丹麦和瑞典农业废弃物资源化利用调研报告

隋斌，孟海波，沈玉君，丁京涛，王健

摘要：丹麦和瑞典在农业废弃物资源化利用技术及生物天然气应用方面处于世界领先水平。对瑞典和丹麦在农业废弃物管理与资源化利用的先进技术和模式进行了调研、归纳总结及分析，以期为中国相关技术模式推广及应用提供借鉴。

关键词：种养平衡；和谐原则；农业废弃物；资源化利用；丹麦；瑞典

隋 斌，孟海波，沈玉君，等. 丹麦和瑞典农业废弃物资源化利用调研报告[J]. 农业工程技术，2018，38（2）：3-5.

丹麦是世界上畜牧养殖业最发达的国家之一，养殖及粪污处理利用技术法规健全，配套的设施设备已实现全产业化。瑞典非常重视可再生能源发展，是第一个将生物天然气并入天然气管网的国家，清洁能源生产及应用工程技术在世界处于领先地位。

为学习瑞典和丹麦在农业废弃物厌氧、好氧领域的先进技术和模式，高质量完成课题任务，农业部规划设计研究院组织专项调研团队先后赴丹麦和瑞典，实地考察了两国在农业废弃物厌氧发酵、好氧发酵及粪肥管理等方面的政策法规、技术模式及工程装备，并对两国在农业废弃物资源化利用方面的经验进行了总结和分析，以期为中国农业废弃物管理及资源化利用提供借鉴。

一、主要调研内容

1、研究型大学

調研了三所研究型大学。南丹麦大学由南丹麦商业与工程学院、欧登塞大学和南珠特兰大学合并而成，在畜禽粪肥管理、粪肥储存应用过程中氮素的转化和损失、温室气体的排放、堆肥技术及过程中的养分循环等研究方面有多年的研究基础，实验室配备了包括共聚焦拉曼显微光谱仪、高效液相色谱/质谱分析仪、气相色谱质谱分析仪、镭射粒径测定仪等大型分析仪器。

奥胡斯大学是丹麦历史悠久、规模最大的综合性大学，全球百大名校之一。在畜禽养殖污染控制及资源化利用方面，配备有养殖环境模拟平台、养殖畜舍通风实验室、粪污施肥设备研究实验室及沼气技术中试平台等完备的研究设施。

隆德大学是北欧最大的高等教育和科研机构、瑞典世界排名最高的大学，世界排名第73位。考察团参观了隆德大学沼气技术实验室，主要以厌氧发酵原料优化、沼气潜力评估、沼气生产装备技术为研发方向[1]。

2、种养结合农场

调研了位于丹麦维堡市的两处农场，均配备有牲畜养殖场及农田，分别以饲养母猪、奶牛为主，农田则以种植大麦类作物为主。养殖的规模严格按照种养平衡原则控制，即所饲养的牲畜每年所产生的粪污需有足够的土地予以消纳。养猪场内配备了粪污固液分离系统、堆肥系统、酸化处理系统及粪水储存池；养牛场配备有自动化饲喂、挤奶、垫料铺洒、粪污收集处理设施。产生的粪污进行固液分离处理，养猪场的固态粪污部分用于堆肥，养牛场的固态粪污部分作为垫料回用到牛舍；两个养殖场所产生的粪浆均经酸化处理系统处理后，达到氨气减排标准，再输送至粪水储存池储存9个月以上方可施用农田中。

3、沼气工程

参观了瑞典的两处沼气工程。其中一处位于马尔默市，是瑞典规模最大的沼气工程，池容2.8万立方米，使用原料为能源作物及有机垃圾，采用全混式两级厌氧消化工艺，提纯采用的是水洗法工艺，辅以氯化铁原位脱硫工艺。该工程管理人员仅有2人，采用全程计算机监控管理，工作人员仅需每天监控相应指标即可获知沼气工程运行情况。同时对各项指标的重要性进行分级，规定所测定指标按重要等级依次每天、隔天及每周测定，以保证工程稳定运行。

另一处沼气工程位于斯德哥尔摩市，是瑞典农业科学大学的实验基地，以研究沼气提纯工艺为主要用途。该工程以生活垃圾及农作物秸秆等为发酵原料，所产生的沼气通过模块化提纯系统进行提纯。沼气提纯所采用的工艺由新加坡国立大学研发，主要采用以沸石为原料的变压吸附技术，与水洗和化学提纯法相比，该工艺无需添加水和其他化学物质。提纯系统为模块化组装，体积小、成本低，可整体装入集装箱中，便于长距离运输。

4、装备制造企业

参观了A、B、C三家畜禽养殖粪污控制及资源化利用装备制造企业，其中A、B企业位于丹麦，C企业位于瑞典。A公司主要生产固态、液态粪肥施用车载装备，目前年生产能力达到6500套。液态粪污施肥车载装备可实现拖尾软管表面施肥、注射式施肥、翻耕施肥同步等多种施肥方式，同时配备有养分在线检测及分析设备，可根据粪肥的营养成分科学调配施用；固态粪肥施肥车载装备可将粪肥均匀喷洒于耕地表面。公司生产装配车间采用模块化设计，产品的每一部分在不同的区域完成组装，每一步的安装都有严格的质量检测，整个车间采用先进的通风系统，创造清洁的生产环境，保障工人的身体健康。

B公司主要从事畜禽舍的环境控制设备生产，主要包括通风和除臭系统。近年来，该公司依据牲畜生长对环境的需求，研发了通风控制系统。另外，公司还开发了感应探头、温控系统等多种产品，技术领先，开发了低能耗通风系统（LPV），包括断电保护控制系统、双层膜或三层膜除氨系统等。公司的产品质控非常严格，成品实施严格订单生产、货架管理，把仓储空间利用发挥到了极致。

C公司是欧洲一家提供沼气工程设计集成、生产优化和过程控制技术方案及服务的成长型创新公司。公司从生产优化和智能化过程控制的角度解决长期以来困扰厌氧发酵工艺过程中沼气生产效率低下和生产稳定性差等技术难题，始终关注并致力于技术创新、经济效益和环境质量的和谐发展。近年来，公司开发了甲烷产气潜力分析、厌氧发酵反应器等系列化产品，在低气体流量分析仪器领域处于世界领先地位。

二、收获与启示

1、先进理念引领科学发展

（1）畜禽养殖粪污储存及粪肥利用理念与时俱进

丹麦是全世界养猪业最发达的国家之一，养殖及粪污处理利用技术法规健全，配套的设施设备已实现全产业化，近几十年来丹麦的粪污治理理念根据实际情况进行不断调整。1982年至1988年，丹麦的地下水受氮素污染较严重，政府十分重视控制氮磷等污染物的释放，实施了水环境保护I期到III期计划、氮磷氧NPO计划等污染控制方案，形成了“污染控制、环境优先”的理念。1988年至今，这一理念继续发展，开始注重养分平衡、杜绝过度施肥，同时控制氨挥发，在粪污的储存和粪肥的施用过程中，根据作物对养分的需求、结合土壤的养分状况，严格测算肥料用量，确定合理的施肥方案，体现了“种养平衡、按需施肥”的理念。

（2）科技研发理念导向明确

丹麦和瑞典已形成了以面向产业、集中解决实际问题为导向的理念，所设置的研究方向全面并分工细化。南丹麦大学和奥胡斯大学目前以研究粪污中氮磷等营养元素回收利用、養殖生产过程污染控制、粪污肥料化施用技术与装备为主，研究贯穿粪污资源化利用全链条。瑞典隆德大学的沼气研究主要集中在沼气过程优化、能源作物筛选和预处理、厌氧微生物特征及分类筛选、厌氧消解在生物处理方面的应用以及对包括沼气在内的生物能源政策的研究等；瑞典农业大学侧重能源植物和厌氧消解在农业生态系统中的研究；瑞典林雪平大学的沼气研究则注重厌氧微生物的研究和消化过程优化。

（3）装备制造理念科学全面

在畜禽污染控制及资源化利用方面的装备制造业研发方面，丹麦和瑞典秉承科学管理、精细分工、绿色生产、持续研发、服务优化等先进理念，已形成了完善的产业化体系。考察团所参观的丹麦两家装备制造企业，生产车间空间设置合理，生产环境配备有先进的通风系统以保障健康生产，生产各环节分工职责明确并有严格的技术标准和考核制度，保证了产品的高质量输出，产品的推广和售后服务全面及时，保障了整个销售环节。同时，三家企业在技术装备研发方面都投入了大量的资金，配有专门的研发团队和实验室，有效保障产品的技术先进性。

2、法规体系规范行业行为

（1）法规体系健全

丹麦和瑞典都是欧盟国家，欧盟在控制环境污染方面出台了一系列政策，主要有《水框架指令》、《硝酸盐法令》、《农业环境条例》等[2]。同时丹麦和瑞典根据自身情况需要，也制定了相应的环保法规。以丹麦为例，制定了氮磷氧NPO计划、《水环境行动方案》、《流域管理计划RBMPs》等。在此基础上丹麦还制定了相应的粪污管理与利用法律法规，包括畜舍规范化建设、畜禽粪污储存及施用全过程，以达到降低污染排放、提高资源利用率的目的。

（2）执行力度大、守法意识强

为了有效治理农业生产污染，丹麦政府从农业投入品源头抓起，实施了覆盖全面的精细化管理与监管政策，主要集中在畜禽养殖粪肥管理、农用化学品生产使用管理等多个方面。政府每年随机抽取养殖场地深井水样进行粪便污染检测，若发现养殖场畜禽粪便管理违反要求甚至对周围环境造成污染，将交由环保部门对其污染事故进行相应处罚。丹麦政府还建立了完善的农业流域地下水水质监测系统，设置专门监测机构，严密监测农业生产活动集约区地下水质，并实时把监测水质报告发布在网络上，以供公众监督。

3、技术研发追求精益求精

考察团所访问的大学及企业均十分重视技术的研发，研究者始终秉承严谨认真、专注深入、开放共享的科研态度，在研究计划和研究装置的制定方面重视整体性、系统性、合理性。奥胡斯大学的大型沼气研发中试平台，沼气发酵罐体容量达到30 m3，为世界规模最大，同时罐体设置有上、中、下三个进料位，各种参数的在线监测系统完备，整个设计合理而全面，更有利于研究模拟厌氧发酵的实际生产情况；奥胡斯大学养殖环境模拟平台总投入经费折合人民币2000万元，整个平台可以完全模拟实际养殖生产环境，具备研究养殖饲喂到粪污处理各环节的实验条件，同时配备有气体自动监测与采集系统，可实现全方位实时气体污染监测。所参观的其他大学和企业的实验室，如隆德大学沼气研究实验室、三家装备企业均设有研发部门，都体现了对于技术研发的重视及精益求精的研究态度。

4、工程装备支撑产业发展

丹麦和瑞典在粪污厌氧、好氧发酵及粪肥施用方面的设备及生产方面均已实现产业化、模块化、标准化，已经形成了较为完善的装备与生产体系。以丹麦的粪污管理与粪肥施用装备为典型，如B公司研发生产的畜舍通风及空气净化设备、养殖场配备的粪污酸化系统、A公司研发生产的固态和液态粪肥施用装备及在线监测设备等，都起到了减少污染或提高肥效的作用，贯穿于粪污产生到储存利用各个方面；以瑞典的沼气工程设备为典型，包含厌氧发酵装备、沼气净化提纯设备、工程监控设备、生物天然气利用设备（如沼气汽车、火车）等，涵盖沼气全产业链。

5、成熟模式提升综合效益

经过多年的实践，丹麦和瑞典在粪污及生物质能源的管理及利用方面建立起了适合自身发展的模式。

（1）瑞典生物天然气商业化模式

瑞典政府十分重视可再生能源的发展，并承诺2020年后全面使用生物质燃料，放弃石油燃料，力争成为世界上第一个全面使用可再生能源的无油国。在沼气发展方面，由于瑞典沼气发电的竞争力与其他清洁能源相比较弱，因此主要选择的是沼气发酵提纯-压缩运输|并入天然气管网-车用燃料的高值化商业模式。目前瑞典1/4的公共汽车、斯德哥尔摩3/5的出租车使用的是压缩生物天然气能源，压缩生物天然气加气站遍布全国。同时，瑞典政府通过对沼气使用实施免税或减税、提供发展沼气的津贴等激励政策，提高了沼气产业的综合效益，从而有效地促进产业健康发展。

（2）丹麦垃圾回收利用模式

丹麦每年产生的垃圾量达到1300万吨，产生量是巨大的。丹麦通过将垃圾处理由“末端治理”转变为“源头减量”，实行垃圾分类，对不同类型的垃圾采取不同的回收利用方式，如通过集中堆肥处理生活垃圾、城市污泥和农作物秸秆，通过焚烧方式处理其他垃圾，对纸质和玻璃垃圾尽最大可能循环利用。同时，丹麦采取一系列经济手段，如环境税制度、押金制度、垃圾分类计量收费制度等，并通过一系列的法律、规章，强力推行这些制度，取得了良好的成效。

（3）丹麦粪污肥料化利用模式

丹麦畜禽粪肥利用模式十分完善。受20世纪70年代的环境污染教训影响，其核心理念首先是注重环保，其次是养分供需平衡，强调粪污的过程管理和合理消纳。丹麦对粪肥施放的时间、方式以及所有养殖场都有所要求，施用必须满足“和谐原则”[3]，即养殖场的生产水平必须与可消耗粪肥的土地面积一致，与中国所提倡的“种养平衡”原则相似。“和谐原则”的内容要求在一次种植过程中，每公顷土地中施放的粪肥中氮的数量不能超过一定的总量。此外，养殖场还需规划并遵循一个施放粪肥的时间计划。施放粪肥的最佳时间的规划应根据作物的生长周期而定，以保证在作物最需要肥料的生长阶段能获得足够的肥料。

基于以上原则，丹麦农业部门制定了一个换算因素—动物单位（AU），来计量不同种类的动物对环境的影响。1个动物单位等于每年需产出单位重量的氮的某重量级别的一定數量的动物，据此，根据饲料、饲喂方式等各种条件，对各种饲养动物所产生的氮素进行精确地计算，同时结合同样通过精确计算的作物每年的氮素吸收量，即可计算出目前的农用土地所能消纳的动物饲养量。如果需要增加饲养量则需要有更多的土地进行消纳多余的粪污，不能违反和谐原则。

6、创造条件支持科技创新

丹麦和瑞典科技发达，科技研发经费投入占目前国内生产总值的比重达到了3%以上（中国此项投入在2015年刚刚超过2%），使得两国在科研发展方面有足够的动力，从而持续推动科技创新和产业发展。所考察的三所大学，每个研究人员都有单独的实验室及定向培养的研究生，同时对博士按照大学临时雇员身份对待，以保证其获得较高的薪金待遇，使其可以安心开展科研工作。两国的大学均十分积极地开展国际联合科研合作，通过科研合作加强技术研发，如奥胡斯大学与中科院合作培养博士生开展多种原料厌氧发酵沼气产气潜力工艺研发，隆德大学与国家电网合作共建纤维素乙醇联合实验室。

瑞典推行“研究人员特权”规则，即研究成果（包括创新型成果）的专利归研究人员个人拥有，这样就赋予了研究人员极大的研究积极性，同时瑞典的大学有专门的机构去鼓励研究人员把他们的技术成果进行商业化应用。如所访问的碧普公司即为隆德大学刘京教授所创立，已成为了低气体流量分析仪器领域的市场领导企业。

7、技能人才保障工程运行

专业技术人才是产业发展的最根本保障，在所参观的企业、养殖场、工程，为考察团介绍相关情况的工作人员都表现出了较高的综合职业素质，如负责瑞典马尔默沼气工程运行和管理的技术工人与国内沼气工程管理人员相比，其对工程工艺的原理运行了解更加透彻，在工程运行遇到问题时基本可以独立解决；A、B公司的技术研发部门的研发工程师及生产部门的技术工人，都具有很高的职业技术素养，有效保证了工程的良好运行和产品的高质量产出。

三、政策与工作建议

1、进一步完善粪污资源化利用政策法规

中国在粪肥管理、沼气工程建设与管理方面颁布的政策法规并不少，近年来更是加大了相关政策及法规的制定和支持力度，目前来看有所收效，但并不很明显。本次访问对丹麦的粪肥管理和瑞典的沼气工程相关政策法规有了较为全面的了解，尤其丹麦的粪肥管理政策法规遵循切合实际、尊重科学、循序渐进的原则，强调政策、法规等的实施要有渐进性和长效性，实施效果较好，值得中国在政策法规的制定方面参考借鉴。因此，加强研究如何制定具有可操作性强、循序渐进的的法律法规及政策，对未来中国的畜禽粪污治理与利用的长远、健康发展，具有十分重要的指导和推动作用。

2、加大粪污资源化利用技术研发推广力度

丹麦和瑞典在粪污资源化利用技术模式方面的研究成果成效显著，其成功的核心原因是适应了当地的发展现实，这值得中国借鉴学习。中国幅员辽阔，各地区条件差异大，要因地制宜，应加强研发适合于国内各类典型区域发展的粪污资源化利用技术模式，积极摸索推进、不断完善，同时建立示范点，以推进技术模式得到更好的推广与应用。

3、深入开展农业废弃物利用领域的国际科技合作交流

本次访问交流时间较为短暂，在畜禽粪污治理技术与装备引进与合作、沼气提纯及高值化利用等方面，双方尚未进行深入的交流与讨论。希望今后能够有更加充分的时间，与国外研究专家共同参与两方的科学研究工作，同时希望以后能邀请南丹麦大学、隆德大学专家来国内做学术报告，深入交流畜禽粪污管理、沼气工程发展的技术与装备研发，建立科技人员定期交流互访机制，进行更深层次的合作。另外，也希望能够与国外研究机构开展粪污资源化利用方面的长期合作，邀请专家以访问学者的身份到中国进行合作研究。

4、积极引进相关领域高端科技人才

国内一些涉农单位（如中国农业大学）在丹麦和瑞典安排有大量的学习与研究人员，广泛分布于欧洲各个大学、研究机构。考察团在访问期间，在与当地学者进行了深入交流的同时，也与在从事相关研究的国内人员建立了密切的联系，这对未来与欧洲开展深入合作有着重要的推进作用。在未来应加强与在欧开展相关领域研究专业人才的交流，提供优厚条件，吸引高端科技人才回国发展。

参考文献

[1] 刘 京，刘志丹，袁宪正. 沼气生产及利用—瑞典经验[J]. 中国沼气，2008： 38-41+50.

[2] 郭鸿鹏，徐北春，刘春霞，等. 丹麦农业生产水污染综合防治政策及启示[J]. 环境保护，2015： 68-71.

[3] Harbo N，杨 宇，钱金花. 丹麦粪肥管理法律与策略—对中国养殖业的启示[J]. 今日养猪业，2015： 68-69.