(论文)畜禽粪便资源化利用及发展前景

畜禽粪便资源化利用及发展前景

许汉城

(长沙环境保护职业技术学院环境监测系10届环境监测与评价湖南长沙)

摘要：畜禽粪便是一个巨大的环境污染源，同时也是一个巨大的资源库。文章通过畜禽粪便的排放和对环境的影响现状分析，提出对畜禽粪便资源化利用。介绍了畜禽粪便的资源化利用技术及发展前景。

关键词：畜禽粪便资源化利用前景

随着社会的发展和人民生活水平的不断提高，对畜产品的需求量也不断的增加，使畜禽养殖业迅猛的发展，从而导致畜禽粪便对生态环境造成污染也越来越严重。大量畜禽粪便污染物不能被充分利用，有些还被随意排放到自然环境中，从而对生态环境形成了巨大的压力，使得水体、土壤以及大气等环境受到了严重的污染，因此，对畜禽粪便进行资源化利用，对于保护城乡生态环境，推动现代农业产业和循环经济发展具有十分积极的意义。文章通过对畜禽粪便污染环境现状分析，提出了对畜禽粪便资源化利用技术(能源化技术、饲料化技术、肥料化技术)及介绍其未来的发展前景。

1 畜禽粪便对环境影响的现状

1.1 畜禽粪便的排放量

据统计，2001年全国的畜禽粪便总约为1.73×109 t，国内工业行业每年产生的工业固体废弃物为6.34×108 t，畜禽粪便是工业固体废弃物的2.7倍；畜禽粪便化学需氧量(COD)的排放量已达7.118×107 t，远远超过工业废水与生活污水的排放量总和。从保护环境的角度来看，整个畜禽生产过程已成为一个不可忽视的污染源，可以说，一头(只)畜禽就是一个污染源，一个畜禽养殖场就是一个污染排放场。如一头猪一天平均排泄粪便6 kg，万头猪场每天排污50 t。一只鸡一天平均排泄粪便36 kg，十万只鸡场日排泄3-6 t[1]。据2010年农畜业部门统计显示，由于国内大中型养殖场的养殖量发展较快，牛、猪、商品鸡分别达到23783．3万头、99894．6万头、843575．8万只，国内每年畜禽粪便总量已高达41.2×108 t[2]。这些粪便若不能得到及时有效的处理，将对农田和水体造成严重污染。

1.2畜禽粪便对环境的影响

1.2.1 国内外畜禽粪便污染情况

自20世纪50年代，发达国家开始大规模的集约化养殖，在城镇郊区建立一大批规模化畜禽养殖场。但由于每天有大量畜禽粪便及污水产生，难以贮存，处理和利用，因而造成了严重的环境污染。在美国，牲畜产出的排泄物比人的多130倍。一个250万头的猪场每天产出的排泄物就比洛杉机或伦敦全市市民排的还要多。60年代，日本用"畜产公害"高度地概括了这一问题的严重性。

2010年国内环保总局对全国23个省、自治区和直辖市的调查表明，国内畜禽粪便的总体土地负荷警戒值已超过0.49，呈现出比较严重的压力水平(小于0.4为宜)。据上海市环保局研究，1995年黄浦江流域畜禽粪尿的COD、BOD(生化需氧量)、总磷和总氮的年污染负荷量约占黄浦江上游污染总负荷的36%；而居民生活、农业、乡镇工业的污染负荷分别为33.8 %、19.2 %、6 %，畜禽粪便污染已经成为上海郊区最严重、最重要的污染源之一。其他城市的畜禽污染同样十分严重，如1996年广州市畜禽粪便废水中的COD占全市废水中COD 的67 %，北京市早在上世纪90年代初，畜禽养殖业排放的BOD就已经成为工业和生活污染BOD总量的2倍。

1.2.2畜禽粪便对环境的影响

(1)对大气的污染畜禽粪便大量堆积发酵产生的有害气体，含有氨、硫化氢、甲基硫醇等，严重影响空气质量。反刍动物不仅排泄粪便，生活过程中产生的甲烷占大气总排放的1／5，尤其是牛产生的甲烷量最大，是其他反刍动物的2-3倍。

(2)对水体的污染畜禽粪便淋溶性很强，可通过地表污染地表水和地下水。因其含有大量有机物，会消耗水中氧气，使水体变黑发臭，导致鱼类及生物死亡。畜禽尿液，冲洗场地的污水、雨水冲刷粪堆、畜牧场和加工厂的污水也是重要的污染源，其中含有大量的污染物质，生化指标极高。l头猪的日排泄粪尿按6 kg 计，则年产粪尿约达2.5 t，是人排泄粪尿量的5倍。畜禽粪便一旦污染了地下水，就极难治理恢复，造成持久性的污染（如水体富营养化）。

(3)对土壤的危害畜禽粪便大量堆积，不但占据土地，而且直接腐蚀农田，污染空气。粪便在厌氧的环境下，可分解释放出氮气、硫化氢、甲基硫醇、三甲基胺等带有酸味、臭蛋味、鱼腥味的刺激性气体，对养殖场周边的大气环境造成污染。挥发到大气中的氮气还会引发酸雨，影响农作物的生长，使其降低或失去生产能力。

(4)对生物的危害畜禽粪便中含有大量的病原微生物和寄生虫卵，如不及时处置，会滋生蚊蝇，使环境中的病原种类增多，菌量增大，病原菌和寄生虫蔓延。畜禽粪便直接还田如使用不当或连续过量使用，还会导致硝酸盐、磷及重金属的沉积，从而对地表水和地下水构成污染，使对有机物污染敏感的水生生物逐渐死亡，严重威胁水产业的发展[3]。

2 畜禽粪便的资源化利用技术

2.1 畜禽粪便的肥料化技术

畜禽粪便中含有大量的有机物及丰富的氮、磷、钾等营养物质,是农业可持续发展的宝贵资源。畜禽粪便经适当处理可加工成高效生物有机肥，施于农田后有助于改良土壤结构，提高土壤有机质含量，促进农作物的增产。数千年来，农民一直将它作为提高土壤肥力的主要来源。从肥料角度初步测算，19亿吨畜禽粪便相当于近1亿吨有机肥料。目前采用的技术主要是好氧堆肥技术[4]。

堆肥具有改善土壤结构、提高土壤功能、增加土壤有机质、是促进作物生长和增产效用，在生态农业产业链中是关键的环节，在种养业结合的各类生态产业模式中，都需要通过堆肥这一环节接通相关产业，实现生态农业中的良性循环。如“猪—肥—茶(菜、果)”、“禽—肥—稻、果”等模式中，堆肥技术都占有重要的地位，是生态农业中的关键技术。如今随着人们对无公害农产品需求的不断增加和可持续发展的要求，对优质商品有机肥料的需求量也在不断扩大，用畜禽粪便堆肥法制成有机肥具有很大市场潜力[5]。

用堆肥方式将畜禽粪便制成农家肥。是一种集处理和资源循环再生利用于一体的生物方法。畜禽粪便经堆放发酵后就地还田作为肥料使用，是充分利用农业再生资源较有效、经济的措施。堆肥是把收集到的粪便掺入高效发酵微生物如EM(有效微生物群)，调节粪便中的碳氮比，控制适当的水分、温度、酸碱度进行发酵。这种粪便肥料化方法的优点不仅使畜禽粪便的物理性质得到大幅度改善，如结构蓬松，体积减少，水分蒸发明显。而且实现了卫生无害化，固体废物无臭味，病原体大幅度灭活，不滋生苍蝇，废物稳定，且体积和水分减少，有利于贮运；堆肥产品还可做有机肥料，充分发挥其培肥改土和促进植物生长的作用。堆肥存在的问题是处理过程中有NH4的损失，不能完全控制臭气，而且堆肥需要的场地大，处理所需要的时间长。有人提出采用发酵仓加上微生物制剂的方法，可以减少NH3的损失并能缩短堆肥时间[6]。

同时畜禽粪便堆肥应注意的问题是：⑴堆肥时间。堆肥时间随C／N、湿度、天气条件、堆肥运行管理类型及废物和添加剂不同而不同。运行管理良好的条剁发酵堆肥在夏季堆肥时间一般为14—30天。复杂的容器内堆肥只需7天即可完成。⑵温度。要注意对堆肥温度的监测。有利于微生物发酵并杀灭病原体，堆肥温度要超过55℃。⑶湿度。注意阶段性监测堆肥混合物的湿度。过高和过低都会使堆肥速度降低或停止。过高会使堆肥由好氧转变为厌氧，产生气味。⑷气味。气味是堆肥运行阶段的良好指示器。腐烂气味可能意味着堆肥由好氧转为厌氧[7]。

2.2 畜禽粪便的能源化技术

从能源角度初步测算，19亿吨畜禽粪便相当于7000多万吨标煤。能源化利用畜禽粪便的无害化处理工艺和设施要因地制宜，多数情况下以生物处理，特别是沼气发酵为主。采用以厌氧发酵(沼气)为核心的能源环保工程，是畜禽粪便能源化利用的主要途径。因为沼气发酵不仅基本上能达到无害化的要求，而且富集了容易利用的生物再生能源。

沼气是一种能源材料，是有机物质在厌氧环境中,在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下,通过微生物发酵作用产生的一种可燃气体。沼气发酵是有机物在一定温度、浓度和隔绝氧气的条件下,由多种厌氧性异养型的微生物参加的发酵过程。这些微生物有甲烷细菌和非甲烷细菌两类。甲烷细菌从二氧化碳、甲醇、甲酸、乙酸等中得到碳源,以铵态氮作氮源,通过多种途径产生沼气CH4。其分解过程可以归纳为以下6 种:

(1) CH3COOH →CH4 +CO2 (乙酸→甲烷+二氧化碳) ;

(2) 4CH3OH →3CH4 + CO2 + 2H2O(甲醇→甲烷+二氧化碳+水) ;

(3) 2CH3CH2OH →2CH3COOH +CH4 (乙醇→乙酸+甲烷) ;

(4) 2C3H7CH2OH + CO2→2C3H7COOH +CH4 (丁醇+二氧化碳→丁酸+甲烷) ;

(5) CO2 + 4H2→CH4 + 2H2O(二氧化碳+氢气→甲烷+水) ;

(6) CH3COCH3 + H2O →2CH4 +CO2 (丙酮+水→甲烷+二氧化碳) [8]。

以畜禽粪便、秸秆等农业废物为原料，经厌氧发酵开发出沼气等再生能源；经过发酵的粪便，还能够消灭90％以上的畜禽寄生虫卵、大肠杆菌等。沼气可以作为燃料，沼液可以直接肥田，沼渣可以用来养鱼，形成养殖业与种植业和渔业紧密结合的物质循环的生态模式。发展沼气工艺投资较低、管理方便，不仅可以解决农民的照明、取暖和炊事问题，降低了农民的生活支出，也是发展循环农业的一项重要技术支撑。要充分发挥沼气能源、生态、经济多种效益，为农民提供优质生活能源，改善庭院卫生环境，必须在保证建设质量的同时，还应注重后期管理维护，引导农户开展沼液、沼渣综合利用，推广“猪—沼—果”模式，发展循环农业。为了提高农业综合效益,福建南靖县就有很多农场(如南靖五板桥)开始建立一种“牧—沼—渔—果、草”的生态种养模式,在2001年这一农场扭亏为盈。该模式是以果为主,猪渔配套,种草(菜)相结合,即池塘养鱼,岸边和闲杂地种草(菜),山上种果,山下平地建立猪圈养猪,猪圈边建立沼气池、生化池。猪粪尿通过沼气池厌氧发酵产