畜禽糞便資源沼氣生產(chǎn)潛力與能源化治污分析

曹乃文 唐浩

摘要 本文對河南省焦作市畜禽糞便資源進行估算，分析沼氣生產(chǎn)潛力。結(jié)果表明，2014年焦作市畜禽糞便產(chǎn)生量為400.7 萬t，豬糞和牛糞占畜禽糞便總量的59.6%、28.1%；畜禽糞便沼氣生產(chǎn)潛力約為2.27 億m3，畜禽糞便能源潛力相當于全市天然氣年消費量的71.6%?？梢姡棺魇行笄菁S便沼氣生產(chǎn)潛力十分可觀，現(xiàn)有的沼氣工程年產(chǎn)氣量僅占沼氣生產(chǎn)潛力的22.0%，畜禽糞便資源的開發(fā)利用還有很大的發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞 畜禽糞便；資源現(xiàn)狀；沼氣；潛力

中圖分類號 S216.4 文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）14-0085-05

畜禽養(yǎng)殖業(yè)在保障畜產(chǎn)品供應、促進農(nóng)民增收等方面發(fā)揮了重要作用，已經(jīng)成為部分地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民增收的主要來源[1-4]。規(guī)?；⒓s化養(yǎng)殖場生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的畜禽糞便，由于得不到及時有效的處理，畜禽糞便中的氮、磷、鉀和多種污染物進入到大氣、水體和土壤中，從而對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響[5-8]。

2010年《第一次全國污染源普查公報》顯示，畜禽糞便污染已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源。對畜禽糞便的產(chǎn)生量及環(huán)境風險狀況進行研究，尋求有效可行的畜禽糞便資源化利用技術(shù)具有重要的研究價值[9-11]。當前，關(guān)于畜禽糞便產(chǎn)生量的估算以及沼氣的潛力研究等方面已經(jīng)有很多報道[12-14]。對河南省焦作市畜禽養(yǎng)殖糞便的產(chǎn)生量、沼氣生產(chǎn)潛力及沼氣工程的發(fā)展?jié)摿Φ葍?nèi)容進行研究，發(fā)揮沼氣工程在畜牧整縣推進情況下的紐帶作用是值得研究的課題。本文以焦作市2015年統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，估算了焦作市2014年畜禽糞便排放量、沼氣生產(chǎn)潛力等，以期為焦作市養(yǎng)殖業(yè)選擇能源化利用手段治理畜禽糞便造成的環(huán)境污染提供依據(jù)。

1 畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化

1.1 沼氣工程在畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用中的作用

沼氣工程是以厭氧消化發(fā)酵為主要技術(shù)環(huán)節(jié)，以養(yǎng)殖糞便廢棄物為原料，以糞便污水的減量化、無害化、資源化、能源化為主要目的，將養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)有機組合的系統(tǒng)工程。沼氣工程通過厭氧發(fā)酵過程殺死大多數(shù)養(yǎng)殖糞便廢棄物中的蟲害和蟲卵等，生產(chǎn)出沼渣沼液高效有機肥，具有植物生長需要的營養(yǎng)元素，含有多種氨基酸等微量元素；另外所產(chǎn)生的沼氣可以用來集中供氣、發(fā)電、燒鍋爐等。

1.2 焦作市畜禽養(yǎng)殖污染態(tài)勢

近年來，焦作市畜禽養(yǎng)殖業(yè)呈現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展趨勢。2010年全市生豬年出欄139.57萬頭，奶牛存欄5.94萬頭，肉牛存欄14.26萬頭，共有規(guī)?；B(yǎng)殖場和養(yǎng)殖小區(qū)606家，到2014年，全市生豬年出欄186.04萬頭，奶牛存欄6.01萬頭，肉牛存欄13.44萬頭，共有規(guī)模化養(yǎng)殖場和養(yǎng)殖小區(qū)950家。部分規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場分布面廣，布局不合理，污染點源多、養(yǎng)殖戶缺乏環(huán)保意識，污染物排放達標率低，規(guī)?；韵滦⌒宛B(yǎng)殖場存在較為嚴重的畜禽糞便圍村現(xiàn)象。

1.3 焦作市選擇沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀

隨著環(huán)保意識的提高，小散養(yǎng)殖企業(yè)逐漸被規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場替代，畜禽糞便的治理成為養(yǎng)殖企業(yè)亟需解決的問題。沼氣工程作為畜禽糞污處理的主要技術(shù)手段，在焦作市得以迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，焦作市目前有規(guī)劃化養(yǎng)殖企業(yè)950家，大小型沼氣工程僅有83處，沼氣工程還有很大的發(fā)展空間。截至2014年底，全市累計建成大中小型沼氣工程425處，其中大型30處、中型53處、小型342處，總池容5.5萬m3，各類型沼氣工程年總產(chǎn)沼氣約400萬m3，年處理畜禽糞便約10 萬t。大中型沼氣工程項目的建設(shè)，實現(xiàn)了規(guī)?；B(yǎng)殖企業(yè)的糞污資源綜合利用，把養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)結(jié)合在一起，產(chǎn)生了較顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。

2 研究對象與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究對象

以焦作市所轄的5個區(qū)、4個縣、2個市的主要畜禽種類為研究對象，主要包括牛、豬、羊、兔和家禽（表1），確定2014年焦作市主要畜禽種類的糞便排放情況。

2.2 畜禽糞便量的計算

數(shù)據(jù)來源根據(jù)焦作市2015年統(tǒng)計年鑒中的畜禽養(yǎng)殖數(shù)量，通過實地調(diào)查和參考國內(nèi)外有關(guān)資料確定畜禽飼養(yǎng)周期和排放系數(shù)。

2.2.1 飼養(yǎng)周期的確定? 不同畜禽種類的飼養(yǎng)周期不同，在統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，畜禽養(yǎng)殖數(shù)量包括存欄數(shù)和出欄數(shù)，對于不同的畜禽種類是選擇存欄數(shù)還是出欄數(shù)作為計算的依據(jù)，對結(jié)果有很大的影響。本文參照國內(nèi)外有關(guān)資料，確定不用畜禽種類的飼養(yǎng)周期以及存欄數(shù)、出欄數(shù)、存欄數(shù)的飼養(yǎng)期按全年（365 d）計算。豬：平均飼養(yǎng)周期為199 d，不足一年，按照年出欄數(shù)量作為穩(wěn)定的飼養(yǎng)數(shù)量。牛：主要是肉牛和奶牛，奶牛的飼養(yǎng)周期超過一年，一般當年不出欄、年末存欄數(shù)可作為當年的飼養(yǎng)數(shù)量。肉牛的飼養(yǎng)周期平均為160 d，肉牛的飼養(yǎng)數(shù)量可以用當年的出欄數(shù)代替。羊、驢：飼養(yǎng)周期一般超過一年，采取年末存欄數(shù)作為當年的飼養(yǎng)數(shù)量。家禽：肉禽的飼養(yǎng)周期平均為50 d，以當年出欄數(shù)計為飼養(yǎng)數(shù)量。兔子：兔子的飼養(yǎng)周期平均為90 d，以當年出欄數(shù)計為飼養(yǎng)數(shù)量。

2.2.2 排泄系數(shù)的確定? 畜禽糞便的排泄量與品種、生長階段、個體發(fā)育、飼料組成、喂養(yǎng)方式等有關(guān)[15]，目前尚沒有統(tǒng)一的標準。本文參考了有關(guān)研究成果[16-18]，并在當?shù)貙嵉卣{(diào)查，確定了焦作市畜禽糞便日排泄系數(shù)（表2）。

2.2.3 畜禽糞便養(yǎng)分含量的確定? 畜禽糞便含量與季節(jié)、動物發(fā)育階段等因素有關(guān)，為了計算方便，采用畜禽糞便養(yǎng)分含量的平均值（見表3）[19-21]。

計算公式：

畜禽糞便產(chǎn)生總量=飼養(yǎng)數(shù)量×飼養(yǎng)周期×排泄系數(shù)

畜禽糞便中純養(yǎng)分含量=畜禽糞便產(chǎn)生量×單位質(zhì)量畜禽糞便養(yǎng)分含量

2.3 沼氣產(chǎn)氣率的確定

影響沼氣產(chǎn)氣率的因素有很多，包括不同的糞便種類、溫度、厭氧環(huán)境、pH等。本文參考已有的研究成果[10，19]，按以下數(shù)據(jù)進行計算：豬糞 60 m3/t，牛糞45 m3/t，羊糞62 m3/t，雞糞80 m3/t。沼氣生產(chǎn)潛力=糞便總量×沼氣產(chǎn)氣率。

3 結(jié)果與分析

3.1 畜禽糞便年總產(chǎn)生量

從表4可以看出，2014年焦作市各類畜禽糞便排放總量為400.7 萬t，其中糞排放總量243.95 萬t，占總排放量的60.9%；尿排放總量156.75 萬t，占總排放量的39.1%。由于沒有具體統(tǒng)計家禽中蛋雞、肉雞和鴨鵝的情況，部分畜禽糞便未計算在內(nèi)，實際糞便總排放量要大于這一數(shù)值。

3.2 不同畜禽種類糞便排放量

從表5可以看出，不同畜禽種類的排放量差別很大，肉牛、奶牛、豬、羊、家禽、兔的糞尿排放量分別為40.72、71.67、238.79、26.9、20.98、1.64 萬t，分別占總排放量的10.2%、17.9%、59.6%、6.7%、5.2%和0.4%。畜禽糞便日排放系數(shù)與動物種類、品種、性別、生長期、飼料、天氣狀況等有關(guān)。生豬養(yǎng)殖量大，飼養(yǎng)周期長，單頭日排放量也較大，導致年排放量大，排糞量占總糞便排放量的45.5%，排尿量占總尿排放量的81.5%。牛的單頭日排放量要遠大于生豬，但是牛的養(yǎng)殖量少，其糞便排放量高于其他畜禽種類但小于生豬，其排放量占總排放量的28.1%。隨著經(jīng)濟的進一步發(fā)展，生豬和牛的規(guī)模也在不斷擴大，糞便的排放將會是下一步治理的重點。

3.3 不同地區(qū)糞便排放量

從圖1可以看出，不同地區(qū)畜禽糞便排放量差異很大。5區(qū)（示范區(qū)、解放區(qū)、中站區(qū)、馬村區(qū)、山陽區(qū)）畜禽糞便總量為40.17 萬t，占總糞便排放量的10.0%。其中，示范區(qū)畜禽糞便總量為28.3 萬t，占五區(qū)總排放量的70.5%。在6個縣市中，武陟縣的畜禽糞便年排放量最大，達到129.75 萬t，占全市年總排放量的32.4%，孟州市畜禽糞便年排放量占總排放量的14.9%，修武縣、溫縣和沁陽市畜禽糞便排放量差別不大，分別占總排放量的11.0%、11.2%和11.4%，博愛縣畜禽糞便排放量占總排放量的9.1%。示范區(qū)緊鄰焦作市城區(qū)，在日益重視生態(tài)環(huán)境的情況下，如何解決好畜禽糞便的排放問題十分關(guān)鍵。

3.4 有機質(zhì)、氮磷鉀排放量

畜禽糞便含有大量的機質(zhì)和豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的寶貴資源，但如果任意排放，則會造成嚴重的農(nóng)業(yè)面源污染[22-23]。從表6可以看出，焦作市2014年畜禽糞便排放量中有機質(zhì)總量為91.97 萬t，豬糞中有機質(zhì)排放量最大，達到56.60 萬t，占有機質(zhì)總量的61.50%；其次為牛糞，占有機質(zhì)總量的22.0%。氮排放總量2.20 萬t，豬糞中氮含量最多，達到1.43 萬t，占總氮排放量的65.0%。磷排放總量為1.73 萬t，豬糞中磷含量為1.19 萬t，占總磷排放量的68.8%。鉀排放總量為1.21 萬t，豬糞中鉀含量為0.96 萬t，占總鉀排放量的79.0%。焦作市2014年化肥施用總量折純?yōu)?0.20萬t，其中氮肥6.80萬t，磷肥2.70萬t，鉀肥0.78萬t。如果將2014年畜禽糞便全部施入農(nóng)田，則氮、磷含量相當于同年化肥施用量的32.4%和63.0%。

4 沼氣生產(chǎn)潛力評價

4.1 畜禽糞便沼氣生產(chǎn)潛力

從表7可以看出，2014年焦作市主要畜禽糞便沼氣生產(chǎn)潛力約為2.273億m3，折合標煤16.20萬t，折合甲烷1.36億m3，2014年焦作市天然氣的消費量為1.90億m3，畜禽糞便能源潛力相當于全市天然氣年消費量的71.6%。豬糞的沼氣生產(chǎn)潛力均為1.43 億m3，占沼氣總生產(chǎn)潛力的63.0%。牛糞的沼氣生產(chǎn)潛力為0.51 億m3，占沼氣總生產(chǎn)潛力的22.4%。羊糞和家禽的沼氣生產(chǎn)潛力相當，約占沼氣總生產(chǎn)潛力的7.3%。據(jù)統(tǒng)計，焦作市2014年各類沼氣工程的沼氣年產(chǎn)量約為0.50 億m3，產(chǎn)氣量僅占沼氣生產(chǎn)潛力的22.0%，下一步應當持續(xù)加強沼氣工程建設(shè)，挖掘畜禽糞便的沼氣生產(chǎn)潛力，豬糞和牛糞是利用的重點[24-25]。

4.2 焦作市選擇沼氣工程能源化治污潛力分析

《國務院辦公廳關(guān)于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》、農(nóng)業(yè)部《畜禽糞污資源化利用行動方案（2017—2020年）》等都明確提出，要加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，促進農(nóng)村能源發(fā)展和環(huán)境保護，這些都為焦作市發(fā)展沼氣工程能源化利用提供了科學依據(jù)。

焦作市目前有大中型沼氣工程83座，占規(guī)?；B(yǎng)殖場數(shù)量的8.7%，還有相當大一部分規(guī)?；B(yǎng)殖場沒有建設(shè)沼氣工程。隨著規(guī)?；B(yǎng)殖場的發(fā)展以及環(huán)保壓力的加大，沼氣工程作為能源化治污工程具有較大的發(fā)展空間。

5 結(jié)論

（1）2014年焦作市畜禽糞便產(chǎn)生量為400.7 萬t，家禽中蛋雞、肉雞和鴨鵝的情況沒有具體統(tǒng)計，部分畜禽糞便未計算在內(nèi)，實際糞便總排放量大于400.7 萬t。不同畜禽種類中，豬和牛的糞便產(chǎn)生量最大，將是今后畜禽糞便處理的重點。

（2）在五城區(qū)中，示范區(qū)的畜禽糞便排放量最大，由于其緊鄰城市中心，對生態(tài)環(huán)境的影響較大，應當在發(fā)展中首先解決好畜禽糞便的排放問題。

（3）焦作市畜禽糞便沼氣生產(chǎn)潛力約為2.273 億m3，畜禽糞便能源潛力相當于全市天然氣年消費量的71.6%。現(xiàn)有的沼氣工程年產(chǎn)氣量僅占沼氣生產(chǎn)潛力的22.0%，畜禽糞便資源仍有很大的利用空間。

6 建議

目前，畜牧業(yè)發(fā)展進入了新的發(fā)展階段，隨著環(huán)境污染攻堅戰(zhàn)的進一步推進，畜禽糞便的處理[26-29]是當前亟待解決的問題。沼氣工程不但能夠解決畜禽糞污的污染，而且還能提供清潔能源和優(yōu)質(zhì)肥料，應采取積極措施加以推廣利用。

（1）科學合理規(guī)劃。結(jié)合不同地區(qū)的養(yǎng)殖規(guī)模、養(yǎng)殖種類、地理位置等因素，科學合理規(guī)劃，因地制宜發(fā)展沼氣工程[30-31]。

（2）制定優(yōu)惠政策，在用地、用電、稅收以及沼肥的使用等方面制定一系列優(yōu)惠政策，通過政策引導、效益吸引，積極引導業(yè)主增加對畜禽污染治理的投入，吸引相關(guān)企業(yè)及社會資金投入到大中型沼氣工程建設(shè)中來。

（3）加大沼肥的綜合利用。沼渣、沼液是優(yōu)質(zhì)的有機肥，要把沼氣工程作為連接種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的紐帶，以沼液、沼渣替代化肥、農(nóng)藥為重點，落實“兩減”目標，促進無公害和綠色農(nóng)業(yè)基地建設(shè)。

（4）開展沼氣工程市場化試點，鼓勵有職業(yè)資格的沼氣技術(shù)骨干，建立專業(yè)化、正規(guī)化的服務隊，負責管路安裝、調(diào)試、故障排除、維修以及沼肥的利用等工作，確保沼氣工程的健康運行，使沼氣工程能最大限度地發(fā)揮其社會效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和生態(tài)效益。

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（責編：張宏民）