杨浩君,江沛聪,熊传教,曾庆东,刘可星,魏子凯
(1.广东省现代农业装备研究所,广东 广州 510630;2.华南农业大学资源环境学院,广东 广州 510642)
按照《2021 年广东省畜牧兽医工作要点》(粤农农办〔2021〕58 号)和《广东省2021 年实施河长制湖长制工作要点》(粤河长办〔2021〕23 号)等文件要求,我省2021 年度畜禽粪污资源化利用的工作任务是继续强化畜禽粪污资源化利用工作,提升畜禽粪污处理设施装备配套水平。为了巩固资源化利用工作成效,受广东省农业农村厅畜牧与饲料处的委托,由广东省现代农业装备研究所牵头,联合华南农业大学、广东省农业科学院农业资源与环境研究所等省内科研院校组成的评估小组,深入珠三角、粤东、粤西、粤北等区域开展实地评估调研工作。调研评估小组随机抽取12 个县(市、区)的155 个养殖场和14 个粪污处理中心,通过填表、访谈、现场检查等手段,获取了养殖场的畜禽粪污收集方式、处理方式和粪污资源化利用方式等方面的基础数据,并进行了深入分析研究,总结了现有技术模式和存在问题,提出了政策性的建议,为下一年度的评估工作奠定基础。
评估组实地调研了从化、乐昌、紫金、兴宁、惠东、陆丰、台山、阳春、雷州、高州、高要、英德等12 个县(市)共155 个养殖场。其中,生猪养殖场95个,养鸡场33 个(蛋鸡场14 个,肉鸡场19 个)、水禽场12 个(鸭场7 个,鹅场5 个)、鸽子场7 个、牛场5个(奶牛场2 个,肉牛场3 个)、肉羊场3 个。调研养殖场样本中不同畜禽种类养殖场比例如图1 所示。
图1 调研养殖场比例示意图
粪污收集方式主要有干清粪、水冲粪和水泡粪3种[1]。如图2 所示,调研样本中养殖场情况如下。
图2 主要畜种不同清粪工艺占比
生猪养殖场共95 家,采用干清粪工艺58 家,占比61.1%;采用水冲粪工艺33 家,占比34.7%;采用水泡粪工艺4 家,占比4.2%。蛋鸡场14 家全部采用干清粪工艺;肉鸡场19 家全部采用干清粪工艺,其中采用垫料养殖方式14 家,占比73.7%;采用笼养方式5 家,占比26.3%。奶牛场共2 家,采用干清粪工艺1 家,水冲粪工艺1 家,各占比50.0%。肉牛场共3 家,采用干清粪工艺2 家,占比66.7%;采用水冲粪工艺1 家,占比33.3%。肉羊场3 家全部采用干清粪工艺。鸽子场7 家全部采用干清粪工艺。水禽场共12 家,均利用池塘放养,有10 家采用人工清运方式收集岸上地面和鸭(鹅)棚的粪便,水禽在池塘活动产生的粪便入塘作养鱼肥水;2 家养殖栏舍建在鱼塘上方,定期用水枪将产生的粪污冲洗进入鱼塘作肥水剂,没有收集。
综上所述,生猪养殖场干清粪工艺占比为61.1%,蛋鸡、肉鸡、鸽子等家禽养殖场基本全部采用干清粪工艺。养殖场总体而言干清粪占比高,说明政府大力的推广节水型干清粪工艺取得成效,同时养殖场愿意采用节水型的干清粪工艺[2],节约了末端污水处理成本,提升了养殖效益。
粪污收集后首先要进行的就是固液分离。调查样本中生猪养殖场95 家,其中74 家有固液分离设备,占比78%,分离出固体粪污、液体粪污并按两种方式分别处理;21 家没有固液分离装置,粪污按全量液体粪污处理。
牛场5 家,均配备固并液分离装置,粪污分离出固体粪污、液体粪污两种并按各自方式分别处理。
养鸡场33 家,均没有配备固液分离装置。21 家的粪污全量按固体粪污处理方式处理(没有液体粪污),占比63.6%;10 家干清粪的粪污按固体粪污处理方式处理,冲洗栏舍等产生的污水按液体粪污处理,占比30.3%;2 家按全量液体粪污处理方式处理,占比6.1%。
肉羊场3 家,2 家的固体粪污由人工收集,液体粪污(含栏舍清洗的污水)自流到液体粪污收集池;另一家散养山羊户,无液体粪污。
水禽场12 家,10 家有收集部分棚舍或岸上的固体粪污,其余2 家均没有收集粪污措施。
鸽子场7 家,干清粪的粪污按固体粪污处理方式处理;其中有4 家有冲洗栏舍等产生的污水按液体粪污处理,另3 家无液体粪污产生。
固体粪污包括干清粪或固液分离后的固体粪污。固体粪污处理方式包括简易存储、人工堆(沤)肥、机械化堆(沤)肥、农户合约或第三方处理机构收运等,不同畜种的粪便处理方式占比见图3。
图3 主要畜种的粪便处理方式占比
如图 3 所示,调查样本中:生猪养殖场95 家,采用简易存储有38 家,占比40.0%,采用机械化堆(沤)处理的有9 家,占比9.5%;由农户合约外运16 家,占比16.8%;与第三方处理机构签订收运协议11 家,占比11.6%。蛋鸡场14 家,采用人工堆(沤)肥有1 家,占比7.1%;采用机械化堆(沤)有5 家,占比35.7%;由农户合约外运3 家,占比21.4%;与第三方处理机构签订收运协议3 家,占比21.4%。肉鸡场19 家,采用简易存储有1 家,占比5.3%;采用人工堆(沤)肥有5 家,占比26.3%;采用机械化堆沤有4 家,占比21.1%;由农户合约外运9 家,占比47.4%。奶牛场2 家,全部由农户合约外运。肉牛场3 家,采用简易存储有1 家,占比33.3%;由农户合约外运2 家,占比66.7%。肉羊场3 家,采用简易存储有1 家,占比33.3%;由农户合约外运2 家,占比66.7%。鸽子场7 家,由农户合约外运4 家,占比57.1%;与第三方处理机构签订收运协议3 家,占比42.9%。另有21 家生猪场养殖场和2 家蛋鸡场的粪便全量进入液体粪污储存池(或异位发酵床),按液体粪污处理方式处理。
堆(沤)肥工艺主要有人工堆(沤)肥、机械化堆(沤)肥两种。其中机械化堆(沤)肥细分为条垛式、槽式和发酵罐等三种工艺[3-4]。如图4 所示,生猪养殖场采用堆(沤)肥工艺9 家中:采用条垛堆肥1 家、槽式堆肥4 家、发酵罐堆肥4 家;蛋鸡场采用堆(沤)肥工艺5 家中:采用槽式堆肥1 家、发酵罐堆肥4 家;肉鸡场采用堆(沤)肥工艺9 家中:人工堆(沤)肥5 家、槽式堆肥工艺2 家、发酵罐堆肥2 家。
图4 主要畜种不同堆(沤)肥工艺占比
调研发现,采用机械化堆(沤)肥工艺的养殖场粪污管理都较为规范,能严格执行GB/T 36195-2018 畜禽粪便无害化处理技术规范标准。采用简易存储或人工 堆(沤)肥工艺的养殖场大部分只是将固体粪污简易存储(含养猪场和养鸡场),没有按照堆(沤)肥的工艺要求进行原料调理、翻动(翻抛)、鼓风等操作,造成堆(沤)肥的堆体通气性能差,无法实现好氧发酵过程,堆(沤)肥产品难以达到无害化要求。
固体粪肥应用台账方面,鸡粪和鸽子粪去向明确,利用台账比较清晰、规范;相对而言生猪养殖场的固体粪污处理工艺不规范,台账不清晰。粪渣、粪肥使用的台账不清晰,有明确记录的较少。主要原因是利用猪粪(渣)的堆(沤)肥养分含量比不上鸡粪的堆(沤)肥,简易存储的粪渣或堆(沤)的粪肥由周边种植户自取自用,很少有人出钱购买。部分生猪养殖场虽签订外运协议或委托第三方处理机构收运处理,但基本是为了应付政府检查的目的,台账不清晰。
水禽养殖场大多会将岸上粪便收集存储后,采用简易存储的方式堆放一段时间后再还田利用。但由于水禽生活习性原因,大部分粪污进入鱼塘,目前尚未有规范的管理制度。随着水禽养殖规模化发展,下一步需重点关注。
液体粪污指畜禽养殖过程中产生的粪、尿、外漏饮水和冲洗水及粪污固液分离粪水等液态混合物(含粪浆)。养殖场液体粪污处理方式包括贮存厌氧发酵、沼气发酵、沼气工程+污水深度处理、异位发酵床、鱼塘处理等方式。主要畜种的不同液体粪污处理方式占比如图5 所示。
图5 主要畜种不同液体粪污处理工艺占比
生猪养殖场共95 家,采用沼气发酵方式30家,占比31.6%;采用贮存厌氧发酵方式8 家,占比8.4%;采用沼气工程+污水深度处理方式48家,占比50.5%;采用异位发酵床方式9 家,占比9.5%。蛋鸡场共14 家,采用沼气发酵方式2 家,占比14.3%;采用沼气工程+污水深度处理方式2家,占比14.3%;采用贮存厌氧发酵方式3 家,占比21.4%;进入鱼塘做鱼塘肥水的1 家,占比7.1%;还有6 家无液体粪污产生,共占比42.9%。肉鸡场共19 家,采用沼气发酵方式1 家,占比5.3%;采用贮存厌氧发酵方式3 家,占比15.8%;还有15 家无液体粪污产生,占比78.9%。奶牛场共2 家,采用贮存厌氧发酵方式1 家,占比50.0%;采用沼气工程+污水深度处理方式1 家,占比50.0%。肉牛场共3 家,采用沼气发酵1 家,占比33.3%;采用液体贮存厌氧发酵方式2 家,占比66.7%。肉羊场共3 家,采用贮存厌氧发酵方式2 家,占比66.7%;还有1 家山羊散养场无液体粪污产生,占比33.3%。鸽子场共7 家,无液体粪污产生。水禽养殖场共12 家,其中采用污水深度处理方式2 家,占比16.7%;进入鱼塘10 家,占比83.3%。大部分水禽场利用鱼塘承接养殖粪污作为肥水剂和饲料使用,但需要配套足够的鱼塘面积,广东鱼塘尾水排放标准目前也尚不明确,存在环境风险。
从调研结果看,贮存厌氧发酵工艺和沼气发酵工艺是养殖场液体粪污处理的主要工艺方式。贮存厌氧发酵工艺简单、投资成本低,养分固持效果好[5];沼气发酵工艺不仅能实现粪污处理、还能获得清洁能源[6]。
部分生猪养殖采用了异位发酵床模式,猪粪含水率较高,在对粪污不进行机械固液分离的前提下,采用异位发酵床模式能够完全消纳粪污并全量转化为有机肥料(原料),从而达到环保要求;但也要注意控制生猪养殖场用水量,尽量降低粪污的含水率;注意控制发酵床垫料的成分和添加频率,以及堆体温度,避免存在建而不用或者“死床”的现象[7]。
沼气工程+污水深度处理在生猪养殖场的液体粪污处理中占比较大。一般都是大型养猪场,周边没有足够的土地来消纳简单处理的粪污,地方环保管理也比较严格。
畜禽粪便和粪水中含有丰富的有机物和氮、磷、钾等养分元素,经加工处理成粪肥后能够为作物生长提供营养,是土壤有机质的重要来源[8-9]。从实际调研情况来看,固体粪污主要采用堆(沤)肥工艺处理后生产成粉状粪肥或有机肥原料二次加工后使用,比较方便实现资源化利用,使用台账也比较清晰;液体粪污处理成液肥粪肥或沼液,或进一步处理至达标排放或农用灌溉标准后,通过管网灌溉的方式施用于山林和果林,基本没有台账,管理比较混乱。
液体粪污处理后利用情况如图6 所示,生猪养殖场95 家。其中处理沼液至达标排放或农用灌溉标准的有48 家,占比50.5%;贮存厌氧发酵或沼气发酵工艺处理成粪肥还田利用的有36 家,占比37.9%;异位发酵床处理成固体粪肥还田利用的有9家,占比9.5%;进入鱼塘的有2 家,占比2.1%。奶牛场2 家。其中处理沼液至达标排放标准1 家,占比50.0%,贮存厌氧发酵处理成粪肥还田利用的有1家,占比50.0%。肉牛场3 家。都采取贮存厌氧发酵工艺处理或沼气发酵工艺处理成粪肥还田利用。蛋鸡场14 家。其中全部进入液体粪污处理,处理沼液至达标排放标准或农用灌溉标准的有2 家,占比14.3%;少量液体粪污贮存厌氧发酵或沼气发酵工艺处理后作液体粪肥还田利用的有5 家,占比35.7%;进入鱼塘的有1 家,占比7.1%,其他6 家没产生液体粪污,占比42.9%。肉鸡场19 家。其中贮存厌氧发酵工艺处理及沼气发酵工艺处理成粪肥还田利用4 家,占比21.1%;其他15 家没产生液体粪污占比78.9%。肉羊场3 家。其中用贮存厌氧发酵工艺处理成粪肥还田利用的有2 家,占比66.7%;1 家没产生液体粪污,占比33.3%。鸽子场7 家,无液体粪污产生。水禽养殖场12 家。其中采用一体化深度处理设施处理池塘尾水2 家,占比16.7%;其他10 家没有明确的液体粪污处理及利用情况,多为未经处理直接进入鱼塘,占比83.3%。
图6 液体粪污处理后利用情况
从调研结果看,有液体粪污产生的养殖场126家。其中,按粪肥还田方式(含异位发酵床处理成固体粪肥、贮存厌氧发酵或沼气发酵工艺处理成液体粪肥三种方式)的有60 家,占比47.6%;按达标排放或农业灌溉标准执行的养殖场共53 个(含生猪场48 家、奶牛场1 家、蛋鸡场2 家、水禽场2 家),占比42.1%;未处理直接进鱼塘的有13 家,占比10.3%。
4.2.1 液体粪肥输送方式
如图7 所示,生猪养殖场明确液体粪肥输送方式的养殖场有65 家。其中沼液和肥水以管网输送为主,用管网输送有55 家,占比为84.6%,用罐车输送有5 家,占比7.7%,同时用管网和罐车输送有5 家,占比7.7%;蛋鸡场明确液体粪肥输送方式的养殖场有3 家,采用管网输送的有2 家,占比66.7%,采用罐车输送的有1 家,占比7.7%;肉鸡场2 家,奶牛场2 家,肉牛场1 家,肉羊1 家全部采用管网灌溉。
图7 液体粪肥输送方式
管网灌溉的作物类型以林地果树为主,直接管网输送,效率较高、投入较低,罐车出入养殖场少也降低了安全隐患。
4.2.2 液体粪肥还田方式
沼液和肥水施用方式主要有漫灌、喷灌、滴灌等。如图8 所示,生猪养殖场明确液体粪肥还田方式的有48 家,采用漫灌的有25 家,占比52.1%;采用喷灌的有18 家,占比37.5%;采用滴灌的有5家,占比10.4%。蛋鸡场明确液体粪肥还田方式的有3 家,采用漫灌的有1 家,占比33.3%;采用喷灌的有1 家,占比33.3%;采用滴灌的有1 家,占比33.3%。肉鸡场1 家,采用漫灌方式。奶牛场1 家,采用滴灌方式。肉牛场1 家,采用漫灌方式。肉羊场1 家,采用喷灌方式。
图8 液体粪肥施用方式占比
整体上看,液体粪肥还田方式也主要以漫灌为主,采用滴灌等节水方式的养殖场较少。
根据《十二五主要污染物总量减排核算细则》,在此次评估核算中,如固体粪污外供,肥水就地利用的按生猪存栏10 头需配套不少于1 亩土地,其他畜种按《畜禽养殖业污染物排放标准》转换为猪当量进行计算[10]。如图9 所示,生猪场95 家中有55 家满足配套消纳土地面积,占比57.9%;蛋鸡场14 家中有13家满足配套消纳土地面积,占比92.8%;肉鸡场19 家都满足配套消纳土地面积;奶牛场2 家,全部不满足配套消纳土地面积;肉牛、肉羊场各有3 家中分别有2家满足配套消纳土地面积,占比66.7%。7 家鸽子场中满足配套消纳土地面积的有3 家,占比42.9%;12 家水禽场粪便大多直接进入鱼塘,作为鱼饲料养殖,因为没有鱼塘消纳相关文献,暂未进行核算。
图9 养殖场消纳土地配套情况
如图10 所示,通过调研对养殖场配套验收文件的核查,135 家养殖场有122 家通过了农业、环境部门的配套验收,占比90.4%,与养殖场配套消纳土地面积情况基本相符合。13 家未通过验收养殖场含6 个生猪养殖场,其中2 个停养场,4 个规模以下场;其他7 个包含5 家肉鸡场和2 家肉羊场,现都非规模场。
图10 养殖场配套验收情况
按畜种分析,生猪养殖场95 家,有配套验收文件的有88 家,占比92.6%;蛋鸡场14 家,全部有配套验收文件;肉鸡场19 家,有配套验收文件的有14家,占比73.7%;奶牛场2 家,全部有配套验收文件;肉牛场3 家全部有配套验收文件;肉羊场3 家,有配套验收文件1 家,占比33.3%。鸽子,水禽等禽类没有配套验收文件,原因在于暂无管理标准与要求。调研还发现有验收通过文件不等于满足配套,部分配套验收仅仅停留于有无配套设施。
根据《广东省畜禽养殖粪污处理与资源化利用技术指南(试行)》中附表3 畜禽养殖粪污处理与资源化利用主要模式资源化利用率表认定养殖场资源化利用率,并根据相应的消纳土地配套情况核减。我国农业部制定的《畜禽粪污资源化利用行动方案》明确到2020 年,全国畜禽粪污资源化利用率达到75%以上。
如图11 所示,生猪养殖场95 家,资源化利用率75%以上的有56 家,占比58.9%;蛋鸡场14 家,资源化利用率75%以上的有13 家,占比92.9%;肉鸡场19 家,资源化利用率全部在75%以上;奶牛场2 家,资源化利用率全部未达到75%以上;肉牛场3 家,资源化利用率75%以上的有2 家,占比66.7%;肉羊场3 家,资源化利用率75%以上的有2家,占比66.7%;鸽子场7 家,资源化利用率全部在75%以上。资源化利用率低于75%的养殖场主要为生猪养殖场,原因是周边消纳土地面积不够,建议畜禽粪污采取固液分离方式,固体粪污堆肥后外运,减少所需消纳配套土地。肉鸡、鸽子以及采用异位发酵床的生猪养殖场产生固体粪肥或商品肥后外运外送,对消纳地配套要求低,资源化利用率高。水禽的资源化利用率所需配套鱼塘不明确,未做相应配套消纳地核减。
图11 不同畜禽达到75%以上资源化利用率
本次评估,还调研了14 家粪污处理中心,其中1 家已注销停用(非项目依托建设),其余13 家粪污处理中心主要收集处理周围养殖场粪污;依托中央财政资金项目扶持建设的粪污处理中心共6 家,其中3家尚未正式运营,2 家尚未拿到肥料证。
下一步,建议加强对现有粪污处理中心(有机肥厂)的运营监督,指导粪污处理中心与养殖场完善收纳协议、收纳台账、销售台账等,畅通从粪污到资源化利用的环节。
养殖场基本有配套粪污处理设施设备,但存在部分运行情况不理想,特别是液体粪污处理,存在处理后液体去向不明的问题。经过调研分析,发现主要是2 方面原因导致:①由于运营难度高、专业性较强,非大型规模场尚未配备专业的运营管理人员;②当地土壤养分水平不清晰,对应的消纳土地配套测算不够精细。综上所述,对广东省禽畜类资源化利用提出以下建议。
1)规范固体粪污处理技术。部分养殖场对粪污处理技术缺乏科学认识,机械化堆(沤)肥占比少,人工堆(沤)肥期间几乎不进行翻抛,发酵腐熟不彻底,难以达到无害化和腐熟要求。此外,异位发酵床的使用缺乏技术指导,存在“死床”现象,导致粪污无害化不彻底。建议根据当地养殖和种植特点,指导养殖场科学养殖和粪污处理,提高粪污资源化利用和无害化水平。
2)规范液体粪污处理技术。部分养殖场液体粪污资源化利用技术不规范、不合理,个别养殖场液体粪污经简单沉淀后直接排到鱼塘,部分养殖场虽然有液体粪污深度处理设施,但处理后的液体粪污难以达到DB 44/613-2009 广东省畜禽养殖业污染物排放标准和GB 11607 中华人民共和国渔业水质标准的相关规定,影响安全养殖,甚至有部分鱼塘废水未经处理后直接排放到周边水体。建议因地制宜选择合理的液体粪污资源化利用技术,相关处理技术工艺要规范化、标准化。
3)规范应用粪肥还田技术。农民向农田施用粪污几乎仅靠个人经验,由于广东降雨偏多,部分养殖场粪污消纳地靠近水源,如果粪污施用量、施用时间、施用方式不合理,粪肥中的养分容易随排水渠流入周边河流,造成农业面源污染。建议根据当地作物种类、土壤类型、种植方式等实际情况,制定适宜的粪肥还田施用技术规范,加强入户宣传和技术指导,促进粪肥科学还田,减少农业面源污染。
4)提升养殖场粪污处理设施配套水平。配套验收文件存在部分县(市、区)只关注是否有配套设施,但是据现场调研养户和农业部门反馈,现粪污处理设施配套验收指向性不明确,涉及相关标准多而杂,无法有效开展配套验收工作。