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        畜禽養(yǎng)殖污水處理模式

        2020-12-18 08:26:00胡清泉楊仁燦常雅潔趙智勇
        養(yǎng)豬 2020年3期
        關(guān)鍵詞:污染源種養(yǎng)糞污

        胡清泉,楊仁燦,沙 茜,常雅潔,趙智勇

        (云南省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院畜禽養(yǎng)殖環(huán)境控制研究所,云南 昆明 650224)

        畜禽養(yǎng)殖業(yè)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的主體,在畜禽養(yǎng)殖業(yè)給經(jīng)濟發(fā)展帶來正面效益的同時,也給環(huán)境帶來了不可避免的負(fù)面影響。據(jù)2010年2月發(fā)布的《第一次全國污染源普查公報》中統(tǒng)計:目前我國農(nóng)業(yè)源化學(xué)需氧量(COD)和總氮排放量分別為1 324.09萬 t和270.46萬 t,分別占全國COD和總氮排放量的43.7%和53.1%。而畜禽養(yǎng)殖糞污作為農(nóng)業(yè)污染源的主要部分,其COD和氨氮排放量分別為1 268.26萬t和102.48萬 t,分別占農(nóng)業(yè)污染源總排放量的95.7%和37.9%,占全國總COD和氨氮排放量的41.9%和41.5%[1]。近年的污染普查國控監(jiān)測動態(tài)更新數(shù)據(jù)顯示,畜禽養(yǎng)殖污染物排放量在全國污染物排放總量中的占比有所上升。畜禽養(yǎng)殖污水已成為與工業(yè)廢水和生活污水一樣的污染源,其污染負(fù)荷甚至超過工業(yè)廢水和生活污水的總和,很大程度上危害了大氣、水體、土壤和生物,破壞了區(qū)域生態(tài)環(huán)境,以及地表水體和地下水水質(zhì)安全[2]。畜禽養(yǎng)殖污水帶來的環(huán)境危害引起了政府部門的高度重視。2015年,國務(wù)院《水污染防治行動計劃》中對畜禽養(yǎng)殖污染防治工作提出了明確的任務(wù)和時間要求,“十二五”開始,國家把畜禽養(yǎng)殖污染納入主要污染物總量減排范疇,并將規(guī)?;B(yǎng)殖場(小區(qū))作為減排重點?!掇r(nóng)業(yè)部關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》將畜禽養(yǎng)殖污染物基本實現(xiàn)資源化利用納入“一控兩減三基本”的目標(biāo)框架體系中,成立了工作領(lǐng)導(dǎo)小組,專門制定了推進畜禽污染物綜合利用的工作方案和行動方案,合力推進畜禽污染物治理。由此可見,畜禽養(yǎng)殖污染物處理已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)面源污染治理的重中之重,是部黨組“一控兩減三基本”目標(biāo)任務(wù)的核心內(nèi)容之一。2017年,國務(wù)院在《第一次全國污染源普查》的基礎(chǔ)上繼續(xù)開展《第二次全國污染源普查》工作,通過普查,掌握各類污染源的數(shù)量、行業(yè)和地區(qū)分布情況,了解主要污染物產(chǎn)生、排放和處理情況,建立健全重點污染源檔案、污染源信息數(shù)據(jù)庫和環(huán)境統(tǒng)計平臺。針對性地提出不同污染源處理和綜合利用技術(shù)方案,對于我國生態(tài)文明的建設(shè)具有強大的推動作用。目前研究人員和設(shè)計者針對畜禽養(yǎng)殖污水的特征,秉著畜禽養(yǎng)殖污水處理“無害化、減量化、資源化”的治污理念,相繼研發(fā)了不同處理技術(shù),并建立了相應(yīng)的養(yǎng)殖污水處理模式,主要有種養(yǎng)結(jié)合、清潔生產(chǎn)、達(dá)標(biāo)排放、集中處理等4種模式。這些模式均兼顧環(huán)境效益和經(jīng)濟效益,以較低成本解決環(huán)境污染,推動新型生態(tài)養(yǎng)殖模式的健康發(fā)展。

        1 種養(yǎng)結(jié)合

        種養(yǎng)結(jié)合是一種結(jié)合種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。它是將畜禽糞便污水作為種植農(nóng)作物肥料的傳統(tǒng)而經(jīng)濟有效的處置方法,可使畜禽糞尿不排往外界環(huán)境,達(dá)到污染物零排放,同時種植業(yè)生產(chǎn)的作物又能夠給養(yǎng)殖業(yè)提供食源,種養(yǎng)結(jié)合能夠充分將物質(zhì)和能量在動物和植物之間進行轉(zhuǎn)換及良好的循環(huán)[3]。該模式適用于遠(yuǎn)離城市、土地寬廣且有足夠農(nóng)田消納糞便污水的經(jīng)濟落后地區(qū),特別是種植常年需施肥作物的地區(qū),要求養(yǎng)殖場規(guī)模較小。經(jīng)過幾十年的畜禽養(yǎng)殖環(huán)境管理實踐和經(jīng)驗教訓(xùn),發(fā)達(dá)國家基于對農(nóng)業(yè)高度專業(yè)化的反思而提出農(nóng)牧結(jié)合的生產(chǎn)方式是最有利于環(huán)境保護的模式。美國約90%的養(yǎng)殖場采用種養(yǎng)結(jié)合處理畜禽廢棄物,糞便污水在施用前一般未經(jīng)專門厭氧消化裝置厭氧發(fā)酵,而是貯存一定時間后直接灌田。英國和其他歐洲國家已開始改變飼養(yǎng)工藝,由水沖式清洗糞尿回歸到傳統(tǒng)的稻草或作物秸稈鋪墊吸收糞尿,然后制肥還田。日本于20世紀(jì)70年代始又大力推廣糞便污水還田的種養(yǎng)結(jié)合模式[4]。德國等歐洲國家將畜禽糞便污水經(jīng)過厭氧消化后再進行還田利用,以達(dá)到殺滅寄生蟲卵和病原菌的目的。我國一般通過沼氣厭氧消化后再還田利用,經(jīng)過厭氧發(fā)酵可回收能源甲烷(CH4),減少溫室氣體排放,且能殺滅部分寄生蟲卵和病原微生物。國外對畜禽糞便污水種養(yǎng)結(jié)合利用的研究主要側(cè)重于安全性評估以及減少風(fēng)險的措施[5]。我國主要著眼于畜禽糞便污水厭氧消化液(沼液)對土壤改良及增產(chǎn)效果研究,而對其副作用即長期施用所產(chǎn)生的危害尚未引起足夠重視。

        實施種養(yǎng)結(jié)合的核心是種養(yǎng)平衡。常維娜等[6]提出“以種定養(yǎng)”是從種養(yǎng)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的角度合理規(guī)劃養(yǎng)殖規(guī)模;“以養(yǎng)促種”是通過畜禽糞便無害化處理和科學(xué)合理地還田利用等手段,降低環(huán)境風(fēng)險。胡春明等[7]研究指出養(yǎng)殖場糞肥與農(nóng)田負(fù)荷量的種養(yǎng)平衡實質(zhì)是在允許一定盈余基礎(chǔ)上的元素平衡。被普遍關(guān)注的是氮平衡,國際上對農(nóng)田的氮施入量已有相關(guān)探索。歐盟委員會[8]確定每年投入農(nóng)田氮的最高限額為 170 kg/hm2,荷蘭[9-10]深入關(guān)注農(nóng)田氮平衡,將農(nóng)田氮盈余的最高限量暫定為60.0 kg/hm2。相比之下,我國暫時未出臺強制性規(guī)定,但國內(nèi)已有相關(guān)研究。朱兆良院士[11]結(jié)合我國農(nóng)田實際情況提出,每季作物的施氮量宜控制在150~180 kg/hm2。有研究表明,我國單位耕地面積的年氮素施用量目前已高達(dá)317 kg/hm2[12],遠(yuǎn)高于國內(nèi)外提出的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。為此,2001年環(huán)保部出臺《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 81—2001)中提出了糞污水處理處置的優(yōu)先考慮原則:在選址上堅持農(nóng)牧結(jié)合、種養(yǎng)平衡的原則,提倡根據(jù)場區(qū)土地消納能力定養(yǎng)殖規(guī)模。確定農(nóng)田負(fù)荷量,是實現(xiàn)土地消納能力與養(yǎng)殖場糞污量之間的種養(yǎng)平衡時養(yǎng)殖場選址和規(guī)模確定以及污染防治的關(guān)鍵。實施種養(yǎng)結(jié)合模式,推進畜牧業(yè)綠色發(fā)展,是2016年中央一號文件提出的發(fā)展理念,也是治理畜禽環(huán)境污染模式中投資最少、資源化最大的治理模式。

        2 清潔生產(chǎn)

        畜禽養(yǎng)殖業(yè)的清潔生產(chǎn)是將畜禽養(yǎng)殖污染預(yù)防戰(zhàn)略持續(xù)應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)全過程,通過采用科學(xué)合理的飼糧配方、先進的清糞工藝和飼養(yǎng)管理技術(shù),提高資源利用率,減少污染物排放,以降低對環(huán)境和人類的危害[13]。該模式主要適用于農(nóng)田面積不足或缺乏,無法對糞肥進行農(nóng)田利用(種養(yǎng)結(jié)合)的養(yǎng)殖場。其主要特點是養(yǎng)殖全程節(jié)水,可減少養(yǎng)殖業(yè)的水資源消耗;污水產(chǎn)生量減少,降低糞污處理成本;通過再生利用增加收入,促進畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。全面推行清潔生產(chǎn)的實踐始于美國,美國國會1990年10月通過《污染預(yù)防法》,從法律上確認(rèn),污染首先應(yīng)當(dāng)削減或消除在其產(chǎn)生之前,污染預(yù)防是美國的一項基本國策[14]。法國政府為防治或減少廢物的產(chǎn)生制訂了采用“清潔工藝”生產(chǎn)生態(tài)產(chǎn)品及回收利用和綜合利用廢物等一系列政策。加拿大政府為廢物管理確定了新的方向,他們制訂了資源和能源保護技術(shù)的開發(fā)和示范規(guī)則,其目的是促進開展減少廢物和循環(huán)利用及回收利用廢物的工作。在我國清潔生產(chǎn)首先是用于工業(yè)領(lǐng)域的污染防治。1992年原國家環(huán)保局與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署召開了我國第一次清潔生產(chǎn)研討會。1999年,國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會發(fā)布了《關(guān)于實施清潔生產(chǎn)示范試點的通知》,實施安排了一大批清潔生產(chǎn)示范項目[15]。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國已在20多個省、市、自治區(qū)的20多個行業(yè)、約400家企業(yè)開展了清潔生產(chǎn)審計,建立了20個行業(yè)或地方的清潔生產(chǎn)中心[16]。后來,畜禽養(yǎng)殖業(yè)中也推行清潔生產(chǎn),它是解決我國規(guī)?;B(yǎng)殖場環(huán)境問題、生產(chǎn)安全合格畜產(chǎn)品、實現(xiàn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。畜禽養(yǎng)殖業(yè)的清潔生產(chǎn)貫穿兩個全過程控制,即生產(chǎn)全過程控制和廢棄物處置的全過程控制。畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄物的處置主要是進行減量化、資源化處置,即通過適宜的手段減少和減小固體廢棄物及污水的數(shù)量和容積,使其更適合于收集、運輸、貯存和處理?!皽p量化”主要通過生態(tài)營養(yǎng)飼料的研制減少畜禽糞便和有害氣體排放量,以及采用科學(xué)的清糞方式和節(jié)水、飲水技術(shù)等途徑來實現(xiàn)。畜禽養(yǎng)殖污水處理達(dá)標(biāo)后可以用作中水進行回用。

        3 達(dá)標(biāo)排放

        達(dá)標(biāo)排放模式是大型規(guī)模養(yǎng)殖場采用機械干清糞、干濕分離等節(jié)水控污措施,控制污水產(chǎn)生量和污染物濃度,污水通過厭氧、好氧生化處理、物化深度處理及氧化塘、人工濕地等自然處理出水質(zhì)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)和總量控制要求,固體糞便通過堆肥發(fā)酵等方式生產(chǎn)有機肥和復(fù)合肥。該模式主要應(yīng)用在耕地畜禽承載能力有限的區(qū)域。達(dá)標(biāo)排放模式采用的主要技術(shù)有自然處理(氧化塘、人工濕地)、好氧處理(A-O工藝、SBR工藝)、厭氧-好氧處理、物化處理(絮凝、氧化、吸附)。自然處理主要適用于土地多、氣候好、規(guī)模小的養(yǎng)殖場,試驗證明只要有足夠的土地面積,都能達(dá)標(biāo)排放。美國墨西哥灣項目調(diào)查結(jié)果表明[17],通過人工濕地處理系統(tǒng),各污染物的平均去除效率分別為生物需氧量(BOD5)65%,氨氮(NH3-N)為48%、總磷(TP)為42%。好氧處理主要適用于土地資源緊張、沼液難以消納、污水濃度不太高、規(guī)模較大的養(yǎng)殖場,意大利、美國等一些豬場已經(jīng)建立了自己的好氧處理工程參數(shù)。厭氧-好氧處理適用條件和好氧處理相似,我國自20世紀(jì)70年代建設(shè)了一批厭氧-好氧處理(沼氣)研究項目和示范工程以來,通過其處理技術(shù)的不斷完善和發(fā)展,厭氧-好氧處理(沼氣)技術(shù)已成為我國大中型畜禽養(yǎng)殖糞污處理的主要方式之一。物化處理主要適用于對環(huán)保要求高、出水濃度較低的養(yǎng)殖場。物化處理占地面積小,出水水質(zhì)較好,但投資大,運行管理復(fù)雜,運行費用昂貴,每噸處理費用約為5.60元左右。

        4 集中處理

        集中處理是在養(yǎng)殖密集區(qū),依托規(guī)?;B(yǎng)殖場或?qū)iT的糞污處理中心,對周邊養(yǎng)殖場的糞便或污水進行收集并集中處理。處理后的產(chǎn)物作為有機肥、能源等進行利用。主要適用于環(huán)境敏感區(qū)域、小型養(yǎng)殖場集中區(qū)等。在我國江蘇、上海、浙江等地的小型養(yǎng)殖小區(qū)或小型分散養(yǎng)殖戶地區(qū)多采用集中處理模式。目前江蘇省已在太湖流域建設(shè)畜禽糞便收集處理中心共23個,有機肥年生產(chǎn)能力合計達(dá)到了43.54萬 t,年消納畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、食用菌渣等廢棄物共140.8萬t[18]。集中處理模式已經(jīng)成為小型養(yǎng)殖小區(qū)或分散養(yǎng)殖戶處理畜禽養(yǎng)殖廢棄物的主要方式之一,這主要是由于小型養(yǎng)殖小區(qū)或分散養(yǎng)殖戶不成規(guī)模飼養(yǎng),養(yǎng)殖數(shù)量年度動態(tài)變化較大,環(huán)境意識差,建場無規(guī)劃、無環(huán)境評價,普遍缺少污水收集系統(tǒng),廢棄物處理設(shè)施簡陋,處理成本較高,養(yǎng)殖戶不愿意且無力單獨進行畜禽糞污治理。采用集中處理模式從根本上解決小型分散畜禽養(yǎng)殖場污染問題,建立“物業(yè)化管理、專業(yè)化收集、無害化處理、商品化造肥、市場化運作”的區(qū)域型畜禽糞污集中收集處理中心模式,培育了一批規(guī)模大、競爭力強、質(zhì)量好、效益高的處理中心,有效地解決了小型分散養(yǎng)殖糞污難以處置的問題,摸索出一條行之有效、獨具特色的農(nóng)業(yè)面源污染治理與農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護的新路子。

        總之,畜禽糞污處理應(yīng)本著“綜合利用優(yōu)先、減量化、資源化、無害化和運行費用低廉化”的處理原則,因地制宜選擇適合的處理模式。同時隨著國家和科研人員對畜禽環(huán)境的關(guān)注度越來越高,高效、經(jīng)濟、生態(tài)的處理模式必將成為今后的研究重點。

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