我國(guó)畜禽廢棄物資源化利用現(xiàn)狀及沼氣化利用關(guān)鍵技術(shù)

魏志強(qiáng)，黃群招，周春火 *，倪國(guó)榮 ，危群星

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土與資源環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330046；2.尋烏縣農(nóng)業(yè)局土壤肥料工作站；3.東鄉(xiāng)區(qū)農(nóng)業(yè)局）

1 我國(guó)畜禽廢棄物污染現(xiàn)狀

畜禽養(yǎng)殖在保障畜產(chǎn)品市場(chǎng)供給、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展等方面起到重要作用[1～3]，目前畜禽養(yǎng)殖業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，并形成了集約化、規(guī)?；陌l(fā)展模式[4～6]。但規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，80%的畜禽糞便得不到有效處理和利用[7～8]，嚴(yán)重危害到水體、農(nóng)田、大氣等環(huán)境安全，并危及人畜健康[9～11]。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）污染水體，畜禽養(yǎng)殖廢水中含有高量的氮磷等有機(jī)物，經(jīng)過(guò)降雨、降雪、地表徑流等形式滲入到地表或地下水中，水體中的藻類(lèi)及其他類(lèi)生物過(guò)度繁殖，大量消耗水體的溶解氧，水質(zhì)變差，導(dǎo)致水體中的大量生物死亡，使得水體變黑、變臭，難以再使用[10]。（2）污染農(nóng)田，未經(jīng)處理的畜禽廢水直接排入農(nóng)田，將導(dǎo)致土壤中的養(yǎng)分及重金屬富集，將堵塞土壤的孔隙性，使得土壤的透氣性、透水性下降，造成農(nóng)田質(zhì)量大幅度下降，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[10～14]。（3）污染大氣，畜禽養(yǎng)殖中含有NH3、H2S等多種毒性氣體，這些臭而有毒有害的氣體物質(zhì)未經(jīng)及時(shí)處理，長(zhǎng)期散發(fā)到空氣中，將會(huì)使養(yǎng)殖場(chǎng)周邊環(huán)境處于惡臭狀態(tài)，不僅影響?zhàn)B殖場(chǎng)及周邊居民的生產(chǎn)生活，并危害他們的健康。此外，畜禽糞便中排放出的大量CH4，是造成全球變暖的罪魁禍?zhǔn)字?，有關(guān)研究指出，CH4對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)是 CO2的 23 倍[10～12]。（4）傳播病菌，畜禽糞便中含有大量的病原微生物、寄生蟲(chóng)等，如果未能及時(shí)有效處理，適宜條件下會(huì)隨蚊蠅大量滋生，導(dǎo)致周邊環(huán)境嚴(yán)重惡化，未經(jīng)有效處理的畜禽糞便是150多種疾病的潛在發(fā)病源，可能引發(fā)人畜感染，危及人畜健康，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致疫情的發(fā)生[13]。未經(jīng)處理的畜禽糞便直排到環(huán)境中，給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染，遠(yuǎn)超過(guò)環(huán)境的自?xún)裟芰?。畜禽廢棄物既是污染源，又是放錯(cuò)了的資源，尋找合理有效的途徑實(shí)現(xiàn)廢棄物循環(huán)再生利用，對(duì)于保護(hù)和改善環(huán)境、節(jié)約資源具有重大意義[12]。

2 畜禽廢棄物資源化利用技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 畜禽廢棄物資源化利用技術(shù)現(xiàn)狀

2.1.1 肥料化技術(shù)。目前，畜禽廢棄物肥料化利用的方式主要有固體圈肥、高溫堆肥、膨化處理、水解處理和直接用作肥料等。在所有利用方式中,高溫堆肥以其無(wú)害化程度高、腐熟程度高、堆腐時(shí)間短、處理規(guī)模大、成本較低、適于工廠(chǎng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而成為首選方式[14]。堆肥化成功的關(guān)鍵是使微生物正常繁衍，并保證微生物旺盛生長(zhǎng)和優(yōu)勢(shì)菌種的合理更替。因此，必須適當(dāng)調(diào)節(jié)堆肥物料的酸堿度、溫度、氧氣及碳氮比等環(huán)境因子，以提高堆肥化效率。現(xiàn)代堆肥法利用發(fā)酵池、發(fā)酵罐等設(shè)備,為微生物活動(dòng)提供必要條件，可提高效率10倍以上。如利用生物發(fā)酵塔工藝優(yōu)化篩選發(fā)酵菌種，物料轉(zhuǎn)化率高；同時(shí)采用密閉式發(fā)酵塔,充分利用發(fā)酵中產(chǎn)生的熱能，節(jié)約大量能源。其工藝為自動(dòng)化控制連續(xù)生產(chǎn),生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)畜禽廢棄物的完全處理利用。但是肥料化技術(shù)周期較長(zhǎng)，不能及時(shí)處理糞便，存在造成二次污染風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 飼料化技術(shù)。畜禽廢棄物中含有大量的蛋白質(zhì)、B族維生素、礦物質(zhì)元素、粗脂肪和一定碳水化合物，并且氨基酸數(shù)量豐富，種類(lèi)齊全，是制作飼料的好原料[16]。使用畜禽廢棄物作飼料就是充分利用飼料中剩余的各種養(yǎng)分和飼養(yǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的有用成分。目前常采用的直接喂養(yǎng)法、青貯法、熱噴法、干燥法[12]。直接喂養(yǎng)法主要適用于雞糞，因雞腸道短，吸收不完全，所食用的飼料中70%左右的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)未被消化吸收而排出體外。所以，可利用雞糞替代部分精料來(lái)養(yǎng)牛、喂豬。青貯法是將畜禽廢棄物與作物秸稈、飼草或其它粗飼料一起青貯，它可以提高適口性、飼料利用率、蛋白轉(zhuǎn)化效率。熱噴法是畜禽廢棄物通過(guò)熱蒸與噴放處理，改變其結(jié)構(gòu)和某些化學(xué)成分，經(jīng)消毒、除臭后，變?yōu)楦袃r(jià)值的飼料。干燥法是經(jīng)過(guò)人工干燥達(dá)到消毒、殺菌、除臭的效果。由于飼料化存在適口性差、能量低、含有致病性微生物等弊端，規(guī)模性利用可行性不高，因此一般不提倡飼料化利用。

2.2.3 沼氣化利用技術(shù)。畜禽廢棄物沼氣化技術(shù)主要是進(jìn)行厭氧消化生產(chǎn)沼氣。厭氧消化法具有低成本、低能耗、占地少、負(fù)荷高等優(yōu)點(diǎn),是一種有效處理畜禽糞便和資源回收利用的技術(shù)[17]。它不但能產(chǎn)生清潔能源（沼氣），還可以消除臭氣、殺死致病菌和致病蟲(chóng)卵,解決畜禽糞便污染問(wèn)題[18]。其輸出沼氣、沼液、沼渣按食物鏈關(guān)系可作為下一級(jí)生產(chǎn)活動(dòng)的原料、肥料、添加劑和能源等，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)多層次多循環(huán)地利用。因此沼氣化利用技術(shù)是實(shí)現(xiàn)我國(guó)集約化糞便和規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)廢水處理與資源化利用的的主要方法[3～7,18]。目前，這種工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟,很多地方都已建立了畜禽廢棄物沼氣化利用技術(shù)。有關(guān)沼氣化利用的研究主要集中在規(guī)模與工藝，沼氣、沼液、沼渣的利用方式，以及效益分析。

2.2 沼氣化利用關(guān)鍵問(wèn)題

2.2.1 工藝的選擇。畜禽廢棄物處理與利用，需要選擇合適的工藝，最大限度地滿(mǎn)足環(huán)境的可接受性，以實(shí)現(xiàn)其無(wú)害化、減量化、資源化。實(shí)際中，目前的養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理技術(shù)和工藝大多參考或照搬工業(yè)廢棄物和生活廢棄物處理技術(shù)，處理工藝種類(lèi)繁多，技術(shù)效率和經(jīng)濟(jì)效益差別很大。很多養(yǎng)殖場(chǎng)為應(yīng)付環(huán)保檢查的需要，盲目引進(jìn)和投資，沒(méi)有全面地進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效果評(píng)價(jià)，導(dǎo)致投資和運(yùn)營(yíng)成本過(guò)高或者處理效果不理想。

2.2.2 沼氣轉(zhuǎn)化。在沼氣實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于厭氧發(fā)酵條件、底物、發(fā)酵工藝等的影響，沼氣生產(chǎn)中普遍出現(xiàn)夏季產(chǎn)氣過(guò)盛，冬季產(chǎn)氣少的現(xiàn)象，產(chǎn)氣效率不理想。主要原因有以下幾個(gè)方面：（1）缺乏嚴(yán)格的技術(shù)指導(dǎo)及管理維護(hù)，使得有機(jī)物的沼氣轉(zhuǎn)化率降低，池容產(chǎn)氣率并不高，僅有德國(guó)的1/3～1/2。（2）發(fā)酵原料單一，造成產(chǎn)氣效率低下。（3）缺乏厭氧發(fā)酵過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，沒(méi)有及時(shí)掌握沼氣轉(zhuǎn)化情況，導(dǎo)致產(chǎn)氣效率逐漸降低。

2.2.3 沼氣綜合利用問(wèn)題。目前，我國(guó)的沼氣利用方式仍以替代薪柴和原煤直接燃燒為主，降低了沼氣的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，大大影響了養(yǎng)殖場(chǎng)實(shí)現(xiàn)廢棄物沼氣化利用的積極性。此外，當(dāng)前我國(guó)的沼氣發(fā)電上網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施尚不完善，沒(méi)有相關(guān)政策支持小規(guī)模沼氣發(fā)電上網(wǎng)等。目前，我國(guó)大中型沼氣化項(xiàng)目產(chǎn)生的沼氣，僅占沼氣總量2.53%用于發(fā)電，沼電多為自用（炊事、照明和取暖等），并且多是間斷性發(fā)電，不能滿(mǎn)負(fù)荷地運(yùn)行，使得沼氣發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益不能完全體現(xiàn)出來(lái)。

2.2.4 沼渣綜合利用問(wèn)題。目前，相當(dāng)數(shù)量的沼氣項(xiàng)目過(guò)度關(guān)注沼氣，而忽視運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的沼渣。既沒(méi)有足夠的沼渣儲(chǔ)存設(shè)施，也沒(méi)有先進(jìn)的堆肥工藝。加之由于技術(shù)、生活習(xí)慣、認(rèn)識(shí)等原因，農(nóng)民普遍更愿意施用固體顆粒化肥，造成種養(yǎng)脫節(jié)，使得沼渣的綜合利用率比較低，綜合效益未能完全體現(xiàn)，沼渣的還田利用也僅僅是一個(gè)概念而己。沼渣處理利用粗放簡(jiǎn)單，還田利用缺乏必要的指導(dǎo)。

（收稿日期：2018-09-30）