畜禽养殖行业的碳减排和资源化利用探索

李宗丽 常州海欣环保科技有限公司

根据全国第二次污染源普查公布数据，我国畜禽养殖水污染排放量：化学需氧量(CODcr) 排放量为1000.53万t，占全国46.67%，占农业源93.76%；总氮排放量为59.63万t，占全国19.61%，占农业源42.14%；畜禽养殖业所产生的部分污染物排放量已经超过了工业生产污染物排放量和城镇居民生活所产生的污染排放量，成为了我国三大污染源之一。

我国《“十三五”控制温室气体排放工作方案》t中提出，要大力发展低碳农业，控制畜禽温室气体排放；农业畜禽温室气体主要包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)三种气体。三种气体温室效应差异大，其中CH4的温室效应是CO2的25倍，而N2O的温室效应是CO2的298倍。因此，畜禽养殖的碳减排需要将处理过程中产生的CH4转化为CO2,并对其进行吸收中和，固碳减排。

1 生猪饲养过程中的碳减排

生猪饲养过程中的碳减排可以采用饲养减排技术，将氨基酸平衡日粮养殖略作改良，在满足畜禽对有效氨基酸需要的基础上，适当降低日粮的蛋白质水平，在不影响畜禽生长和生产水平下，可减少粪便中碳排放量。另外，饲养过程还可采用湿帘降温、饮水导流、杯式饮水器、机械干清粪等控制措施，从源头减少废水产生，以便于畜禽养殖的资源化利用和降低处理能耗和成本。

2 生猪畜禽养殖粪污的污染物指标

生猪畜禽养殖粪污处理及资源化利用的进料污染物浓度的高低决定了资源化利用工艺、废水处理工艺流程和固碳减排技术的选择，它和粪污处理及资源化利用项目的基建投资、运行费用和副产品生产投资回报率密切相关。然而，猪粪污的进料污染物指标又与生猪养殖管理水平、养殖用水量、清污方式、气候、季节以及粪污在养殖场的畜禽废渣储存设施及场所的储存时间等关联。经调研显示，生猪畜禽养殖主要固体污染物产生量及其性指标详见表1。

表1 生物质电厂焚烧飞灰和炉渣的主要成分

表1 生猪畜禽养殖主要固体污染物产生量及其性指标表

3 畜禽养殖粪污的资源化利用及碳减排

生猪畜禽养殖粪污的资源化利用及处理的碳减排流程如图1。

图1 生猪畜禽养殖粪污的资源化利用及处理的碳减排流程图

3.1 预处理及资源化利用碳减排系统

粪污从生猪体内排出后，在猪舍经机械干清粪系统清理，液相进入污水收集储存调节系统储存均质后，再进入固液分离系统，分离出来的固相与猪舍经机械干清粪系统清理出的粪渣一起进入好氧堆肥系统生产固体有机肥，固体有机肥可作为附近森林、苗圃、农田、果园、花圃等的肥料或对外销售，既可替代部分化肥减少其使用量，又可提高土壤有机物、氮、磷等植物生长所需营养物质的含量，增加土壤的固碳量，以土壤碳汇形式中和养殖场的碳排放。有机肥还田取得的固碳量可能高于养殖场的碳排放量，很好的中和了养殖场的碳排放。

3.2 厌氧反应器及资源化利用碳减排系统

固液分离系统分离出的液相进入厌氧反应器系统将液相中的大量有机物分解为沼气，沼气经沼气干燥脱硫系统处理后进入沼气储气柜储存缓冲，再由沼气增压系统将沼气供给沼气发电系统发电，所发的电可供养殖场、畜禽养殖资源化利用处置中心自用和并网外售。沼气发电系统燃烧发电所产生的烟气热量可用于饲料烹煮和加热热水，热水可用于厌氧反应器进水的加热以保障和提高厌氧反应器的正常运行和反应效率，剩余热水可供养殖场、畜禽养殖资源化利用处置中心及附近居民使用。将经余热利用后的高浓度二氧化碳尾气通入大棚湿地处理系统作为水生农作物的气肥使用，提高农作物的光合作用和产量，同时利用大棚湿地中的水生植物进行碳捕捉，实现畜禽养殖粪污处置的碳中和。

3.3 浓缩液肥生产污染物减排和碳减排系统

厌氧反应器的出水中有机物含量、氮含量、磷含量均很高，经混凝沉淀过滤或气浮处理后利用浓缩装置将植物生长所需的营养物质捕捉浓缩后，营养物质浓缩液作为液肥供给附近森林、苗圃、农田、果园、花圃等做肥料或对外销售。该系统同固体好氧堆肥系统一样很好的为养殖场起到了固碳减排和创造副产收益的作用。

3.4 污水处理及资源化利用碳减排系统

经浓缩装置拦截了大量的有机物、N、P等植物生长所需的营养物质后，其淡水侧产水进入能耗低、药耗低、温室气体排放量低的与厌氧氨氧化脱氮工艺相结合的生物膜污水处理系统或活性污泥污水处理系统进行处理，出水进入大棚湿地处理系统种植水生蔬菜、水果和青稞饲料，水生青稞饲料用于畜禽养殖，水生蔬菜和水果外售。在污水处理系统前设置浓缩装置，即可获得经济价值较高的液肥，还大大降低污水处理系统所需的能耗、药耗、占地面积和投资成本，很大程度上节约了运行成本和减少污水处理系统的碳排放量；大棚湿地处理系统既生产出了优质的果蔬和青稞饲料，又利用植物对有机物、氮、磷等物质的吸收，让污水得到进一步净化，使其达到再生水回用标准后回用。这两个系统在很大程度上降低了污水处理的能耗、药耗和运行成本，实现污水的固碳减排，同时还能获得良好的经济效益。

另外，好氧堆肥系统、污水处理系统和气肥利用系统的尾气，可视经济性通过液态二氧化碳制备系统生产液态二氧化碳出售。

大棚湿地处理系统利用水生植物解决了水中污染物的深度净化问题，建立了良好的液相循环系统；同时，水生植物在生长过程中，源源不断的将沼气发电系统排出的经余热利用后含高浓度二氧化碳的尾气作为基质进行光合作用，使其构成了良好的气相循环系统，在促进农作物生产、提高农作物产量和品质的同时，积极地吸收和捕捉了二氧化碳，有效实现了畜禽养殖企业的碳减排和碳中和。

大棚湿地处理系统的出水经杀菌消毒后可回用至养殖场或畜禽养殖资源化利用处置中心，作为猪舍冲洗水、地面冲洗水、绿化浇灌用水、果树和蔬菜种植的灌溉等再生用水，建立起畜禽养殖企业的水系循环系统。

4 结语

企业对废弃物的资源化利用、生态化和低碳化处理已经成为不可逆转的趋势，畜禽养殖行业等高浓度废弃物及废水治理技术一定会朝着节水、水减排、资源化利用、节能、碳减排和碳中和的综合考核方向去发展。该探索之路不但有效的将自然再生产、经济再生产、畜禽养殖粪污处理及节能减排进行了有机结合，而且还将固、液、气三项进行了有机结合，形成了多系统循环模式，实现了畜禽养殖业节地、节能、节水、减材、减污和减碳“三节三减”的协同共进，在提高畜禽养殖废弃物资源化用效率，减少污染物和二氧化碳等温室气体排放的同时，减少了果蔬、青稞饲料等在种植过程中化肥的使用，提升了土壤的有机质和营养元素。

改良日粮组成和添加相应的益生菌，即可以提高养殖场的生产效率，又可降低畜禽排污系数。该路线不但从源头减少了温室气体排放量和污水产量，还在畜禽养殖粪污的处置过程中充分将其资源化利用，变废为宝，降低处理能耗和碳排放量，并对产生的二氧化碳进行了碳中和利用，很大程度的实现了畜禽养殖业碳减排、碳中和、废水零排放和固废零排放。不但达到了环保治理和固、液、气三项的节能减排要求，还能美化环境和产生一定的经济效益，完美实现了种养治的结合与循环。