畜禽养殖废弃物处理方式探讨与分析

宋淑珍，杨发荣

(甘肃省农业科学院，畜草与绿色农业研究所，甘肃 兰州 730070)

畜禽养殖废弃物处理方式探讨与分析

宋淑珍，杨发荣1，*

(甘肃省农业科学院，畜草与绿色农业研究所，甘肃 兰州 730070)

摘要：随着畜禽养殖业的迅速发展，养殖废弃物畜禽粪便已成为环境的重要污染源之一。本文对畜禽养殖业废弃物的污染状况、污染性质、处理方式及其效果进行分析总结，结合我国的国情，探讨养殖废弃物资源化利用的发展方向。

关键词：畜禽养殖；废弃物；资源化利用

2003年至2012年十年的时间里，中国大牲畜、猪、羊年底存栏量从8.42亿头增加到8.80亿头，肉类总产量从6 443.3万t增加到8 387.2万t，肉类总产量增长超过了30%。随着畜禽养殖业的快速发展，养殖废弃物污染问题已成为世界普遍关注的环境问题。在美国，畜禽粪便污染了约60%的河流，《第一次全国污染源普查公报》数据显示，畜禽养殖业的COD和氨氮排放量分别为农业总COD和氨氮排放量95.8%和78.1%，占全国COD和氨氮排放量的41.9%和41.5%。养殖业的环境污染现象日趋突现，对土壤、水体、大气等生态环境造成了较大危害，畜禽养殖粪便、污水污染已成为我国环境污染的重要因素之一。近年来，尤其是2009年以来，国家相关部门采取各种措施缓解和治理畜禽养殖污染， 并资助新建、 扩建了一大批畜禽养殖粪污处理工程，使粪污变废为宝，在一定程度上避免了环境污染。本文对畜禽养殖废弃物处理方式进行综述，并对其生态效益、环境效益、社会效益等综合效益进行评价，以指导和优化养殖废弃物处理方式，促进我国畜禽养殖污染物资源化有效利用。

1畜禽养殖废弃物污染现状

1.1粪便污水排放量

“十一·五”以来，我国养殖业飞速发展，肉、蛋、禽总产量连续数年保持世界第一的位置，奶的产量位居世界第三，肉类的消费达到了中等发达国家的水平，人均奶类的占有量为世界平均水平的1/4。截止2012年底，全国存栏牛1.03亿头、羊2.85亿只、猪4.76亿只，畜牧业总产值达到2.72亿元，占农业总产值的30.40%。畜产品的快速增长在调整人们膳食结构，改善人民生活水平方面发挥了举足轻重的作用。但随之而来的“畜产公害”造成恶臭气体污染、有害病源生物污染、药物和添加剂污染及氮磷污染等环境问题严重，成为全世界关注的焦点问题。

1.2粪便污水污染状况

表1　2012年我国畜禽废弃物量

表2　畜禽粪便污染物含量

根据《第一次全国污染源普查公报》公布的畜禽粪便中污染物平均含量(表2)、近几年的研究成果和表1中畜禽废弃物年产量，计算得到我国猪、牛、羊、鸡等主要饲养畜禽产生的污染物质的总量约1.09亿t，如表3所示。

动物饲料中的蛋白质、糖类、脂类物质的代谢中间产物和代谢终产物经微生物分解后会产生氨气、硫化氢等具有恶臭气味的物质对大气环境造成污染。畜禽粪便中的微量元素会被农作物大量吸收并残留在收获的农产品中，通过食物链进入动物或人体，对健康造成威胁。同时，畜禽粪便通过径流污染地表水，进而通过土壤渗滤污染地下水。

表3　2012年我国畜禽粪便污染物总量

2畜禽养殖废弃物处理方式

畜禽养殖粪便污水已成为我国环境污染的主要来源之一，超过工业污染源的污染，就如何减少污染、防治污染，探索养殖废弃物处理和资源化的新方向，使养殖废弃物的处理能够实现收支平衡或盈利，推动养殖废弃物的处理，成为研究的重点。目前，我国畜禽养殖场大多采用干清粪工艺，再将固体、液体分别资源化、或者无害化处理，最大限度地实现养殖业废弃物的资源化和综合利用，以循环经济理念治理畜禽养殖业污染，推动新型生态养殖模式的健康发展。

2.1新型微生物处理技术

研究表明，饲料中添加微生态制剂可提高饲料消化率，提高畜禽对蛋白质和磷等的消化率，减少粪便干物质的排出量，假如1头猪从出生到100 kg出栏一直饲喂酶制剂，则其粪便排泄量可减少15～20 kg。此外，还可利用微生物对畜禽粪便进行除臭，王岩等(2002)将特殊的微生物菌群喷洒到畜禽粪便表面，通过微生物的作用将臭味物质分解转化。微生态酶制剂、微生物等生物处理技术，虽然操作容易，投资少、运营成本低、便于推广，但不能彻底的清除有害物质，只能在家庭小规模或者小型养殖场推广，不能解决现代化集约化的大型养殖场的粪便污染问题。

2.2堆肥发酵

(1)传统堆肥发酵

养殖场粪污通过固液分离后，固体进行堆肥发酵，通过微生物的发酵作用，将有机物由不稳定的状态转变为稳定的有机物腐殖质状态，从而除去有害物质。传统堆肥发酵把一种或者几种粪便简单的混在一起堆放，堆沤发酵300多天后施用于农田。这种传统的堆肥方法，不能创造微生物发酵所需的最佳环境，耗时长，而且堆肥达不到完全腐熟的程度。

(2)现代堆肥发酵

堆肥作为传统的生物处理技术，经过多年来的改良与纯化，现正朝着机械化、商品化方向发展。根据堆肥的原料和客观情况，可采用不同的发酵条件，如低温、中温、高温进行堆肥。国内外专业技术人员已经将堆肥发酵时间由原始自然堆沤的300 d，缩短到目前的10-15 d。现代堆肥发酵是将固体粪便与农作物秸秆等按一定比例混合，调节碳氮比例(30:1)，调节水分(含水率50～60%)，加入发酵菌种，利用自然环境条件或者通过机械翻倒发酵，杀死病菌、虫卵，分解其中有机质，释放出养分，提高粪便的腐熟程度。发酵腐熟的粪便直接施用于农田或者进入商品有机肥加工系统，商品有机肥根据配方，将N、P、K和其他一些微量元素加入发酵后的粪便，经过搅拌混合的物料输送至造粒系统造粒，成粒经烘干后进入冷却系统，将物料降至常温后开始筛分，符合要求的粒进入包膜机包裹涂膜后开始包装，不符合要求的粒经粉碎机粉碎后重新回到造粒系统，继续造粒。经过以上若干程序，畜禽粪便变成了有机肥的主要原料，进入销售市场直接销售。现代堆肥发酵技术需要较大的发酵场地，生态效益较差，但是其经济效益较好，如山东黎昊源生物工程有限公司鸡粪堆肥工程，总投资500万元，年度产出约205万元，年生产有机肥2万t，日处理干鸡粪55t。堆肥发酵工艺如下。

图1　粪便堆肥发酵工艺流程图

2.3沼气工程处理

粪便通过厌氧发酵后，既产生了沼气，还可作为肥料，并且经过发酵后，绝大部分寄生虫卵被杀死，可以改善农村卫生条件，减少疾病的传染，因此，粪便的沼气化利用研究近年来取得了长足的进步，形成了“粪便-沼气-菜园、果园、农田”等模式。目前，我国畜禽粪便处理沼气工程主要采用升流式厌氧污泥床(UASB工艺)和连续搅拌反应器系统(CSTR工艺)。

2.3.1UASB工艺UASB是第2代厌氧反应器的典范，因其具备负荷高(8～15 kg COD/(m3·d))、占地少，活性高，剩余污泥量少，以及费用节省等优点也得以迅速推广。据统计，世界上有不少于1200座此类反应器用于各类废水的处理。近年来，UASB工艺被广泛应用于国内大中型养殖场，在废水处理方面发挥了极大的作用，但UASB工艺是一种以环保治理为主，生产能源为辅的能源环保型沼气工程，相对产气量少，并且出水往往需进一步好氧处理，才能达标进行排放。甘肃的天水威亚万头猪场，日排放粪便污水90t，粪污处理采用UASB+SBR综合工艺，工程投资300万元，日产沼气500 m3，年收益可达480万元。

图2　UASB沼气工程工艺流程图

2.3.2CSTR工艺CSTR是由常规接触式反应器发展而来的，有机废弃物进入池内，由搅拌装置进行搅拌，使其与池内原有厌氧活性污泥充分接触混合，通过厌氧微生物的吸附、吸收和生物降解，将其中的有机物转化为沼气。CSTR具有三个有点：(1)可处理浓度较高的发酵原料，处理TS值介于8%～12%；(2)反应器内配有搅拌装置，使发酵原料和微生物混合完全，提高产气率；(3)一次处理量大，停留时间长，产沼气量多；(4)便于启动运行和管理，与新型的3代反应器相比结构也更为简单，易于普及和推广。在国内，CSTR及其工艺已被广泛应用于养殖场畜禽粪便的处理。甘肃临夏恒丰肉牛养殖场存栏肉牛500头，日产粪污50 t。公司采用CSTR工艺处理粪污，项目总投资500万元，年处理粪便22万t，生产沼气36万m3，沼肥18万t。部分沼气供员工日常生活用，剩余沼气脱硫后用于发电，年发电量可达400 000 kWh，年增收节支可达80万元以上，其工艺流程图如下：

图3　CSTR沼气工程工艺流程图

3结论

畜禽粪便是一种有价值的资源，它包含农作物所必需的氮、磷、钾等多种营养成分。还含有75%的挥发性有机物，其中蛋白质含量15.8%～23.5%,维生素B12为17.6 ug/g(干重)，经过处理后亦可作为饲料，具有很大的经济价值。施于农田则有助于改良土壤结构，提高土壤的有机质含量，促进农作物增产。但由于近年来，城郊畜牧业迅速发展，超过土地容纳能力，使得畜禽粪便就地消化困难，养殖废弃物的处理一直是一个没有解决的问题。

目前我国养殖污染防治工程多为复合式的，有的采用干清粪工艺，其固体成分主要用于堆肥，液体成分进入沼气工程；有的采用干清粪工艺收集粪污，将粪污调配后直接进入沼气池；还有的直接将粪便运送至肥料厂堆肥处理；粪便通过自然或添加微生物堆腐生产有机肥。但因有机肥的肥效低、体积大，运输成本高，作为粮食作物肥料的市场不大，这是我国目前有机肥销路普遍较差的主要原因之一。有机肥销路不畅，进一步影响利用养殖废弃物生产有机肥的推广。另一方面是通过厌氧发酵生产沼气。但由于投入等各种原因，真正利用厌氧发酵生产沼气还不普遍。规模化及综合性的养殖污染防治工程可获得较好的综合效益，而在养殖污染防治中采用单一的沼气化处理，目前尚不能获得较好的综合效益，因此，通过畜禽养殖废弃物污染防治与资源化循环利用技术模式使种植业和养殖业有机地结合起来，并且在这个结合过程中，可创造出巨大的经济效益、生态效益和社会效益，促进绿色、有机农业的发展，从而实现真正意义上的循环经济。

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Study and Analysis of Livestock and Poultry Waste Disposal

SONG Shu-zhen,YANG Fa-rong

(InstituteofAnimal&PastureScienceandGreenAgriculture，GansuAcademyofAgriculturalScience，LanzhouGansu730070China)

Abstract:Livestock and poultry wastes has become one of the important sources of pollution of environment, with the rapid development of livestock and poultry breeding.This paper studies and analysis the pollution of livestock and poultry waste,such as pollution level, the character of particle and contaminant, processing way and its effect,according to the the condition of our country, discusses the development direction of aquaculture waste recycling use.

Key words:Livestock and poultry breeding; Waste; Resource utilization

[收稿日期]2015-10-18

[基金项目]甘肃省农业科学院院列重大专项“牛羊健康养殖及粪便废弃物资源循环利用技术研究与示范”(2013GAAS04-3)，甘肃农业科技创新项目“藜麦副产品饲料化高效利用技术研究与应用”(GNCX-2014-33)

[作者简介]宋淑珍(1980-)，女，甘肃通渭人，硕士，畜牧师，研究方向：动物遗传育种与繁殖技术研究，E-mail：shuzhen_101@163.com。 *[通讯作者]杨发荣，本科，研究员，研究方向：草食畜牧业产业化，Email: Lzyfr08@163.com。

[中图分类号]X 713

[文献标识码]A

[文章编号]1004-6704(2016)02-0039-05