畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理方式探討與分析

宋淑珍，楊發(fā)榮

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，畜草與綠色農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070)

畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理方式探討與分析

宋淑珍，楊發(fā)榮1，*

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，畜草與綠色農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070)

摘要：隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，養(yǎng)殖廢棄物畜禽糞便已成為環(huán)境的重要污染源之一。本文對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄物的污染狀況、污染性質(zhì)、處理方式及其效果進(jìn)行分析總結(jié)，結(jié)合我國(guó)的國(guó)情，探討?zhàn)B殖廢棄物資源化利用的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：畜禽養(yǎng)殖；廢棄物；資源化利用

2003年至2012年十年的時(shí)間里，中國(guó)大牲畜、豬、羊年底存欄量從8.42億頭增加到8.80億頭，肉類總產(chǎn)量從6 443.3萬(wàn)t增加到8 387.2萬(wàn)t，肉類總產(chǎn)量增長(zhǎng)超過(guò)了30%。隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，養(yǎng)殖廢棄物污染問(wèn)題已成為世界普遍關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。在美國(guó)，畜禽糞便污染了約60%的河流，《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示，畜禽養(yǎng)殖業(yè)的COD和氨氮排放量分別為農(nóng)業(yè)總COD和氨氮排放量95.8%和78.1%，占全國(guó)COD和氨氮排放量的41.9%和41.5%。養(yǎng)殖業(yè)的環(huán)境污染現(xiàn)象日趨突現(xiàn)，對(duì)土壤、水體、大氣等生態(tài)環(huán)境造成了較大危害，畜禽養(yǎng)殖糞便、污水污染已成為我國(guó)環(huán)境污染的重要因素之一。近年來(lái)，尤其是2009年以來(lái)，國(guó)家相關(guān)部門(mén)采取各種措施緩解和治理畜禽養(yǎng)殖污染， 并資助新建、 擴(kuò)建了一大批畜禽養(yǎng)殖糞污處理工程，使糞污變廢為寶，在一定程度上避免了環(huán)境污染。本文對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理方式進(jìn)行綜述，并對(duì)其生態(tài)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益等綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，以指導(dǎo)和優(yōu)化養(yǎng)殖廢棄物處理方式，促進(jìn)我國(guó)畜禽養(yǎng)殖污染物資源化有效利用。

1畜禽養(yǎng)殖廢棄物污染現(xiàn)狀

1.1糞便污水排放量

“十一·五”以來(lái)，我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)飛速發(fā)展，肉、蛋、禽總產(chǎn)量連續(xù)數(shù)年保持世界第一的位置，奶的產(chǎn)量位居世界第三，肉類的消費(fèi)達(dá)到了中等發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，人均奶類的占有量為世界平均水平的1/4。截止2012年底，全國(guó)存欄牛1.03億頭、羊2.85億只、豬4.76億只，畜牧業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到2.72億元，占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的30.40%。畜產(chǎn)品的快速增長(zhǎng)在調(diào)整人們膳食結(jié)構(gòu)，改善人民生活水平方面發(fā)揮了舉足輕重的作用。但隨之而來(lái)的“畜產(chǎn)公害”造成惡臭氣體污染、有害病源生物污染、藥物和添加劑污染及氮磷污染等環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)重，成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。

1.2糞便污水污染狀況

表1　2012年我國(guó)畜禽廢棄物量

表2　畜禽糞便污染物含量

根據(jù)《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》公布的畜禽糞便中污染物平均含量(表2)、近幾年的研究成果和表1中畜禽廢棄物年產(chǎn)量，計(jì)算得到我國(guó)豬、牛、羊、雞等主要飼養(yǎng)畜禽產(chǎn)生的污染物質(zhì)的總量約1.09億t，如表3所示。

動(dòng)物飼料中的蛋白質(zhì)、糖類、脂類物質(zhì)的代謝中間產(chǎn)物和代謝終產(chǎn)物經(jīng)微生物分解后會(huì)產(chǎn)生氨氣、硫化氫等具有惡臭氣味的物質(zhì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染。畜禽糞便中的微量元素會(huì)被農(nóng)作物大量吸收并殘留在收獲的農(nóng)產(chǎn)品中，通過(guò)食物鏈進(jìn)入動(dòng)物或人體，對(duì)健康造成威脅。同時(shí)，畜禽糞便通過(guò)徑流污染地表水，進(jìn)而通過(guò)土壤滲濾污染地下水。

表3　2012年我國(guó)畜禽糞便污染物總量

2畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理方式

畜禽養(yǎng)殖糞便污水已成為我國(guó)環(huán)境污染的主要來(lái)源之一，超過(guò)工業(yè)污染源的污染，就如何減少污染、防治污染，探索養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化的新方向，使養(yǎng)殖廢棄物的處理能夠?qū)崿F(xiàn)收支平衡或盈利，推動(dòng)養(yǎng)殖廢棄物的處理，成為研究的重點(diǎn)。目前，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)大多采用干清糞工藝，再將固體、液體分別資源化、或者無(wú)害化處理，最大限度地實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)廢棄物的資源化和綜合利用，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念治理畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染，推動(dòng)新型生態(tài)養(yǎng)殖模式的健康發(fā)展。

2.1新型微生物處理技術(shù)

研究表明，飼料中添加微生態(tài)制劑可提高飼料消化率，提高畜禽對(duì)蛋白質(zhì)和磷等的消化率，減少糞便干物質(zhì)的排出量，假如1頭豬從出生到100 kg出欄一直飼喂酶制劑，則其糞便排泄量可減少15～20 kg。此外，還可利用微生物對(duì)畜禽糞便進(jìn)行除臭，王巖等(2002)將特殊的微生物菌群噴灑到畜禽糞便表面，通過(guò)微生物的作用將臭味物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化。微生態(tài)酶制劑、微生物等生物處理技術(shù)，雖然操作容易，投資少、運(yùn)營(yíng)成本低、便于推廣，但不能徹底的清除有害物質(zhì)，只能在家庭小規(guī)模或者小型養(yǎng)殖場(chǎng)推廣，不能解決現(xiàn)代化集約化的大型養(yǎng)殖場(chǎng)的糞便污染問(wèn)題。

2.2堆肥發(fā)酵

(1)傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵

養(yǎng)殖場(chǎng)糞污通過(guò)固液分離后，固體進(jìn)行堆肥發(fā)酵，通過(guò)微生物的發(fā)酵作用，將有機(jī)物由不穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的有機(jī)物腐殖質(zhì)狀態(tài)，從而除去有害物質(zhì)。傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵把一種或者幾種糞便簡(jiǎn)單的混在一起堆放，堆漚發(fā)酵300多天后施用于農(nóng)田。這種傳統(tǒng)的堆肥方法，不能創(chuàng)造微生物發(fā)酵所需的最佳環(huán)境，耗時(shí)長(zhǎng)，而且堆肥達(dá)不到完全腐熟的程度。

(2)現(xiàn)代堆肥發(fā)酵

堆肥作為傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年來(lái)的改良與純化，現(xiàn)正朝著機(jī)械化、商品化方向發(fā)展。根據(jù)堆肥的原料和客觀情況，可采用不同的發(fā)酵條件，如低溫、中溫、高溫進(jìn)行堆肥。國(guó)內(nèi)外專業(yè)技術(shù)人員已經(jīng)將堆肥發(fā)酵時(shí)間由原始自然堆漚的300 d，縮短到目前的10-15 d?，F(xiàn)代堆肥發(fā)酵是將固體糞便與農(nóng)作物秸稈等按一定比例混合，調(diào)節(jié)碳氮比例(30:1)，調(diào)節(jié)水分(含水率50～60%)，加入發(fā)酵菌種，利用自然環(huán)境條件或者通過(guò)機(jī)械翻倒發(fā)酵，殺死病菌、蟲(chóng)卵，分解其中有機(jī)質(zhì)，釋放出養(yǎng)分，提高糞便的腐熟程度。發(fā)酵腐熟的糞便直接施用于農(nóng)田或者進(jìn)入商品有機(jī)肥加工系統(tǒng)，商品有機(jī)肥根據(jù)配方，將N、P、K和其他一些微量元素加入發(fā)酵后的糞便，經(jīng)過(guò)攪拌混合的物料輸送至造粒系統(tǒng)造粒，成粒經(jīng)烘干后進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，將物料降至常溫后開(kāi)始篩分，符合要求的粒進(jìn)入包膜機(jī)包裹涂膜后開(kāi)始包裝，不符合要求的粒經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后重新回到造粒系統(tǒng)，繼續(xù)造粒。經(jīng)過(guò)以上若干程序，畜禽糞便變成了有機(jī)肥的主要原料，進(jìn)入銷(xiāo)售市場(chǎng)直接銷(xiāo)售?，F(xiàn)代堆肥發(fā)酵技術(shù)需要較大的發(fā)酵場(chǎng)地，生態(tài)效益較差，但是其經(jīng)濟(jì)效益較好，如山東黎昊源生物工程有限公司雞糞堆肥工程，總投資500萬(wàn)元，年度產(chǎn)出約205萬(wàn)元，年生產(chǎn)有機(jī)肥2萬(wàn)t，日處理干雞糞55t。堆肥發(fā)酵工藝如下。

圖1　糞便堆肥發(fā)酵工藝流程圖

2.3沼氣工程處理

糞便通過(guò)厭氧發(fā)酵后，既產(chǎn)生了沼氣，還可作為肥料，并且經(jīng)過(guò)發(fā)酵后，絕大部分寄生蟲(chóng)卵被殺死，可以改善農(nóng)村衛(wèi)生條件，減少疾病的傳染，因此，糞便的沼氣化利用研究近年來(lái)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，形成了“糞便-沼氣-菜園、果園、農(nóng)田”等模式。目前，我國(guó)畜禽糞便處理沼氣工程主要采用升流式厭氧污泥床(UASB工藝)和連續(xù)攪拌反應(yīng)器系統(tǒng)(CSTR工藝)。

2.3.1UASB工藝UASB是第2代厭氧反應(yīng)器的典范，因其具備負(fù)荷高(8～15 kg COD/(m3·d))、占地少，活性高，剩余污泥量少，以及費(fèi)用節(jié)省等優(yōu)點(diǎn)也得以迅速推廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上有不少于1200座此類反應(yīng)器用于各類廢水的處理。近年來(lái)，UASB工藝被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)大中型養(yǎng)殖場(chǎng)，在廢水處理方面發(fā)揮了極大的作用，但UASB工藝是一種以環(huán)保治理為主，生產(chǎn)能源為輔的能源環(huán)保型沼氣工程，相對(duì)產(chǎn)氣量少，并且出水往往需進(jìn)一步好氧處理，才能達(dá)標(biāo)進(jìn)行排放。甘肅的天水威亞萬(wàn)頭豬場(chǎng)，日排放糞便污水90t，糞污處理采用UASB+SBR綜合工藝，工程投資300萬(wàn)元，日產(chǎn)沼氣500 m3，年收益可達(dá)480萬(wàn)元。

圖2　UASB沼氣工程工藝流程圖

2.3.2CSTR工藝CSTR是由常規(guī)接觸式反應(yīng)器發(fā)展而來(lái)的，有機(jī)廢棄物進(jìn)入池內(nèi)，由攪拌裝置進(jìn)行攪拌，使其與池內(nèi)原有厭氧活性污泥充分接觸混合，通過(guò)厭氧微生物的吸附、吸收和生物降解，將其中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣。CSTR具有三個(gè)有點(diǎn)：(1)可處理濃度較高的發(fā)酵原料，處理TS值介于8%～12%；(2)反應(yīng)器內(nèi)配有攪拌裝置，使發(fā)酵原料和微生物混合完全，提高產(chǎn)氣率；(3)一次處理量大，停留時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)沼氣量多；(4)便于啟動(dòng)運(yùn)行和管理，與新型的3代反應(yīng)器相比結(jié)構(gòu)也更為簡(jiǎn)單，易于普及和推廣。在國(guó)內(nèi)，CSTR及其工藝已被廣泛應(yīng)用于養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便的處理。甘肅臨夏恒豐肉牛養(yǎng)殖場(chǎng)存欄肉牛500頭，日產(chǎn)糞污50 t。公司采用CSTR工藝處理糞污，項(xiàng)目總投資500萬(wàn)元，年處理糞便22萬(wàn)t，生產(chǎn)沼氣36萬(wàn)m3，沼肥18萬(wàn)t。部分沼氣供員工日常生活用，剩余沼氣脫硫后用于發(fā)電，年發(fā)電量可達(dá)400 000 kWh，年增收節(jié)支可達(dá)80萬(wàn)元以上，其工藝流程圖如下：

圖3　CSTR沼氣工程工藝流程圖

3結(jié)論

畜禽糞便是一種有價(jià)值的資源，它包含農(nóng)作物所必需的氮、磷、鉀等多種營(yíng)養(yǎng)成分。還含有75%的揮發(fā)性有機(jī)物，其中蛋白質(zhì)含量15.8%～23.5%,維生素B12為17.6 ug/g(干重)，經(jīng)過(guò)處理后亦可作為飼料，具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。施于農(nóng)田則有助于改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)。但由于近年來(lái)，城郊畜牧業(yè)迅速發(fā)展，超過(guò)土地容納能力，使得畜禽糞便就地消化困難，養(yǎng)殖廢棄物的處理一直是一個(gè)沒(méi)有解決的問(wèn)題。

目前我國(guó)養(yǎng)殖污染防治工程多為復(fù)合式的，有的采用干清糞工藝，其固體成分主要用于堆肥，液體成分進(jìn)入沼氣工程；有的采用干清糞工藝收集糞污，將糞污調(diào)配后直接進(jìn)入沼氣池；還有的直接將糞便運(yùn)送至肥料廠堆肥處理；糞便通過(guò)自然或添加微生物堆腐生產(chǎn)有機(jī)肥。但因有機(jī)肥的肥效低、體積大，運(yùn)輸成本高，作為糧食作物肥料的市場(chǎng)不大，這是我國(guó)目前有機(jī)肥銷(xiāo)路普遍較差的主要原因之一。有機(jī)肥銷(xiāo)路不暢，進(jìn)一步影響利用養(yǎng)殖廢棄物生產(chǎn)有機(jī)肥的推廣。另一方面是通過(guò)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。但由于投入等各種原因，真正利用厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣還不普遍。規(guī)?；熬C合性的養(yǎng)殖污染防治工程可獲得較好的綜合效益，而在養(yǎng)殖污染防治中采用單一的沼氣化處理，目前尚不能獲得較好的綜合效益，因此，通過(guò)畜禽養(yǎng)殖廢棄物污染防治與資源化循環(huán)利用技術(shù)模式使種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，并且在這個(gè)結(jié)合過(guò)程中，可創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益，促進(jìn)綠色、有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

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Study and Analysis of Livestock and Poultry Waste Disposal

SONG Shu-zhen,YANG Fa-rong

(InstituteofAnimal&PastureScienceandGreenAgriculture，GansuAcademyofAgriculturalScience，LanzhouGansu730070China)

Abstract:Livestock and poultry wastes has become one of the important sources of pollution of environment, with the rapid development of livestock and poultry breeding.This paper studies and analysis the pollution of livestock and poultry waste,such as pollution level, the character of particle and contaminant, processing way and its effect,according to the the condition of our country, discusses the development direction of aquaculture waste recycling use.

Key words:Livestock and poultry breeding; Waste; Resource utilization

[收稿日期]2015-10-18

[基金項(xiàng)目]甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院列重大專項(xiàng)“牛羊健康養(yǎng)殖及糞便廢棄物資源循環(huán)利用技術(shù)研究與示范”(2013GAAS04-3)，甘肅農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目“藜麥副產(chǎn)品飼料化高效利用技術(shù)研究與應(yīng)用”(GNCX-2014-33)

[作者簡(jiǎn)介]宋淑珍(1980-)，女，甘肅通渭人，碩士，畜牧師，研究方向：動(dòng)物遺傳育種與繁殖技術(shù)研究，E-mail：shuzhen_101@163.com。 *[通訊作者]楊發(fā)榮，本科，研究員，研究方向：草食畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)化，Email: Lzyfr08@163.com。

[中圖分類號(hào)]X 713

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1004-6704(2016)02-0039-05