科技發(fā)力改善畜禽養(yǎng)殖污染 促進綠色發(fā)展

文｜本刊記者 王雯慧

畜禽廢棄物對生態(tài)環(huán)境造成的影響不僅會對人們的生活質(zhì)量造成威脅，同時也會制約我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

我國是畜牧業(yè)大國，全國豬肉、雞肉、禽蛋產(chǎn)量均居世界第一。但問題也隨之而來，《第二次全國污染源普查公報》（2020年）的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在畜禽養(yǎng)殖過程產(chǎn)生的廢棄物中化學(xué)需氧量超過1000.53萬噸、總氮量超過59.63萬噸、總磷量超過11.97萬噸，雖然與第一次普查相比，三個指標(biāo)均有一定程度的下降，但畜禽廢棄物仍是我國一大污染源。

畜禽廢棄物對生態(tài)環(huán)境造成的影響不僅會對人們的生活質(zhì)量造成威脅，同時也會制約我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展?！笆濉眹抑攸c研發(fā)計劃在“畜禽重大疫病防控與高效安全養(yǎng)殖綜合技術(shù)研發(fā)”專項設(shè)立了“畜禽廢棄物無害化處理與資源化利用新技術(shù)及新產(chǎn)品研發(fā)”項目。該項目由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所牽頭，聯(lián)合包括中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中科院生態(tài)環(huán)境中心、全國畜牧總站等農(nóng)業(yè)科研院所34家單位共同承擔(dān)，專門就畜禽養(yǎng)殖糞便、污水、屠宰廢棄物以及病死畜禽無害化處理和利用開展科學(xué)研究。

有效處理畜禽廢棄物 迫在眉睫

“可以說，畜禽廢棄物能否有效處理，已經(jīng)是決定能否實現(xiàn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所陶秀萍研究員向記者說。

畜禽養(yǎng)殖場排放的廢水以及畜禽的糞尿中含有大量有機物，如氮、磷、硫和鉀等，并且還有可能含有病原微生物?，F(xiàn)有的很多養(yǎng)殖場并沒有配備專業(yè)的環(huán)保設(shè)施，也沒有雇用廢棄物處理的專業(yè)人員。所以，養(yǎng)殖場產(chǎn)生的廢水、畜禽的糞尿沒有經(jīng)過處理就被排放到溝渠和河流中。較高含量的氮和磷會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，海藻瘋長，水中的溶氧量減少，使得水生動物如魚蝦類大量死亡，會嚴重影響我國的水產(chǎn)行業(yè)。另外，如果人類或者畜禽長期飲用這種富營養(yǎng)化的水會中毒甚至致病。同時這種高濃度的污水也會對周圍農(nóng)田的農(nóng)作物產(chǎn)生重大危害，并且地下水的污染通常需要幾百年才能恢復(fù)。

畜禽廢棄物對于土壤也會有很大的危害。畜禽養(yǎng)殖過程中糞便的排放量是非常大的，如果沒有及時處理，反而將大量的糞便堆積，不僅會滋生很多細菌蠅蟲，還會嚴重影響周圍的生態(tài)環(huán)境。另外，畜禽在生長過程中需要補充多種重金屬元素，如銅、鋅、鐵和硒等，作為不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì)，在飼料中添加適量的金屬元素有助于畜禽的生長發(fā)育，但是很多飼料中的微量元素含量超標(biāo)，這些元素在動物體內(nèi)不能得到有效利用，絕大部分隨著動物排泄物排出體外進入土壤中，降低土壤的通透性，破壞土壤結(jié)構(gòu)。

除了水源和土壤，人們賴以生存的還有空氣。畜禽廢棄物也會造成空氣污染，廢棄物長時間暴露在日曬條件下，各種微生物相互作用，產(chǎn)生氮氣、硫化氫、有機酸、苯酚、硫醇等上百種有害物質(zhì)，這些有害物質(zhì)混合會產(chǎn)生強烈的惡臭味，對周圍空氣質(zhì)量產(chǎn)生嚴重的影響，甚至可以擴散到養(yǎng)殖場周圍幾公里的范圍內(nèi)。有研究表明，人們長時間生活在這樣的空氣環(huán)境中，容易肺活量下降，造成呼吸抑制，最終導(dǎo)致慢性中毒。氨、硫化氫等有害物質(zhì)還會有一定的刺激性和腐蝕性，引起眼部疾病和呼吸道疾病。醛類和酮類化合物會損害肝臟腎臟等重要器官。

畜禽廢棄物的有效處理與人們的生存生活息息相關(guān)，因此有效處理廢棄物，并對其進行深入研究，制訂有效的解決方案，配合相應(yīng)的設(shè)施技術(shù)十分重要。

集思廣益 變廢為寶

廢棄物未被及時和科學(xué)地處理是造成農(nóng)業(yè)廢棄物污染的主要原因，而資源化利用是減少農(nóng)業(yè)廢棄物污染的主要途徑。針對以上問題，項目在成立之初集思廣益，重點聚焦在：一是研究廢棄物無害化處理與有害物質(zhì)控制方法；二是研究廢棄物資源化利用關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備；三是研發(fā)廢棄物高效處理與利用功能性微生物制劑。

經(jīng)過5年半的努力，項目創(chuàng)新研制了糞水/沼液專用施肥機、高濃度高氮雞糞干式沼氣發(fā)酵能源利用、牛床墊料再生和防化感育苗基質(zhì)利用、畜禽糞便水熱液化制備生物原油增值利用等關(guān)鍵技術(shù)與裝備，為廢棄物利用提供了技術(shù)和設(shè)備；研究開發(fā)了死畜禽及屠宰廢棄物密閉式連續(xù)動態(tài)堆肥處理、死畜禽及屠宰廢棄物降解無害化處理、糞水/沼液抗生素和重金屬原位同步去除、厭氧消化液厭氧氨氧化、堆肥臭味物質(zhì)去除等廢棄物無害化處理與有害物質(zhì)控制方法，保障環(huán)境和生物安全；集成了大規(guī)模養(yǎng)殖場糞污有機肥與灌溉綜合農(nóng)用、糞污墊料再生與液肥農(nóng)用、糞污肥料化利用模式及其成套優(yōu)化技術(shù)，中小畜禽場多種糞污集中能源化與肥料化多級利用、家庭農(nóng)場糞污舍外發(fā)酵床處理模式及成套優(yōu)化技術(shù)，并在典型區(qū)域、典型畜禽場建設(shè)整體示范工程，形成了廢棄物無害化處理與資源化利用技術(shù)工藝體系，為畜禽廢棄物污染有效防治和廢棄物資源化利用提供技術(shù)支撐。

項目實施幾年來，在根據(jù)各種廢棄物的特點以及現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，研發(fā)廢棄物高效處理與利用功能性微生物制劑10種；形成廢棄物無害化處理與利用工藝/設(shè)備15-20套；建立畜禽廢棄物中抗生素、重金屬和病原微生物快速檢測技術(shù)3-5種；開發(fā)畜禽廢棄物能源化、肥料化、飼料化新技術(shù)與新產(chǎn)品20-30項；申請或獲得專利40項，制定省部級標(biāo)準(zhǔn)5項。初步建立畜禽養(yǎng)殖與屠宰廢棄物無害化處理與利用技術(shù)工藝體系；發(fā)表相關(guān)研究論文80篇；建立單項技術(shù)示范點8-10個；建設(shè)規(guī)?；i場、奶牛場、蛋雞場和中小規(guī)模養(yǎng)殖場廢棄物處理與綜合利用集成技術(shù)示范工程3-5個，示范規(guī)模不少于20萬頭豬當(dāng)量，示范場廢棄物利用率達90%。其中“畜禽糞水農(nóng)田安全利用成套方法和技術(shù)設(shè)備”和“畜禽廢棄物就地?zé)o害化和高效處理工藝技術(shù)”兩大成果，縮短了廢棄物的處理進程，提高了回收利用的安全性，填補了液體糞肥使用設(shè)備的空白。

糞水歸田 安全利用

畜禽糞污是“放錯”地方的資源，用不好就是污染，用好了就是珍貴的“寶藏”。作為典型的畜禽廢棄物，畜禽糞便帶來的污染較為嚴峻。

糞肥還田、種養(yǎng)結(jié)合可以說已經(jīng)成為當(dāng)前共識，但傳統(tǒng)畜禽糞便還田存在以下問題：首先，由于飼料添加、疫病治療等原因，畜禽糞便中不可避免存在重金屬抗生素殘留問題，畜禽糞肥還田后很可能導(dǎo)致土壤中出現(xiàn)重金屬和抗生素殘留，甚至對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全造成潛在污染風(fēng)險；其次是較化肥而言，畜禽糞便的養(yǎng)分含量較低，因此，同一塊農(nóng)田，如果想要達到同樣的養(yǎng)分（比如氮），那么施用糞肥的體積可能是所需化肥體積的10-50倍，而相配套的設(shè)備比較缺乏，導(dǎo)致貯存、運輸和施用非常不方便；最后目前種植戶的糞肥施用主要靠經(jīng)驗，糞肥施用量不合理、施用方式不科學(xué)，不僅容易造成作物減產(chǎn)，同時還會帶來臭氣污染等環(huán)境污染問題。

“畜禽糞水農(nóng)田安全利用成套方法和技術(shù)設(shè)備”通過畜禽養(yǎng)殖糞水中重金屬抗生素快速檢測技術(shù)開發(fā)、重金屬抗生素同步去除計劃研發(fā)、糞水還田設(shè)備研制，極大提高糞肥還田的效率，為實現(xiàn)糞肥科學(xué)還田提供了技術(shù)和設(shè)備支撐。這一成果圍繞畜禽糞水農(nóng)田利用，建立了畜禽糞便土地承載力測算方法，為不同區(qū)域、不同規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場確定糞水消納農(nóng)田面積提供基礎(chǔ)工具。

畜禽糞污是“放錯”地方的資源，用不好就是污染，用好了就是珍貴的“寶藏”。

同時研發(fā)了糞水中重金屬和抗生素同步去除技術(shù)，針對養(yǎng)殖污水中銅、鋅等重金屬和獸用抗生素殘留共存的現(xiàn)狀，利用改性生物炭的吸附性能和載體性能，吸附糞水/沼液中重金屬；以催化位點高效催化過硫酸鹽原位降解抗生素，實現(xiàn)抗生素和重金屬同步去除，對銅鋅和單一抗生素的去除率均在80%以上，有效防止重金屬和抗生素的環(huán)境風(fēng)險。

研制出液體糞肥專用施肥設(shè)備，徹底改變了糞水上地難、無施肥設(shè)備可用的局面。該設(shè)備通過正負壓力轉(zhuǎn)換，將液態(tài)肥料吸入設(shè)備罐體，集糞肥抽吸、運輸和施用于一體，通過調(diào)節(jié)設(shè)備運行速度、糞水/沼液流速和注入土壤深度，能實現(xiàn)糞肥科學(xué)還田和精準(zhǔn)還田，該成果可為畜禽糞水就地農(nóng)田安全利用提供成套方法和技術(shù)設(shè)備，促進種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

“糞水重金屬抗生素同步去除技術(shù)的示范運行費用為0.36元/噸，在節(jié)省成本的同時實現(xiàn)了糞水的高效處理，保證了其重新利用到農(nóng)田中的安全性?！敝袊r(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所尚斌研究員告訴記者。

該項目在內(nèi)蒙呼和浩特市建設(shè)奶牛場糞污墊料再生與液肥農(nóng)用技術(shù)模式示范工程，牛糞再生墊料全部場內(nèi)回用，奶牛場糞水經(jīng)處理后全部作為液體肥料用于農(nóng)業(yè)種植，循環(huán)利用率可達100%。

高溫發(fā)酵 生物處理

“如今很多畜禽廢棄物處理技術(shù)成本高、時間長且不具備較高的處理效率。雖然有一定的效果，但是長此以往對于環(huán)境的危害是不可避免的?！敝袊r(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員尚斌說。

“畜禽廢棄物就地?zé)o害化和高效處理工藝技術(shù)”這一成果將超高溫發(fā)酵工藝與生物脫氮結(jié)合，實現(xiàn)了廢棄物的高效處理。

該成果圍繞固體糞便和污水處理利用，開發(fā)了基于超高溫(85℃、2h)預(yù)處理的糞便好氧發(fā)酵工藝，使堆體過程氮損失率降低29.9%，堆肥腐熟時間縮短3-10天，干物質(zhì)損耗由40%以上降低至25%以下，堆肥產(chǎn)品中氮含量提升11.2%-25.8%，腐殖質(zhì)含量提升15.2%-56.1%，氨揮發(fā)損失減少50%。該項目已經(jīng)在江蘇、湖南、內(nèi)蒙古等地新建超高溫預(yù)處理堆肥生產(chǎn)線6條，年處理畜禽糞便20萬噸。超高溫預(yù)處理工藝改變了傳統(tǒng)工廠化堆肥模式，實現(xiàn)固體糞便就地、快速無害化處理。

另外該成果發(fā)現(xiàn)了全新的產(chǎn)堿桿菌HO-1菌株，該菌株能適應(yīng)較寬的環(huán)境條件和氨氮范圍，在好氧條件下將污水中氨氮直接轉(zhuǎn)化為氮氣，實現(xiàn)短程高效脫氮，同時揭示了HO-1菌株全新的氨氧化途徑及其編碼基因簇。研究團隊經(jīng)過合理配伍、篩選吸附基質(zhì)，成功制備了微生物菌劑，并已經(jīng)成功應(yīng)用于白洋淀納污塘水體治理，菌劑投加量不到萬分之一，十天后水質(zhì)達到要求。

同時研究提出了厭氧膜生物反應(yīng)器-生物脫氮O3/UV深度處理工藝，對COD、氮去除達到90-99%，且對病原菌、抗生素和抗性基因均有很好的去除效果，確保處理出的水場內(nèi)安全回用。運行費用約5.0元/噸，且在北方冬季能正常運行。該成果為規(guī)模化養(yǎng)殖場糞便和污水的高效無害化及其綜合利用提供技術(shù)支撐。

畜禽廢棄物無害化處理攻關(guān)建議

綠水青山就是金山銀山?？萍际瞧平饩G色養(yǎng)殖發(fā)展難題的關(guān)鍵。該項目實施幾年來，通過研究關(guān)鍵技術(shù)，建設(shè)整體典型示范工程，為畜禽糞污資源化利用提供了技術(shù)支撐和樣板參考，實現(xiàn)集成創(chuàng)新。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所尚斌研究員介紹：“河南省駐馬店市泌陽縣的示范工程，糞污處理能力為10萬頭豬當(dāng)量。養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的沼液采用本項目研發(fā)的沼液/糞水中抗生素重金屬同步去除技術(shù)進行處理后進入暫存池暫存。農(nóng)田需要肥料的季節(jié)，根據(jù)土地承載力測算方法結(jié)合土壤中養(yǎng)分的含量計算沼液還田量，采用本項目研發(fā)的糞水/沼液還田設(shè)備進行還田。通過調(diào)整設(shè)備運行速度、沼液流速等參數(shù)，實現(xiàn)糞肥科學(xué)還田。”

對于畜禽養(yǎng)殖過程中出現(xiàn)的環(huán)境問題，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所陶秀萍研究員有以下建議：一是進一步研發(fā)和推廣新型污染減量化等環(huán)保技術(shù)。隨著新冠肺炎疫情、非洲豬瘟疫情常態(tài)化，各種新型藥物/獸藥/抗生素等不斷出現(xiàn)，需要有針對性地開展相關(guān)新型污染物從飼料投入、糞便貯存、處理利用等環(huán)節(jié)的監(jiān)測工作，配套研發(fā)相關(guān)控制技術(shù)及配套裝備，有效控制新型污染物潛在風(fēng)險；二是大力研發(fā)適合不同區(qū)域、不同規(guī)模固體糞便/糞水自動化、智能化還田設(shè)備。糞水還田是連接養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但目前我國種植業(yè)規(guī)模相對較小，應(yīng)針對小塊農(nóng)田、丘陵坡地等地區(qū)研發(fā)配套的適宜的固體有機肥、糞水/沼液還田設(shè)備，同時著力研發(fā)自動化智能化設(shè)備，減少糞肥還田勞動力，為不同區(qū)域、不同類型糞水還田解決設(shè)備短缺的問題。