區域畜禽廢棄物全量化處理利用的模式探索

薛穎昊， 魏莉麗， 徐志宇， 靳 拓， 王 樂

(1.農業農村部農業生態與資源保護總站， 北京 100125； 2.河南農業大學 經濟與管理學院， 鄭州 450000； 3.江西省新余市渝水區農業局， 江西 新余 338025)

中國是畜禽養殖大國，畜禽種類繁多。改革開放以來，我國畜牧產業快速發展、養殖規模穩步擴大。據2017年中國農村統計年鑒顯示：2016年牲畜年底存欄量為105799.5萬頭，家禽59億只，其中牛存欄量為10667.9萬頭，占總量的10.08%；豬存欄量為43503.7萬頭，占總量的41.12%[1]。但隨著畜禽養殖規模化程度的不斷提升，“養豬不種地、種地不養豬”的現象在客觀上造成了畜禽糞污無處“還”的現象[2]，給環境帶來了嚴重影響，引起了社會的廣泛關注。根據第一次全國污染普查公報顯示：規模化畜禽養殖糞便產生量約為2.43億 t，其中COD，TN，TP等排放量是全國所有污染物總量的主要部分[3]，畜禽糞污污染已居農業源污染之首[4]，畜禽養殖廢棄物處理和資源化利用亟需推進治理[5]。2017年底國務院出臺的《關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見》，提出到2020年全國畜禽糞污綜合利用率達到75%以上、規模養殖場糞污處理設施裝備配套率達到95%以上、大型規模養殖場糞污處理設施裝備配套率提前一年達到100%的目標[6]。雖然政府出臺的一系列相關扶持政策取得了顯著成效[7]，但目前仍缺乏區域畜禽廢棄物全量化處理利用方面的相關文獻和技術規范等。對此，在閱讀大量文獻并結合多年工作實踐的基礎上，對區域畜禽廢棄物全量處理利用的特性和相關技術模式進行了概述和探討，希望為實現區域畜禽廢棄物全量化處理利用提供理念引導和技術支撐。

1 畜禽廢棄物的特性

畜禽糞污是指畜禽養殖過程中的產生的廢棄物，包括糞、尿、墊塑、沖洗水、動物尸體、飼料殘渣和臭氣等[8]。由于廢棄物中墊塑和飼料殘渣占比很小，動物的尸體通常是單獨收集和處理的，臭氣產生后隨即揮發，畜禽廢棄物暫時不考慮這些物質，主要研究畜禽糞、尿及其沖洗水形成的混合物。由于糞污是畜禽糞便、尿、沖洗水的混合物，凡是畜禽糞便和尿中成分都存在于糞污中。實際上，畜禽對于飼料中氮、磷和鉀等吸收得很少，未被利用的養分將隨著糞尿排泄出來。針對不同畜禽分析各個時期糞便的特性，如表1～表3所示。

表1 不同時期生豬糞污特性

表2 不同時期奶牛/肉牛糞污特性

表3 不同時期家禽糞污特性

注:數據來源于美國普渡大學在印第安納州對不同畜禽養殖場的儲存糞污進行長期采樣分析。

2 畜禽糞污全量化處理利用的設計思路

區域畜禽糞污全量化處理利用應按照“區域統籌、還田優先、產業發展”的思路，客觀評估區域內畜禽糞污的產生量與利用現狀，布局畜禽糞污資源化利用工程，建設糞污收儲運體系，完善配套政策，構建糞污全量利用的長效機制。其主要設計思路如下：

(1)分析畜禽糞污的利用現狀并估算區域內產生量與可收集量[9]。采用座談和入戶調查相結合的方式，調研區域內現有不同方式的畜禽糞污的利用狀況(有機肥還田比例、儲存農用、生產有機肥、沼氣發電等利用量)、相關的畜禽糞污利用數量和規模及其分布情況、沼液存貯點數量和面積、實際儲存能力。在考慮經濟發展狀況、農民收入情況、養殖種類是否具有典型性等因素的基礎上將所選擇調查的區域分縣、鄉(鎮)、村三級進行。入戶調查包括農戶基本情況、畜禽養殖情況、糞污利用情況、農業用肥情況、生活用能情況等方面內容。依據對區域內畜禽養殖種類、養殖規模、存出欄比例、糞污產生比例等估算出糞污產生總量。依據養殖條件、收集方式、儲存農用量及其他損耗等因素，估算出區域內實際糞污可收集利用的數量。

(2)依據區域土地承載力確定畜禽糞污還田量及比例關系。糞污發酵還田不僅是解決畜禽廢棄物出路的有效途徑，也是保持土壤肥力的必要措施，既包括收集糞污堆漚發酵后的直接還田，還包括通過間接還田的方式如生產固體、液體有機肥和發酵后的沼渣還田。在統籌畜禽糞污還田時，應考慮以下兩個方面因素：一是區域土地畜禽糞污承載力，這需要了解單位土地面積保持土壤肥力的最小畜禽糞污還田量、最大還田量、適宜還田量[10]。最小還田量是指為保持土壤肥力并補充土壤有機質所必需還田的畜禽有機肥的數量，最大還田量是指單位面積的土地能夠承載畜禽有機肥還田的最大數量，適宜還田量是指在綜合作物產量、還田作業成本與保持土壤肥力等因素的基礎上確定的還田的數量。二是農藝農具與技術相配套，篩選相匹配的農機具車輛及配套的還田技術，有效避免在過程中對作物產量產生不必要的負面影響，解決畜禽有機肥還田“如何還、還下去、還得好”的問題。綜合考慮畜禽糞污利用的技術成熟度、二次污染程度、區域畜禽糞污收儲運水平、社會經濟發展水平、節能減排效益、與政策規劃導向的協調程度等，優選利用技術、構建發展模式依據區域畜禽糞污綜合利用現狀，合理規劃好畜禽廢棄物用于肥料、基料、原料的數量比例，解決畜禽廢棄物“用得掉、用得好”的問題。

(3)合理布局糞污收儲場地及健全畜禽有機肥產業的政策保障體系。依據畜禽養殖的特性評估糞污收集的半徑和運輸成本，確定糞污收集種類數量和范圍，科學合理地布局畜禽糞污儲存點，建設規模適宜的沼液儲存池，配套相關車輛和人員，同時構建有機肥物流體系，實現供應鏈各主體間的信息共享、利益共得和風險共擔，提高收儲運效率，解決畜禽糞污資源化、全量化利用的問題。同時構建基于政策引導的市場化運行的機制與體制，從資金投入、組織管理、技術支撐、法律規范等方面制定切實可行的保障措施，充分發揮養殖戶、合作社和企業的主體作用，解決好主體運行責任與補償的問題，切實推動畜禽廢棄物全量化利用的可持續發展。

3 區域畜禽糞污全量化處理利用的技術模式

通過對農業面源污染防治重點區域和生豬養殖區的多次調研，以及各地開展的畜禽糞污全量化利用摸索實踐，歸納總結出“有機肥料還田型、多元循環利用型、產業利用主導型”等3種區域畜禽糞污全量化處理利用技術模式。

3.1 有機肥料還田型模式

有機肥料還田型模式是指以畜禽糞污經過無害化處理后以還田為目的，以固體和液體有機肥為主、其它利用方式為輔的畜禽糞污全量化處理利用格局。畜禽糞便經過簡單堆漚發酵等無害化處理后還田有助于補充土壤養分、提高土壤有機質含量。結合養殖業生產實際糞污量及直接還田的糞污量，將大部分的糞污加工成有機肥后再還田。同時，配套完善的政策措施，政府除了要做好宣傳推廣和相關人員的技能培訓，還要制定實施切合當地實際的有機肥還田作業標準。該模式要求糞污存儲收集、干濕分離、無害化處理、運輸等機械設施在種類和數量上高度匹配，并配套適宜的有機肥還田技術。

衢州市寧蓮畜牧業公司是一家專業從事生豬養殖、有機肥加工等產銷一條龍的大型生豬生態養殖企業。該公司年出欄商品豬約3萬頭，有機肥廠可年處理豬糞11000 t。在畜禽糞污處理利用中，該公司采取“兩分離，三配套”的工藝，重點在沼液利用上下功夫。厭氧發酵后的沼液通過沉淀池的自然沉淀分離出上清液，再利用氣浮池的微氣泡小顆粒吸附、快速高效過濾器、逐步多級纖維濾袋的作用進一步固液分離，以達到膜集成分離裝置的進水要求。經過膜預處理裝置，去除沼液中全部肉眼可見的顆粒和大部分膠體物質，沼液清澈呈亮黃色。最后一步是膜濃縮，利用膜的選擇透過性，將沼液中的氮、磷、鉀營養物質及有機質截留在濃縮液中，透過液可達標排放(見圖1)。該工藝采用工業PLC控制下的集中控制方式運行，按本技術設備處理100 t·d-1和濃縮10倍計算，年處理沼液約30000 t，獲得濃縮沼液3000 t，清潔循環水27000 t，年產值160.8萬元，其中濃縮液產值150萬元，節水減排產值10.8萬元。

3.2 多元循環利用型模式

多元循環利用型模式是在客觀分析區域內畜禽廢棄物的產生量、消納量、消納方式及剩余量的前提下[11]，整合畜禽糞污全量化處理利用的相關技術，實現畜禽糞污多元循環的利用模式，同時配備完善的社會化服務，強化政策扶持力度，構建政府調控與市場運行相結合的綜合機制，以實現區域內畜禽糞污全量化處理利用。該模式以循環為主，利用方式多元化，體現了“糞污-沼氣-發電、糞污-沼液-還田、糞污-有機肥-沼渣還田等”循環鏈條。該模式的重點在于原料的獲得和持續供給，需要政府對產業布局、政策配套、運行管理等方面進行調控。

浙江開啟能源科技有限公司是一家專業從事畜禽排泄物資源化綜合利用的企業，也是國內首家以生豬排泄物為主要原料，融沼氣發電、余熱利用、有機肥生產、種養殖于一體的循環化發展示范企業[12]。該企業統一收集全縣規模豬場的豬糞，進行沼氣發電和有機肥生產，同時在水稻等集中種植區建立沼液綜合利用示范基地，由沼肥專業服務公司統一進行沼液運送和施肥服務，實現“豬糞收集-沼氣發電-有機肥生產-種植業利用”的循環利用模式(見圖2)。

圖1 衢州市寧蓮畜牧業公司濃縮膜分離沼液技術工藝流程圖

該公司日處理畜禽糞便可達500 t，年收集能力達36萬頭豬當量，可年產沼氣約660萬 m3，年發電量可達1320萬kW·h。

圖2 浙江開啟能源科技有限公司廢棄物厭氧消化沼氣發電工藝流程圖

3.3 產業利用主導型模式

產業利用主導型模式是在考慮區域內的自然條件、生產方式、經濟水平等因素的基礎上，充分滿足畜禽有機肥還田補充土壤有機質等基本需求的條件，通過引進先進技術、設施裝備、資金政策等，扶持區域內畜禽糞污綜合利用企業做大做強、形成沼氣產業，不僅解決了區域內畜禽廢棄物的污染問題，同時實現畜禽廢棄物由糞污污染到資源型原料、由資源型原料到增值性商品的質的轉化。該模式是以企業為主導的市場化運營，企業完成從糞污收集、儲存、運輸、加工以及轉化產品銷售的整個過程。通過消納畜禽糞污發展沼氣產業，在市場上公開交易，不僅經濟效益良好，生態效益和社會效益也十分顯著。

新余羅坊沼氣站是2014年由江西正合環保工程有限公司投資建設并負責運營的，是江西省首個城鎮沼氣集中供氣試點項目(見圖3)。該站主要利用羅坊鎮及周邊地區的畜禽糞污、稻草秸稈等為原料，經過高溫消毒、生物分解等一系列無害化處理后，作為沼氣發酵的原料，實現畜禽廢棄物的資源化利用。羅坊沼氣站年處理農業廢棄物約1.2萬t，年產沼氣145萬 m3，沼氣經過凈化處理后主要供給羅坊鎮6000戶居民做生活用氣，多余沼氣供給農業廢棄物資源化綜合利用站滿足自身用能。以3口之家為例，月用沼氣約20 m3，同液化氣相比，每月可節約45元。全年每戶可節省氣費540元，羅坊鎮6000戶每年可節約324萬元。該站產生的沼渣、沼液加工成固態、液態有機肥分別為0.22萬t，3.3萬t，可減少化肥量0.2萬t，不斷提升土壤質量，輻射帶動周邊水稻田、蔬菜園、果園實現生態有機種植，促進傳統農業轉型升級。

圖3 新余羅坊沼氣站廢棄物資源化綜合利用流程圖

4 結論

做好畜禽養殖廢棄物資源化利用已成為促進農業可持續、實現鄉村振興的一項重要內容。要從根本上解決畜禽廢棄物的無序排放現象與污染環境問題，關鍵是構建區域范圍內運行穩定的綜合利用體系和長效健全的運營機制，推動區域內畜禽廢棄物的全量化處理利用。從畜禽糞污產生量與可收集量估算出發，因地制宜地優化集成畜禽糞污肥料化和原料化利用技術，統籌好土壤肥力的持續提升與畜禽有機肥資源產業化利用之間的關系，合理布局畜禽廢棄物資源化利用產業和建設畜禽糞污存儲場地，構建適合區域特點的技術模式與技術服務體系。建立健全政策保障機制，推動畜禽糞污“全域、全程、全量”利用的長效運行與可持續發展，推進農業循環可持續發展，真正實現養殖業的畜禽廢棄物作為生物質資源應有的社會、生態與經濟價值。