青島地區豬糞便資源測算及沼氣生產潛力評價

李培培 王建華 張寶珣 郝小靜 衣服德 劉開東

摘要：生豬產業是青島市畜牧業的支柱產業之一，為掌握其糞便排放量、養分供給量和資源化潛力，本文根據青島市豬業發展實際情況，估算了2016年該市豬糞便排放量、養分供給量以及沼氣生產潛力等。結果表明：2016年青島地區豬糞便排放量為296. 37萬t，糞便氮、磷養分供給量分別為9 121. 04 t和3 626. 95 t可生產沼氣量為6 401. 69萬m³），相當于減排糞便管理過程中的C0₂34. 07萬t;用生產的沼氣替代燃煤，則相當于減排C0₂24. 26萬t。應結合青島地區生豬產業特點，集成和研發適合本地區的豬糞便沼氣處理技術，加快豬糞便資源化進程。

關鍵詞：豬;糞便;沼氣;資源化

中圖分類號：S216.4

文獻標志碼：A

文章編號：1001-0769（2018）10-0038-03

畜牧業的規模化、集約化、現代化發展，在保障畜禽產品供給的同時，也帶來了畜禽糞便利用不當導致的潛在環境污染問題，成為農村面源污染的主要來源C0^[1]。畜禽糞便又含有大量有機物及豐富的氮、磷、鉀等營養物質，是種植業的寶貴資源。隨著國家和民眾對生態環境的重視和鄉村振興戰略的實施，畜禽糞便無害化處理和資源化利用成為解決畜禽養殖污染的不二之選。畜禽糞便沼氣技術是以畜禽糞便厭氧發酵為手段，以能源生產為目標，最終實現沼氣、沼液、沼渣綜合利用的生態環保技術^[2-3]，是一種有效的資源化利用方式，對能源再生和保護環境意義重大。

生豬產業作為青島地區畜牧業的支柱產業之一，2016年糞便排放量占青島市畜禽糞便總排放量的45. 81%，為發展沼氣工程提供了豐富的物質條件。本文根據青島市生豬產業發展情況，估算了青島各區市豬糞便排放量、氮和磷元素的供給量，分析了豬糞便沼氣化開發利用后的能源潛力和對溫室氣體的減排潛力，以期為指導青島地區豬糞便能源化、發展都市型高端特色現代畜牧業、探索健康可持續發展的生豬健康養殖模式提供理論依據。

1 材料與方法

青島市2016年豬存出欄數據見表1，該年度能繁母豬存欄為19. 06萬頭，生豬出欄294. 86萬頭;其中平度市能繁母豬存欄、生豬出欄量均最多;嶗山區2017年底實現全區禁養。2012年-2016年能繁母豬存欄量基本呈逐年下降趨勢;2013年生豬出欄量最多，為382. 57萬頭。

1.2研究方法

1.2.1豬糞便排放量

有關文獻、標準^[4-7]的豬糞便排泄系數存在差異，本文所用排泄系數根據實際調研結果確定，具體見表2。并根據調研結果確定飼養周期，能繁母豬按全年計算，生豬按200 d計算。

畜禽排泄系數，乘以該畜禽養殖數量以及飼養周期，可測算出畜禽糞便排放量。豬年糞便排放量計算公式如下^[8]：

式中：Q為年糞便排放量;P為排泄系數;N為飼養量;T為飼養周期。

1.2.2豬糞便氮、磷供給量

糞便中的有機質、氮、磷含量基本保持穩定，根據國家環保總局陽1推薦數據，得出豬糞便氮、磷養分含量，見表3。

研究表明，我國畜禽糞便養分損失率為30%～40%，一般按損失率30%計算^[10]。豬糞便養分供給量計算公式為：

A=Q×c×（l-r）

式中：A為糞便中污染物含量c為單位質量糞便氮、磷含量;r為豬糞便管理過程中的損失率，30%。

1.2.3沼氣生產潛力

畜禽糞便沼氣產生量一般依據其干物質含量估算（表2），豬糞便產氣率為0.2 m³/kg^[11]。

沼氣生產潛力估算公式為：

Y=Q×D×β

式中：Y為豬糞便沼氣產量;D為畜禽糞便干物質含量;β為畜禽糞便產氣率。

1.2.4溫室氣體減排潛力

畜禽糞便沼氣發酵技術對溫室氣體減排的影響^[2，11]主要表現在：畜禽糞便經沼氣發酵處理，減少了CH₄、N₂0排放;生產的沼氣用于生產、生活，減少了CO₂的排放。根據《低碳發展及溫室氣體清單編制培訓教材》^[12]中的方法對該地區豬糞便管理過程中溫室氣體的排放量進行估算，公式為：

E enteric=EF enteric×AP×10^-3

式中：E enteric為某種溫室氣體的排放量，t/a;EF enteric為某種氣體的排放因子（表4），kg/頭a;AP為年度豬平均飼養量。

溫室氣體排放潛力以C0₂當量（C0₂-eq）計，CH₄和N₂0在100 a時間尺度上的全球增溫潛勢分別為等質量CO₂的28倍和265倍^[13]。1 m³沼氣可以替代2 kg煤炭，相當于減少CO₂排放量3.79 kg^[14]。

2 結果與分析

2.1豬糞便排放量

2016年，青島市豬糞便排放量為296. 37萬t，其中糞125.96萬t，尿170. 41萬t（表5）。從區域看，平度市豬糞便排放量最高，為94. 71萬t，占全市排放量的31. 96%。其次為萊西市，68. 85萬t。

2.2豬糞便氮、磷養分供給量

2016年，青島市豬糞便氮、磷供給量為9 121. 04 t和3 626. 95 t（表5），本年度全市氮、磷化肥施用量分別為4. 86萬t和1.23萬t（折純），如果豬糞便能夠有效利用，則可以節約化肥氮、磷施用量的18. 77%和29. 49%。

2.3沼氣產生量

2016年，青島地區豬糞便全部沼氣化利用，則生產沼氣量為6 401. 69萬m³，見表6。平度市豬糞便生產沼氣量最多，為2 041. 65萬m³。其余依次為萊西市、黃島區、膠州市、即墨市、城陽區、嶗山區。按照沼氣中CH4含量為60%，天然氣中CH4含量為90%，則2016年青島地區豬糞便生產的沼氣可以折算為天然氣4 267. 79萬m³，占該年度全市生活用天然氣2.7億m³的15. 81%，對于能源再生和資源的循環利用具有重要意義。

2.4溫室氣體減排

2016年，若青島地區豬糞便全部用于沼氣生產，能夠減少糞便管理過程中的CH4和N00排放量分別為2 134. 97 t和73. 55 t，相當于減排CO₂34. 07萬t（表6）;如果生產的沼氣用于替代燃煤，則相當于減排CO₂24. 26萬t。兩項合計CO₂減排量為58. 33萬t，減排潛力巨大。

3 討論

習近平總書記在生態環保大會上的講話中明確指出：綠水青山就是金山銀山。要求全面推動綠色發展，要把解決突出生態環境問題作為民生優先領域。豬糞（干基）中的有機質含量為58.1%，N含量22.7 g/kg，P₂O₅含量為44.2 g/kg，K₂O含量為15.0 g/kg，對改善土壤質地、培養地力、解決土壤板結問題的作用是化肥無可比擬的。因此，豬糞便處理應堅持無害化、資源化原則，解決其利用不當導致的環境問題，實現資源的循環利用，發展農業循環經濟。

沼氣技術是畜禽糞便資源化比較成熟和有效的方法之一，可以去除肥水中的化學需氧量、生化需氧量，滅活其中的病原微生物，減少水體、土壤污染，保護生態環境。生產的沼氣可用于畜禽養殖場供熱、發電等，沼液、沼渣還田，使資源得到充分利用;還可以有效減少畜禽糞便管理過程中溫室氣體的排放量，所以青島市生豬產業應倡導糞便沼氣化利用，在養殖過程中盡可能降低能耗、減少溫室氣體和碳的排放，減輕對環境的污染。

從保護生態環境和發展高端特色現代畜牧業的角度出發，青島市應開展符合本土生豬產業特點的沼氣技術研究，加快豬糞便資源化利用步伐，推進生豬產業的可持續發展。