兵團規(guī)模化養(yǎng)殖場糞污處理與資源化利用技術路徑分析*

（新疆農(nóng)墾科學院畜牧獸醫(yī)研究所，新疆 石河子 832000）

畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化利用，關系到綠色發(fā)展新理念和美麗中國建設，關系到鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和農(nóng)村居民生產(chǎn)生活環(huán)境，關系到農(nóng)業(yè)供給側結構性改革，關系到不斷改善土壤地力、治理好農(nóng)業(yè)面源污染等一系列重要問題，黨中央、國務院一直高度重視。近年來，兵團通過大力倡導推進畜禽標準化規(guī)模養(yǎng)殖，按照“畜禽良種化、養(yǎng)殖設施化、生產(chǎn)規(guī)范化、防疫制度化、糞污無害化、監(jiān)管常態(tài)化”的要求，全面推進畜禽標準化規(guī)模養(yǎng)殖基地建設，使兵團畜牧業(yè)規(guī)模養(yǎng)殖總體水平、畜禽糞污綜合利用率和規(guī)模養(yǎng)殖場糞污處理設施裝備配套率得到大幅提升。并通過科學劃定畜禽養(yǎng)殖禁養(yǎng)區(qū)，加快了畜禽養(yǎng)殖污染治理進程，促進了兵團畜禽養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。目前兵團牲畜年末存欄764萬頭只，現(xiàn)有畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場（含小區(qū)）5 470個，理論上年產(chǎn)生干糞520萬t，產(chǎn)生尿360萬t，但畜禽糞污綜合利用率仍只有60%[1]。大型養(yǎng)殖場糞污量大，不但嚴重影響到了周邊環(huán)境，也使人畜共患病頻發(fā)，畜產(chǎn)品質(zhì)量安全隱患重重。特別是近年來隨著《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》（2014）、《環(huán)境保護法》（2015）及《環(huán)境保護稅法》（2016）等的頒布，對養(yǎng)殖企業(yè)糞污處理的要求和標準逐步升級，糞污處理已經(jīng)成為養(yǎng)殖企業(yè)的剛性需求，成為制約養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。在上述背景下，通過對兵團畜禽養(yǎng)殖糞污處理與資源化利用現(xiàn)狀的調(diào)研，對兵團目前畜禽糞污資源化利用的方式進行歸納總結，對國內(nèi)目前廣泛應用和主推的技術模式進行分析篩選，提出兵團規(guī)模化養(yǎng)殖場畜禽糞污處理與資源化利用的技術路徑，希望對養(yǎng)殖企業(yè)及管理部門在牧場建設與糞污清運、減量排放與循環(huán)利用、糞污處理及資源化利用等方面能有所啟發(fā)和幫助。

1 做好畜禽糞污資源化利用的現(xiàn)實意義分析

1.1 加快農(nóng)業(yè)供給側結構性改革的重要支撐

發(fā)達國家畜牧業(yè)GDP一般占農(nóng)業(yè)GDP的50%以上，我國目前僅為29%，新疆兵團更是只有16%。兵團當前正處在加快農(nóng)業(yè)供給側結構性改革與團場改革的關鍵時期，迫切需要優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構，尤其是種養(yǎng)結構。但隨著近年來國家一系列環(huán)保政策法規(guī)的出臺，使原本舉步維艱的養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展受到了較大的沖擊。只有做好畜禽糞污處理與利用工作，才能促進畜牧業(yè)增產(chǎn)增量和提質(zhì)增效，促進種養(yǎng)結合，加快一二三產(chǎn)業(yè)融合，優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構，轉變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，推動農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效，增強農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。

1.2 化解農(nóng)業(yè)發(fā)展資源環(huán)境壓力的重要途徑

目前兵團牲畜年末存欄764萬頭（只），其中牛47.6萬頭、羊562萬只、豬150萬頭、家禽1 331萬羽。兵團現(xiàn)有5 470個畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場（含小區(qū)），理論上年產(chǎn)生干糞520萬t，產(chǎn)生尿360萬t，折合氮3.3萬t、磷0.57萬t，但畜禽糞污綜合利用率只有60%，導致了嚴重的農(nóng)業(yè)面源污染。畜禽養(yǎng)殖廢棄物具有強烈的兩面性，如果利用不好，就是嚴重的環(huán)境污染源；如果利用得當，就是寶貴的自然資源。做好畜禽糞污處理與利用工作，既可以促進農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈清潔生產(chǎn)，也可以實現(xiàn)廢棄物的資源化，促進有機肥對化肥的有效替代，真正做到“變污為凈”“變廢為寶”和綠色生產(chǎn)。

1.3 確保畜產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要手段

近年來，兵團大力推進畜禽標準化規(guī)模養(yǎng)殖，強化龍頭企業(yè)帶動作用，著重提升社會化、專業(yè)化服務保障能力，不斷加快現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展步伐，主要畜產(chǎn)品綜合生產(chǎn)能力穩(wěn)步提高，目前兵團全年肉、蛋和牛奶總產(chǎn)量分別達到37.72萬t、7.62萬t和59.07萬t，但是動物疫病、獸藥殘留以及加工過程中的二次污染問題，仍然是畜產(chǎn)品質(zhì)量安全的巨大隱患。做好畜禽糞污處理與利用工作，減輕養(yǎng)殖環(huán)保壓力，能夠有效控制或消滅畜禽廢棄物中的病原微生物，凈化傳染源，減少疫病傳播機會，減少獸藥用量，從而保障畜產(chǎn)品質(zhì)量安全。

1.4 推動向南發(fā)展戰(zhàn)略的重要抓手

特色林果業(yè)是南疆地區(qū)的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，目前水果和堅果種植面積已達到106.67萬hm2，總產(chǎn)達到800萬t。但近年來果品質(zhì)量逐年下降，價格持續(xù)跌落，嚴重影響了果農(nóng)的收入和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。其主要原因之一就是土壤中有機質(zhì)極度缺乏，我國無公害果園生產(chǎn)技術規(guī)程要求果園土壤有機質(zhì)含量在1.5%以上，最好達到5%～8%，而據(jù)新疆農(nóng)墾科學院水肥所測定其各試驗地的有機質(zhì)平均不到1%，許多地塊有機質(zhì)只有0.24%～0.60%。可以通過促進畜禽糞污肥料化的應用，并研發(fā)特色林果業(yè)的專用有機肥，推動南疆地區(qū)林果業(yè)提質(zhì)增效，提高種養(yǎng)效益，助力脫貧攻堅行動。

2 兵團畜禽糞污資源化利用技術路徑分析

畜禽糞污處理與糞污資源化利用是一項系統(tǒng)工程，其總體策略是源頭減量、過程控制和末端利用。資源化利用的主要方向是肥料化、基質(zhì)化、能源化和飼料化，但目前畜禽糞污資源化利用的最主要的方向還是肥料化。

2.1 養(yǎng)殖場選址規(guī)劃、生產(chǎn)工藝與設備選擇的技術路徑分析

基于畜禽糞污處理與資源化利用的牧場選址規(guī)劃的技術路徑：在規(guī)模化養(yǎng)殖場選址之初，要從統(tǒng)籌經(jīng)濟學的角度出發(fā)，不但要考慮養(yǎng)殖場周圍草料及用水供應能力如何？產(chǎn)品是否能夠及時得到加工和銷售？還要考慮養(yǎng)殖場的糞污能否被周邊農(nóng)田完全吸納？在場區(qū)布局時，要根據(jù)實際的地形、地勢及風向，在規(guī)劃好管理區(qū)、草料區(qū)及養(yǎng)殖區(qū)的同時，還應在養(yǎng)殖場的一角或者一面的地勢低洼處預留糞污處理區(qū)，糞污處理區(qū)的面積要根據(jù)養(yǎng)殖量及糞污處理方式進行合理估算[2]。

畜禽糞污收集清理技術路徑：圈舍設計時，要根據(jù)所養(yǎng)的畜種的不同，選擇先進、合理和實用的糞污清理儲運工藝，并與圈舍進行一體化設計。牛場圈舍建議采用電動刮糞板清糞，該工藝比鏟車清糞節(jié)省人力和能耗，減少牛只應激。奶牛場舍內(nèi)糞污通過干固液分離后含水量在65%～70%，經(jīng)65～70℃最少1 h的高溫殺菌，可以循環(huán)用于牛床墊料。新疆寒冷地區(qū)成母牛運動場以30～40 m2/頭比較適宜，運動場過小，加上糞污清理不及時，會嚴重影響奶牛養(yǎng)殖。運動場最好建成魚脊形，四周還要修建污水溝，以利于雨天及冰雪消融季節(jié)污水向四周流淌。豬場建議采用“V”型斜坡刮板自動干清糞工藝，該工藝使豬糞從漏糞地板落到下方“V”型地面的斜坡上，通過刮糞板清理出去，尿液及飲用灑落的污水從溝底流出，實現(xiàn)糞與尿的自流式分離。該工藝已在內(nèi)地部分地區(qū)開始推廣應用，與目前新疆絕大多數(shù)養(yǎng)殖場所采用的水泡糞工藝相比大幅度減少了用水量和排污量。另外，養(yǎng)殖區(qū)圈舍的大門、道路等要便于機械化糞污收集清運車輛的進入和通行。

養(yǎng)殖場節(jié)水的技術路徑：養(yǎng)殖場的用水主要分為飲用水、沖洗用水及降溫用水。豬場可以通過改無限量用水為控制用水，改鴨嘴式為節(jié)水式飲水器，并根據(jù)豬只的飼養(yǎng)階段不同，設置合理的水壓和流速。豬場定期對欄舍進行沖洗時，應采用汽水混合式?jīng)_洗或高壓式?jīng)_洗。奶牛場應大力推廣自動恒溫飲水系統(tǒng)，飲水系統(tǒng)最好安裝在牛舍臥床之間的通道處，避免水管凍裂跑水。奶牛場每班次擠奶完畢后地面和墻壁的沖洗用水，可以充分回收利用擠奶管道和奶罐清洗消毒的廢水。養(yǎng)殖場應使用自動控制系統(tǒng)調(diào)控降溫設備，選擇合適的噴霧、噴淋霧滴大小，提升蒸發(fā)效率；對噴霧、噴淋管線及噴嘴和濕簾進行定期監(jiān)測和維護，及時更換老化磨損零件，保證降溫效率。

2.2 通過營養(yǎng)調(diào)控進行源頭減量的技術路徑分析

通過營養(yǎng)調(diào)控進行源頭減量主要包括氮磷減量、重金屬減量及抗生素減量。

氮減量的技術路徑：畜禽對飼料蛋白質(zhì)的需要實質(zhì)是對氨基酸的需要，特別是體內(nèi)不能合成的氨基酸的需要，氨基酸營養(yǎng)存在“木桶效應”。可以通過精準評價飼料原料中氨基酸的真消化率，合理劃分飼養(yǎng)階段，實施精準化飼養(yǎng)，降低日糧蛋白水平，減少糞尿中氮的排泄量。反芻動物可以通過利用瘤胃保護性氨基酸平衡日糧，進一步降低蛋白質(zhì)水平，減少糞尿中氮的排泄量。

磷減量的技術路徑：飼料中50%～85%的磷以植酸鹽的形式存在，無法被動物吸收的植酸磷則隨糞便排出體外，造成環(huán)境污染。通過合理確定畜禽磷的需要量和前期外援植酸酶，并根據(jù)飼料配方中實際植酸磷的含量，確定植酸酶的添加量和無機磷的添加量，提高畜禽對植酸磷的利用率，實現(xiàn)磷減量的目的。

重金屬減量的技術路徑：與飼料有關的重金屬主要來源于飼料中添加的微量元素，通常將飼料原料中含有的微量元素本底作為裕量，特別是在養(yǎng)豬生產(chǎn)中添加高水平的銅、鋅等作為促生長、防腹瀉等功能性添加劑，這些都增加了重金屬的排放。生產(chǎn)中可以根據(jù)家畜對銅、鋅的需求合理配合飼料，設置營養(yǎng)上線，避免過量添加，還可以通過應用有機微量元素產(chǎn)品減少無機微量元素添加量，提高生物利用率，減少重金屬的排放量。

抗生素減量技術路徑：生產(chǎn)中可以通過提高畜禽環(huán)境舒適度及生物安全體系，減少疫病發(fā)生，通過強化安全合理用藥原則，嚴格遵守農(nóng)業(yè)部發(fā)布的禁用和限用獸藥，使用替代獸用抗生素的益生菌微生態(tài)制劑、微生物發(fā)酵飼料、抗菌肽、飼料酸化劑、寡聚糖、植物提取物和中草藥等手段，達到抗生素減量的目的[3]。

2.3 畜禽糞污集中處理的技術路徑

不同畜禽品種糞污處理的技術路徑：畜禽品種及其養(yǎng)殖工藝的不同，導致收集到的糞污的含水率也不同，生豬及奶牛糞污的含水率一般較大，綿羊、肉牛及家禽糞污的含水率較低。目前兵團畜禽養(yǎng)殖過程中，生豬和奶牛糞污處理的難度較大，這不單是因為其規(guī)模化程度高，還因為其糞污含水率較大。影響糞污處理生產(chǎn)效率的關鍵因素是糞便含水率，生豬及奶牛原始糞污中的含水率相對于厭氧發(fā)酵工藝來說較低，相對于好氧堆肥又太高，直接處理難度大，必須經(jīng)過固液分離，便于針對不同的形態(tài)采取不同的處理方式，使固體糞渣含水率降低到50%～70%，便于儲運和堆肥發(fā)酵；液體部分進行氧化塘儲存處理或者進行沼氣發(fā)酵。綿羊、肉牛及家禽糞污的含水率相對適中，經(jīng)適當提高調(diào)整后，可以直接進行堆肥發(fā)酵。

固液分離設備選擇的技術路徑：目前我國利用固液分離機對養(yǎng)殖場糞便進行前處理已成一種共識，且技術相對成熟。固液分離機的類型和廠家較多，設備類型主要有：斜板篩分離機、振動篩分離機、臥式螺旋分離機、帶式壓濾機、板框壓濾機和螺旋擠壓機等。但從養(yǎng)殖場實際使用情況來看，螺旋擠壓機和臥式螺旋分離機的效果較好。固液分離設備型號大小的選擇，應根據(jù)糞便處理量、糞便干物質(zhì)濃度、糞便種類等來選擇，并需要配套建設積糞池和糞水池。通過積糞池收集圈舍糞污，調(diào)節(jié)水量，保證固液分離的連續(xù)進行。通過糞水池收納固液分離后的液體部分，沉淀的上清液處理后可作為糞溝的沖洗水進行循環(huán)利用。新疆地區(qū)的固液分離系統(tǒng)，包括固液分離機、積糞池和糞水池等，一定要建在有暖氣的室內(nèi)，確保設施冬季正常工作。

氧化塘建造應用技術路徑：養(yǎng)殖場經(jīng)固液分離后的糞水，一般有2個去向，一是進入沼氣工程進行厭氧發(fā)酵，二是進入氧化塘，這也是緩解養(yǎng)殖場糞污產(chǎn)生的連續(xù)性與種植業(yè)和林果業(yè)有機肥應用的季節(jié)性之間矛盾的一種方法。氧化塘也稱為穩(wěn)定塘，其優(yōu)點是處理費用低廉，運行管理方便，按照占優(yōu)勢的微生物種屬和相應的生化反應的不同，可分為好氧塘、兼性塘、曝氣塘和厭氧塘等4種類型，不管是那種類型的氧化塘其糞水必須進行前期無害化處理，達到排放標準或者農(nóng)灌標準后才能在施肥季節(jié)進行農(nóng)田利用。氧化塘應嚴格按照《畜禽養(yǎng)殖污水貯存設施設計要求》（GB/T26624-2011）進行設計，并建議使用高密度聚乙烯膜（HDPE膜）材料建造氧化塘，與混凝土結構比較具有施工簡便、速度快、成本低和壽命長的優(yōu)點。

堆肥發(fā)酵方式及工藝的選擇：堆肥發(fā)酵是一種利用微生物分解作用，穩(wěn)定農(nóng)業(yè)固體廢棄物中的有機廢物和腐殖質(zhì)的過程。根據(jù)微生物生長環(huán)境的不同，堆肥發(fā)酵可以分為好氧堆肥發(fā)酵和厭氧堆肥發(fā)酵，但是由于厭氧堆肥微生物對有機物的分解速度緩慢，處理效率低，容易產(chǎn)生惡臭，工藝條件也相對難以控制，因此，目前多用好氧堆肥發(fā)酵技術。好氧堆肥發(fā)酵可以自然緩慢進行，但在最佳條件下通常能加快堆肥速度，目前生產(chǎn)中畜禽糞便好氧堆肥發(fā)酵均進行最佳條件優(yōu)化，以提高發(fā)酵效率和質(zhì)量。目前按照好氧堆肥發(fā)酵的工藝可以分為翻堆條垛式堆肥發(fā)酵、通風靜態(tài)垛堆肥發(fā)酵槽（池）式堆肥發(fā)酵和筒倉式堆肥發(fā)酵等。其中槽式機械拋翻堆肥發(fā)酵和倉式靜態(tài)曝氣堆肥發(fā)酵工藝結合太陽能堆肥車間具有極好的升溫和保溫效果及調(diào)控功能，堆肥發(fā)酵將不受大風及雨雪等惡劣氣候條件的影響，適合新疆寒冷地區(qū)應用。

沼氣工程應用的技術路徑：沼氣工程（厭氧生物處理工藝）與氧化塘曝氣（好氧生物處理工藝）相比，能直接處理高濃度有機廢水，有機負荷高，污泥產(chǎn)量低，耗能低，運行成本低，且出水中有機物濃度高，氮和磷等肥效高，所以說通過沼氣厭氧發(fā)酵是目前養(yǎng)殖場糞水處理和資源化利用最有效的方法。沼氣發(fā)酵是一個生物學過程，溫度是制約北方寒區(qū)沼氣生產(chǎn)的主要因素[4]。長期以來新疆地區(qū)從內(nèi)地大量移植了塔罐式沼氣處理工藝，但由于地面塔罐式沼氣處理工藝池體保溫增溫能力有限，加上專業(yè)化運營管護不當，在本地區(qū)表現(xiàn)為嚴重的水土不服。為了解決冬季沼氣池的增溫問題，新疆地區(qū)要盡量縮短從圈舍到沼氣池的距離，冬季糞水應從凍土層以下的地下管道進入沼氣池，防止輸送過程中糞水降溫。大中型沼氣池在建造過程中可通過配套建設和利用太陽能、燃煤和沼氣加熱增溫。為了預防沼氣池的凍裂和增強保溫效果，建議新疆地區(qū)沼氣池最好建在地下恒溫層，沼氣池池體的內(nèi)膽用有彈韌性的高分子膜結構材料制作，中間主體層用鋼筋混土制作，外圍包裹苯板保溫材料。根據(jù)兵團各師所處的地理位置、冬季晝夜平均溫度及極限溫度來看，第一師、第三師、第十四師為沼氣建設的適宜區(qū)，第十二師、第二師、第四師、第五師、第六師、第七師、第八師、第九師、第十三師為次適宜區(qū)，只有第十師為不適宜區(qū)[5]。也就是說除第十師不適合以外，兵團其他師均可利用沼氣技術進行糞污處理和資源化利用。

2.4 畜禽糞污資源化利用技術路徑

全國畜牧總站組織征集畜禽糞污資源化利用典型技術模式，最終總結提煉出種養(yǎng)結合、清潔回用及達標排放3個方面9種畜禽糞污資源化利用主推技術模式[5]。其中，種養(yǎng)結合包括了糞污全量還田模式、糞便堆肥利用模式、糞水肥料化利用模式和糞污能源化利用模式；清潔回用包括了糞便基質(zhì)化利用模式、糞便墊料化利用模式、糞便飼料化利用模式和糞便燃料化利用模式；達標排放主要是指糞水達標排放模式。上述糞污資源化利用模式的技術路徑在上文中基本都進行了總結。其中，糞水達標排放模式是在耕地畜禽承載能力有限的區(qū)域，糞水通過處理出水水質(zhì)達到國家排放標準和總量控制要求，固體糞便通過處理生產(chǎn)有機肥的方式。畜禽糞水不同于工業(yè)污染物，它是一種放錯地方的資源，待轉化利用的資源，不建議采取工業(yè)廢水凈化達標后排放工藝，不但工藝復雜，而且成本較高，一般在3～10元/m3之間，養(yǎng)殖場屬于低回報行業(yè)，難以承受。

堆肥、漚肥、沼肥、肥水等還田資源化利用應依據(jù)《畜禽養(yǎng)殖糞污土地承載力測算技術指南》合理確定配套農(nóng)田面積，并按《畜禽糞便還田技術規(guī)范》（GB/T 25246）、《沼肥施用技術規(guī)范》（NY/T 2065）執(zhí)行。

2.5 不同類型的養(yǎng)殖場推進糞污資源化利用的路徑

各級職能部門在畜禽糞污資源化利用的監(jiān)督和管理過程中，應該以規(guī)模化豬場和奶牛場為重點和抓手，同時應根據(jù)各畜禽養(yǎng)殖場具體情況，有針對性的進行監(jiān)管。對于新建養(yǎng)殖場，可以通過利用環(huán)境影響評價和“三同時”制度，嚴格準入條件，保證新建養(yǎng)殖場基本達到“零排放”，嚴格控制新疆養(yǎng)殖場的污染漫延。對于現(xiàn)有養(yǎng)殖場，可以通過落實好“以獎促治、以獎代補”政策措施，進行綜合治理，提高糞污資源化利用率，有效降低現(xiàn)有養(yǎng)殖場的污染問題。對于小型養(yǎng)殖專業(yè)戶，可以通過充分利用農(nóng)村環(huán)境連片整治條件，促進產(chǎn)業(yè)升級，與種養(yǎng)結合，完善污染治理設施與設備，全面促進團場養(yǎng)殖環(huán)境質(zhì)量提升。

總之，畜禽糞污處理與資源化利用應遵循“減量化、無害化、生態(tài)化、廉價化、產(chǎn)業(yè)化”的原則。養(yǎng)殖業(yè)的基本屬性是經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，選擇何種技術路徑與工藝流程，必須從本地區(qū)的環(huán)保要求出發(fā)，并根據(jù)養(yǎng)殖場的畜種類型、地理位置、氣候特點、養(yǎng)殖工藝等實際情況，進行科學選擇和設計。養(yǎng)殖場糞污處理和資源化利用技術包含了糞污的收集儲運、減量排放、處理利用等多個工藝技術，新建養(yǎng)殖場應從建場前就進行一體化設計，確保工藝配套合理。規(guī)模化養(yǎng)殖場可以借助第三方專業(yè)化糞污處理公司的技術力量和資金實力，建造糞污處理與資源化利用設施，打包運行管理，解決養(yǎng)殖場的環(huán)保難題，并逐步構建產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、市場化經(jīng)營、科學化管理和社會化服務的畜禽糞污資源利用新格局。畜禽糞污處理與資源化利用看似是養(yǎng)殖場的問題或者說是一個畜牧問題，實際上是一個農(nóng)業(yè)問題，更是一個環(huán)境問題，所以各職能部門應通力合作，出實招、干實事、求實效，力推兵團糞污處理與資源化利用工作更上一個新臺階。