我国畜禽废弃物资源化利用现状及沼气化利用关键技术

魏志强，黄群招，周春火 *，倪国荣 ，危群星

（1.江西农业大学国土与资源环境学院，江西 南昌 330046；2.寻乌县农业局土壤肥料工作站；3.东乡区农业局）

1 我国畜禽废弃物污染现状

畜禽养殖在保障畜产品市场供给、增加农民收入、促进农业和农村发展等方面起到重要作用[1～3]，目前畜禽养殖业已经成为我国农业和农村经济的支柱产业，并形成了集约化、规模化的发展模式[4～6]。但规模化畜禽养殖业迅速发展的同时，80%的畜禽粪便得不到有效处理和利用[7～8]，严重危害到水体、农田、大气等环境安全，并危及人畜健康[9～11]。主要表现在以下几个方面：（1）污染水体，畜禽养殖废水中含有高量的氮磷等有机物，经过降雨、降雪、地表径流等形式渗入到地表或地下水中，水体中的藻类及其他类生物过度繁殖，大量消耗水体的溶解氧，水质变差，导致水体中的大量生物死亡，使得水体变黑、变臭，难以再使用[10]。（2）污染农田，未经处理的畜禽废水直接排入农田，将导致土壤中的养分及重金属富集，将堵塞土壤的孔隙性，使得土壤的透气性、透水性下降，造成农田质量大幅度下降，不利于农业生产[10～14]。（3）污染大气，畜禽养殖中含有NH3、H2S等多种毒性气体，这些臭而有毒有害的气体物质未经及时处理，长期散发到空气中，将会使养殖场周边环境处于恶臭状态，不仅影响养殖场及周边居民的生产生活，并危害他们的健康。此外，畜禽粪便中排放出的大量CH4，是造成全球变暖的罪魁祸首之一，有关研究指出，CH4对温室效应的贡献是 CO2的 23 倍[10～12]。（4）传播病菌，畜禽粪便中含有大量的病原微生物、寄生虫等，如果未能及时有效处理，适宜条件下会随蚊蝇大量滋生，导致周边环境严重恶化，未经有效处理的畜禽粪便是150多种疾病的潜在发病源，可能引发人畜感染，危及人畜健康，严重的会导致疫情的发生[13]。未经处理的畜禽粪便直排到环境中，给环境带来了严重的污染，远超过环境的自净能力。畜禽废弃物既是污染源，又是放错了的资源，寻找合理有效的途径实现废弃物循环再生利用，对于保护和改善环境、节约资源具有重大意义[12]。

2 畜禽废弃物资源化利用技术现状

2.1 畜禽废弃物资源化利用技术现状

2.1.1 肥料化技术。目前，畜禽废弃物肥料化利用的方式主要有固体圈肥、高温堆肥、膨化处理、水解处理和直接用作肥料等。在所有利用方式中,高温堆肥以其无害化程度高、腐熟程度高、堆腐时间短、处理规模大、成本较低、适于工厂化生产等优点而成为首选方式[14]。堆肥化成功的关键是使微生物正常繁衍，并保证微生物旺盛生长和优势菌种的合理更替。因此，必须适当调节堆肥物料的酸碱度、温度、氧气及碳氮比等环境因子，以提高堆肥化效率。现代堆肥法利用发酵池、发酵罐等设备,为微生物活动提供必要条件，可提高效率10倍以上。如利用生物发酵塔工艺优化筛选发酵菌种，物料转化率高；同时采用密闭式发酵塔,充分利用发酵中产生的热能，节约大量能源。其工艺为自动化控制连续生产,生产过程实现畜禽废弃物的完全处理利用。但是肥料化技术周期较长，不能及时处理粪便，存在造成二次污染风险。

2.2.2 饲料化技术。畜禽废弃物中含有大量的蛋白质、B族维生素、矿物质元素、粗脂肪和一定碳水化合物，并且氨基酸数量丰富，种类齐全，是制作饲料的好原料[16]。使用畜禽废弃物作饲料就是充分利用饲料中剩余的各种养分和饲养过程中产生的有用成分。目前常采用的直接喂养法、青贮法、热喷法、干燥法[12]。直接喂养法主要适用于鸡粪，因鸡肠道短，吸收不完全，所食用的饲料中70%左右的营养物质未被消化吸收而排出体外。所以，可利用鸡粪替代部分精料来养牛、喂猪。青贮法是将畜禽废弃物与作物秸秆、饲草或其它粗饲料一起青贮，它可以提高适口性、饲料利用率、蛋白转化效率。热喷法是畜禽废弃物通过热蒸与喷放处理，改变其结构和某些化学成分，经消毒、除臭后，变为更有价值的饲料。干燥法是经过人工干燥达到消毒、杀菌、除臭的效果。由于饲料化存在适口性差、能量低、含有致病性微生物等弊端，规模性利用可行性不高，因此一般不提倡饲料化利用。

2.2.3 沼气化利用技术。畜禽废弃物沼气化技术主要是进行厌氧消化生产沼气。厌氧消化法具有低成本、低能耗、占地少、负荷高等优点,是一种有效处理畜禽粪便和资源回收利用的技术[17]。它不但能产生清洁能源（沼气），还可以消除臭气、杀死致病菌和致病虫卵,解决畜禽粪便污染问题[18]。其输出沼气、沼液、沼渣按食物链关系可作为下一级生产活动的原料、肥料、添加剂和能源等，实现物质多层次多循环地利用。因此沼气化利用技术是实现我国集约化粪便和规模养殖场废水处理与资源化利用的的主要方法[3～7,18]。目前，这种工艺已经相当成熟,很多地方都已建立了畜禽废弃物沼气化利用技术。有关沼气化利用的研究主要集中在规模与工艺，沼气、沼液、沼渣的利用方式，以及效益分析。

2.2 沼气化利用关键问题

2.2.1 工艺的选择。畜禽废弃物处理与利用，需要选择合适的工艺，最大限度地满足环境的可接受性，以实现其无害化、减量化、资源化。实际中，目前的养殖场粪污处理技术和工艺大多参考或照搬工业废弃物和生活废弃物处理技术，处理工艺种类繁多，技术效率和经济效益差别很大。很多养殖场为应付环保检查的需要，盲目引进和投资，没有全面地进行技术经济和环境效果评价，导致投资和运营成本过高或者处理效果不理想。

2.2.2 沼气转化。在沼气实际生产过程中，由于厌氧发酵条件、底物、发酵工艺等的影响，沼气生产中普遍出现夏季产气过盛，冬季产气少的现象，产气效率不理想。主要原因有以下几个方面：（1）缺乏严格的技术指导及管理维护，使得有机物的沼气转化率降低，池容产气率并不高，仅有德国的1/3～1/2。（2）发酵原料单一，造成产气效率低下。（3）缺乏厌氧发酵过程的动态监测，没有及时掌握沼气转化情况，导致产气效率逐渐降低。

2.2.3 沼气综合利用问题。目前，我国的沼气利用方式仍以替代薪柴和原煤直接燃烧为主，降低了沼气的经济价值，大大影响了养殖场实现废弃物沼气化利用的积极性。此外，当前我国的沼气发电上网的基础设施尚不完善，没有相关政策支持小规模沼气发电上网等。目前，我国大中型沼气化项目产生的沼气，仅占沼气总量2.53%用于发电，沼电多为自用（炊事、照明和取暖等），并且多是间断性发电，不能满负荷地运行，使得沼气发电的经济效益不能完全体现出来。

2.2.4 沼渣综合利用问题。目前，相当数量的沼气项目过度关注沼气，而忽视运行过程中产生的沼渣。既没有足够的沼渣储存设施，也没有先进的堆肥工艺。加之由于技术、生活习惯、认识等原因，农民普遍更愿意施用固体颗粒化肥，造成种养脱节，使得沼渣的综合利用率比较低，综合效益未能完全体现，沼渣的还田利用也仅仅是一个概念而己。沼渣处理利用粗放简单，还田利用缺乏必要的指导。

（收稿日期：2018-09-30）