上海都市型畜禽养殖业环境管理绩效分析与展望

王振旗,徐 昶,曹 莹,张 敏,胡双庆,倪远之,薛 云,周佳俊

(1 上海市环境科学研究院,上海 200233;2 上海市动物疫病预防控制中心,上海 201103;3 上海市生态环境局,上海 200003)

上海市位于长江入海口、太湖流域东缘,地处我国东部平原河网地区,畜禽养殖污染出现早、治理最先关注[1],先后经历了简易处理(1991—1998 年)、二级生化达标治理(1999—2001 年)、综合治理(2002—2010 年)、污染减排(2010—2015 年)和布局调整(2016—2020 年)等阶段,现已基本形成完善的畜禽养殖污染防控技术与管理体系。 “十二五”期间,我国确立了畜禽养殖业粪污资源化利用主导路径[2],上海以污染减排为工作抓手,建成了100 余家以还田利用为主的规模化畜禽场资源化利用工程,极大地提升了畜禽养殖业污染治理水平[3]。

但2016 年以来,随着郊区城镇化的加快推进,规模化畜禽场周边可利用的消纳农田逐步减少,液肥“过量还田”“不均还田”等问题频繁出现,不仅无法实现粪污的有效利用,而且还造成土壤地下水和周边河道环境的污染[4]。 另外,因养殖场与居民区距离逐步缩小,空气污染及扰民引发信访投诉日益增多,也成为都市型畜禽养殖业发展面临的主要问题之一。 上海农业总产值占比呈逐年降低趋势,“大城市、小郊区”格局日益显现,依托现代科技发展的都市型畜禽养殖产业特征尤为明显[5]。 在非洲猪瘟疫情蔓延的背景下,生猪产能自给率已上升到地方政府农业保障工作的重中之重,如何平衡畜禽稳产保供和生态环境保护成为该类地区畜禽养殖产业高质量发展的关键因素之一。

本研究通过分析上海市“十二五”末畜禽养殖管理存在的不足,回顾评价“十三五”期间实施的一系列畜禽养殖业环境管理举措,客观评价生产布局优化、粪污还田规范管理、行业标准和技术规范制定等举措在支撑都市型畜禽养殖业发展和区域环境质量改善方面取得的成效,并根据上海市实施乡村振兴战略、发展都市现代绿色农业的部署要求,提出“十四五”期间重点工作内容,旨在为我国类似省市畜禽养殖污染防治提供可借鉴的技术方案。

1 “十二五”末畜禽环境管理面临的问题

1.1 生产布局亟需优化

受制于我国长期以来的土地分散经营体制,养殖业脱离种植业并长期分离,推行种养结合难度较大。随着上海郊区城镇化的加快推进,周边可利用的消纳农田日益减少,粪污难以就近还田的情况越来越多,而传统生化处理工艺难以实现稳定达标排放[6],且恶臭扰民情况日益增多,需要考虑畜禽行业布局的进一步优化。

1.2 还田操作管理粗放

尽管国内已颁布畜禽粪污还田利用的相关技术规范,但主要以宽泛性的总体要求为主,缺乏适于不同地区的还田系统建设、不同作物不同畜禽粪尿还田量、施用时段、单次施用量等细化内容,且未从全过程污染防治的角度提出不同环节污染防治的技术要求,对推行粪污规范还田造成了一定难度[7]。 上海地区河网密布,水环境容量小,粪污施用不当极易造成区域环境污染,需要制定本地化技术规范。

1.3 臭气排放限值过松

《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596—2001)规定的臭气浓度排放限值70 已无法适应新形势下都市型畜禽养殖业环境管理的要求,信访投诉问题难以有效解决。 广东、浙江等省尽管制定了地方排放标准,但对于认可密集地区标准限值仍较为宽松。 为此,根据都市型畜禽养殖臭气引发“场群矛盾”和水环境容量不足的问题,亟需因地制宜地根据区域环境质量目标,制定能够促进粪污资源化利用和臭气控制的地方排放标准及其管控技术要求。

1.4 氨排放监测工作薄弱

农业源尤其是畜禽养殖业氨排放对城市地区大气颗粒物如PM10、PM2.5二次粒子形成具有重要促进作用,已经引起国内外学者的高度关注[8]。 因缺少有效的监测手段,目前尚无法全面掌握不同畜禽类型及排放环节的氨排放变化规律及污染特征,进而无法提出针对性畜禽养殖减氨控氨技术方案。

1.5 新型污染物问题凸显

随着畜禽养殖业氮磷、化学需氧量(COD)等常规污染物的排放逐步得到有效控制,以抗生素、激素为主的新型污染物日益凸显并成为社会关注的热点问题。 兽用抗生素进入动物体内代谢后,仍有60%—90%以原形通过粪便和尿液排出体外[9],随着粪污资源化利用工作的持续推进,该类新型污染物经农田施用通过地表径流和下渗等途径进入地表或地下水体,对水生态造成危害[10],因此相关防控工作刻不容缓。

2 “十三五”期间畜禽环境管理工作的绩效分析

在国家大力推进畜禽养殖废弃物资源化利用的背景下,上海“十三五”期间实施了新一轮畜禽养殖布局优化与污染治理工作,并制定了污染物地方排放标准和还田技术规范,促进了种养深度结合,在改善农村环境面貌、提升郊区水环境质量方面成效显著。

2.1 落实畜禽养殖生产布局优化

2016—2020 年,上海实施了新一轮以“减量提质”为宗旨的畜禽养殖布局规划(图1),考虑到近16.7 万hm2永久基本农田的布局分散性和经营分离性,运用地理信息系统空间数据量算方法,测算各区县及光明集团永久基本农田可配套比例(各区12%—45%、光明食品集团88%),提出全市畜禽养殖总量控制在200 万头出栏标准猪的目标。 在此基础上,完成17 家规模化畜禽场污染减排工程建设,以及80 余家产能落后、环境污染风险高、恶臭扰民问题突出的不规范养殖场退养,COD 和氨氮年排放量分别减少约3 000 t 和1 250 t,极大地提升了农村地区水环境质量,郊区河道“优Ⅲ类”水体比例由2014 年的11%提升至2019 年的43%,“劣Ⅴ类”水体由2014 年64%降至2019 年的1%。

图1 上海市规模化畜禽场2015 年(左)和2019 年(右)布局Fig.1 Layout of large-scale livestock and poultry farms in 2015(left) and 2019(right),Shanghai

2.2 实施粪污生态还田精细化管理

上海市在实施新一轮畜禽布局优化调整后,约95%以上的规模化畜禽场均采用资源化还田利用模式,全部配套了粪污处理利用设施。 针对畜禽粪污还田利用过程中仍广泛存在的储存渗漏、发酵不全、输送泄漏、还田过量和不均等突出问题,从畜禽粪污收集、储存、处理、运输、利用等全链条污染防控出发,构建了多畜种和多作物粪污还田配套农田面积标准、粪污减量化收集与防渗储存规范要求、厌氧与好氧无害化处理技术指标、产品高效输送和农田安全施用配套体系等精细化生态还田管理技术体系,形成了《畜禽粪便生态还田技术规范》(DB 31∕T 1137—2019),为规模化畜禽养殖场废弃物资源化利用工程设施设计及其建成后的稳定运行管理提供了技术保障(图2)。

图2 上海市畜禽粪污资源化利用工艺Fig.2 Technology of resource utilization of livestock and poultry manure in Shanghai

2.3 出台促进粪污资源化利用的行业排放标准

针对上海市水环境容量不足、恶臭污染防治要求迫切的现状[11-12],通过系统研究畜禽养殖粪污收集、储存、处理和利用过程中水、气污染物排放途径、迁移规律及可行性控制手段,以鼓励粪污资源化利用为导向,大幅提高工业化达标治理模式污染物排放限值,对标国际一流城市畜禽养殖业污染物排放地方标准及管控技术要求,形成《畜禽养殖业污染物排放标准》(DB 31∕1098—2018),促使东部沿海发达地区畜禽养殖排污治污行为向资源化利用方向发展(表1)。

表1 各地畜禽养殖业恶臭和水污染物排放限值比对Table 1 Comparison of odor and water pollutant emission limits of livestock and poultry breeding in different areas

2.4 氨排放在线监测及本地化清单编制

基于电化学传感器和光离子法等在线监测技术,上海市开展了畜禽养殖业大气氨排放在线监测监控研究,针对主要畜禽类型(如猪、鸡、奶牛)以及主要排放环节(如棚舍养殖、粪便堆肥、污水贮存),建立了大气氨排放长期在线观测点位,基本掌握了主要畜禽类型及排放环节的氨排放变化规律及污染特征[8],并编制了基于本地化排放系数的畜禽养殖业排放清单,为城市地区碱性大气污染物控制提供了重要数据支撑。

2.5 抗菌药物源头清单管理

根据上海地区典型规模化畜禽场连续3 年的畜禽粪污及处理产品和环境中药物残留分析,以投入量大、排放水平高、环境风险高的抗菌药物为重点,提出了畜禽养殖生产环节2 种严格管理抗菌药物和17 种重点管理抗菌药物防控清单及其管理对策建议,已形成《关于加强本市养殖业抗菌药物使用管理的通知》(沪农委规〔2019〕14 号)发布实施,有效保障了畜禽产品质量及生态环境安全,进一步提升上海市养殖业精细化、信息化管理水平(表2)。

表2 上海市畜禽养殖生产环节抗菌药物管理清单Table 2 Antimicrobial drug management list of livestock and poultry breeding in Shanghai

3 “十四五”期间畜禽环境管理工作展望

2020 年11 月,农业农村部和生态环境部联合发布《关于进一步明确畜禽粪污还田利用要求强化养殖污染监管的通知》(农办牧〔2020〕23 号),指出在全面推进畜禽养殖废弃物资源化利用的同时,推动建立畜禽粪污处理和粪肥利用台账,加快畜禽粪污资源化利用先进工艺、技术和装备研发,并加大环境监管力度,加快构建种养结合、农牧循环的可持续发展新格局。 为打通种养循环堵点,促进粪肥还田,助力农业绿色高质量发展,农业农村部和财政部共同下发了《关于开展绿色种养循环农业试点工作的通知》(农办农〔2021〕10 号),提出加快推进农业绿色低碳发展的总目标,助力国家“双碳”战略,形成可复制推广的绿色循环农业发展模式。 为此,“十四五”期间,上海都市型畜禽养殖业环境管理工作重点体现在以下五个方面。

3.1 研发液肥还田智能化成套装备

针对上海市崇明区集中连片粮田、金山高标准设施菜地等种植特征,结合农村土地流转等工作,进一步扩大种养结合主体统一的畜禽养殖生产模式占比。 在此基础上,充分借鉴国外相关设施设备优势,根据配套农田需肥(基肥、追肥等)特点及其对应的施用方式(田面喷洒、叶面喷洒等),因地制宜地开发集抽送、搅拌、施用等功能于一体的“管网式”和“车载式”智能成套设备和粪污资源化计量监控系统,结合土壤本底肥力、作物养分需求等因素,有效控制液肥的单次用量、单位面积用量、年总用量等参数,实现液肥的按需均匀施用。

3.2 构建粪污资源化利用监测考核体系

通过对粪污“收集-处理-储存-利用”等环节设施实施全过程计量监测,设置正常生产情况下粪污规范处理利用相关指标的正常阈值范围和个性化操作规程,构建粪污资源化利用精准控制及预警系统,并基于实时监测与网络传输技术,集成畜禽粪污还田利用云监测技术平台,形成粪肥利用信息化动态管理台账,实时掌握尿污水日产生量、沼气日产气(发电量)、液肥储存池液位日变化量、液肥施用量等关键数据,用于分析粪污场内处置利用和场外还田利用的综合效益,最大限度地降低潜在环境风险,提升畜禽粪污资源化利用精细化管理水平。

3.3 开发臭气与氨协同减排控制技术体系

尽管上海市2019—2020 年臭气信访投诉中涉畜禽养殖占比较2015 年下降了30%,但仍需结合上海市规模化畜禽场通常占地面积小、畜舍间隔空间小、闲置土地较少的实际特点,通过研究密闭式棚舍恶臭、氨排放控制与回收技术,研发便携移动式的恶臭、氨末端减排处理装置和技术,以期进一步削减恶臭与氨排放浓度在75%以上。 同时,全面实施沼液贮存密闭改造,示范应用粪污沼液硝化处理及密闭式污水贮存技术,降低粪肥还田过程中的氨挥发、营养流失,并协同控制还田恶臭挥发。

3.4 推广应用畜禽养殖新型污染物控制技术

针对畜禽废水还田利用潜在的抗生素残留风险,上海市已研发了基于常规畜禽养殖废水处理工艺的短泥龄抑硝化好氧生物处理方法,由于其成本适中、操作简单,已开展了试点应用[13]。 “十四五”期间,需鼓励水源保护区上下游的畜禽养殖场以高有机负荷、低浓度抗生素含量的废水中抗生素高效选择性去除为目标,率先推广应用畜禽养殖新型污染物控制技术,实现抗生素和激素类新型污染物去除率在60%以上,技术成熟后进一步在长三角地区乃至全国推广应用。

3.5 开展畜禽养殖温室气体减排技术研究

在国家提出“双碳”新战略的背景下,基于上海市畜禽养殖业目前形成的粪污资源化利用体系,需要对养殖系统碳排放量进行精确核算和排放结构剖析,从饲料配方优化、粪污收集储运、厌氧发酵气电联产等方面开展温室气体排放影响因素及减排效果的相关研究,并试点应用畜禽养殖温室气体减排技术,最大程度减少人工干预环节温室气体排放总量,逐步实现畜禽养殖业的低碳化发展。

4 结论

上海市始终坚持科技创新,根据都市型畜禽养殖业发展定位及产业模式特征,从畜禽产业发展的全局视角,改变套用工业污染达标治理的思路和模式,在“十三五”期间探索出一套经济、高效、符合行业特征的全链条畜禽粪污资源化处理利用技术与管理体系,全面实现了2018 年全面消除河道黑臭、2020 年基本消除“劣Ⅴ类”水体的目标。 在近年来我国生猪稳产保供的大背景下,上海市“十四五”期间将继续深化种养结合生态循环农业建设,加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用,探索新型污染物控制技术,不仅要兼顾畜禽产业发展与环境质量目标的需求,更要实现农田化肥减量、河道水质提升、农畜产品安全和温室气体减排等综合效益。