畜禽養(yǎng)殖污水處理模式

胡清泉，楊仁燦，沙 茜，常雅潔，趙智勇

（云南省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院畜禽養(yǎng)殖環(huán)境控制研究所，云南 昆明 650224）

畜禽養(yǎng)殖業(yè)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的主體，在畜禽養(yǎng)殖業(yè)給經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來正面效益的同時(shí)，也給環(huán)境帶來了不可避免的負(fù)面影響。據(jù)2010年2月發(fā)布的《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》中統(tǒng)計(jì)：目前我國(guó)農(nóng)業(yè)源化學(xué)需氧量（COD）和總氮排放量分別為1 324.09萬(wàn) t和270.46萬(wàn) t，分別占全國(guó)COD和總氮排放量的43.7%和53.1%。而畜禽養(yǎng)殖糞污作為農(nóng)業(yè)污染源的主要部分，其COD和氨氮排放量分別為1 268.26萬(wàn)t和102.48萬(wàn) t，分別占農(nóng)業(yè)污染源總排放量的95.7%和37.9%，占全國(guó)總COD和氨氮排放量的41.9%和41.5%[1]。近年的污染普查國(guó)控監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)顯示，畜禽養(yǎng)殖污染物排放量在全國(guó)污染物排放總量中的占比有所上升。畜禽養(yǎng)殖污水已成為與工業(yè)廢水和生活污水一樣的污染源，其污染負(fù)荷甚至超過工業(yè)廢水和生活污水的總和，很大程度上危害了大氣、水體、土壤和生物，破壞了區(qū)域生態(tài)環(huán)境，以及地表水體和地下水水質(zhì)安全[2]。畜禽養(yǎng)殖污水帶來的環(huán)境危害引起了政府部門的高度重視。2015年，國(guó)務(wù)院《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中對(duì)畜禽養(yǎng)殖污染防治工作提出了明確的任務(wù)和時(shí)間要求，“十二五”開始，國(guó)家把畜禽養(yǎng)殖污染納入主要污染物總量減排范疇，并將規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)（小區(qū)）作為減排重點(diǎn)?！掇r(nóng)業(yè)部關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見》將畜禽養(yǎng)殖污染物基本實(shí)現(xiàn)資源化利用納入“一控兩減三基本”的目標(biāo)框架體系中，成立了工作領(lǐng)導(dǎo)小組，專門制定了推進(jìn)畜禽污染物綜合利用的工作方案和行動(dòng)方案，合力推進(jìn)畜禽污染物治理。由此可見，畜禽養(yǎng)殖污染物處理已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)面源污染治理的重中之重，是部黨組“一控兩減三基本”目標(biāo)任務(wù)的核心內(nèi)容之一。2017年，國(guó)務(wù)院在《第一次全國(guó)污染源普查》的基礎(chǔ)上繼續(xù)開展《第二次全國(guó)污染源普查》工作，通過普查，掌握各類污染源的數(shù)量、行業(yè)和地區(qū)分布情況，了解主要污染物產(chǎn)生、排放和處理情況，建立健全重點(diǎn)污染源檔案、污染源信息數(shù)據(jù)庫(kù)和環(huán)境統(tǒng)計(jì)平臺(tái)。針對(duì)性地提出不同污染源處理和綜合利用技術(shù)方案，對(duì)于我國(guó)生態(tài)文明的建設(shè)具有強(qiáng)大的推動(dòng)作用。目前研究人員和設(shè)計(jì)者針對(duì)畜禽養(yǎng)殖污水的特征，秉著畜禽養(yǎng)殖污水處理“無害化、減量化、資源化”的治污理念，相繼研發(fā)了不同處理技術(shù)，并建立了相應(yīng)的養(yǎng)殖污水處理模式，主要有種養(yǎng)結(jié)合、清潔生產(chǎn)、達(dá)標(biāo)排放、集中處理等4種模式。這些模式均兼顧環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，以較低成本解決環(huán)境污染，推動(dòng)新型生態(tài)養(yǎng)殖模式的健康發(fā)展。

1 種養(yǎng)結(jié)合

種養(yǎng)結(jié)合是一種結(jié)合種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。它是將畜禽糞便污水作為種植農(nóng)作物肥料的傳統(tǒng)而經(jīng)濟(jì)有效的處置方法，可使畜禽糞尿不排往外界環(huán)境，達(dá)到污染物零排放，同時(shí)種植業(yè)生產(chǎn)的作物又能夠給養(yǎng)殖業(yè)提供食源，種養(yǎng)結(jié)合能夠充分將物質(zhì)和能量在動(dòng)物和植物之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換及良好的循環(huán)[3]。該模式適用于遠(yuǎn)離城市、土地寬廣且有足夠農(nóng)田消納糞便污水的經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)，特別是種植常年需施肥作物的地區(qū)，要求養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模較小。經(jīng)過幾十年的畜禽養(yǎng)殖環(huán)境管理實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，發(fā)達(dá)國(guó)家基于對(duì)農(nóng)業(yè)高度專業(yè)化的反思而提出農(nóng)牧結(jié)合的生產(chǎn)方式是最有利于環(huán)境保護(hù)的模式。美國(guó)約90%的養(yǎng)殖場(chǎng)采用種養(yǎng)結(jié)合處理畜禽廢棄物，糞便污水在施用前一般未經(jīng)專門厭氧消化裝置厭氧發(fā)酵，而是貯存一定時(shí)間后直接灌田。英國(guó)和其他歐洲國(guó)家已開始改變飼養(yǎng)工藝，由水沖式清洗糞尿回歸到傳統(tǒng)的稻草或作物秸稈鋪墊吸收糞尿，然后制肥還田。日本于20世紀(jì)70年代始又大力推廣糞便污水還田的種養(yǎng)結(jié)合模式[4]。德國(guó)等歐洲國(guó)家將畜禽糞便污水經(jīng)過厭氧消化后再進(jìn)行還田利用，以達(dá)到殺滅寄生蟲卵和病原菌的目的。我國(guó)一般通過沼氣厭氧消化后再還田利用，經(jīng)過厭氧發(fā)酵可回收能源甲烷（CH4），減少溫室氣體排放，且能殺滅部分寄生蟲卵和病原微生物。國(guó)外對(duì)畜禽糞便污水種養(yǎng)結(jié)合利用的研究主要側(cè)重于安全性評(píng)估以及減少風(fēng)險(xiǎn)的措施[5]。我國(guó)主要著眼于畜禽糞便污水厭氧消化液（沼液）對(duì)土壤改良及增產(chǎn)效果研究，而對(duì)其副作用即長(zhǎng)期施用所產(chǎn)生的危害尚未引起足夠重視。

實(shí)施種養(yǎng)結(jié)合的核心是種養(yǎng)平衡。常維娜等[6]提出“以種定養(yǎng)”是從種養(yǎng)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的角度合理規(guī)劃養(yǎng)殖規(guī)模；“以養(yǎng)促種”是通過畜禽糞便無害化處理和科學(xué)合理地還田利用等手段，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。胡春明等[7]研究指出養(yǎng)殖場(chǎng)糞肥與農(nóng)田負(fù)荷量的種養(yǎng)平衡實(shí)質(zhì)是在允許一定盈余基礎(chǔ)上的元素平衡。被普遍關(guān)注的是氮平衡，國(guó)際上對(duì)農(nóng)田的氮施入量已有相關(guān)探索。歐盟委員會(huì)[8]確定每年投入農(nóng)田氮的最高限額為 170 kg/hm2，荷蘭[9－10]深入關(guān)注農(nóng)田氮平衡，將農(nóng)田氮盈余的最高限量暫定為60.0 kg/hm2。相比之下，我國(guó)暫時(shí)未出臺(tái)強(qiáng)制性規(guī)定，但國(guó)內(nèi)已有相關(guān)研究。朱兆良院士[11]結(jié)合我國(guó)農(nóng)田實(shí)際情況提出，每季作物的施氮量宜控制在150～180 kg/hm2。有研究表明，我國(guó)單位耕地面積的年氮素施用量目前已高達(dá)317 kg/hm2[12]，遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)外提出的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。為此，2001年環(huán)保部出臺(tái)《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 81—2001）中提出了糞污水處理處置的優(yōu)先考慮原則：在選址上堅(jiān)持農(nóng)牧結(jié)合、種養(yǎng)平衡的原則，提倡根據(jù)場(chǎng)區(qū)土地消納能力定養(yǎng)殖規(guī)模。確定農(nóng)田負(fù)荷量，是實(shí)現(xiàn)土地消納能力與養(yǎng)殖場(chǎng)糞污量之間的種養(yǎng)平衡時(shí)養(yǎng)殖場(chǎng)選址和規(guī)模確定以及污染防治的關(guān)鍵。實(shí)施種養(yǎng)結(jié)合模式，推進(jìn)畜牧業(yè)綠色發(fā)展，是2016年中央一號(hào)文件提出的發(fā)展理念，也是治理畜禽環(huán)境污染模式中投資最少、資源化最大的治理模式。

2 清潔生產(chǎn)

畜禽養(yǎng)殖業(yè)的清潔生產(chǎn)是將畜禽養(yǎng)殖污染預(yù)防戰(zhàn)略持續(xù)應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)全過程，通過采用科學(xué)合理的飼糧配方、先進(jìn)的清糞工藝和飼養(yǎng)管理技術(shù)，提高資源利用率，減少污染物排放，以降低對(duì)環(huán)境和人類的危害[13]。該模式主要適用于農(nóng)田面積不足或缺乏，無法對(duì)糞肥進(jìn)行農(nóng)田利用（種養(yǎng)結(jié)合）的養(yǎng)殖場(chǎng)。其主要特點(diǎn)是養(yǎng)殖全程節(jié)水，可減少養(yǎng)殖業(yè)的水資源消耗；污水產(chǎn)生量減少，降低糞污處理成本；通過再生利用增加收入，促進(jìn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。全面推行清潔生產(chǎn)的實(shí)踐始于美國(guó)，美國(guó)國(guó)會(huì)1990年10月通過《污染預(yù)防法》，從法律上確認(rèn)，污染首先應(yīng)當(dāng)削減或消除在其產(chǎn)生之前，污染預(yù)防是美國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策[14]。法國(guó)政府為防治或減少?gòu)U物的產(chǎn)生制訂了采用“清潔工藝”生產(chǎn)生態(tài)產(chǎn)品及回收利用和綜合利用廢物等一系列政策。加拿大政府為廢物管理確定了新的方向，他們制訂了資源和能源保護(hù)技術(shù)的開發(fā)和示范規(guī)則，其目的是促進(jìn)開展減少?gòu)U物和循環(huán)利用及回收利用廢物的工作。在我國(guó)清潔生產(chǎn)首先是用于工業(yè)領(lǐng)域的污染防治。1992年原國(guó)家環(huán)保局與聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署召開了我國(guó)第一次清潔生產(chǎn)研討會(huì)。1999年，國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)發(fā)布了《關(guān)于實(shí)施清潔生產(chǎn)示范試點(diǎn)的通知》，實(shí)施安排了一大批清潔生產(chǎn)示范項(xiàng)目[15]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已在20多個(gè)省、市、自治區(qū)的20多個(gè)行業(yè)、約400家企業(yè)開展了清潔生產(chǎn)審計(jì)，建立了20個(gè)行業(yè)或地方的清潔生產(chǎn)中心[16]。后來，畜禽養(yǎng)殖業(yè)中也推行清潔生產(chǎn)，它是解決我國(guó)規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境問題、生產(chǎn)安全合格畜產(chǎn)品、實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。畜禽養(yǎng)殖業(yè)的清潔生產(chǎn)貫穿兩個(gè)全過程控制，即生產(chǎn)全過程控制和廢棄物處置的全過程控制。畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄物的處置主要是進(jìn)行減量化、資源化處置，即通過適宜的手段減少和減小固體廢棄物及污水的數(shù)量和容積，使其更適合于收集、運(yùn)輸、貯存和處理?！皽p量化”主要通過生態(tài)營(yíng)養(yǎng)飼料的研制減少畜禽糞便和有害氣體排放量，以及采用科學(xué)的清糞方式和節(jié)水、飲水技術(shù)等途徑來實(shí)現(xiàn)。畜禽養(yǎng)殖污水處理達(dá)標(biāo)后可以用作中水進(jìn)行回用。

3 達(dá)標(biāo)排放

達(dá)標(biāo)排放模式是大型規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)采用機(jī)械干清糞、干濕分離等節(jié)水控污措施，控制污水產(chǎn)生量和污染物濃度，污水通過厭氧、好氧生化處理、物化深度處理及氧化塘、人工濕地等自然處理出水質(zhì)達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)和總量控制要求，固體糞便通過堆肥發(fā)酵等方式生產(chǎn)有機(jī)肥和復(fù)合肥。該模式主要應(yīng)用在耕地畜禽承載能力有限的區(qū)域。達(dá)標(biāo)排放模式采用的主要技術(shù)有自然處理（氧化塘、人工濕地）、好氧處理（A-O工藝、SBR工藝）、厭氧-好氧處理、物化處理（絮凝、氧化、吸附）。自然處理主要適用于土地多、氣候好、規(guī)模小的養(yǎng)殖場(chǎng)，試驗(yàn)證明只要有足夠的土地面積，都能達(dá)標(biāo)排放。美國(guó)墨西哥灣項(xiàng)目調(diào)查結(jié)果表明[17]，通過人工濕地處理系統(tǒng)，各污染物的平均去除效率分別為生物需氧量（BOD5）65%，氨氮（NH3-N）為48%、總磷（TP）為42%。好氧處理主要適用于土地資源緊張、沼液難以消納、污水濃度不太高、規(guī)模較大的養(yǎng)殖場(chǎng)，意大利、美國(guó)等一些豬場(chǎng)已經(jīng)建立了自己的好氧處理工程參數(shù)。厭氧-好氧處理適用條件和好氧處理相似，我國(guó)自20世紀(jì)70年代建設(shè)了一批厭氧-好氧處理（沼氣）研究項(xiàng)目和示范工程以來，通過其處理技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，厭氧-好氧處理（沼氣）技術(shù)已成為我國(guó)大中型畜禽養(yǎng)殖糞污處理的主要方式之一。物化處理主要適用于對(duì)環(huán)保要求高、出水濃度較低的養(yǎng)殖場(chǎng)。物化處理占地面積小，出水水質(zhì)較好，但投資大，運(yùn)行管理復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用昂貴，每噸處理費(fèi)用約為5.60元左右。

4 集中處理

集中處理是在養(yǎng)殖密集區(qū)，依托規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)或?qū)ｉT的糞污處理中心，對(duì)周邊養(yǎng)殖場(chǎng)的糞便或污水進(jìn)行收集并集中處理。處理后的產(chǎn)物作為有機(jī)肥、能源等進(jìn)行利用。主要適用于環(huán)境敏感區(qū)域、小型養(yǎng)殖場(chǎng)集中區(qū)等。在我國(guó)江蘇、上海、浙江等地的小型養(yǎng)殖小區(qū)或小型分散養(yǎng)殖戶地區(qū)多采用集中處理模式。目前江蘇省已在太湖流域建設(shè)畜禽糞便收集處理中心共23個(gè)，有機(jī)肥年生產(chǎn)能力合計(jì)達(dá)到了43.54萬(wàn) t，年消納畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、食用菌渣等廢棄物共140.8萬(wàn)t[18]。集中處理模式已經(jīng)成為小型養(yǎng)殖小區(qū)或分散養(yǎng)殖戶處理畜禽養(yǎng)殖廢棄物的主要方式之一，這主要是由于小型養(yǎng)殖小區(qū)或分散養(yǎng)殖戶不成規(guī)模飼養(yǎng)，養(yǎng)殖數(shù)量年度動(dòng)態(tài)變化較大，環(huán)境意識(shí)差，建場(chǎng)無規(guī)劃、無環(huán)境評(píng)價(jià)，普遍缺少污水收集系統(tǒng)，廢棄物處理設(shè)施簡(jiǎn)陋，處理成本較高，養(yǎng)殖戶不愿意且無力單獨(dú)進(jìn)行畜禽糞污治理。采用集中處理模式從根本上解決小型分散畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污染問題，建立“物業(yè)化管理、專業(yè)化收集、無害化處理、商品化造肥、市場(chǎng)化運(yùn)作”的區(qū)域型畜禽糞污集中收集處理中心模式，培育了一批規(guī)模大、競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)、質(zhì)量好、效益高的處理中心，有效地解決了小型分散養(yǎng)殖糞污難以處置的問題，摸索出一條行之有效、獨(dú)具特色的農(nóng)業(yè)面源污染治理與農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)的新路子。

總之，畜禽糞污處理應(yīng)本著“綜合利用優(yōu)先、減量化、資源化、無害化和運(yùn)行費(fèi)用低廉化”的處理原則，因地制宜選擇適合的處理模式。同時(shí)隨著國(guó)家和科研人員對(duì)畜禽環(huán)境的關(guān)注度越來越高，高效、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)的處理模式必將成為今后的研究重點(diǎn)。