丹麥和瑞典農業廢棄物資源化利用調研報告

隋斌，孟海波，沈玉君，丁京濤，王健

摘要：丹麥和瑞典在農業廢棄物資源化利用技術及生物天然氣應用方面處于世界領先水平。對瑞典和丹麥在農業廢棄物管理與資源化利用的先進技術和模式進行了調研、歸納總結及分析，以期為中國相關技術模式推廣及應用提供借鑒。

關鍵詞：種養平衡；和諧原則；農業廢棄物；資源化利用；丹麥；瑞典

隋 斌，孟海波，沈玉君，等. 丹麥和瑞典農業廢棄物資源化利用調研報告[J]. 農業工程技術，2018，38（2）：3-5.

丹麥是世界上畜牧養殖業最發達的國家之一，養殖及糞污處理利用技術法規健全，配套的設施設備已實現全產業化。瑞典非常重視可再生能源發展，是第一個將生物天然氣并入天然氣管網的國家，清潔能源生產及應用工程技術在世界處于領先地位。

為學習瑞典和丹麥在農業廢棄物厭氧、好氧領域的先進技術和模式，高質量完成課題任務，農業部規劃設計研究院組織專項調研團隊先后赴丹麥和瑞典，實地考察了兩國在農業廢棄物厭氧發酵、好氧發酵及糞肥管理等方面的政策法規、技術模式及工程裝備，并對兩國在農業廢棄物資源化利用方面的經驗進行了總結和分析，以期為中國農業廢棄物管理及資源化利用提供借鑒。

一、主要調研內容

1、研究型大學

調研了三所研究型大學。南丹麥大學由南丹麥商業與工程學院、歐登塞大學和南珠特蘭大學合并而成，在畜禽糞肥管理、糞肥儲存應用過程中氮素的轉化和損失、溫室氣體的排放、堆肥技術及過程中的養分循環等研究方面有多年的研究基礎，實驗室配備了包括共聚焦拉曼顯微光譜儀、高效液相色譜/質譜分析儀、氣相色譜質譜分析儀、鐳射粒徑測定儀等大型分析儀器。

奧胡斯大學是丹麥歷史悠久、規模最大的綜合性大學，全球百大名校之一。在畜禽養殖污染控制及資源化利用方面，配備有養殖環境模擬平臺、養殖畜舍通風實驗室、糞污施肥設備研究實驗室及沼氣技術中試平臺等完備的研究設施。

隆德大學是北歐最大的高等教育和科研機構、瑞典世界排名最高的大學，世界排名第73位。考察團參觀了隆德大學沼氣技術實驗室，主要以厭氧發酵原料優化、沼氣潛力評估、沼氣生產裝備技術為研發方向[1]。

2、種養結合農場

調研了位于丹麥維堡市的兩處農場，均配備有牲畜養殖場及農田，分別以飼養母豬、奶牛為主，農田則以種植大麥類作物為主。養殖的規模嚴格按照種養平衡原則控制，即所飼養的牲畜每年所產生的糞污需有足夠的土地予以消納。養豬場內配備了糞污固液分離系統、堆肥系統、酸化處理系統及糞水儲存池；養牛場配備有自動化飼喂、擠奶、墊料鋪灑、糞污收集處理設施。產生的糞污進行固液分離處理，養豬場的固態糞污部分用于堆肥，養牛場的固態糞污部分作為墊料回用到牛舍；兩個養殖場所產生的糞漿均經酸化處理系統處理后，達到氨氣減排標準，再輸送至糞水儲存池儲存9個月以上方可施用農田中。

3、沼氣工程

參觀了瑞典的兩處沼氣工程。其中一處位于馬爾默市，是瑞典規模最大的沼氣工程，池容2.8萬立方米，使用原料為能源作物及有機垃圾，采用全混式兩級厭氧消化工藝，提純采用的是水洗法工藝，輔以氯化鐵原位脫硫工藝。該工程管理人員僅有2人，采用全程計算機監控管理，工作人員僅需每天監控相應指標即可獲知沼氣工程運行情況。同時對各項指標的重要性進行分級，規定所測定指標按重要等級依次每天、隔天及每周測定，以保證工程穩定運行。

另一處沼氣工程位于斯德哥爾摩市，是瑞典農業科學大學的實驗基地，以研究沼氣提純工藝為主要用途。該工程以生活垃圾及農作物秸稈等為發酵原料，所產生的沼氣通過模塊化提純系統進行提純。沼氣提純所采用的工藝由新加坡國立大學研發，主要采用以沸石為原料的變壓吸附技術，與水洗和化學提純法相比，該工藝無需添加水和其他化學物質。提純系統為模塊化組裝，體積小、成本低，可整體裝入集裝箱中，便于長距離運輸。

4、裝備制造企業

參觀了A、B、C三家畜禽養殖糞污控制及資源化利用裝備制造企業，其中A、B企業位于丹麥，C企業位于瑞典。A公司主要生產固態、液態糞肥施用車載裝備，目前年生產能力達到6500套。液態糞污施肥車載裝備可實現拖尾軟管表面施肥、注射式施肥、翻耕施肥同步等多種施肥方式，同時配備有養分在線檢測及分析設備，可根據糞肥的營養成分科學調配施用；固態糞肥施肥車載裝備可將糞肥均勻噴灑于耕地表面。公司生產裝配車間采用模塊化設計，產品的每一部分在不同的區域完成組裝，每一步的安裝都有嚴格的質量檢測，整個車間采用先進的通風系統，創造清潔的生產環境，保障工人的身體健康。

B公司主要從事畜禽舍的環境控制設備生產，主要包括通風和除臭系統。近年來，該公司依據牲畜生長對環境的需求，研發了通風控制系統。另外，公司還開發了感應探頭、溫控系統等多種產品，技術領先，開發了低能耗通風系統（LPV），包括斷電保護控制系統、雙層膜或三層膜除氨系統等。公司的產品質控非常嚴格，成品實施嚴格訂單生產、貨架管理，把倉儲空間利用發揮到了極致。

C公司是歐洲一家提供沼氣工程設計集成、生產優化和過程控制技術方案及服務的成長型創新公司。公司從生產優化和智能化過程控制的角度解決長期以來困擾厭氧發酵工藝過程中沼氣生產效率低下和生產穩定性差等技術難題，始終關注并致力于技術創新、經濟效益和環境質量的和諧發展。近年來，公司開發了甲烷產氣潛力分析、厭氧發酵反應器等系列化產品，在低氣體流量分析儀器領域處于世界領先地位。

二、收獲與啟示

1、先進理念引領科學發展

（1）畜禽養殖糞污儲存及糞肥利用理念與時俱進

丹麥是全世界養豬業最發達的國家之一，養殖及糞污處理利用技術法規健全，配套的設施設備已實現全產業化，近幾十年來丹麥的糞污治理理念根據實際情況進行不斷調整。1982年至1988年，丹麥的地下水受氮素污染較嚴重，政府十分重視控制氮磷等污染物的釋放，實施了水環境保護I期到III期計劃、氮磷氧NPO計劃等污染控制方案，形成了“污染控制、環境優先”的理念。1988年至今，這一理念繼續發展，開始注重養分平衡、杜絕過度施肥，同時控制氨揮發，在糞污的儲存和糞肥的施用過程中，根據作物對養分的需求、結合土壤的養分狀況，嚴格測算肥料用量，確定合理的施肥方案，體現了“種養平衡、按需施肥”的理念。

（2）科技研發理念導向明確

丹麥和瑞典已形成了以面向產業、集中解決實際問題為導向的理念，所設置的研究方向全面并分工細化。南丹麥大學和奧胡斯大學目前以研究糞污中氮磷等營養元素回收利用、養殖生產過程污染控制、糞污肥料化施用技術與裝備為主，研究貫穿糞污資源化利用全鏈條。瑞典隆德大學的沼氣研究主要集中在沼氣過程優化、能源作物篩選和預處理、厭氧微生物特征及分類篩選、厭氧消解在生物處理方面的應用以及對包括沼氣在內的生物能源政策的研究等；瑞典農業大學側重能源植物和厭氧消解在農業生態系統中的研究；瑞典林雪平大學的沼氣研究則注重厭氧微生物的研究和消化過程優化。

（3）裝備制造理念科學全面

在畜禽污染控制及資源化利用方面的裝備制造業研發方面，丹麥和瑞典秉承科學管理、精細分工、綠色生產、持續研發、服務優化等先進理念，已形成了完善的產業化體系。考察團所參觀的丹麥兩家裝備制造企業，生產車間空間設置合理，生產環境配備有先進的通風系統以保障健康生產，生產各環節分工職責明確并有嚴格的技術標準和考核制度，保證了產品的高質量輸出，產品的推廣和售后服務全面及時，保障了整個銷售環節。同時，三家企業在技術裝備研發方面都投入了大量的資金，配有專門的研發團隊和實驗室，有效保障產品的技術先進性。

2、法規體系規范行業行為

（1）法規體系健全

丹麥和瑞典都是歐盟國家，歐盟在控制環境污染方面出臺了一系列政策，主要有《水框架指令》、《硝酸鹽法令》、《農業環境條例》等[2]。同時丹麥和瑞典根據自身情況需要，也制定了相應的環保法規。以丹麥為例，制定了氮磷氧NPO計劃、《水環境行動方案》、《流域管理計劃RBMPs》等。在此基礎上丹麥還制定了相應的糞污管理與利用法律法規，包括畜舍規范化建設、畜禽糞污儲存及施用全過程，以達到降低污染排放、提高資源利用率的目的。

（2）執行力度大、守法意識強

為了有效治理農業生產污染，丹麥政府從農業投入品源頭抓起，實施了覆蓋全面的精細化管理與監管政策，主要集中在畜禽養殖糞肥管理、農用化學品生產使用管理等多個方面。政府每年隨機抽取養殖場地深井水樣進行糞便污染檢測，若發現養殖場畜禽糞便管理違反要求甚至對周圍環境造成污染，將交由環保部門對其污染事故進行相應處罰。丹麥政府還建立了完善的農業流域地下水水質監測系統，設置專門監測機構，嚴密監測農業生產活動集約區地下水質，并實時把監測水質報告發布在網絡上，以供公眾監督。

3、技術研發追求精益求精

考察團所訪問的大學及企業均十分重視技術的研發，研究者始終秉承嚴謹認真、專注深入、開放共享的科研態度，在研究計劃和研究裝置的制定方面重視整體性、系統性、合理性。奧胡斯大學的大型沼氣研發中試平臺，沼氣發酵罐體容量達到30 m3，為世界規模最大，同時罐體設置有上、中、下三個進料位，各種參數的在線監測系統完備，整個設計合理而全面，更有利于研究模擬厭氧發酵的實際生產情況；奧胡斯大學養殖環境模擬平臺總投入經費折合人民幣2000萬元，整個平臺可以完全模擬實際養殖生產環境，具備研究養殖飼喂到糞污處理各環節的實驗條件，同時配備有氣體自動監測與采集系統，可實現全方位實時氣體污染監測。所參觀的其他大學和企業的實驗室，如隆德大學沼氣研究實驗室、三家裝備企業均設有研發部門，都體現了對于技術研發的重視及精益求精的研究態度。

4、工程裝備支撐產業發展

丹麥和瑞典在糞污厭氧、好氧發酵及糞肥施用方面的設備及生產方面均已實現產業化、模塊化、標準化，已經形成了較為完善的裝備與生產體系。以丹麥的糞污管理與糞肥施用裝備為典型，如B公司研發生產的畜舍通風及空氣凈化設備、養殖場配備的糞污酸化系統、A公司研發生產的固態和液態糞肥施用裝備及在線監測設備等，都起到了減少污染或提高肥效的作用，貫穿于糞污產生到儲存利用各個方面；以瑞典的沼氣工程設備為典型，包含厭氧發酵裝備、沼氣凈化提純設備、工程監控設備、生物天然氣利用設備（如沼氣汽車、火車）等，涵蓋沼氣全產業鏈。

5、成熟模式提升綜合效益

經過多年的實踐，丹麥和瑞典在糞污及生物質能源的管理及利用方面建立起了適合自身發展的模式。

（1）瑞典生物天然氣商業化模式

瑞典政府十分重視可再生能源的發展，并承諾2020年后全面使用生物質燃料，放棄石油燃料，力爭成為世界上第一個全面使用可再生能源的無油國。在沼氣發展方面，由于瑞典沼氣發電的競爭力與其他清潔能源相比較弱，因此主要選擇的是沼氣發酵提純-壓縮運輸|并入天然氣管網-車用燃料的高值化商業模式。目前瑞典1/4的公共汽車、斯德哥爾摩3/5的出租車使用的是壓縮生物天然氣能源，壓縮生物天然氣加氣站遍布全國。同時，瑞典政府通過對沼氣使用實施免稅或減稅、提供發展沼氣的津貼等激勵政策，提高了沼氣產業的綜合效益，從而有效地促進產業健康發展。

（2）丹麥垃圾回收利用模式

丹麥每年產生的垃圾量達到1300萬噸，產生量是巨大的。丹麥通過將垃圾處理由“末端治理”轉變為“源頭減量”，實行垃圾分類，對不同類型的垃圾采取不同的回收利用方式，如通過集中堆肥處理生活垃圾、城市污泥和農作物秸稈，通過焚燒方式處理其他垃圾，對紙質和玻璃垃圾盡最大可能循環利用。同時，丹麥采取一系列經濟手段，如環境稅制度、押金制度、垃圾分類計量收費制度等，并通過一系列的法律、規章，強力推行這些制度，取得了良好的成效。

（3）丹麥糞污肥料化利用模式

丹麥畜禽糞肥利用模式十分完善。受20世紀70年代的環境污染教訓影響，其核心理念首先是注重環保，其次是養分供需平衡，強調糞污的過程管理和合理消納。丹麥對糞肥施放的時間、方式以及所有養殖場都有所要求，施用必須滿足“和諧原則”[3]，即養殖場的生產水平必須與可消耗糞肥的土地面積一致，與中國所提倡的“種養平衡”原則相似。“和諧原則”的內容要求在一次種植過程中，每公頃土地中施放的糞肥中氮的數量不能超過一定的總量。此外，養殖場還需規劃并遵循一個施放糞肥的時間計劃。施放糞肥的最佳時間的規劃應根據作物的生長周期而定，以保證在作物最需要肥料的生長階段能獲得足夠的肥料。

基于以上原則，丹麥農業部門制定了一個換算因素—動物單位（AU），來計量不同種類的動物對環境的影響。1個動物單位等于每年需產出單位重量的氮的某重量級別的一定數量的動物，據此，根據飼料、飼喂方式等各種條件，對各種飼養動物所產生的氮素進行精確地計算，同時結合同樣通過精確計算的作物每年的氮素吸收量，即可計算出目前的農用土地所能消納的動物飼養量。如果需要增加飼養量則需要有更多的土地進行消納多余的糞污，不能違反和諧原則。

6、創造條件支持科技創新

丹麥和瑞典科技發達，科技研發經費投入占目前國內生產總值的比重達到了3%以上（中國此項投入在2015年剛剛超過2%），使得兩國在科研發展方面有足夠的動力，從而持續推動科技創新和產業發展。所考察的三所大學，每個研究人員都有單獨的實驗室及定向培養的研究生，同時對博士按照大學臨時雇員身份對待，以保證其獲得較高的薪金待遇，使其可以安心開展科研工作。兩國的大學均十分積極地開展國際聯合科研合作，通過科研合作加強技術研發，如奧胡斯大學與中科院合作培養博士生開展多種原料厭氧發酵沼氣產氣潛力工藝研發，隆德大學與國家電網合作共建纖維素乙醇聯合實驗室。

瑞典推行“研究人員特權”規則，即研究成果（包括創新型成果）的專利歸研究人員個人擁有，這樣就賦予了研究人員極大的研究積極性，同時瑞典的大學有專門的機構去鼓勵研究人員把他們的技術成果進行商業化應用。如所訪問的碧普公司即為隆德大學劉京教授所創立，已成為了低氣體流量分析儀器領域的市場領導企業。

7、技能人才保障工程運行

專業技術人才是產業發展的最根本保障，在所參觀的企業、養殖場、工程，為考察團介紹相關情況的工作人員都表現出了較高的綜合職業素質，如負責瑞典馬爾默沼氣工程運行和管理的技術工人與國內沼氣工程管理人員相比，其對工程工藝的原理運行了解更加透徹，在工程運行遇到問題時基本可以獨立解決；A、B公司的技術研發部門的研發工程師及生產部門的技術工人，都具有很高的職業技術素養，有效保證了工程的良好運行和產品的高質量產出。

三、政策與工作建議

1、進一步完善糞污資源化利用政策法規

中國在糞肥管理、沼氣工程建設與管理方面頒布的政策法規并不少，近年來更是加大了相關政策及法規的制定和支持力度，目前來看有所收效，但并不很明顯。本次訪問對丹麥的糞肥管理和瑞典的沼氣工程相關政策法規有了較為全面的了解，尤其丹麥的糞肥管理政策法規遵循切合實際、尊重科學、循序漸進的原則，強調政策、法規等的實施要有漸進性和長效性，實施效果較好，值得中國在政策法規的制定方面參考借鑒。因此，加強研究如何制定具有可操作性強、循序漸進的的法律法規及政策，對未來中國的畜禽糞污治理與利用的長遠、健康發展，具有十分重要的指導和推動作用。

2、加大糞污資源化利用技術研發推廣力度

丹麥和瑞典在糞污資源化利用技術模式方面的研究成果成效顯著，其成功的核心原因是適應了當地的發展現實，這值得中國借鑒學習。中國幅員遼闊，各地區條件差異大，要因地制宜，應加強研發適合于國內各類典型區域發展的糞污資源化利用技術模式，積極摸索推進、不斷完善，同時建立示范點，以推進技術模式得到更好的推廣與應用。

3、深入開展農業廢棄物利用領域的國際科技合作交流

本次訪問交流時間較為短暫，在畜禽糞污治理技術與裝備引進與合作、沼氣提純及高值化利用等方面，雙方尚未進行深入的交流與討論。希望今后能夠有更加充分的時間，與國外研究專家共同參與兩方的科學研究工作，同時希望以后能邀請南丹麥大學、隆德大學專家來國內做學術報告，深入交流畜禽糞污管理、沼氣工程發展的技術與裝備研發，建立科技人員定期交流互訪機制，進行更深層次的合作。另外，也希望能夠與國外研究機構開展糞污資源化利用方面的長期合作，邀請專家以訪問學者的身份到中國進行合作研究。

4、積極引進相關領域高端科技人才

國內一些涉農單位（如中國農業大學）在丹麥和瑞典安排有大量的學習與研究人員，廣泛分布于歐洲各個大學、研究機構。考察團在訪問期間，在與當地學者進行了深入交流的同時，也與在從事相關研究的國內人員建立了密切的聯系，這對未來與歐洲開展深入合作有著重要的推進作用。在未來應加強與在歐開展相關領域研究專業人才的交流，提供優厚條件，吸引高端科技人才回國發展。

參考文獻

[1] 劉 京，劉志丹，袁憲正. 沼氣生產及利用—瑞典經驗[J]. 中國沼氣，2008： 38-41+50.

[2] 郭鴻鵬，徐北春，劉春霞，等. 丹麥農業生產水污染綜合防治政策及啟示[J]. 環境保護，2015： 68-71.

[3] Harbo N，楊 宇，錢金花. 丹麥糞肥管理法律與策略—對中國養殖業的啟示[J]. 今日養豬業，2015： 68-69.