3种粪污资源化利用模式的探讨

谭佳，宋文静，刘瑞良，许雷，韦启鹏*，饶煜玲

(1.江西省农业科学院 畜牧兽医研究所，江西 南昌 330200； 2.醴陵市畜牧兽医水产局，湖南 株洲 412200)

随着养殖业集约化、规模化发展，畜禽粪污造成的环境污染压力也越来越大，畜禽粪污污染治理已迫在眉睫。针对这一问题农业农村部发布了《关于做好畜禽粪污资源化利用项目实施工作的通知》，全国各省市也出台了相关政策。根据《湖南省推进畜禽粪污资源化利用重点县建设工作方案》，2017年湖南省醴陵市被认定为全国畜禽粪污资源化利用整县推进项目首批试点县，截至2019年6月，项目工作已全部完成。醴陵市根据种植和养殖的实际情况，主要推行了种养结合、污水达标排放、异位发酵床3种畜禽粪污处理利用模式。本文对这3种模式进行综合评价，以期为其他地区开展该项工作提供参考。

1 材料与方法

采取实地走访，对醴陵市种植、养殖及粪污资源化利用情况进行调查。

调研数据采用Excel 2017和IBM spss19.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 种植、养殖现状

醴陵市是全国县域经济百强县，总人口106万，其中，农业人口90.9万，种植和畜牧养殖业是当地人口主要经济收入来源之一。2017年醴陵市农作物种植面积9.83万hm2，其中，水稻6.78万hm2，蔬菜1.43万hm2，油菜0.76万hm2，红薯0.13万hm2，油茶林4.38万hm2。根据表1不同作物土地承载能力推荐值计算，可知醴陵市土地承载能力相当于240.862万头生猪当量(生猪当量即用于畜禽氮或磷排泄量的度量单位，1头猪为一个猪当量。1头猪当量的氮排泄量为11 kg，磷排泄量为1.65 kg。按存栏量折算:100头猪相当于15头奶牛、30头肉牛、250只羊、2 500只家禽)。作为生猪调出大县，醴陵市2017年出栏生猪132.86万头，肉牛1.58万头，肉羊38.45万头，家禽950.14万羽，折算为生猪当量则为191.52万头生猪当量。在现有养殖规模下，醴陵市每年产生的畜禽粪污约601.6万t，其中，固体粪污约114.0万t，液体粪污约487.6万t[1-2]。醴陵市的种植业发达，养殖规模较大，这些都给醴陵市实施粪污资源化利用提供了有利的条件。

表1 不同作物每667 m2土地粪污承载力的推荐值

2.2 粪污处理模式

2.2.1 种养结合模式

推行此种模式的养殖场需要建设有足够容积的污水贮存池并配套足够的种植面积。

5个基本要求。1)雨、污分流，粪污通过管道、暗沟输送，或者通过运粪车运送。2)干湿分离，建设有防渗、防雨的堆粪池。3)规模养殖场建设有与养殖量配套的防渗沼气池。具体而言沼气池容积要求每头存栏生猪不少于0.3 m3，其他动物转换为生猪当量计算。4)建设有防渗、防雨的沉淀池和污水(沼液)贮存池，贮存池容积大小取决于畜禽日粪污产生量、存栏量和贮存周期，而贮存周期需根据作物种植情况确定，一般需满足贮存周期不小于作物生长空白期。两者总容积总和不少于贮存周期内畜禽粪污总产量，贮存周期内畜禽粪污总产量=单位畜禽日粪污产生量(m3)×存栏量(头/羽)×贮存周期(d)；单位畜禽日粪污产生量推荐值:生猪0.01 m3，肉牛0.017 m3，家禽0.000 2 m3；贮存周期根据作物情况确定。如常年存栏300头生猪，产生的粪污全部用于浇灌双季水稻，11月至来年2月属于水稻生产空白期，粪污需贮存4个月，则两者容积不少于360 m3。5)配备与养殖规模相适应的种植基地，配套有运粪车、粪污输送管道等。粪污通过车辆、管道输送到种植基地。种植面积取决于存栏量和土地粪污承载力[3]，如常年存栏300头生猪，配备水稻种植基地，单季稻面积不少于8.693 hm2；双季稻面积不少于4.347 hm2。

根据表1对作物价值和单位承载力作物价值进行计算，作物价值=作物价格×目标产量，代表该作物的经济收益；单位承载力作物价值=作物价值/土地粪污承载力。计算得出每种作物单位粪污承载力的价值如图1所示。由图可知，在粪污承载力相同条件下，桃子和茶叶的经济收益较高，其次为黄瓜、番茄、茄子、大白菜，苹果和柑橘经济收益也较好。结合当地气候等作物生长条件，推荐种植作物为桃子、茶叶、黄瓜、番茄和柑橘。

图1 不同作物单位粪污承载力的价值

模式流程。规模养殖场通过干清粪方式获得的粪便集中在干粪棚中进行堆沤发酵，之后运送至种植基地用于种植；规模养殖场也可通过铺设漏缝板，用少量水冲粪，将粪污集中于集污池中，进行固液分离后，得到粪渣和粪水，粪渣收集到干粪棚进行堆沤发酵，粪水收集于沼气池进行发酵后，进入沉淀池沉淀贮存，通过沼液储存罐、池运送至种植基地供作物利用[4]。图2为种养结合技术模式流程图。

图2 种养结合的模式流程

2.2.2 污水达标排放模式

2个基本要求。1)雨污分流，粪污通过管道或暗沟输送；干湿分离，建设有防渗、防雨的堆粪池。2)建设污水处理系统，污水通过AO生物降解处理、MBR膜等方式处理后，排放的污水中CODCr低于400 mg·L-1，NH3-N低于80 mg·L-1，TP低于8 mg·L-1[5-6]。

不同规模养殖场污水达标排放模式的投资参考值见表2，其他动物的投资额可将动物转换为猪当量进行换算。

表2 不同养殖规模污水达标排放模式的投资额

由表2可知，污水达标排放模式的投资数额随养殖规模增加而增加，两者呈三次函数关系，y=7+0.03x-8×10-6x2+1.333×10-9x3,R2=1.000。换言之，养殖规模增加，单位存栏量投资额先减小后增加，养殖规模为2 500～3 000头生猪时，单位存栏量投资额最小。

2.2.3 异位发酵床模式

2个基本要求。1)雨、污分流，粪污通过管道或暗沟输送。2)干湿分离，建设有防渗、防雨的堆粪池。

技术原理。将养殖场的粪污抽放到发酵床上，与特种微生物接触后，24 h内粪污即降解为水蒸气、二氧化碳等物质后挥发，无废水、废渣、臭气进入外界，零排放、零污染，同时，将有价值的氮、磷、钾等物质储存在堆料中生成有机肥。

技术要点。采用干清粪模式，保证集污池中粪污混合物的粪和水比例不能低于1∶4，集污池必须避雨。严格控制堆料温度，堆料温度要求在45 ℃以下。木屑种类除樟木、桉木外其他均可。要求每半年补充一次菌种，确保菌种的优势生长，抑制杂菌过度繁衍及有害菌的产生。必须每日抛翻，轨道深翻机每日深翻一次；手扶旋耕机每日抛翻一次，再用铲车每2个月深翻一次。

工艺流程。将猪舍粪污通过排粪沟收集到集污池，然后用搅拌机将粪污搅拌成糊状，通过一个或多个管道喷洒在降解床上，分解为无臭无味的水蒸气、二氧化碳、氮气等无害物质；经菌种降解后的堆肥可作为高品质的有机肥。

不同规模养殖场异位发酵床模式的投资参考值见表3，其他动物的投资额可将动物转换为猪当量进行换算。

表3 不同养殖规模异位发酵床模式的投资额

由表3可知，异位发酵床模式的投资金额随养殖规模增加而增加，两者呈线性函数关系，y=13+0.035x,R2=1.000。换言之，随着养殖规模增加，总投资增加。

3 讨论

3.1 种养结合模式

从醴陵市采用种养结合模式消纳粪污的养殖场实施效果来看，养殖场粪污处理难点主要是沼液而非干粪，而沼液处理的难点是输送而非贮存，因此，选择种养结合模式的养殖户不能一味地追求沼气池、沉淀池、沼液储存池的容积足够大，而是要多从粪污输送途径想办法。在后续监管中，我们也发现不少养殖户因为沼液的输送难而选择偷排。因此，养殖场在不能通过管道、暗沟将沼液直接输送到消纳基地的情况下，可以采用车辆运输的方式将沼液及时运送到种植基地消纳。实践证明，如果当地没有粪污第三方配送机构，可以采取几家养殖场联合建设沼液储存池、合伙购置沼液运输车辆的办法，共同运营和维护，这样避免了设施设备的重复建设，增加了设备的使用效率，从而降低该模式的运营成本。

3.2 异位发酵床模式

异位发酵床前期建设成本不高，后期运行过程中投入的菌种、垫料，电费、设备维护等费用是主要资金消耗。因此，养殖户在选择异位发酵床模式进行粪污处理前，应充分核算后期运行成本，综合考虑粪污的销路，避免陷入前期资金已投入，后期却承担不起运行费用，粪污仍然直排污染环境的困境。

3.3 污水达标排放模式

该模式存在的主要问题是雨后春笋般涌出的达标排放设备建设公司资质和设备质量参差不齐，这就导致养殖户选择和评估难度增加。解决这一问题需要政府部门对达标设备公司进行监管和治理，同时也需要养殖户仔细甄别，从多方面综合考察、核实公司的资质。建议养殖户采取分段付费的方式，公司设备处理后的排放水水质经权威部门检测达标后再进行结算，以保证粪污治理取得切实的成效。

4 小结

醴陵市土地承载能力相当于240.862万头生猪当量，畜禽养殖规模为191.52万头生猪当量，因此，醴陵市基本可实现种养平衡，该市的粪污资源化利用模式具有典型示范意义。

种养结合模式所产生的干粪、沼液给有机农作物带来增产、增质的附加值，加之该模式可以利用养殖场原有的设施设备，环保投资预算不大，是目前大部分养殖场选择的粪污资源化利用方式；异位发酵床模式干粪的销售收入可抵去异位发酵床运行的开支，适用于规模较大、环保投资预算适中且有稳定的干粪销售渠道的畜禽养殖场；污水达标排放模式设备昂贵，维护运营成本较高，粪污回报率小，适合较大型的规模养殖企业。3种模式各有所长，无论选择何种模式，最终还是要运营好、监管好，这样才能兼顾经济效益与生态效益，将畜禽粪污变废为宝，实现粪污资源化利用。