沼气工程作为一种处理农业废弃物，回收能源的技术，在畜禽养殖环境治理方面应用广泛。近年来，随着养殖业结构的持续调整优化，以畜禽粪便为原料的传统沼气工程面临厌氧发酵不充分、资源化利用受限、无害化处理成本高等问题。随着人们对农产品口感、营养等品质要求的日益提升，亟须优化沼肥等新型有机肥料的科学施用技术，不断提升配套的工程技术及管理水平。其中，“猪—沼—果”生态循环模式是典型的生态模式之一。张建平[1]研究表明，“猪—沼—果”循环农业生产模式对提高农民经济收益具有重要意义。李钟等[2]对“猪—沼—葡”生态模式的构建进行探索实践，建立了以沼液为中心，上联生猪养殖、下促葡萄种植的循环经济模式。
浙江嘉兴地区在沼气工程改造过程中，结合种养业发展特色，积极探索“猪—沼—桑”“猪—沼—檇李”“猪—沼—稻”等特色的生态循环模式，促进了农业发展方式的转变。依托特色优势产业“阳光玫瑰”葡萄栽培由量向质的转型，完善构建了“猪—沼—葡”生态模式，有效改善了养殖污染，提高了农产品质量安全水平，促进了绿色有机农产品生产。本文以研究区某农业公司为例，通过走访调查其常规沼气工程存在的问题，并对其进行改造升级，探讨“猪—沼—葡”生态循环模式的构建，为相关模式构建提供参考。
1 常规沼气工程有待提升环节
1.1 厌氧发酵
粪污处理工程长期运行后，厌氧池内积累了大量难降解物质和沉积物，有效容积明显缩减，导致厌氧发酵有机负荷能力下降，粪污的降解效率、沼气产率降低，整个粪污厌氧发酵反应异常。同时，由于养殖场饲养量的增加，沼气设施处于超负荷运行状态。生猪养殖粪污经发酵处理后所产生的沼液，其化学需氧量（COD）浓度超过正常水平，如直接施用于农田，容易引起农作物烧根、烧苗 [5]。
1.2 沼肥利用设施
尽管养殖场配套建设了沼液贮存池，但仅依靠污水泵和水带将沼肥输送至周边种植基地，其作业效率低下，单次输送量有限且耗时较长，严重影响周边种植基地的农事作业进度；输送过程可控性差，管道连接处易发生渗漏，存在偷排漏排现象。
1.3 沼气资源化利用
1.4 猪粪沼渣贮存设施
该养殖场现有的堆棚设施存在沼渣贮存能力不足的问题，其设计容量与实际产生的猪粪沼渣量不匹配，大量猪粪沼渣直接露天堆积于农田，下雨时易造成污水横流，严重影响环境。未经充分发酵腐熟的猪粪沼渣含有大量的病原菌和寄生虫，若直接施用于农田，不仅会传播动植物疫病、滋生有害细菌，威胁人体健康，还会产生H2S、NH3等有害气体；同时未腐熟的有机物料会降低土壤氧化还原电位，影响根系有氧呼吸，导致农作物叶片发黄，出现烧苗、烧叶等现象，最终影响农作物产量和品质[8]。
1.5 猪粪沼渣利用途径
猪粪沼渣装运和农田施用等环节均需投入大量人力资源，不仅增加了劳动强度和工时成本，且可能因操作不当或管理疏忽导致粪污泄漏，对环境产生二次污染。此外，由于粪污消纳过程中的用工较难，可能会使粪污无法及时有效地得到处理，其占用土地资源，且因为长时间堆积可能造成恶臭气体扩散、粪污满溢甚至随着雨水径流外排等，给周边生态环境带来严重影响[4]。
1.6 沼肥施用
沼肥作为连接养殖与种植环节的重要纽带，其科学规范施用对建立生态循环模式至关重要。沼肥施用过早或过晚，施用时沼肥与土壤接触不充分等均会导致农作物无法及时吸收利用养分，影响产量与品质。沼肥施用过量或不足，会导致土壤养分失衡、化学和生物性质失调，影响作物正常生长；同时可能造成肥料流失污染环境。在实际操作中，该养殖场存在沼肥施用时机不当、方法不合理、用量控制不准确及农田管理措施不协调等问题，对沼肥施用和田间生态环境造成不利影响。
2 工艺优化
基于上述存在的问题，该公司结合当地“阳光玫瑰”葡萄产业特色，对有关粪污处理及沼液沼渣和沼气综合利用工程设施进行了以下几个方面的提升改造。
2.1 提升厌氧发酵效率
针对沼气池有效容积不足的客观情况，对养殖场饲养规模、发展趋势及设施状况进行充分评估后，在对沼气池进行大出料的基础上，对沼气池及其附属配套设施进行改造提升和扩容增效，以提高沼气工程的运行效率，使猪粪污水经厌氧处理后COD的去除率在70%以上。充分发酵后所产生的沼液呈黑褐色，无恶臭气味，pH 6.8～8.5，能够满足肥料化利用的基本要求[9]。
2.2 完善沼液后处理设施
采用多级沉淀模式和斜管结构对原有沼液贮存池进行改造提升，有效降低沼液内的杂质及漂浮物含量。自主设计研发沼液预处理和后处理装置，通过微曝气、微生物分解、增温降解、填料过滤等措施，有效抑制沼液中的产甲烷菌活性，提升好氧和兼氧微生物反应强度，减少沼液贮存过程中的甲烷释放。同时建设了氧化塘，沼液的有机物在塘内依次通过厌氧、兼性及好氧微生物的代谢活动被降解，好氧微生物代谢所需的溶解氧由氧化塘表面的大气复氧作用以及藻类的光合作用提供。氧化塘也可作为应急贮存池，用于养殖场粪污的临时排放，进一步降低了环境污染风险。沼液在氧化塘进一步存放后，COD浓度得到进一步降低，氧化还原电位得到进一步提升，有效确保了沼液施用的安全性[10]。
2.3 完善沼液输送设施
排布安装沼肥输送管道，将沼液输送至附近的“阳光玫瑰”葡萄种植基地，并逐步将该技术推广应用到桃园、苗木和蔬菜等产业[11]。处理后的沼液，杂质含量明显下降，但直接用于喷滴灌可能会引起管道堵塞等问题。为此，在沼液泵抽时加装了网式过滤器、过压保护系统及排气阀。当过滤网出现堵塞时，管道内压力增加，过压保护系统会停止泵抽，清理完过滤网后，可继续将沼液泵抽至喷滴灌系统。沼液泵抽时，通过排气阀消除管道中的空气，防止气阻的产生。同时，在停泵时，该装置可有效消除系统内部产生的负压，防止管道因负压作用而受损。
2.4 完善沼气输配系统
改造完成后的沼气池有效池容和日产沼气量明显增加。为充分利用沼气资源，采用沼气集中供气技术，安装沼气管道、脱硫器、阻火器、凝水器、压力表和灶具等用气设备；采用管道变径及逐级降压的方式，通过管道系统向农户集中供应沼气；设计的沼气热水循环增温系统可以对猪场仔猪舍的地板进行加温，使工程的节能减排效率得到充分发挥[6]。
2.5 优化粪污处理工艺
采用猪粪污水混合厌氧发酵工艺，将粪便和污水完全混合后进入厌氧发酵系统，既解决了猪粪腐熟发酵不充分的难题，同时也提高了产气效率。田间地头建设的避雨式猪粪堆棚，方便了种植业基地及时取用猪粪肥料，但存在猪粪臭气飘散问题。采取的混合厌氧发酵技术，可以直接将沼肥泵抽到田间地头，无须堆棚临时堆放猪粪，将其进行拆除或改造为临时工作棚使用，这既避免了猪粪长期堆积，同时也降低了肥料施用的人工成本，提高了农户施用沼肥的积极性。
2.6 规范沼肥利用技术
在土肥、能源、植保、栽培等多领域专家团队的指导下，研究制定沼液沼渣安全施用的相关技术规程，明确浸种、基肥、追肥、化肥配施、病虫害防治、喷灌、滴灌等沼肥施用的技术要点，以确保农作物稳定优质高产[12]。此外，同步推进种养循环模式，计划在猪场周边地块建造蚯蚓养殖基地，并配套相关设施，探索研究沼渣饲养蚯蚓模式。
3 效益分析
经过优化，构建起了“猪—沼—葡”生态模式，该模式下生猪养殖粪污得到充分发酵，产生的沼液沼渣可以安全地施用于“阳光玫瑰”葡萄等果蔬种植业，产生的沼气作为燃气供日常生产和生活使用，有效改善了该公司及周边的农业生态环境，提升了“阳光玫瑰”葡萄等特色果品的质量，取得了较好的经济、社会和生态效益。
3.1 经济效益
该模式采用立体种养、生态循环的方式建立了千亩农牧结合示范基地，除葡萄外还搭配种植其他水果和蔬菜[13]。采用沼液种植的“阳光玫瑰”葡萄病虫害少、香味浓郁、果肉脆而汁多、皮薄无涩、糖度高，在市场上广受欢迎。果园内通过安装太阳能杀虫灯、性诱剂等进行生态绿色防控，配套生草栽培、果园养鸡、养鹅等种养结合模式实现绿色循环；同时建设连栋大棚，并配套“阳光玫瑰”葡萄限根栽培及微喷滴灌等智慧大棚控制系统。实践表明，该模式提升了农产品产量与品质，其中“阳光玫瑰”葡萄产值可达10万元/667 m2。
3.2 社会效益
3.3 生态效益
综上，本文分析了常规沼气工程有待提升的环节，并通过一系列工艺优化改造，创建了以养殖粪污厌氧处理技术为核心、多元化利用为导向的“猪—沼—葡”生态循环模式，该模式的核心在于资源的循环利用，生猪养殖产生的粪便污水通过厌氧发酵生成沼气、沼液和沼渣，沼气经净化处理后可作为猪舍加温、生活炊事和燃气发电的燃料，沼液、沼渣作为优质有机肥可改善土壤结构，有利于葡萄植株的生长，提升果品的产量与品质。该模式实现生态环境治理、循环农业发展和清洁能源供给之间的高效协同，有利于推动产业高质量发展。