關于畜禽廢棄物沼氣化處理利用的幾點認識

文/鄧良偉

關于畜禽廢棄物沼氣化處理利用的幾點認識

文/鄧良偉

鄧良偉，博士，研究員，博士生導師，農業(yè)部沼氣科學研究所總工程師。農業(yè)科研杰出人才，四川省有突出貢獻的優(yōu)秀專家。主持20多項省部級研究課題；發(fā)表研究論文120多篇；編寫專業(yè)書籍1部、參與編寫8部，獲得國家發(fā)明專利授權6項，實用新型專利授權3項。獲得國家科技進步二等獎1項（第5完成人），四川省科技進步獎一等獎1項（第1完成人）。對畜禽養(yǎng)殖廢棄物沼氣化利用及沼液處理技術進行了比較深入的研究，發(fā)明了“厭氧-加原水-間歇曝氣(Anarwia)新工藝”、“基于濃稀分流的豬場糞污處理技術”等工藝技術，在畜禽糞污處理利用工程中得到了大面積推廣。

近年來，我國畜牧業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，有力保障了肉蛋奶等產品供給，為農牧民增收做出了突出貢獻。在畜禽養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展的同時，廢棄物也大量產生，全國畜禽糞污產生量約38億噸。養(yǎng)殖廢棄物不但對環(huán)境造成一定的污染，還嚴重影響人們的生活質量，甚至對人類的健康造成嚴重危害。盡管產業(yè)發(fā)展和科技進步使畜禽廢棄物的處理和利用水平逐步提升，但仍有40%的畜禽廢棄物未得到有效處理和利用，由此引起的環(huán)境污染問題依然突出。國務院于2017年5月31日發(fā)布的《關于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》（以下簡稱《意見》），這是我國畜牧業(yè)發(fā)展史上第一個專門針對畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和利用出臺的指導性文件，對于今后一段時期加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用，具有重要意義。《意見》明確指出，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以農用有機肥和農村能源為主要利用方向，解決大規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場廢棄物處理和資源化利用問題。對于畜禽養(yǎng)殖廢棄物沼氣化處理利用的認識，不同部門、不同地區(qū)存在一些偏差，這里提出幾個問題供商榷，以期為今后的畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用工作提供參考。

問題1：畜禽廢棄物經(jīng)過沼氣發(fā)酵后可徹底解決畜禽廢棄物污染？

沼氣發(fā)酵是指有機物質（如人畜糞便、秸稈、有機垃圾等）在一定的水分、溫度和厭氧條件下，被多種微生物分解代謝，最終形成甲烷和二氧化碳等可燃性混合氣體（沼氣）的過程。沼氣發(fā)酵是對有機物進行轉化，主要去除有機污染物。經(jīng)過沼氣發(fā)酵后，表征有機污染物的指標，如化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）被去除60%～90%。沼氣發(fā)酵殘余物（沼渣沼液）中仍然殘留相當數(shù)量的有機物。在沼氣發(fā)酵過程中，氮、磷等營養(yǎng)物質基本沒有被去除，通過沉淀作用，沼液中氮磷比進料可減少20%～40%，氨氮還稍微增加。因此，沼氣發(fā)酵只能去除大部分有機污染物，不能徹底解決畜禽廢棄物污染問題。如果沼液要達標排放，畜禽廢水經(jīng)過沼氣發(fā)酵后，還必須經(jīng)過好氧或物化處理。

問題2：沼氣池（工程）沒有產出沼氣就沒有用？

畜禽廢棄物處理沼氣池（工程）是沼氣發(fā)酵過程的工程化應用，由于施工質量以及運行管理的問題，可能出現(xiàn)了沼氣泄漏，沒能收集到沼氣。從沼氣生產及能源回收的角度看，沒有收集到沼氣，工程是失敗的。但是，沼氣發(fā)酵的過程仍在進行，仍然去除了有機物，仍然對廢棄物起到了腐熟作用。因此，不能說沒有收集利用沼氣的沼氣工程沒有作用，只是沼氣發(fā)酵的作用沒有充分發(fā)揮而已。

問題3：沼氣發(fā)酵產生二次污染？

當沼渣沼液沒有完全利用或達標處理就排入水體，一些部門將這種現(xiàn)象稱為二次污染。在環(huán)境領域，二次污染的定義是：當某些一次污染物，在自然條件或人為的作用下，改變了原有性質，特別是那些反應性較強的物質，性質極不穩(wěn)定，容易發(fā)生化學反應，而產生新的污染物，如固體廢物焚燒過程產生二惡英，就叫二次污染。沼氣發(fā)酵過程產生的甲烷如果沒有利用，可以稱得上二次污染。但是，沒有利用的沼渣沼液不能稱為二次污染，因為沒有產生新的污染物，而且降低了污染物的濃度，只能說污染治理不徹底。

問題4：厭氧處理不是沼氣發(fā)酵？

一些部門認為沼氣池（工程）效果不好，轉而推廣厭氧發(fā)酵池。實際上厭氧發(fā)酵和沼氣發(fā)酵的微生物過程一樣，都是厭氧微生物在厭氧條件下將有機物最終轉化成甲烷和二氧化碳。兩者的區(qū)別在于，沼氣池（工程）需要密閉并收集沼氣；厭氧發(fā)酵池可以不嚴格密閉，不收集沼氣，甲烷和其他臭氣（如硫化氫、氨氣等）直接排入大氣。沼氣的主要成分是甲烷，如果厭氧發(fā)酵產生的甲烷不收集利用而排入大氣中，會產生溫室效應，其甲烷的溫室效應是二氧化碳的21倍。另外，如果將沼氣用作燃料，可以替代化石能源，沼氣池（工程）具有雙重的溫室氣體減排效益。因此，從溫室氣體減排和大氣環(huán)境保護角度來說，沼氣池（工程）比厭氧發(fā)酵池更環(huán)保。

問題5：沼渣沼液還田利用需要達到《農田灌溉水質標準》（GB 5084）？

《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術政策》（環(huán)發(fā)[2010]151號）四（三）條、《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術規(guī)范》（HJ 497-2009）5.1.9條、《畜禽糞便無害化處理技術規(guī)范》（NY/T 1168-2006）9.3.2條均要求：畜禽養(yǎng)殖廢水處理后用于農田灌溉，出水水質應滿足GB 5084的規(guī)定。一些環(huán)保部門套用《農田灌溉水質標準》（GB 5084-1992）要求，對于水作，要求COD＜200 mg/L，BOD5＜80 mg/L，凱氏氮＜12 mg/L，總磷（以P計）＜5.0 mg/L；對于旱作，要求COD＜300 mg/L，BOD5＜150 mg/L，凱氏氮＜30 mg/L，總磷（以P計）＜10.0 mg/L。畜禽糞污處理后沼液基本上達不到這個要求。如果經(jīng)過處理后達到此要求，估計農戶也不會利用沼液了，因為氮、磷等營養(yǎng)物質都被去除了。盡管新的《農田灌溉水質標準》（GB 5084-2005）取消了氮、磷指標的要求，但是將有機物指標提高了。對于水作，COD＜150 mg/L，BOD5＜60 mg/L；對于旱作，COD＜200 mg/L，BOD5＜100 mg/L。這兩個標準均比《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB 18596-2001）的要求還要嚴格，沼液也很難達到這些要求。歐洲的沼渣沼液COD可以達到20 000 mg/L以上，美國的畜禽糞污經(jīng)過氧化塘儲存后COD也在5 000 mg/L以上，都是直接還田利用，這些國家和地區(qū)主要控制養(yǎng)分施用量，而不是控制糞肥中養(yǎng)分的濃度。例如歐盟的《硝酸鹽導則》（1991）規(guī)定，硝酸鹽脆弱地區(qū)，每公頃土地氮的使用量每年不超過170 kg。按《農田灌溉水質標準》(GB 5084-2005)標準，即使COD和BOD5達到標準，由于對氮、磷營養(yǎng)物沒有要求，大量施用也會導致土壤中氮磷過量。合理的方法應該是對土壤、作物及沼渣沼液中氮磷養(yǎng)分進行平衡測算，確定沼渣沼液施用量。實際上，《畜禽糞便還田技術規(guī)范》（GB/T 25246-2010）、《畜禽糞便安全使用準則》（NY/T 1334-2007）對此已有規(guī)定，糞肥還田限量以生產需要為基礎，以地定產，以產定肥；根據(jù)土地肥力，確定作物預期產量，計算作物單位產量的養(yǎng)分吸收量，結合畜禽糞便中營養(yǎng)元素含量、作物當年或當季的利用率計算基肥或追肥應投加的畜禽糞便量；沼渣沼液的施用量應折合成干糞的營養(yǎng)物含量進行計算。按這兩個規(guī)范確定沼渣沼液施用量比較合理，因此，沼渣沼液還田利用應該執(zhí)行《畜禽糞便還田技術規(guī)范》（GB/T 25246-2010）和《畜禽糞便安全使用準則》（NY/T 1334-2007），還可參考《沼渣、沼液施用技術規(guī)范》（NY/T 2065-2011），而不是執(zhí)行《農田灌溉水質標準》（GB 5084）。

結語

總之，沼氣發(fā)酵技術是畜禽廢棄物資源化的有效手段，既能對畜禽糞污進行無害化處理，也能生產出有價值的可再生能源產品，同時也是一種基本無臭味的有機肥漚制過程，并且運行費用低，只是投資相對較高。在看到沼氣化技術顯著優(yōu)勢的同時，也需要清醒地認識它的不足，既不能因其優(yōu)勢夸大它的作用，也不能因為在生產上存在一些問題而貶低其效果。要發(fā)揮好沼氣發(fā)酵工程的效果，需要良好的設計建造和精心的管理。一項技術是否可行，除了技術本身以外，還需要嚴格監(jiān)管、政策支持、效益驅動以及社會認知的提高。