³(甲烷含量約為76.2%),平均每天有機肥產量為1.5噸。按照目前市場價格沼氣為0.8元/m3(沼氣實際為養殖場自用)、有機肥400元/噸(未注冊商標、未包裝),可以得出該養殖場每天沼氣和有機肥的收入為722元。因此,年出欄10000頭的生豬養殖場糞污采用工廠化模式,其年處理費用Y1=(日污水處理費用+日糞便處理費用)×365+每年設備維修和折舊費,即為25.93萬元/年,毛收入為26.35萬元/年,則該養殖場糞污采用工廠化處理模式凈收益為0.42萬元/年。
      2.2 典型資源化利用防治模式案例分析
      同樣以采用資源化利用防治模式的年出欄10000頭生豬規模化豬場為例,該養殖場采用干清糞工藝,糞便經厭氧堆肥發酵后儲存農業利用,欄舍沖洗水和豬尿采用“糞污儲存(厭氧)+還田”模式處理,糞水經沼氣發酵后產生的沼氣通過脫水、脫硫后利用,沼液儲存在儲存池后作為液態肥料使用。養殖場地位于農村丘陵地區,周圍有配套消納豬場糞污的土地3500畝,污水處理量約為70 m³/天,糞便產生量約為6噸/天。具體糞污防治模式見圖2。
      2.2.1 投資及運行成本分析
      ⑴土建及設備投資
      資源化利用還田模式,糞便經簡單堆肥發酵后儲存農業利用,污水經沉淀、厭氧發酵后儲存農業利用。年出欄10000萬頭生豬養殖場土建投資主要包括:沉淀池9.72萬元(162m³)、沼氣池40.00萬元(1000m³)、尿液儲存池9.72萬元(162m³)、堆糞場10.00萬元(250m²)和配電及設備間4.80萬元(40m²)。設備費用主要包括豬糞固液分離機1.95萬元(1臺)、沼液沼渣抽排泵1.20萬元(2臺)。
      綜上所述,該豬場糞污防治設施建設土建投資為74.24萬元,設備投資為3.15萬元,合計77.39萬元。
      ⑵運行、設備維護和折舊成本
      該養殖場糞污處理成本主要包含以下幾個方面。
      ①運行電費:污水處理站、沼液沼渣抽排泵日耗電量為10kW,電費價格為1元/kW,污水處理站每天的電費為10元,污水處理站每日處理水量為70噸,則污水處理電費為0.14元/噸。
      ②人工費:堆糞場糞便厭氧發酵,自動化處理程度較低,配備1名工作人員,每月工資為3000元,則需人工費16.67元/噸。
      綜上所述,污水資源化利用成本為0.14元/噸,即每天污水利用運行費用為10元。堆糞場糞便處理成本為16.67元/噸,即每天堆糞處理運行費用為100元。
      ③設備維修費、折舊費
      年設備維修費用按設備投資的5%計,維修費為3.15×5%=0.1575萬元/年;設備使用年限按20年計算,折舊費為77.39/20=3.87萬元/年。
      2.2.2 效益分析
      ⑴效果分析
      利用農業種植土地消納養殖糞污,其消納能力主要是以耕地總氮(TN)的承載力來核定,耕地畜禽承載力可以按以下公式計算:
      公式(1)中,CN:區域畜禽養殖承載量,單位為頭/畝;γ:畜禽糞便有機肥提供TN養分占作物生長、發育全過程TN消耗總量的比值,取值范圍0~1,本研究取值0.4;ρ:作物在種植過程中因自然災害、田間管理不當等因數造成經濟產量失真的氮養分消耗校正系數,取值10%;TNZ:畜禽TN的產污系數,單位為kg/頭;ε:畜禽糞便有效收集率,取值80%;θ:畜禽糞便收集、運輸過程中以氨態形式揮發的流失率,取值30%;τ:作物形成100kg產量吸收的營養元素的量,單位為kg;有機肥利用效率,TN取值45%。
      每生產100 kg水稻所需吸收氮量為2.2kg,生豬養殖TN產污系數為3.7kg/頭。根據上述公式可以計算得出,CN的值為3頭/畝,即年出欄10000頭生豬養殖場須配套3333畝水稻田地對豬場糞污進行消納,根據場區配套土地來看,完全可以消納該養殖場產生的生豬糞污,能夠實現污染物對環境的零排放。
      ⑵收益分析
      該處理模式下產生的利潤主要在于沼氣及節約化肥收益,沼氣產量和上述工廠化處理模式下產生的沼氣產量相同,即152 m3/天。該模式下的費用支出主要在于糞污澆灌田地產生的運輸費用,分析該模式下的收益,需要根據運輸距離從以下兩個方面分析。
      ①不需要運輸工具運輸
      養殖場周圍配套土地可以直接用管道進行運輸,此種情況下分析得出:沼氣按市場價折算收入為4.44萬元/年(沼氣為養殖場自用)。據史常亮等分析,水稻種植每畝化肥投入為161.78元/年,考慮到液態肥料需要管道鋪設費用,根據實際生產情況,因糞肥(包括堆肥和沼液)的使用,每畝可減少化肥投入80元,3500畝合計減少化肥投入28萬元。每天糞污處理費用(包含設備維護和折舊費)為220.34元,則該養殖場糞污采用資源化利用防治模式的凈收益為24.40萬元/年。
      ②需要運輸工具運輸
      如養殖場周邊農業種植用地無法利用管道輸送,則沼液需采用車輛運輸,沼液運輸費用的高低受運輸距離影響,距離的增加將直接導致成本增加。
      從實際情況出發,養殖場周圍配套的土地施用糞肥距離遠近不一,為進行綜合核算,采用運輸平均距離進行核算。可以施用糞肥收益與運輸成本的比值來確定糞肥運輸的臨界平均距離(糞肥運輸臨界平均距離是指年運輸費用剛好等于糞肥施用收益),糞肥運輸臨界平均距離計算具體公式如下。
      公式(2)中,LTD:糞肥運輸臨界平均距離,單位為km;R:施用糞肥的收益,單位為萬元;SP:糞肥運輸單價,取值2.0元/噸·km;BSA:日產糞肥量,單位為噸/天。
      3500畝水稻可減少化肥投入 28萬元,年出欄10000頭的生豬養殖場糞污采用典型資源化利用防治模式處理費用Y2=(日污水處理費用+日糞便處理費用)×365+每年設備維修和折舊費,即為8.04萬元/年。根據上述公式可以得出,糞肥運輸臨界平均距離為3.6km。在糞污采用車輛運輸施用的情況下,配套土地平均運輸距離在3.6km以內,糞污處理利潤都是正值,則養殖場完全可選擇該處理方式,如配套土地比較分散,運輸平均距離超過3.6km,則應考慮采用其他方式處理或減量化措施。(資料來源:養殖寶平臺)
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