规模化养殖场粪污安全化处理关键技术创新集成及产业化

文/北京农学院 刘克锋

规模化养殖场粪污安全化处理关键技术创新集成及产业化

文/北京农学院 刘克锋

刘克锋，研究员，北京农学院城乡发展学院、继续教育学院院长。主要从事土壤肥料及花卉栽培、引种选育、工厂化标准育苗方面的研究。社会兼职主要有中国环境学会理事，北京市科委、教委、园林绿化局评标专家。

1 项目背景意义

养殖业是一把双刃剑。一方面，提供了大量的肉蛋奶等食品，极大程度地提高了人们的物质生活水平。近二三十年来，中国的农业发生了翻天覆地的变化，从吃不上肉发展到了怎么吃好肉。另一方面，养殖业又产生了大量的粪污废弃物，造成了环境污染。我国每年产生养殖废弃物18.6亿t/年，而我国可耕地的农田大约为20亿亩，几乎是1亩地就要消纳1t粪污，除此之外，还有大量的种植业废弃物(比如秸秆等)。现在就有很多农田被污染，比如山东聊城等地，种菜、养猪、养牛的废弃物没有得到较好地处理，严重污染土地。中国的养殖业总的来说就是“进步很大，问题很多”。从长远考虑，畜禽粪污的资源性、安全性都需重新思考。

中国亟待解决的粪污处理的问题很多，如果饲料行业、养殖行业和粪污处理行业能联系起来，必将能够大力推动行业发展。

2 技术成果内容

2.1 总体技术路线

2.1.1 首次定量化探明大区域粪污环境危害风险特征，并系统提出畜禽粪便安全化处理对策 团队中北师大的老师正在对全国重点地区进行环境调查和风险评估，在此基础上，我们才能明确到底应该从何处出发解决问题。通过调研20个省份的养殖场，首次定量化探明大区域粪污环境危害风险特征。①掌握了堆肥对畜禽粪便中Cu、Zn在土壤中形态分布影响；②建立了检测粪污3种介质中22种天然和人工合成激素含量分析方法；③明确了我国畜禽养殖重金属、类固醇激素以及兽药抗生素的排放特征；④为合理的区域养殖规划和粪便土地利用及管理提供了科学依据。

2.1.2 成功开发出不同种类畜禽粪便专用菌剂生物发酵处理技术，建立特种菌株库 筛选适用北方低温环境的堆肥菌株10余种。保藏菌株4株并获得发明专利4项：一种嗜热一氧化碳链霉菌新菌株及其应用，ZL201310356764X；一种淀粉霉新菌株及其应用，ZL2013104251451；一种用于畜禽粪便堆肥处理的生物菌剂，ZL201310454893.2；一种生物发酵有机肥及其制备方法，ZL201310454820.3。菌剂其分离环境与目标应用环境相似，定植迅速，针对性好，有效性高，适于不同类型种养殖废弃物处理。

2.1.3 成功研发畜禽粪便智能化自动控制高效处理技术，研制系列智能化资源处理高效设备 智能翻抛机A型和B型都是老式的设备，A型是仿照别人的设备做的，但是实际应用时发现并不适用，成本较高。后来我们开始自行研发智能化资源处理高效设备。目前发明了4套养殖废弃物生物降解智能核心设备，并进行了3～5代升级。

规模化养殖场畜禽粪便重金属含量(mg/kg)

2.1.4 成功研发并推广畜禽粪便特征污染物安全消减技术，实现生态高效处理 ①重金属钝化技术：有效态重金属含量降低82%；无效态显著增加。但是要想根本解决重金属问题，还是要从饲料环节入手。②兽药抗生素消减技术：代表性兽药抗生素降解超98%。③激素消减技术：典型激素无检出。④病原微生物控制：肠杆菌值＞0.111；蛔虫卵死亡率100%。

2.1.5 集成优化专用菌剂、智能设备和安全处理技术，与企业合作建立并全面推广系列标准化处理工艺 ①粪污好氧处理工艺：产品导向的专类粪污处理工艺，为571家企业提供技术支持。②粪污厌氧处理工艺：气肥联产，不产生沼液；5家企业应用；获得专利1项。③自动化控制系统：全面自主研发自动监控系统；19家企业推广采用。④臭气处理工艺：臭味物质脱除率95%以上；专利1项。

2.1.6 开发系列生态安全产品，实现技术转让与物化 肥料产品：开发出“腾达东祥”、“北郎中”等有机肥产品14种。

园艺基质：研发出“海绵土”、“绿富”、“沃晟杰”等系列园艺基质产品11种。

产品特点：①种类丰富，满足高、中、低端市场需求。例如高端有机-生物肥所生产的有机草莓、蓝莓及特色蔬菜，产品含糖量增加0.8%～1.2%，产量增加7%～12%，并可提早10d左右上市。②品质优异，彻底解决了畜禽粪便堆肥产品中污染物残留进而引发的土壤、农产品污染和食品安全问题。③具有明显的竞争力，栽培基质有机质含量、pH值和EC值稳定，较进口泥炭成本低150%～200%。

2.1.7 构建长效新机制，推动成果转化落地

2.1.7.1 创新组织，搭建平台

①创建成果推广转化联合体

政府+科研+推广+企业+基地+农户，涉及19家企业、10余家推广单位、160个乡镇的基地与农户。

②建立专家技术支撑平台

项目组专家与多家企业建立了紧密合作关系，支撑企业建立技术孵化、升级改造、质量监控、田间课堂等系列专家支撑咨询平台。

2.1.7.2 创新工作方法、建立高效模式

①教授工作服务站推广模式

设立教授工作站，进行定期技术指导，实现点对点服务。

②农民田间学校推广模式

按照“六个一”的建设标准，以农民为中心开展技术培训，促进技术成果最后一公里落地。

③产业化龙头企业技术孵化与升级带动模式

扶持龙头企业建立技术试验室和质量监控平台，带动企业技术创新、工艺升级。

④互联网平台成果推广模式

利用“全国农业科技成果转化交易服务平台”，发布和推广技术成果信息，使得成果面向全国推广应用。

2.1.7.3 创新服务，搭建长效推广机制

①建立六位一体联合运行机制

政府+科研+推广+企业+基地+农户。

②建立长效监管机制

项目监管机制：检查验收、专家考评、绩效考评、项目审计等多渠道考评。

肥料监管机制：构建招标制、承诺制、服务制、自检制、抽查制、追溯制和淘汰制。

2.1.7.4 政策引导，技物结合

①成果主要创新点

A.粪污安全化处理创新

揭示了规模养殖粪污中兽药抗生素、激素和重金属的残留特征及潜在风险。

通过高效转化纤维素为腐殖质络合重金属，有效地降低了堆肥产品中重金属的生物有效性。

B.粪污资源化利用创新

首次筛选并利用蚀木链霉菌、卷枝毛霉菌等菌株处理粪污，有效提高了木质纤维素的转换效率及养分的利用效率。

总体技术路线

有机肥生产工艺技术路线

园艺基质生产工艺技术路线

针对不同畜禽粪污特性和使用目标，研发了相应处理工艺和针对性产品。

实现了技术、设备、工艺、菌剂自主创新和集成配套，彻底解决了北方地区冬季粪污处理的问题。

C.组织推广方法创新

创新技术研发、产业化应用、政策引导与技术推广结合的工作机制方法，建立了教授工作站、农民田间学校、产业化龙头企业孵化带动等高效推广模式，实现了产、学、研、用相结合，先进技术与物化产品相结合，促进了技术成果产业化推广应用。

②第三方评价A.成果评价

2016年3月科技部指定第三方机构组织专家根据《技术开发类应用技术成果评价指标》进行成果评价，认为项目总体达到国际先进水平。

B.成果查新

2016年3月，中国农科院科技文献信息中心成果查新结果表明，微生物菌剂、堆肥工艺和设备等8项技术成果均具有新颖性。

2.2 园艺基质技术路线

收集种养废弃物，进行适当的配比、调控，单菌种筛选/检测、复合菌种筛选/检测，形成复合功能菌剂，利用翻堆增氧加湿设备、废气处理设备、智能检测控制系统等设备控制各种参数。用自己的菌种、自己的设备，生产出蔬菜栽培和花卉栽培等基质。

3 技术指标先进性

技术指标先进性

4 推广应用成效

4.1 经济效益

在京郊20多家企业推广实施，生产有机肥230.98万t，新增产值13.86亿元，新增利润1.18亿元；2013～2015年累计推广面积749.46万亩，增产46.99万t，节肥（纯养分）1.92万t，增收节支13.89亿元。

4.2 生态效益

累计处理922.95万方畜禽粪便，辐射带动处理畜禽粪便240万方，实现北京地区畜禽粪便生态安全处理率达到80%以上，可增加土壤碳贮存32.2万t，减少CO2排放当量117.9万t；3年来总节肥1.92万t，相当于减排CO21.07万t。

4.3 社会效益

有效转变农民观念，提高综合素质；有力促进了肥料行业的健康发展；有力促进了农产品质量安全；有效带动了全社会共同参与畜禽粪污资源化处理。

5 科技进步贡献和作用

5.1 带动行业进步

5.1.1 有机肥企业竞争力增强 20多家有机肥生产企业工艺升级、规模扩大、效率提高、运营成本降低、产品质量提升。

5.1.2 安全优质生产资料增加 应用本技术生产的肥料产品均符合国标，项目用肥安全达标率达100%。

5.2 知识产权

授权发明专利6项，实用新型专利2项，发表论文30余篇，出版科普著作及技术手册7本。

5.3 国际交流与合作

美、英、德、日、韩等国专家交流参观项目基地，参加国际会议并作报告。

6 社会发展贡献

6.1 人才培养

培养博士、硕士研究生40余人，培训科研、推广、生产技术骨干20,000人次，累计吸纳企业就业3,000多人，促进了政产学研推企有机结合。

6.2 都市型现代农业发展

促进种养业健康循环发展，有效提升了北京市耕地质量与土壤健康；打造了资源节约型、环境友好型的都市型现代农业发展的新模式；为首都高端、精品、特色、安全农业发展奠定了坚实基础。

（编辑张瑞霜整理）