四川省规模化畜禽养殖污染治理技术水平分析

韦娅俪，田庆华，王　维

(四川省环境保护科学研究院，成都　610041)

· 治理技术 ·

四川省规模化畜禽养殖污染治理技术水平分析

韦娅俪，田庆华，王维

(四川省环境保护科学研究院，成都610041)

四川省是我国畜禽养殖业大省，正由分散养殖向规模化转变，目前已成为四川省水环境污染主要因素和主要治理对象。根据四川省环境统计数据，对规模化畜禽养殖业污染现状及污染治理技术进行了分析。结果表明：全省统计的规模化养殖场和养殖小区达6598个， COD去除率较高，均大于80%，但总氮去除率较低、大部分企业总氮去除率在40%以下；采用垫草垫料清粪方式的养殖场其COD、总氮、总磷及氨氮的削减率均最高，干清粪次之，水冲粪污染物减排效果最差；有农业配套消纳土地、沼气生产设施和有机肥生产设施的养殖场污染物削减率明显高于无农业配套消纳土地、沼气生产设施和有机肥生产设施的养殖场；采用治理达标模式的末端处理工艺对氮、磷等营养元素物质的去除效果显著，其中“厌氧+好氧+深度处理”工艺对污染物的去除效率最高。

规模化；畜禽养殖；污染现状；污染治理技术

1　前　言

传统畜牧业生产是以农家个体饲养为主，其产生的粪尿相对较少，畜禽粪便一直被作为土壤肥料的重要来源。至20世纪80年代中期由于我国畜禽养殖规模扩大，生产集约化程度不断提高，畜禽养殖产生的废弃物处理成本高；同时伴随化肥工业的迅速发展，农业生产大量使用化肥，使有机粪肥大量闲置，禽畜粪便不能及时还田，开始形成畜禽粪便对环境的污染[1]。调查显示我国畜禽粪便总体土地负荷警戒值已达到0.49(正常值应 <0.40)，该值已体现出一定的环境胁迫水平和较严重的环境压力[2]。1995 年美国审计署( GAO) 对参议院报告认为畜禽粪便是美国水域中总 N、P 进入水体的主要来源，它比传统的污染源( 市政、工业) 更持久。

国内外治理畜禽粪便主要分为产前、 产中和产后治理，产前主要是制定相关政策，规划布局，优化畜牧场设计方案，科学配方饲料，加入添加剂控制畜禽N、P、K排放量，减少粪尿发酵中氨与硫化氢的挥发，减轻N素损失与猪粪的恶臭；产中强化管理，建立畜禽业污染信息系统，控制畜禽饲养环境，防治畜禽粪尿及冲洗水流失；产后对畜禽粪尿进行资源化、无害化处理。由于产前、产中的治理只能相对减少畜禽粪便对环境的污染，而不能从根本上消除对环境的污染，故产后处理才是消除畜禽粪便污染环境的最好方法。目前有关治理方法的研究主要侧重于各种畜禽粪尿处理方面，主要有物理处理法、物理化学处理法、化学处理法和生物处理法，物理处理法包括固液分离、沉淀和过滤等；化学处理法包括中和、絮凝沉淀和氧化还原等，如用甲醛、乙烯、NaOH、H2SO4等处理某些畜禽粪便后作为再生饲料；物理化学处理法包括吸附、离子交换、反渗透、电渗析和萃取等[3]；生物处理法包括好氧、厌氧、自然处理和综合处理等。由于物理处理法处理效率和去除率低,而化学处理法存在二次污染问题，故实际中应用较少，而目前研究最多、应用最广且最具发展前景为生物处理法，即主要通过微生物生命过程把废水中有机物转化为新的微生物细胞以及简单形式的无机物，从而达到去除有机物、N和P等目的。

四川省是我国畜禽养殖业大省，生猪等畜禽产品产量长期居全国第一。经济的快速发展带来了社会全面进步，城市化进程不断加快，为了便于畜禽产品的产、供、销一条龙配套，畜禽养殖逐渐走向规模化[4]。2014年《四川省统计年鉴》显示，2013年全省生猪出栏头数7311.20万头，猪、牛、羊、大牲畜年末头数分别为5012.12、947.10、1692.46、101.01万头(只)。畜禽养殖业已经成为四川省环境污染的主要因素和污染治理的主要对象之一。“十二五” 到2020年是现代化进程最快的时期， 伴随巨大的人口数量和持续的经济发展压力， 四川省畜禽养殖污染风险必将进一步加剧[5]。因此，了解目前四川省畜禽养殖业污染现状及污染防治和治理技术水平，可以更好的推动我省规模化畜禽养殖污染防治工作的有效开展。

2　四川省畜禽养殖业污染现状

2.1数据来源

本文对四川省畜禽养殖行业污染防治技术水平分析的数据来源于四川省环境保护厅2014年的环境统计数据，数据为上一年度即2013年度数据，统计内容包括养殖规模、养殖场/小区栏舍总面积、治污设施完成投资、配套农业利用面积、养殖方式、污染治理方式、污染物产生量、污染排放量、污染物去除率等。统计的规模化养殖场和养殖小区合计达到6598个，其中养殖场6085个，养殖小区513个。畜禽饲养种类包括生猪、奶牛、肉牛、蛋鸡、肉鸡。

2.2污染物排放量

2013年，四川省畜禽养殖业COD、总氮、总磷、氨氮产生量分别为76.82万吨、8.17万吨、1.38万吨、3.00万吨；排放量分别为9.30万吨、4.59万吨、0.76万吨、1.42万吨。2013年与2012年畜禽养殖污染物产生量与排放量变化如图1。

图1　四川省2012、2013年畜禽养殖污染物产生量/排放量变化Fig.1　Pollutant production and emission change of livestock and poultry breeding in 2012, 2013 in Sichuan

由图1知，与2012年相比，四川省畜禽养殖业COD、总氮、总磷、氨氮产生量均有所增加，而排放量却有所降低。

由于全省畜禽养殖业的产能分布存在较为明显的地域差异，故在污染物产生和排放方面也同样存在较大的地域差异。2013年，成都市畜禽养殖业产生的COD和总氮量分别达到9.62万吨和1.03万吨，排放的COD和总氮量分别约为1.24万吨和0.61万吨，均位居四川省21个地市州之首。2013年四川省畜禽养殖业污染物排放量分布表见表1。

表1　四川省各地市州禽养殖业污染物产生量及排放量统计表

2.3污染治理现状

根据2013年四川省环境统计数据，2013年，四川省畜禽养殖业规模化养殖场COD去除率达到100%的企业占统计企业总数的4%。总氮去除率90%以上的企业占统计企业总数的1%，去除率40%以下的企业占68%。四川省规模化养殖场COD和总氮去除率分布图分别见图2。

图2　四川省规模化养殖场污染物去除率分布图(a：COD； b：总氮)Fig.2　Pollutant removal rates of scaled livestock and poultry breeding farms in Sichuan (a, COD, b, TN)

3　污染治理技术分析

经过对四川省规模化养殖场(养殖小区)的抽样调查发现，目前全省主要存在3种畜禽养殖污染防治措施：第一种措施是污染预防技术，主要是选用不同的清粪方式；第二种措施是减量化、无害化、资源化技术；第三种措施是末端治理技术。

3.1污染预防技术

四川省采取的污染预防技术，主要区别来自于清粪方式。目前，清粪方式有传统清粪方式和垫草垫料方式两种。

传统清粪方式主要有干清粪、水冲粪和水泡粪工艺。干清粪指畜禽排放的粪便一经产生便通过机械或人工收集、清除，尿液、残余粪便及冲洗水则从排污道排出的清粪方式，通常适用于小型养殖场，具有设备简单、能耗低、投资少等优点。水冲粪指畜禽排放的粪、尿和污水混合进入粪沟，每天数次放水冲洗，粪水顺粪沟流入粪便主干沟后排出的清粪工艺。水泡粪工艺指在畜禽舍内的排粪沟中注入一定量的水，将粪、尿、冲洗和饲养管理用水一并排放至漏缝地板下的粪沟中，贮存一定时间(一般为1～2个月)，待粪沟填满后，打开出口闸门，沟中的粪水顺粪沟流入粪便主干沟后排出的清粪工艺。

发酵床是指以水泥地为底，上面铺以沙石、有机垫料(以谷壳、锯末为主)，喷以生物菌剂，来降解猪的粪尿，减少臭气(硫化氢、氨氮等)，改善养猪场的环境，从而达到猪舍污染零排放，垫料最终还田或者商业出售。发酵床养殖模式适用于离城市近、较发达的农村地区[6,7]。

根据对四川省6598家规模化养殖场和养殖小区不同清粪方式的最终污染物削减率进行统计分析，采用垫草垫料清粪方式的养殖场其COD、总氮、总磷及氨氮的削减率均最高，干清粪次之，水冲粪污染物减排效果最差。但调查发现垫草垫料清粪方式受四川地理条件和气候条件限制，在实际推广中有一定阻力，原因是垫层容易过度发酵产生甲烷，影响养殖效益。此外，由表2可以看出，3种清粪方式的COD削减率差别不大，均在80%以上，而采用不同清粪方式的氮、磷营养物质削减率差异较大，特别是水冲粪工艺，削减率均低于30%。

表2　四川省规模化畜禽养殖场不同清粪方式污染物消减率分析表

3.2四川省畜禽养殖业减量化、资源化、无害化分析

四川省畜禽养殖业减量化、资源化、无害化主要包括农业利用、生产沼气、生产有机肥3种方式[8]。

四川省规模化养殖场和养殖小区共计拥有配套农业利用土地面积238.62万亩，配套水产养殖水面面积12.45万亩。根据对四川省6598家规模化畜禽养殖场和养殖小区的农业配套情况进行统计，有4006家规模化畜禽养殖场和养殖小区有农业配套污染物消纳土地，有10家规模化畜禽养殖场和养殖小区有配套污染物消纳水产养殖，其余的规模化畜禽养殖场和养殖小区无污染物消纳农业配套。

2264家规模化畜禽养殖场和养殖小区建设有沼气设施对污染物进行无害化、减量化、资源化利用，4334家未建设沼气生产设施。其中，1782家养殖场采用干清粪生产沼气，940家养殖场采用水冲粪生产沼气，458家养殖场采用干清粪和水冲粪工艺同时生产沼气。

319家规模化畜禽养殖场和养殖小区将养殖粪便完全转化为有机肥， 6013家规模化养殖场和养殖小区未建设有机肥生产设施。其中，垫草垫料养殖方式生产有机肥的有91家，采用干清粪养殖方式生产有机肥的有522家，采用水冲粪养殖方式生产有机肥的有75家。

三种方式对污染物的去除效果见表3，从表3可以看出，有农业配套消纳土地、沼气生产设施和有机肥生产设施的养殖场污染物削减率明显高于无农业配套消纳土地、沼气生产设施和有机肥生产设施的养殖场。

根据对四川省6598家规模化畜禽养殖场和养殖小区的统计调查，共有2264家规模化畜禽养殖场和养殖小区建设有沼气设施对污染物进行无害化、减量化、资源化利用。

在建设有沼气发酵设施的规模化养殖场和养殖小区中，对氮磷营养物质的削减幅度大小依次为：干清粪方式>水冲粪方式>无沼气设施方式。

表3　四川省规模化畜禽养殖场减量化、资源化、无害化处理方式污染物消减率

在存在生产有机肥的规模化养殖场和养殖小区中，对氮磷营养物质的削减幅度大小依次为：垫草垫料方式>干清粪方式>水冲粪方式>无生产有机肥方式。

在四川省规模化养殖场和养殖小区中，使用粪便生产有机肥的企业污染物减排量巨大，特别是采用垫草垫料养殖方式和对氮磷营养物质的削减优势明显。然而，目前全省有91.13%的规模化养殖场和养殖小区不生产有机肥，未来在实现全省规模化畜禽养殖的总量减排目标时应重点考虑采用这一控制手段。

3.3四川省畜禽养殖业末端处理工艺分析

(1)工艺类型

根据对四川省6598家规模化养殖场和养殖小区污染物处理现状的调查，目前全省畜禽养殖业的末端处理工艺主要有：“直接农业利用(还田、水产养殖)”、“厌氧处理”、“厌氧+农业利用”、“厌氧+好氧”、“厌氧+好氧+深度处理”。

其中，“直接农业利用”和“厌氧+农业利用”工艺属于综合利用模式。畜禽粪便废水经厌氧消化产生沼气回收利用，沼渣用来生产有机肥，沼液则用于还田和水产养殖，可使粪便得到多层次的资源化利用，最终达到粪污的“零排放”。综合利用模式工程投资和运行费用较低，且可回收能源，适合于有较大的农业消纳面积的地区且存栏量较小(存栏量≤ 2000头(以猪计))的养殖场。该模式遵循了生态农业原则，具有良好的经济效益和环境效益。

“厌氧+好氧”和“厌氧+好氧+深度处理”工艺属于治理达标模式，主要针对周边无足够农业消纳面积的畜禽养殖场，多用于大、中城市的近郊区；或者存栏量(以猪计)10000 头及以上的大型规模化养殖场。与综合利用模式相比，治理达标模式的工程造价和运行费均相对较高。

(2)工艺占比

四川省畜禽养殖场污染物末端处理方式见表4。

表4　四川省规模化畜禽养殖场污染物末端处理方式一览表

(3)处理效果

根据对四川省规模化畜禽养殖场和养殖小区干清粪和水冲粪两种养殖方式不同末端处理工艺的去除效果对比，发现综合利用模式和治理达标模式均可较好的去除大量有机污染物。采用治理达标模式的末端处理工艺对氮、磷等营养元素物质的去除效果显著，尤其是“厌氧+好氧+深度处理”处理工艺对污染物的各项去除效率最高；而无处理和采用综合利用模式的处理工艺对氮磷等营养元素的去除效果较低。四川省畜禽养殖场污染物末端处理方式效果见表5。

表5　四川省畜禽养殖场污染物末端处理方式效果一览表

总体看来，各种末端处理方式对污染物的削减效果为：厌氧+好氧+深度处理>厌氧+好氧>厌氧+农业利用>厌氧处理>农业利用>无处理。

4　结　论

4.1根据2014年的环境统计数据对四川省6598家规模化养殖场和养殖小区的调查统计，与上年同期相比，四川省畜禽养殖业COD、总氮、总磷、氨氮产生量均有所增加，而排放量却有所降低。成都市畜禽养殖业产生和排放的的COD和总氮量位居四川省21个地市州之首。

4.2四川省畜禽养殖业规模化养殖场COD去除率总体来说较高，统计的企业COD去除率均高于80%，但总氮去除率较低，大部分企业总氮去除率在40%以下。

4.3污染预防技术采用垫草垫料清粪方式的养殖场其COD、总氮、总磷及氨氮的削减率均最高，干清粪次之，水冲粪污染物减排效果最差。

4.4有农业配套消纳土地、沼气生产设施和有机肥生产设施的养殖场污染物削减率明显高于无农业配套消纳土地、沼气生产设施和有机肥生产设施的养殖场。

4.5采用治理达标模式的末端处理工艺对氮、磷等营养元素物质的去除效果显著，尤其是“厌氧+好氧+深度处理”处理工艺对污染物的各项去除效率最高；而无处理和采用综合利用模式的处理工艺对氮磷等营养元素的去除效果较低。

[1]彭里.畜禽养殖环境污染及治理研究进展[J].中国生态农业学报, 2006, 14(2): 19-22.

[2]朱孔颖.四川省农村面源污染问题的环境保护对策畜禽养殖业污染状况及管理对策[J].干旱环境监测, 2004, 18(1):46-48.

[3]韩成, 叶大年, 鲁安怀,等.天然沸石在畜禽饲养及粪便污染治理中的应用[J].岩石矿物学, 1999, 18(4): 340-347.

[4]冯猛, 邱忠平, 白磊磊.四川省规模化畜禽养殖污染防治现状[J].畜牧与饲料科学, 2010, 31(3): 107-108.

[5]朱清, 甘欣, 王溢谦.四川省农村面源污染问题的环境保护对策[J].四川环境, 2011, 30(6): 88-89.

[6]李冉.我国畜禽养殖污染防治现状、问题及政策建议[J].经济研究参考, 2013, (43): 41-46.

[7]李飞, 董锁成.西部地区畜禽养殖污染负荷与资源化路径研究[J].资源科学, 2011, 33(11): 2204-2211.

[8]叶宏，王蒙，王维，等.四川省环境污染防治技术水平与绩效评估 (水污染防治卷, 2013年) [M].成都:四川科学技术出版社, 2014.

Analysis on Pollution Treatment Technology of Scaled Livestock and Poultry Breeding Farms in Sichuan Province

WEI Ya-li, TIAN Qing-hua, WANG Wei

(SichuanAcademyofEnvironmentalSciences,Chengdu610041，China)

Sichuan is the livestock and poultry breeding province in China. The livestock and poultry breeding industry is shifting from decentralized breeding towards large scale farming, and it has become one of the important water pollution sources and the main treatment target. According to environmental statistic data of Sichuan Province, this paper analyzed the pollution status and pollution treatment technologies of scaled livestock and poultry breeding farms. The result showed that there were 6598 scaled farms in Sichuan. COD removal rate was relatively high, which was higher than 80% in all farms, while TN removal rate was relatively low, which was lower than 40% in most of the farms. The pollutant removal rate were the highest when using bedding and padding mode, followed by dry collection mode, and then the manure cleaning by rinsing mode. The pollutant removal rate was higher when the farms own farmland, biogas producing facilities and organic fertilizer production facilities. The “anaerobic+ aerobic+ advanced treatment” treatment technology has the best removal efficiency on nutrient elements like nitrogen and phosphorus.

Large scale; livestock and poultry breeding; pollution status; pollution treatment technology

2015-05-29

韦娅俪(1986-)，女，四川攀枝花人，2012年毕业于美国密歇根州立大学环境地球科学专业，硕士研究生，助工，研究方向为水污染控制与防治。

X703

A

1001-3644(2015)04-0057-06