文/姜彩紅 吳根義,* 歐瑋祺 何文博 宣 夢(mèng) 李 婧
(1環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所;2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院)
對(duì)畜禽養(yǎng)殖糞污資源化利用的思考
文/姜彩紅1吳根義1,2*歐瑋祺2何文博2宣 夢(mèng)2李 婧2
(1環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所;2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院)
吳根義,湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師,環(huán)保部華南環(huán)境科學(xué)研究所研究員、農(nóng)業(yè)污染防治團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人,環(huán)保部農(nóng)業(yè)污染防治技術(shù)支持專家。長(zhǎng)期從事農(nóng)業(yè)面源污染防治、畜禽養(yǎng)殖污染總量減排技術(shù)與管理政策等方面的研究工作?,F(xiàn)作為主要技術(shù)人員協(xié)助環(huán)保部開(kāi)展第二次全國(guó)污染源普查(農(nóng)業(yè)源)和規(guī)?;笄蒺B(yǎng)殖排污許可證發(fā)放工作。近5年來(lái)在本研究領(lǐng)域先后承擔(dān)了科技部、環(huán)保部、農(nóng)業(yè)部和各級(jí)地方研究課題10余項(xiàng),在各類核心期刊發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文60余篇,承接畜禽養(yǎng)殖污染治理和工業(yè)廢水治理項(xiàng)目20余項(xiàng)。
面對(duì)畜禽養(yǎng)殖污染問(wèn)題日益突出的現(xiàn)狀,在國(guó)家相關(guān)政策的引導(dǎo)下,有效推進(jìn)畜禽糞污資源化利用進(jìn)程是當(dāng)前畜禽養(yǎng)殖防污治污工作的重點(diǎn)。本文通過(guò)資料調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研等方式,結(jié)合現(xiàn)有研究成果,從利用標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)以及管理模式等方面對(duì)畜禽糞污資源化利用過(guò)程進(jìn)行深入研究,以期為全國(guó)糞污資源化利用工作的開(kāi)展提供參考。
隨著規(guī)?;笄蒺B(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展及環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的日益突出,政府部門、養(yǎng)殖企業(yè)等針對(duì)畜禽養(yǎng)殖糞污如何科學(xué)、有效處理的研究力度不斷增大,國(guó)家針對(duì)其的指導(dǎo)性政策也不斷出臺(tái)。2016年12月習(xí)近平總書(shū)記在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會(huì)議上提出:加快畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化,力爭(zhēng)在“十三五”時(shí)期基本解決大規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理和資源化問(wèn)題;2017年5月國(guó)務(wù)院發(fā)布了《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見(jiàn)》(國(guó)辦發(fā)〔2017〕48號(hào)),旨在推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物的資源化利用,促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展;為貫徹落實(shí)總書(shū)記的重要講話精神以及相關(guān)政策的指導(dǎo)性建議,2017年7月農(nóng)業(yè)部制定了《畜禽糞污資源化利用行動(dòng)方案(2017-2020年)》,以畜禽養(yǎng)殖廢棄物減量化產(chǎn)生、無(wú)害化處理、資源化利用為重點(diǎn),促進(jìn)畜禽糞污資源化利用,并準(zhǔn)備在“十三五”期間創(chuàng)建200個(gè)示范縣,整縣推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物綜合利用。由此,如何科學(xué)、合理地實(shí)現(xiàn)畜禽糞污資源化利用成為了當(dāng)下政府部門和畜禽養(yǎng)殖企業(yè)污染防治工作的重點(diǎn)。本文就畜禽糞污資源化利用過(guò)程中的利用標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)以及管理模式進(jìn)行深入分析,以期為各地區(qū)在此方面的工作開(kāi)展提供參考。
1.1 畜禽養(yǎng)殖糞污資源化利用的必要性
根據(jù)第一次污染源普查資料顯示,我國(guó)養(yǎng)殖專業(yè)戶和規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)生豬出欄5.59億頭,肉牛出欄2 299.7萬(wàn)頭,奶牛存欄1 242.2萬(wàn)頭,蛋雞存欄21.6億只,肉雞出欄77.6億只;COD排放量達(dá)到1 268.26萬(wàn)噸、總氮排放量達(dá)到102.48萬(wàn)噸、總磷排放量達(dá)到16.04萬(wàn)噸,COD的排放量約占全國(guó)總量的45%,總氮、總磷約占50%[1]。廖青等[2]在相關(guān)研究中提出1999年我國(guó)畜禽糞便產(chǎn)量為19億噸,到2009年增長(zhǎng)至32.64億噸[3]。據(jù)估算,至2020年,我國(guó)畜禽糞便的產(chǎn)生量將達(dá)到42.44億噸[4]。目前在我國(guó)主要污染物排放量中,農(nóng)業(yè)源排放的COD、氮、磷等主要污染物量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)工業(yè)與生活源,其中規(guī)?;笄蒺B(yǎng)殖污染物排放量占比最重,畜禽養(yǎng)殖業(yè)已使我國(guó)水環(huán)境污染呈現(xiàn)全面蔓延態(tài)勢(shì)。
我國(guó)畜禽養(yǎng)殖污染防治起步較晚,技術(shù)、政策與相關(guān)基礎(chǔ)研究不扎實(shí),規(guī)?;笄蒺B(yǎng)殖環(huán)境管理政策還在逐步制定與完善中,適用型技術(shù)模式相對(duì)缺乏。隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?;⒓s化的發(fā)展,越來(lái)越多的養(yǎng)殖企業(yè)參照工業(yè)企業(yè)以及發(fā)達(dá)國(guó)家的污染防治模式,采用工業(yè)化處理模式進(jìn)行畜禽糞污處理。工業(yè)化處理排放是指通過(guò)生物、化學(xué)、物理等綜合作用后,使廢水達(dá)標(biāo)排放,而由于這種處理方法投資成本高、運(yùn)行困難、操作難度大,不僅一般的養(yǎng)殖企業(yè)難以采用,且處理后的污水也不能完全滿足達(dá)標(biāo)排放的要求,因此并未能從根本上解決糞污處理問(wèn)題。
畜禽糞污其實(shí)是放錯(cuò)位置的農(nóng)業(yè)資源,其在不合適的時(shí)間排放到不合適的地方才成為污染物,經(jīng)過(guò)合理的前處理后,可以作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)肥料、能源得到有效的利用。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),種植業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá),大量的化肥施用也給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重污染,而畜禽糞污經(jīng)過(guò)合理的前處理后作為肥料還田利用,不僅可以有效處理畜禽糞污,還可解決種植業(yè)中化肥過(guò)量施用帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。
構(gòu)建“種養(yǎng)平衡、綜合利用”體系,實(shí)現(xiàn)物質(zhì)與能量的循環(huán),是當(dāng)前我國(guó)解決畜禽養(yǎng)殖污染的理想出路
1.2 畜禽糞污資源化利用的標(biāo)準(zhǔn)
針對(duì)畜禽糞污資源化利用,目前國(guó)家并未有統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),而由于對(duì)相關(guān)政策的把握不準(zhǔn)確以及受一些不合理利用方式的影響,目前有部分觀點(diǎn)認(rèn)為糞污還田利用必須達(dá)到農(nóng)田灌溉水標(biāo)準(zhǔn),甚至還有觀點(diǎn)認(rèn)為畜禽糞污還田也是污染排放過(guò)程。而事實(shí)上糞污資源化利用是指畜禽養(yǎng)殖活動(dòng)中產(chǎn)生的糞便和污水在符合國(guó)家和地方環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)施、場(chǎng)所貯存,經(jīng)無(wú)害化后合理用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(生產(chǎn)有機(jī)肥、施肥利用、養(yǎng)殖蚯蚓、種植食用菌、水產(chǎn)養(yǎng)殖等)的活動(dòng),實(shí)現(xiàn)畜禽廢棄物無(wú)害化、資源化利用的過(guò)程。《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》中也明確區(qū)分了畜禽糞污還田行為和排放行為,畜禽糞污經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理后,在與土地的消納能力相適應(yīng)的前提下,作為肥料還田不屬于排污行為,而向環(huán)境排放畜禽養(yǎng)殖廢棄物,應(yīng)該符合國(guó)家和地方規(guī)定的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和總量控制目標(biāo)。因此,目前針對(duì)糞污資源化利用的標(biāo)準(zhǔn),其關(guān)鍵在于有合理的前處理設(shè)施以及達(dá)到無(wú)害化利用標(biāo)準(zhǔn)。
雖然目前糞污資源化利用方式得到了大力推廣,但由于相關(guān)技術(shù)、政策指導(dǎo)的缺乏,導(dǎo)致其利用過(guò)程受阻。糞污資源化利用是一個(gè)涉及源頭、儲(chǔ)存、輸送、合理施用的過(guò)程,只有準(zhǔn)確把握了各處理過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn),才能真正有效地實(shí)現(xiàn)資源化利用。
2.1 清潔生產(chǎn)
糞污資源化利用的清潔生產(chǎn)過(guò)程主要體現(xiàn)在減少污染物產(chǎn)生量以及采用有利于糞污利用的清糞方式。畜禽飲水是養(yǎng)殖用水中的重要環(huán)節(jié),目前,大多數(shù)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)尤其是農(nóng)村地區(qū)的養(yǎng)殖場(chǎng),由于用水成本較低,大多忽視了飲用水的節(jié)水環(huán)節(jié),導(dǎo)致大多數(shù)原本清潔的飲用水流入畜禽欄舍與糞便、尿液混合,極大地增加了污染物產(chǎn)生量。彭河山等[5]在相關(guān)研究中通過(guò)具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)采用鴨嘴式與碗式飲水器改裝的組合式飲水器比普通的飲水器能夠減少生豬飲水過(guò)程中85%左右的污水產(chǎn)生量。因此,根據(jù)畜禽種類合理設(shè)計(jì)飲水方式、優(yōu)化飲水器結(jié)構(gòu)可以在一定程度上減少污水的產(chǎn)生量,實(shí)現(xiàn)畜禽清潔飲水。此外,清糞方式也是影響糞污資源化利用的重要過(guò)程,目前我國(guó)畜禽糞污的清糞方式主要為水沖糞和干清糞。水沖糞的特點(diǎn)是可以及時(shí)、有效地清除欄舍糞污,保持欄舍清潔,但其用水量大,且污水與糞便混合極大地增加了糞污中污染物濃度,給后續(xù)處理以及還田資源化利用運(yùn)輸過(guò)程增加了難度。而干清糞方式雖然對(duì)勞動(dòng)成本要求相對(duì)較高,但是其耗水量少,污水中污染物含量較低,便于后續(xù)處理及還田運(yùn)輸過(guò)程。因此,從污染防治角度以及糞污有效資源化利用的角度出發(fā),干清糞是畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)清糞方式的最佳選擇。
2.2 有效儲(chǔ)存
糞污的資源化利用過(guò)程因養(yǎng)殖場(chǎng)自身特點(diǎn)以及區(qū)域自然環(huán)境特征的不同而有著不同的前處理方式,但不論何種處理方式,糞污在資源化利用之前能夠有效、穩(wěn)定地儲(chǔ)存是至關(guān)重要的。目前,畜禽糞便資源化利用途徑主要包括簡(jiǎn)單堆肥農(nóng)用和有機(jī)肥生產(chǎn),污水主要為儲(chǔ)存農(nóng)用和沼氣生產(chǎn)。針對(duì)簡(jiǎn)單堆肥和儲(chǔ)存農(nóng)用模式,養(yǎng)殖場(chǎng)需根據(jù)養(yǎng)殖品種、規(guī)模和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植習(xí)慣,建設(shè)規(guī)范的糞便堆放場(chǎng)和污水儲(chǔ)存池,確保非農(nóng)業(yè)種植期糞污的有效儲(chǔ)存。《畜禽糞便無(wú)害化處理技術(shù)規(guī)范》(NY/T 1168-2006)中明確規(guī)定:糞污農(nóng)田利用時(shí),畜禽糞便貯存設(shè)施最小容積不能小于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用間隔最長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)養(yǎng)殖場(chǎng)糞便產(chǎn)生量。例如遼寧省由于自然氣候影響,冬季時(shí)間長(zhǎng)、氣溫低、農(nóng)業(yè)種植施肥時(shí)間短,其糞污貯存技術(shù)要求糞污儲(chǔ)存設(shè)施建設(shè)大小需確保糞污儲(chǔ)存時(shí)間為9個(gè)月。而針對(duì)有機(jī)肥生產(chǎn)和沼氣生產(chǎn)模式,其均需根據(jù)養(yǎng)殖規(guī)模和生產(chǎn)設(shè)施建設(shè)規(guī)模配套規(guī)范的糞污儲(chǔ)存設(shè)施,避免因糞污外溢而對(duì)周邊環(huán)境造成污染。
2.3 高效輸送
由于受自然條件、養(yǎng)殖場(chǎng)地環(huán)境等的限制,大部分養(yǎng)殖場(chǎng)附近并沒(méi)有配套能完全消納畜禽糞污的土地,經(jīng)過(guò)穩(wěn)定儲(chǔ)存或處理后的糞污仍需通過(guò)運(yùn)輸工具輸送一定的距離至消納土地。為避免糞污的資源化利用過(guò)程受阻,無(wú)論是就近消納還是輸送至遠(yuǎn)處消納,糞污從養(yǎng)殖場(chǎng)輸送至消納土地均需配套高效的輸送設(shè)施?!缎笄菁S便無(wú)害化處理技術(shù)規(guī)范》(NY/T 1168-2006)第七條規(guī)定:畜禽糞便收集、運(yùn)輸過(guò)程中必須采取防揚(yáng)散、防流失、防滲漏等環(huán)境污染防治措施。因此,養(yǎng)殖場(chǎng)在糞污還田過(guò)程中需根據(jù)自身?xiàng)l件以及自然地理環(huán)境采取經(jīng)濟(jì)、有效的糞污輸送設(shè)施,例如,針對(duì)消納土地較分散、距離較遠(yuǎn)的養(yǎng)殖場(chǎng),可以采取車輛運(yùn)輸方式;對(duì)于消納土地面積較廣、距離較近的養(yǎng)殖場(chǎng),可采取管道運(yùn)輸方式;而對(duì)于消納土地面積較廣、距離較遠(yuǎn)的養(yǎng)殖場(chǎng),則可以通過(guò)設(shè)置生態(tài)溝渠進(jìn)行糞污輸送。
2.4 合理施用
畜禽糞污資源化利用雖然可以有效處理畜禽糞污并解決種植業(yè)化肥過(guò)量施用帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題,但其也具有雙面性,即在一定時(shí)間內(nèi)單位土地面積對(duì)畜禽糞污的消納能力是有限的,超過(guò)這個(gè)限度,多余的氮、磷等元素將會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。從區(qū)域角度分析,地區(qū)畜牧業(yè)養(yǎng)殖規(guī)模應(yīng)該與承載畜禽廢棄物的耕地面積相聯(lián)系,其飼養(yǎng)密度應(yīng)不超過(guò)該地區(qū)耕地的最大承載能力。《畜禽養(yǎng)殖污染防治最佳可行技術(shù)指南》中提到,荷蘭南部地區(qū)畜牧業(yè)密集度最高,畜禽糞便產(chǎn)生量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求量,造成了土壤污染;孟岑等[6]研究湖南省金井河流域134.4 km2范圍內(nèi)畜禽養(yǎng)殖密度為3.46 AU/hm2,顯著高于現(xiàn)有化肥施用量條件下流域的實(shí)際承載力1.13 AU/hm2,給周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染;沈根祥等[7]通過(guò)對(duì)1993年上海市郊207個(gè)鄉(xiāng)和15個(gè)農(nóng)場(chǎng)畜禽糞便負(fù)荷程度的研究,指出27.3%的市郊地區(qū)畜禽糞便負(fù)荷量高出當(dāng)?shù)馗爻屑{能力,畜禽養(yǎng)殖企業(yè)布局很不合理,嚴(yán)重威脅環(huán)境。因此,通過(guò)運(yùn)用合理的核算方法,計(jì)算區(qū)域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖承載力,核定區(qū)域內(nèi)農(nóng)用地面積能承載的畜禽養(yǎng)殖數(shù)量,是實(shí)現(xiàn)畜禽糞污還田資源化利用的關(guān)鍵?,F(xiàn)有的畜禽養(yǎng)殖承載力計(jì)算方法主要有系統(tǒng)分析法、層次分析法、復(fù)種指數(shù)法、養(yǎng)分平衡法等,而養(yǎng)分平衡法由于研究準(zhǔn)確性高、范圍不受約束且計(jì)算較為簡(jiǎn)便,是目前應(yīng)用最為廣泛的方法,其原理是通過(guò)種植作物養(yǎng)分需求量和畜禽糞便養(yǎng)分產(chǎn)量來(lái)確定單位面積耕地可承載的畜禽數(shù)量。因此,在糞污資源化利用過(guò)程中,相關(guān)政府部門、主導(dǎo)企業(yè)等均需根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況,以畜禽環(huán)境承載量的核算結(jié)果為依據(jù),合理規(guī)劃畜禽養(yǎng)殖、種植產(chǎn)業(yè),確保畜禽糞污施用量不超過(guò)農(nóng)業(yè)種植施肥量,實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的種養(yǎng)平衡。
除了技術(shù)上的指導(dǎo),缺乏相應(yīng)的政策支持和管理模式引導(dǎo)也是影響和制約畜禽糞污資源化利用的一個(gè)重要因素。雖然目前國(guó)家對(duì)畜禽糞污防治越來(lái)越重視,但現(xiàn)有的防治政策、法規(guī)仍不完善,可操作性不強(qiáng),因此,各地區(qū)在國(guó)家相關(guān)政策的指導(dǎo)下,根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況探索合適的畜禽糞污資源化利用管理模式,有效指導(dǎo)區(qū)域種植、養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
目前我國(guó)畜禽糞污資源化利用管理模式主要分為三種:一是養(yǎng)殖企業(yè)主導(dǎo)模式,此模式適用于大規(guī)模養(yǎng)殖企業(yè)較多的區(qū)域,養(yǎng)殖企業(yè)通過(guò)自身配套消納土地、建設(shè)有機(jī)肥生產(chǎn)設(shè)施,以及向政府部門申請(qǐng)協(xié)調(diào)流轉(zhuǎn)土地或與周邊農(nóng)戶簽訂固定的糞污消納協(xié)議來(lái)保障糞污的資源化利用,此模式中政府部門需對(duì)養(yǎng)殖企業(yè)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督,并可根據(jù)對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)的監(jiān)督考核結(jié)果采取合理的賞罰措施,以此來(lái)保障模式的正常運(yùn)轉(zhuǎn),促進(jìn)區(qū)域產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。二是種植企業(yè)主導(dǎo)模式,此模式適用于畜禽養(yǎng)殖規(guī)模較小而種植業(yè)較為發(fā)達(dá)的區(qū)域,大型種植企業(yè)由于對(duì)肥料的需求較高,可承擔(dān)糞污處理設(shè)施建設(shè)、集中處理責(zé)任,在一定程度上減少了種植業(yè)的化肥施用,也減輕了中小型養(yǎng)殖企業(yè)糞污處理壓力,促進(jìn)養(yǎng)殖企業(yè)防污治污行為;但此模式也面臨畜禽糞便收集難、處理成本高等問(wèn)題,因此,政府部門在做好協(xié)調(diào)、引導(dǎo)工作的同時(shí),可設(shè)立專項(xiàng)扶持資金,在一定程度上對(duì)種植企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貼扶持。三是政府部門主導(dǎo)模式,政府部門通過(guò)建立資源化集中處理中心,發(fā)揮協(xié)調(diào)、引導(dǎo)、監(jiān)督作用,對(duì)畜禽養(yǎng)殖糞污進(jìn)行集中處理,并將資源化成果有償提供給種植企業(yè),以此實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)種養(yǎng)平衡。因此,不同區(qū)域根據(jù)自身特點(diǎn)選取并完善合適的糞污資源化利用管理模式,能夠極大地促進(jìn)糞污資源化利用進(jìn)程,保障畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展。
我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),而畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè),開(kāi)展畜禽糞便資源化利用技術(shù)不僅可以有效解決畜禽養(yǎng)殖污染問(wèn)題,更能促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文通過(guò)對(duì)畜禽養(yǎng)殖糞污資源化利用過(guò)程的深入分析,明確了畜禽糞污資源化利用的必要性和利用標(biāo)準(zhǔn),從清潔生產(chǎn)、有效儲(chǔ)存、高效運(yùn)輸、合理施用四方面對(duì)畜禽養(yǎng)殖糞污資源化利用過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)剖析,并提出了適合不同區(qū)域的糞污資源化利用管理模式,以期為全國(guó)糞污資源化利用工作的開(kāi)展提供參考,有效促進(jìn)畜禽養(yǎng)殖糞污資源化利用進(jìn)程。
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2017-07-20
國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng),農(nóng)業(yè)源控制管理制度與減排政策示范研究(2014ZX07602-004)
姜彩紅(1991-),湖南長(zhǎng)沙人,助理研究員,E-mail:871824599@qq.com
吳根義(1973-),湖南長(zhǎng)沙人,教授,E-mail:wugenyi99@163.com