青島地區(qū)豬糞便資源測算及沼氣生產(chǎn)潛力評價

李培培 王建華 張寶珣 郝小靜 衣服德 劉開東

摘要：生豬產(chǎn)業(yè)是青島市畜牧業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，為掌握其糞便排放量、養(yǎng)分供給量和資源化潛力，本文根據(jù)青島市豬業(yè)發(fā)展實際情況，估算了2016年該市豬糞便排放量、養(yǎng)分供給量以及沼氣生產(chǎn)潛力等。結(jié)果表明：2016年青島地區(qū)豬糞便排放量為296. 37萬t，糞便氮、磷養(yǎng)分供給量分別為9 121. 04 t和3 626. 95 t可生產(chǎn)沼氣量為6 401. 69萬m³），相當(dāng)于減排糞便管理過程中的C0₂34. 07萬t;用生產(chǎn)的沼氣替代燃煤，則相當(dāng)于減排C0₂24. 26萬t。應(yīng)結(jié)合青島地區(qū)生豬產(chǎn)業(yè)特點，集成和研發(fā)適合本地區(qū)的豬糞便沼氣處理技術(shù)，加快豬糞便資源化進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：豬;糞便;沼氣;資源化

中圖分類號：S216.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-0769（2018）10-0038-03

畜牧業(yè)的規(guī)?；?、集約化、現(xiàn)代化發(fā)展，在保障畜禽產(chǎn)品供給的同時，也帶來了畜禽糞便利用不當(dāng)導(dǎo)致的潛在環(huán)境污染問題，成為農(nóng)村面源污染的主要來源C0^[1]。畜禽糞便又含有大量有機(jī)物及豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，是種植業(yè)的寶貴資源。隨著國家和民眾對生態(tài)環(huán)境的重視和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施，畜禽糞便無害化處理和資源化利用成為解決畜禽養(yǎng)殖污染的不二之選。畜禽糞便沼氣技術(shù)是以畜禽糞便厭氧發(fā)酵為手段，以能源生產(chǎn)為目標(biāo)，最終實現(xiàn)沼氣、沼液、沼渣綜合利用的生態(tài)環(huán)保技術(shù)^[2-3]，是一種有效的資源化利用方式，對能源再生和保護(hù)環(huán)境意義重大。

生豬產(chǎn)業(yè)作為青島地區(qū)畜牧業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，2016年糞便排放量占青島市畜禽糞便總排放量的45. 81%，為發(fā)展沼氣工程提供了豐富的物質(zhì)條件。本文根據(jù)青島市生豬產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，估算了青島各區(qū)市豬糞便排放量、氮和磷元素的供給量，分析了豬糞便沼氣化開發(fā)利用后的能源潛力和對溫室氣體的減排潛力，以期為指導(dǎo)青島地區(qū)豬糞便能源化、發(fā)展都市型高端特色現(xiàn)代畜牧業(yè)、探索健康可持續(xù)發(fā)展的生豬健康養(yǎng)殖模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

青島市2016年豬存出欄數(shù)據(jù)見表1，該年度能繁母豬存欄為19. 06萬頭，生豬出欄294. 86萬頭;其中平度市能繁母豬存欄、生豬出欄量均最多;嶗山區(qū)2017年底實現(xiàn)全區(qū)禁養(yǎng)。2012年-2016年能繁母豬存欄量基本呈逐年下降趨勢;2013年生豬出欄量最多，為382. 57萬頭。

1.2研究方法

1.2.1豬糞便排放量

有關(guān)文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)^[4-7]的豬糞便排泄系數(shù)存在差異，本文所用排泄系數(shù)根據(jù)實際調(diào)研結(jié)果確定，具體見表2。并根據(jù)調(diào)研結(jié)果確定飼養(yǎng)周期，能繁母豬按全年計算，生豬按200 d計算。

畜禽排泄系數(shù)，乘以該畜禽養(yǎng)殖數(shù)量以及飼養(yǎng)周期，可測算出畜禽糞便排放量。豬年糞便排放量計算公式如下^[8]：

式中：Q為年糞便排放量;P為排泄系數(shù);N為飼養(yǎng)量;T為飼養(yǎng)周期。

1.2.2豬糞便氮、磷供給量

糞便中的有機(jī)質(zhì)、氮、磷含量基本保持穩(wěn)定，根據(jù)國家環(huán)?？偩株?推薦數(shù)據(jù)，得出豬糞便氮、磷養(yǎng)分含量，見表3。

研究表明，我國畜禽糞便養(yǎng)分損失率為30%～40%，一般按損失率30%計算^[10]。豬糞便養(yǎng)分供給量計算公式為：

A=Q×c×（l-r）

式中：A為糞便中污染物含量c為單位質(zhì)量糞便氮、磷含量;r為豬糞便管理過程中的損失率，30%。

1.2.3沼氣生產(chǎn)潛力

畜禽糞便沼氣產(chǎn)生量一般依據(jù)其干物質(zhì)含量估算（表2），豬糞便產(chǎn)氣率為0.2 m³/kg^[11]。

沼氣生產(chǎn)潛力估算公式為：

Y=Q×D×β

式中：Y為豬糞便沼氣產(chǎn)量;D為畜禽糞便干物質(zhì)含量;β為畜禽糞便產(chǎn)氣率。

1.2.4溫室氣體減排潛力

畜禽糞便沼氣發(fā)酵技術(shù)對溫室氣體減排的影響^[2，11]主要表現(xiàn)在：畜禽糞便經(jīng)沼氣發(fā)酵處理，減少了CH₄、N₂0排放;生產(chǎn)的沼氣用于生產(chǎn)、生活，減少了CO₂的排放。根據(jù)《低碳發(fā)展及溫室氣體清單編制培訓(xùn)教材》^[12]中的方法對該地區(qū)豬糞便管理過程中溫室氣體的排放量進(jìn)行估算，公式為：

E enteric=EF enteric×AP×10^-3

式中：E enteric為某種溫室氣體的排放量，t/a;EF enteric為某種氣體的排放因子（表4），kg/頭a;AP為年度豬平均飼養(yǎng)量。

溫室氣體排放潛力以C0₂當(dāng)量（C0₂-eq）計，CH₄和N₂0在100 a時間尺度上的全球增溫潛勢分別為等質(zhì)量CO₂的28倍和265倍^[13]。1 m³沼氣可以替代2 kg煤炭，相當(dāng)于減少CO₂排放量3.79 kg^[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1豬糞便排放量

2016年，青島市豬糞便排放量為296. 37萬t，其中糞125.96萬t，尿170. 41萬t（表5）。從區(qū)域看，平度市豬糞便排放量最高，為94. 71萬t，占全市排放量的31. 96%。其次為萊西市，68. 85萬t。

2.2豬糞便氮、磷養(yǎng)分供給量

2016年，青島市豬糞便氮、磷供給量為9 121. 04 t和3 626. 95 t（表5），本年度全市氮、磷化肥施用量分別為4. 86萬t和1.23萬t（折純），如果豬糞便能夠有效利用，則可以節(jié)約化肥氮、磷施用量的18. 77%和29. 49%。

2.3沼氣產(chǎn)生量

2016年，青島地區(qū)豬糞便全部沼氣化利用，則生產(chǎn)沼氣量為6 401. 69萬m³，見表6。平度市豬糞便生產(chǎn)沼氣量最多，為2 041. 65萬m³。其余依次為萊西市、黃島區(qū)、膠州市、即墨市、城陽區(qū)、嶗山區(qū)。按照沼氣中CH4含量為60%，天然氣中CH4含量為90%，則2016年青島地區(qū)豬糞便生產(chǎn)的沼氣可以折算為天然氣4 267. 79萬m³，占該年度全市生活用天然氣2.7億m³的15. 81%，對于能源再生和資源的循環(huán)利用具有重要意義。

2.4溫室氣體減排

2016年，若青島地區(qū)豬糞便全部用于沼氣生產(chǎn)，能夠減少糞便管理過程中的CH4和N00排放量分別為2 134. 97 t和73. 55 t，相當(dāng)于減排CO₂34. 07萬t（表6）;如果生產(chǎn)的沼氣用于替代燃煤，則相當(dāng)于減排CO₂24. 26萬t。兩項合計CO₂減排量為58. 33萬t，減排潛力巨大。

3 討論

習(xí)近平總書記在生態(tài)環(huán)保大會上的講話中明確指出：綠水青山就是金山銀山。要求全面推動綠色發(fā)展，要把解決突出生態(tài)環(huán)境問題作為民生優(yōu)先領(lǐng)域。豬糞（干基）中的有機(jī)質(zhì)含量為58.1%，N含量22.7 g/kg，P₂O₅含量為44.2 g/kg，K₂O含量為15.0 g/kg，對改善土壤質(zhì)地、培養(yǎng)地力、解決土壤板結(jié)問題的作用是化肥無可比擬的。因此，豬糞便處理應(yīng)堅持無害化、資源化原則，解決其利用不當(dāng)導(dǎo)致的環(huán)境問題，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

沼氣技術(shù)是畜禽糞便資源化比較成熟和有效的方法之一，可以去除肥水中的化學(xué)需氧量、生化需氧量，滅活其中的病原微生物，減少水體、土壤污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。生產(chǎn)的沼氣可用于畜禽養(yǎng)殖場供熱、發(fā)電等，沼液、沼渣還田，使資源得到充分利用;還可以有效減少畜禽糞便管理過程中溫室氣體的排放量，所以青島市生豬產(chǎn)業(yè)應(yīng)倡導(dǎo)糞便沼氣化利用，在養(yǎng)殖過程中盡可能降低能耗、減少溫室氣體和碳的排放，減輕對環(huán)境的污染。

從保護(hù)生態(tài)環(huán)境和發(fā)展高端特色現(xiàn)代畜牧業(yè)的角度出發(fā)，青島市應(yīng)開展符合本土生豬產(chǎn)業(yè)特點的沼氣技術(shù)研究，加快豬糞便資源化利用步伐，推進(jìn)生豬產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。