薛穎昊， 魏莉麗， 徐志宇， 靳 拓， 王 樂(lè)

(1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站， 北京 100125； 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院， 鄭州 450000； 3.江西省新余市渝水區(qū)農(nóng)業(yè)局， 江西 新余 338025)

中國(guó)是畜禽養(yǎng)殖大國(guó)，畜禽種類繁多。改革開放以來(lái)，我國(guó)畜牧產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展、養(yǎng)殖規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)大。據(jù)2017年中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒顯示：2016年牲畜年底存欄量為105799.5萬(wàn)頭，家禽59億只，其中牛存欄量為10667.9萬(wàn)頭，占總量的10.08%；豬存欄量為43503.7萬(wàn)頭，占總量的41.12%[1]。但隨著畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；潭鹊牟粩嗵嵘?，“養(yǎng)豬不種地、種地不養(yǎng)豬”的現(xiàn)象在客觀上造成了畜禽糞污無(wú)處“還”的現(xiàn)象[2]，給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重影響，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。根據(jù)第一次全國(guó)污染普查公報(bào)顯示：規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖糞便產(chǎn)生量約為2.43億 t，其中COD，TN，TP等排放量是全國(guó)所有污染物總量的主要部分[3]，畜禽糞污污染已居農(nóng)業(yè)源污染之首[4]，畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化利用亟需推進(jìn)治理[5]。2017年底國(guó)務(wù)院出臺(tái)的《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)》，提出到2020年全國(guó)畜禽糞污綜合利用率達(dá)到75%以上、規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理設(shè)施裝備配套率達(dá)到95%以上、大型規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理設(shè)施裝備配套率提前一年達(dá)到100%的目標(biāo)[6]。雖然政府出臺(tái)的一系列相關(guān)扶持政策取得了顯著成效[7]，但目前仍缺乏區(qū)域畜禽廢棄物全量化處理利用方面的相關(guān)文獻(xiàn)和技術(shù)規(guī)范等。對(duì)此，在閱讀大量文獻(xiàn)并結(jié)合多年工作實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)域畜禽廢棄物全量處理利用的特性和相關(guān)技術(shù)模式進(jìn)行了概述和探討，希望為實(shí)現(xiàn)區(qū)域畜禽廢棄物全量化處理利用提供理念引導(dǎo)和技術(shù)支撐。

1 畜禽廢棄物的特性

畜禽糞污是指畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中的產(chǎn)生的廢棄物，包括糞、尿、墊塑、沖洗水、動(dòng)物尸體、飼料殘?jiān)统魵獾萚8]。由于廢棄物中墊塑和飼料殘?jiān)急群苄。瑒?dòng)物的尸體通常是單獨(dú)收集和處理的，臭氣產(chǎn)生后隨即揮發(fā)，畜禽廢棄物暫時(shí)不考慮這些物質(zhì)，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(shí)際上，畜禽對(duì)于飼料中氮、磷和鉀等吸收得很少，未被利用的養(yǎng)分將隨著糞尿排泄出來(lái)。針對(duì)不同畜禽分析各個(gè)時(shí)期糞便的特性，如表1～表3所示。

表1 不同時(shí)期生豬糞污特性

表2 不同時(shí)期奶牛/肉牛糞污特性

表3 不同時(shí)期家禽糞污特性

注:數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)普渡大學(xué)在印第安納州對(duì)不同畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的儲(chǔ)存糞污進(jìn)行長(zhǎng)期采樣分析。

2 畜禽糞污全量化處理利用的設(shè)計(jì)思路

區(qū)域畜禽糞污全量化處理利用應(yīng)按照“區(qū)域統(tǒng)籌、還田優(yōu)先、產(chǎn)業(yè)發(fā)展”的思路，客觀評(píng)估區(qū)域內(nèi)畜禽糞污的產(chǎn)生量與利用現(xiàn)狀，布局畜禽糞污資源化利用工程，建設(shè)糞污收儲(chǔ)運(yùn)體系，完善配套政策，構(gòu)建糞污全量利用的長(zhǎng)效機(jī)制。其主要設(shè)計(jì)思路如下：

(1)分析畜禽糞污的利用現(xiàn)狀并估算區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生量與可收集量[9]。采用座談和入戶調(diào)查相結(jié)合的方式，調(diào)研區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有不同方式的畜禽糞污的利用狀況(有機(jī)肥還田比例、儲(chǔ)存農(nóng)用、生產(chǎn)有機(jī)肥、沼氣發(fā)電等利用量)、相關(guān)的畜禽糞污利用數(shù)量和規(guī)模及其分布情況、沼液存貯點(diǎn)數(shù)量和面積、實(shí)際儲(chǔ)存能力。在考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、農(nóng)民收入情況、養(yǎng)殖種類是否具有典型性等因素的基礎(chǔ)上將所選擇調(diào)查的區(qū)域分縣、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、村三級(jí)進(jìn)行。入戶調(diào)查包括農(nóng)戶基本情況、畜禽養(yǎng)殖情況、糞污利用情況、農(nóng)業(yè)用肥情況、生活用能情況等方面內(nèi)容。依據(jù)對(duì)區(qū)域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖種類、養(yǎng)殖規(guī)模、存出欄比例、糞污產(chǎn)生比例等估算出糞污產(chǎn)生總量。依據(jù)養(yǎng)殖條件、收集方式、儲(chǔ)存農(nóng)用量及其他損耗等因素，估算出區(qū)域內(nèi)實(shí)際糞污可收集利用的數(shù)量。

(2)依據(jù)區(qū)域土地承載力確定畜禽糞污還田量及比例關(guān)系。糞污發(fā)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(fā)酵后的直接還田，還包括通過(guò)間接還田的方式如生產(chǎn)固體、液體有機(jī)肥和發(fā)酵后的沼渣還田。在統(tǒng)籌畜禽糞污還田時(shí)，應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面因素：一是區(qū)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(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)所必需還田的畜禽有機(jī)肥的數(shù)量，最大還田量是指單位面積的土地能夠承載畜禽有機(jī)肥還田的最大數(shù)量，適宜還田量是指在綜合作物產(chǎn)量、還田作業(yè)成本與保持土壤肥力等因素的基礎(chǔ)上確定的還田的數(shù)量。二是農(nóng)藝農(nóng)具與技術(shù)相配套，篩選相匹配的農(nóng)機(jī)具車輛及配套的還田技術(shù)，有效避免在過(guò)程中對(duì)作物產(chǎn)量產(chǎn)生不必要的負(fù)面影響，解決畜禽有機(jī)肥還田“如何還、還下去、還得好”的問(wèn)題。綜合考慮畜禽糞污利用的技術(shù)成熟度、二次污染程度、區(qū)域畜禽糞污收儲(chǔ)運(yùn)水平、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、節(jié)能減排效益、與政策規(guī)劃導(dǎo)向的協(xié)調(diào)程度等，優(yōu)選利用技術(shù)、構(gòu)建發(fā)展模式依據(jù)區(qū)域畜禽糞污綜合利用現(xiàn)狀，合理規(guī)劃好畜禽廢棄物用于肥料、基料、原料的數(shù)量比例，解決畜禽廢棄物“用得掉、用得好”的問(wèn)題。

(3)合理布局糞污收儲(chǔ)場(chǎng)地及健全畜禽有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)的政策保障體系。依據(jù)畜禽養(yǎng)殖的特性評(píng)估糞污收集的半徑和運(yùn)輸成本，確定糞污收集種類數(shù)量和范圍，科學(xué)合理地布局畜禽糞污儲(chǔ)存點(diǎn)，建設(shè)規(guī)模適宜的沼液儲(chǔ)存池，配套相關(guān)車輛和人員，同時(shí)構(gòu)建有機(jī)肥物流體系，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈各主體間的信息共享、利益共得和風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)，提高收儲(chǔ)運(yùn)效率，解決畜禽糞污資源化、全量化利用的問(wèn)題。同時(shí)構(gòu)建基于政策引導(dǎo)的市場(chǎng)化運(yùn)行的機(jī)制與體制，從資金投入、組織管理、技術(shù)支撐、法律規(guī)范等方面制定切實(shí)可行的保障措施，充分發(fā)揮養(yǎng)殖戶、合作社和企業(yè)的主體作用，解決好主體運(yùn)行責(zé)任與補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，切實(shí)推動(dòng)畜禽廢棄物全量化利用的可持續(xù)發(fā)展。

3 區(qū)域畜禽糞污全量化處理利用的技術(shù)模式

通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染防治重點(diǎn)區(qū)域和生豬養(yǎng)殖區(qū)的多次調(diào)研，以及各地開展的畜禽糞污全量化利用摸索實(shí)踐，歸納總結(jié)出“有機(jī)肥料還田型、多元循環(huán)利用型、產(chǎn)業(yè)利用主導(dǎo)型”等3種區(qū)域畜禽糞污全量化處理利用技術(shù)模式。

3.1 有機(jī)肥料還田型模式

有機(jī)肥料還田型模式是指以畜禽糞污經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理后以還田為目的，以固體和液體有機(jī)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(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單堆漚發(fā)酵等無(wú)害化處理后還田有助于補(bǔ)充土壤養(yǎng)分、提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。結(jié)合養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)實(shí)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(jī)肥后再還田。同時(shí)，配套完善的政策措施，政府除了要做好宣傳推廣和相關(guān)人員的技能培訓(xùn)，還要制定實(shí)施切合當(dāng)?shù)貙?shí)際的有機(jī)肥還田作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該模式要求糞污存儲(chǔ)收集、干濕分離、無(wú)害化處理、運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械設(shè)施在種類和數(shù)量上高度匹配，并配套適宜的有機(jī)肥還田技術(shù)。

衢州市寧蓮畜牧業(yè)公司是一家專業(yè)從事生豬養(yǎng)殖、有機(jī)肥加工等產(chǎn)銷一條龍的大型生豬生態(tài)養(yǎng)殖企業(yè)。該公司年出欄商品豬約3萬(wàn)頭，有機(jī)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(diǎn)在沼液利用上下功夫。厭氧發(fā)酵后的沼液通過(guò)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(guò)濾器、逐步多級(jí)纖維濾袋的作用進(jìn)一步固液分離，以達(dá)到膜集成分離裝置的進(jìn)水要求。經(jīng)過(guò)膜預(yù)處理裝置，去除沼液中全部肉眼可見(jiàn)的顆粒和大部分膠體物質(zhì)，沼液清澈呈亮黃色。最后一步是膜濃縮，利用膜的選擇透過(guò)性，將沼液中的氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及有機(jī)質(zhì)截留在濃縮液中，透過(guò)液可達(dá)標(biāo)排放(見(jiàn)圖1)。該工藝采用工業(yè)PLC控制下的集中控制方式運(yùn)行，按本技術(shù)設(shè)備處理100 t·d-1和濃縮10倍計(jì)算，年處理沼液約30000 t，獲得濃縮沼液3000 t，清潔循環(huán)水27000 t，年產(chǎn)值160.8萬(wàn)元，其中濃縮液產(chǎn)值150萬(wàn)元，節(jié)水減排產(chǎn)值10.8萬(wàn)元。

3.2 多元循環(huán)利用型模式

多元循環(huán)利用型模式是在客觀分析區(qū)域內(nèi)畜禽廢棄物的產(chǎn)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(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)畜禽糞污多元循環(huán)的利用模式，同時(shí)配備完善的社會(huì)化服務(wù)，強(qiáng)化政策扶持力度，構(gòu)建政府調(diào)控與市場(chǎng)運(yùn)行相結(jié)合的綜合機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)畜禽糞污全量化處理利用。該模式以循環(huán)為主，利用方式多元化，體現(xiàn)了“糞污-沼氣-發(fā)電、糞污-沼液-還田、糞污-有機(jī)肥-沼渣還田等”循環(huán)鏈條。該模式的重點(diǎn)在于原料的獲得和持續(xù)供給，需要政府對(duì)產(chǎn)業(yè)布局、政策配套、運(yùn)行管理等方面進(jìn)行調(diào)控。

浙江開啟能源科技有限公司是一家專業(yè)從事畜禽排泄物資源化綜合利用的企業(yè)，也是國(guó)內(nèi)首家以生豬排泄物為主要原料，融沼氣發(fā)電、余熱利用、有機(jī)肥生產(chǎn)、種養(yǎng)殖于一體的循環(huán)化發(fā)展示范企業(yè)[12]。該企業(yè)統(tǒng)一收集全縣規(guī)模豬場(chǎng)的豬糞，進(jìn)行沼氣發(fā)電和有機(jī)肥生產(chǎn)，同時(shí)在水稻等集中種植區(qū)建立沼液綜合利用示范基地，由沼肥專業(yè)服務(wù)公司統(tǒng)一進(jìn)行沼液運(yùn)送和施肥服務(wù)，實(shí)現(xiàn)“豬糞收集-沼氣發(fā)電-有機(jī)肥生產(chǎn)-種植業(yè)利用”的循環(huán)利用模式(見(jiàn)圖2)。

圖1 衢州市寧蓮畜牧業(yè)公司濃縮膜分離沼液技術(shù)工藝流程圖

該公司日處理畜禽糞便可達(dá)500 t，年收集能力達(dá)36萬(wàn)頭豬當(dāng)量，可年產(chǎn)沼氣約660萬(wàn) m3，年發(fā)電量可達(dá)1320萬(wàn)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(fā)電工藝流程圖

3.3 產(chǎn)業(yè)利用主導(dǎo)型模式

產(chǎn)業(yè)利用主導(dǎo)型模式是在考慮區(qū)域內(nèi)的自然條件、生產(chǎn)方式、經(jīng)濟(jì)水平等因素的基礎(chǔ)上，充分滿足畜禽有機(jī)肥還田補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)等基本需求的條件，通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)、設(shè)施裝備、資金政策等，扶持區(qū)域內(nèi)畜禽糞污綜合利用企業(yè)做大做強(qiáng)、形成沼氣產(chǎn)業(yè)，不僅解決了區(qū)域內(nèi)畜禽廢棄物的污染問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)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(zhì)的轉(zhuǎn)化。該模式是以企業(yè)為主導(dǎo)的市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)，企業(yè)完成從糞污收集、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加工以及轉(zhuǎn)化產(chǎn)品銷售的整個(gè)過(guò)程。通過(guò)消納畜禽糞污發(fā)展沼氣產(chǎn)業(yè)，在市場(chǎng)上公開交易，不僅經(jīng)濟(jì)效益良好，生態(tài)效益和社會(huì)效益也十分顯著。

新余羅坊沼氣站是2014年由江西正合環(huán)保工程有限公司投資建設(shè)并負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)的，是江西省首個(gè)城鎮(zhèn)沼氣集中供氣試點(diǎn)項(xiàng)目(見(jiàn)圖3)。該站主要利用羅坊鎮(zhèn)及周邊地區(qū)的畜禽糞污、稻草秸稈等為原料，經(jīng)過(guò)高溫消毒、生物分解等一系列無(wú)害化處理后，作為沼氣發(fā)酵的原料，實(shí)現(xiàn)畜禽廢棄物的資源化利用。羅坊沼氣站年處理農(nóng)業(yè)廢棄物約1.2萬(wàn)t，年產(chǎn)沼氣145萬(wàn) m3，沼氣經(jīng)過(guò)凈化處理后主要供給羅坊鎮(zhèn)6000戶居民做生活用氣，多余沼氣供給農(nóng)業(yè)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(jié)約45元。全年每戶可節(jié)省氣費(fèi)540元，羅坊鎮(zhèn)6000戶每年可節(jié)約324萬(wàn)元。該站產(chǎn)生的沼渣、沼液加工成固態(tài)、液態(tài)有機(jī)肥分別為0.22萬(wàn)t，3.3萬(wàn)t，可減少化肥量0.2萬(wàn)t，不斷提升土壤質(zhì)量，輻射帶動(dòng)周邊水稻田、蔬菜園、果園實(shí)現(xiàn)生態(tài)有機(jī)種植，促進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

圖3 新余羅坊沼氣站廢棄物資源化綜合利用流程圖

4 結(jié)論

做好畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用已成為促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)、實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興的一項(xiàng)重要內(nèi)容。要從根本上解決畜禽廢棄物的無(wú)序排放現(xiàn)象與污染環(huán)境問(wèn)題，關(guān)鍵是構(gòu)建區(qū)域范圍內(nèi)運(yùn)行穩(wěn)定的綜合利用體系和長(zhǎng)效健全的運(yùn)營(yíng)機(jī)制，推動(dòng)區(qū)域內(nèi)畜禽廢棄物的全量化處理利用。從畜禽糞污產(chǎn)生量與可收集量估算出發(fā)，因地制宜地優(yōu)化集成畜禽糞污肥料化和原料化利用技術(shù)，統(tǒng)籌好土壤肥力的持續(xù)提升與畜禽有機(jī)肥資源產(chǎn)業(yè)化利用之間的關(guān)系，合理布局畜禽廢棄物資源化利用產(chǎn)業(yè)和建設(shè)畜禽糞污存儲(chǔ)場(chǎng)地，構(gòu)建適合區(qū)域特點(diǎn)的技術(shù)模式與技術(shù)服務(wù)體系。建立健全政策保障機(jī)制，推動(dòng)畜禽糞污“全域、全程、全量”利用的長(zhǎng)效運(yùn)行與可持續(xù)發(fā)展，推進(jìn)農(nóng)業(yè)循環(huán)可持續(xù)發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)的畜禽廢棄物作為生物質(zhì)資源應(yīng)有的社會(huì)、生態(tài)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。