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醴陵市畜禽粪污资源化利用几种方式探索报告
(发布日期:2017-09-19 10:24:14 人气: 资料来源:)

醴陵市畜禽粪污资源化利用几种方式探索报告

醴陵市畜牧兽医水产局    隋国光

2017915

 

摘要:依照国内外养殖背景和醴陵市农业情况,提出干清粪固液混合-沼气工程相结合、粪污还田法、堆肥发酵-加工有机肥料、微生态制剂处理、蚯蚓处理粪污、蝇蛆生物降解畜禽粪便、鸡、羊粪可用来加工成7种解决方法,以期解决我市畜禽粪污资源化利用问题。

关键词:畜禽粪污资源化利用;粪污还田法;堆肥发酵--加工有机肥料;微生态制剂处理;蚯蚓处理粪污

 

一、国内养殖业背景

根据相关考古资料的推算,作为全球发展养殖业最早国家之一的中国,据首次驯养野生动物的历史可追溯到中石器时代初期,养殖历史已有1万余年。自1949年新中国成立至今,历经60多个春秋,畜牧业产生了翻天覆地的变化;尤其是1978年改革开放以来的30年,在各部门认真贯彻农村经济体制的全面展开和党中央、国务院各项方针政策下,我国畜牧业得以稳定、持续、急速的发展,在此30年里,主要畜禽产品每年增速为10%。伴随着我国畜禽集约化的快速发展,环境问题也越来越不容忽视,尤其是近10年来,污染大部分城市和农村的是由畜禽养殖业(场)排放的量大又集中的动物粪污和污水。我国建立现代化的畜牧产业的目的是为了给城市居民提供日常所需的肉、奶、蛋,然而,现代化养殖场建设过程中,却没有吸取西方发达国家脱离了农村在城市内兴办大型现代化畜牧场的经验教训。我国大部分规模较大的现代化养殖场选择建在城郊区,距离市区距离短,对我国城市居民的人身健康和环境造成威胁。这些养殖场,不仅规模大而且数量多,其中大部分缺乏粪污处理设备,对产生的粪污随意处理,此外,资金不足,缺乏技术等原因,使养殖场产生的粪污成为各城市的主要污染源。农村里的养殖场和个体户,由于思想观念的落后,环保意识薄弱,粪便处理方式原始,随处可见堆放一堆的粪便、到处流淌的污水。现如今,社会各界人士都以认识到畜禽养殖环境污染问题的严重性,解决畜禽养殖粪污污染问题刻不容缓。所以我国推出畜禽粪污资源化利用试点项目,力求得出一个可在全国范围内推广的措施。

二、醴陵市农业情况

醴陵位于湖南省东部,总面积2157平方公里,总人口106万,其中农业人口90.9万人。属亚热带季风湿润气候,地貌以山地、丘陵和岗地为主,气温适中,年平均气温18.6度,光照充足,年日照时数为1567小时,无霜期为292天,年平均降雨量1478mm,水源充足且水质良好,空气状况优。同时,醴陵是农业大县,2016年实现农业总产值54.2亿元,占GDP比重为9.3%。实现农村居民人均可支配收入22419元,较上年增长8.5%。全市林地面积 189.6万亩,其中油茶林65.77万亩,年产油茶籽3万多吨,是中国油茶之乡。

醴陵市是畜禽养殖大县,畜禽养殖量大。根据畜禽养殖周期及排泄指数和醴陵市畜禽养殖实际情况测算,全市在现有养殖规模下每年产生的畜禽粪污约201.6万吨,其中粪便约114万吨、尿液约87.6万吨,此外还有大约400万吨的养殖污水。目前全市存栏生猪50头以上的规模养殖场有2143家,共建设沉淀池9.35万立方米、沼气池9.54万立方米、化尸池1.37万立方米、排污管道13.56万米、暗沟16.97万米,干湿分离机176台,干粪棚6238平方米,蝇蛆生物降解畜禽粪便处理基地1个,配套种植面积2.379万亩。

醴陵市鑫源生物肥业科技有限公司是基础较好的有机肥加工企业,己注册三健湘醴两个商标,投资1000万元,占地80亩,厂房1万平方米,充分利用茶枯、畜禽粪便加工成有机肥,用于油茶、水稻、红薯种植,具有年生产5万吨有机肥的能力;醴陵市石笋尖养殖有限公司建设了年加工牛粪有机肥2万吨生产线,污水种草喂牛,有机肥用于牧草、红薯、玉米种植;醴陵市均楚镇新立红薯种植合作社有红薯种植面积1700亩,带动农户种植红薯2万亩,亩平利用粪渣0.5吨。

目前,醴陵市养殖总量与土地、水等资源环境承载能力基本相适应,种养结构调整空间较大。根据醴陵市作物需氮量,土地能够承载的生猪养殖当量出栏量为340.21万头,现有生猪养殖当量152.14万头,承载潜力较大,为种养结合的开展奠定了非常好的基础。

三、畜禽粪污处理方式

3.1国内外规模猪场粪污资源化利用方法

猪场粪污资源化利用按清粪方式、资源化利用方法、工艺模式有不同的种类。目前,国内外规模猪场的清粪方式主要有3种:水冲式、水泡粪和干清粪。猪场粪污的水质特点不仅与猪粪尿的成分有关,而且还与猪场的清粪方式有着密切联系。我国大部分规模猪场都是采用水冲式清粪,方便快捷,但是会把猪粪、散落的饲料末连同猪尿一起全部冲洗到废水中,故废水中含有大量的固体悬浮物及胶体形态物质,且其他的污染指标也很高。国内外规模猪场对清粪后粪污资源化利用的方法有2种:固液混合-沼气工程、固液分离-沼气工程。德国等欧洲国家基本采用固液混合-沼气工程,我国大部分规模猪场都是采用固液分离-沼气工程。有关文献介绍,德国农场沼气工程发酵原料主要有能源植物、畜禽粪便、有机废弃物玉米秸和青草是最常用的能源植物,因为玉米秸的甲烷产量高,青草具有成本低的特点。能源植物与畜禽粪便混合发酵能保证系统稳定,只采用能源植物或有机废弃物发酵,沼气工程的运行很困难,系统的缓冲能力低,产气反应被回流液中的盐或氨氮抑制,系统容易失去稳定性。固液分离-沼气工程的万头猪场,其沼气产量大约为200m3d,如果粪尿全部进入沼气工程,采用固液混合-沼气工程的沼气产量大约为500m3d。国内外猪场粪污的资源化利用工艺模式可归纳为以下3种:厌氧-还田模式、厌氧-自然处理模式、厌氧-好氧-达标排放 (工厂化处理模式)。厌氧-还田模式适用于远离城市、经济落后、土地宽广,有足够的农田消纳猪场粪污的地区。厌氧-自然处理模式厌氧出水最后进入自然处理系统 (氧化塘或土地处理系统等),也需要大面积的自然消纳场地。厌氧-好氧-达标排放(工厂化处理模式)最后达标排放的还是污水,只是氨氮等含量达到了排放标准,该模式的投资大,运行费用远高于实际收益,国内规模猪场实施的积极性不高。

结合醴陵市实际情况,总结出畜禽粪污处理四个原则:1绿色、协调、可持续理念为导向,发展生态农牧业;2因地制宜,种养结合,促进种植业与养殖业互动共生;3完善养殖业粪污处理政策法规,纳入公益环保事业管理;4粪污处理应多方式、多途径相结合。可以选择以下几个方式对畜禽粪污进行资源化利用。

3.2“干清粪固液混合-沼气工程相结合

将猪粪尿及废水混合作为发酵原料,可考虑适当加入 能源植物以增加系统的缓冲能力,沼气发酵工艺采用两级中温完全混合式厌氧反应器,获得的沼气进入双膜干式贮气柜用于发电,沼液采用低温真空浓缩处理,发电余热用于低温真空浓缩加热,低温真空浓缩时产生的冷凝热用于厌氧 反应器的加热,沼液低温真空浓缩时析出的蒸馏水作为猪场冲栏水,浓缩后的沼液与沼渣混合后通过热风干燥生产出含水量为15%左右的干燥的有机肥。

我们以一个年出栏万头猪的规模猪场为例,其排放的粪污量按100m3Td计算,采用固液混合-沼气工程的沼气产量大约为500m3d。按每立方米沼气可以发电1.25kWh计算,可利用沼气发电625kwhd,系统用电量约500kwhd,沼气发电除满足系统运行外,还可富裕约100kwhd,可用于猪场生产与生活用电。沼液低温真空浓缩31的浓缩比,100m3d的沼液真空浓缩时析出的蒸馏水约为6070m3d,保守起见我们按6Om3d的再生水回用作为猪舍冲栏水。浓缩后的沼液与沼渣混合后通过热风干燥生产出含水量为15%左右的干燥的有机肥,按100m3d产出1100kgd有机肥计算。表1为年出栏万头猪的规模猪场粪污资源化利用新工艺的收益估算。

 

1   年出栏万头猪的规模猪场粪污资源化利用新工艺收益估算

项目

数量估算

收益估算

零排放减少粪污排放

100m3/d

 减少排污费支出200元/d

沼气发电用于猪场用电

100kWh/d

减少电费支出约100元/d

再生水回用

60m3d

   减少水费支出约l00元/d

产出有机肥

1100kg/d

    增加有机肥收入约1100元/d

合计

 

1500元,d

 

该工艺的主要设备有4套:中温厌氧反应器、沼气发电机组、真空低温浓缩器和有机肥热风干燥器。工艺 的输入为猪粪尿 、冲栏水及能源植物,输出为干燥有机肥和系统富裕的电力。运行费用低于实际收益,污水零排放。

其主要创新点有5个:一是尽可能提高沼气的产出,利用沼气发电,并使得沼气发电量大于系统用电量;二是利用发电余热对沼液进行真空低温浓缩,使得污水零排放,真空低温浓缩析出的蒸馏水回收用作猪舍冲栏水,实现再生水回用,大大节约水资源;三是沼渣和沼液浓缩液通过热风干燥生产有机肥,实现规模猪场粪污的资源化利用;四是引入化工工程、沼气工程和真空工程等成熟的技术,可以实现工厂自动化运营模式;五是运行费用低于实际收益,让规模猪场在治理粪污中受益。此方法适合新建的中型以上规模场。

3.3粪污还田法

畜禽粪便还田作肥料是一种传统的、经济有效的粪污处置方法,处理得当,可以使畜禽粪便不对外界环境产生不利影响。粪污直接还田包含农牧(渔)结合和林牧结合 2种方式。我国散养户的粪污处理大都是采用这种处置方法。将适量的粪污排入农田或林地。国外畜禽养殖粪便处理虽然也以还田为主,但都根据各自国家不同地区的土壤类型和种植结构,具体规定了养殖规模 。在美国这样发达的国家,其规模化猪场粪污处理,大多数也采用该种处置方法。 鉴于猪粪尿污染的严重性和处理困难,英国和其他欧洲国家已开始将养殖工序由水冲式清洗粪尿回到以往传统的利用稻草或作物秸秆以及锯末等铺垫吸收粪尿,然后制肥还田,说明该种处理模式仍有较强的生命力。

畜禽粪尿的还田使用,既可以有效地处置污染物,又能将其中有用的营养成分循环于土壤-植物生态系统中。此方法既不用投入太多资金,也不必出很多力,合适小型、老旧猪舍。

3.4堆肥发酵、加工有机肥料

堆肥可以分为自然堆肥和生物发酵堆肥两大类。

3.4.1自然堆肥:自然堆肥往往不添加任何菌种,依靠

自然界广泛分布的微生物,通过高温发酵,对有机物进行有控制的降解,使之矿质化、腐殖化、无害化,转变为腐熟肥料,是一种生物化学处理技术。粪污经固液分离,固态粪便采用自然堆肥发酵,采用全封闭塔式发酵罐、隧道式发酵池进行耗氧搅拌自发酵处理;液态粪便采用灌状发酵池或混凝土发酵池进行曝气耗氧发酵处理。利用粪便中的需氧菌在有氧时大量繁殖、发酵的特点,分解粪便中对作物有害的物质,即让畜禽粪便中的有机物大量发酵分解,产生热量,促进有机物的分解以及水分蒸发。这样粪污分别经过较长时间自然发酵处理,做成固体有机肥和液体有机肥。

3.4.2生物发酵:生物发酵堆肥法又称高温堆肥,是利用好氧微生物降解粪污中有机质,并形成稳定的植物可吸收利用的肥料的过程。利用生物发酵的原理,往往需要添加一定量的微生物菌种,缩短堆肥时间,类似发酵床发酵。首先,建设一个全封闭的隧道式发酵池,发酵池的底部预留曝气管道和余液泄露管道,发酵池内先装上填充料,粪污可不经固液分离,直接喷洒到填料上,并使用机械进行耗氧搅拌,发酵池底部泄露的液体粪污,被收集到余液存储池内,再次循环喷洒至发酵池内,这样粪污将会 100%被做成有机肥,实现养殖场零排放。无论哪种形式的堆肥,在堆腐过程中都能产生5070℃的高温,并维持数天,可杀死病原微生物、寄生虫及卵、草籽,从而使之无害化。腐熟后的物料不仅无臭、不孳生蚊蝇,而且复杂有机质被降解为可被植物吸收利用的简单复合物,并含有对作物有益的微生物,使粪污变成高效活性有机肥。

此方法适合中型以上猪场。

3.5微生态制剂处理

畜禽粪污对环境造成的污染,究其根源在饲料。最好的治理模式在于从营养平衡的角度出发,最大限度地提高营养物质的消化率和利用率,从而直接减少粪便排放量和污染成分含量,缓解环境污染,同时也可节省饲料,减少资源消耗,降低成本。近年来,随着生物技术和基因工程的迅速发展,酶制剂、益生素、寡糖、微生态制剂等饲料添加剂在饲料中的应用也越来越多,其在促进动物生产性能的同时也降低了养殖业对环境的污染。微生态制剂处理粪污的形式与方法就是在动物饲料中添加微生态制剂,提高动物消化能力,从源头减少粪便中有机物的排放量,实现粪污无害化。也可利用一些有益微生物,对粪污进行厌氧或好氧发酵处理,最终使得高污染的粪污变成资源化的有机肥料或达到排放标准的养殖业废水。

3.6蚯蚓处理粪污

目前国内处理牛粪方法多以堆肥等方法为主,不仅占地大,用工多,而且不能有效地利用生物有机能源和营养物质生产高质量的有机肥,有时容易产生二次污染。利用蚯蚓的生命活动来处理牛粪是经过发酵的牛粪,通过蚯蚓的消化系统,在蛋白酶、脂肪分解酶、纤维酶、淀粉酶的作用下,能迅速分解、转化,成为自身或其他生物易于利用的营养物质。利用蚯蚓处理利用牛粪,既可生产优良的动物蛋白,又可生产肥沃的复合有机肥。这项工艺简便、费用低廉,不与动植物争食、争场地,能获得优质有机肥料和高级蛋白饲料,对环境不产生二次污染。利用牛粪,养殖蚯蚓、种植菌菇。牛粪中含蚯蚓生长所需物质较多,十分适合蚯蚓生长。主要做法是混合均匀调制牛粪60%,秸秆(包括牛吃剩的草料、废弃的垫料、杂草、食用菌菌渣等)40%的发酵基,使饲料碳氮比在2∶3左右,同时要求去杂和碎细,再通过堆积发酵,用于养殖蚯蚓、种植菌菇。蚯蚓养殖产业成功后,可在其基础上发展药品、保健品产业,也可用于特种水产品的养殖和林下生态鸡的养殖,既延伸了产业链,为农民增收致富,广辟门路,也为市场提供了健康、无公害的有机食品。利用牛粪、沼液种植牧草。将牛粪、沼液用于肥沃土地,种植牧草或建立牧草基地已经逐渐被大多数养殖户和养殖企业接受。新鲜的牛粪在堆粪场经过自然发酵形成沼液,用于肥沃土壤,改善土壤结构,减少了对化肥的依赖,同时牧草、水果产量、品质得到保障,土地综合效益得到提高。利用蚓粪、沼液种植有机蔬菜、水果。将蚓粪、沼液用于种植蔬菜、水果,不用化肥的前提下种植有机蔬菜。

3.7蝇蛆生物降解畜禽粪便

蝇蛆采用标准的阳光大棚养殖,畜禽养殖废弃物密闭式收集、运输至养殖池中(定量化),将成蝇养殖过程中收集到的蝇卵定量接种于养殖池中的养殖废弃物之上;经过4天的养殖,废弃物得到了彻底的生物降解,同时蝇蛆亦长至成熟;采用自主研发的设备将蝇蛆和蛆粪蛋白完全分离开来,得到蝇蛆蛋白和蛆粪有机肥。

3.8鸡、羊粪可用来加工成花肥

目前,人民生活水平直线上升,对于精神世界的追求更加强烈,许多城市家庭将阳台打造成阳台花园,因此,需要大量无臭味、无污染、绿色的肥料。鸡、羊粪肥的优势在于臭味较小,稍加工便可变成无臭有机肥,再分成小包装,在网络上做些营销推广,便可打开市场,实现经济收益,增加农民收益。

四.分析与讨论

根据当前畜禽养殖业废水处理现状,解决此类污染问题。首先应当加强养殖场环境管理,从源头污水减量化考虑,采用零污染干式饲养,减少用水量,基本实现污染物零排放。或采用干清的方式代替水冲.既不会流失营养物质,又可以大大减少废水的排放。其次选择某种处理方法,不仅要考虑这种处理方法在技术上的优势。还要考虑该方法的投资、日常运行费用和操作是否方便等问题。现阶段我市经济整体水平不高,能源相对缺乏,因此。在畜禽废水处理设计中应根据当地具体情况首先考虑还田处理和自然处理或采用还田与自然处理相结合的处理方式。因此,在实际研究当中,应当结合我市不同地区,不同养殖企业自身的实际情况,就地取材、因地制宜地降低畜禽粪便各环节的处理费用,真正让畜禽粪便的处理群众化和现实化:同时沼气和有机肥生产、销售应引入市场机制,提高竞争、优胜劣汰,政府应加大政策优化和投入比例,双管齐下,提高企业的活力和竞争力。除了上述途径之外,还要探索企业市场运作的模式,如种养结合,农牧结合的生产模式,着力构建以专业养殖大户、家庭牧场为基础,专业合作社为核心,龙头企业为引擎的统分结合双层经营机制,大力推行龙头企业 + 养殖专业合作社 + 适度规模养殖户产业化经营模式,推广托养、寄养、订单养殖等发展机制,完善畜牧产业链利益联结方式,推动各环节主体相互融合、利益均衡、一体化发展,初步建立了优势互补、利益共享、风险共担、合作共赢的产业发展框架,走畜禽粪便生态还田的道路,只有这样才能真正解决制约我市畜禽粪便处理的瓶颈问题,而不能一味追求工业达标排放,要两者相结合,齐头并进,真正实现畜禽粪便处理的可持续发展。我市土地承载能力较强,具备种养结合条件,可以实行并推广种养结合方法。

沼气工程是具有公益性的事业,我市要在资金投入、土地、税收政策方面加大倾斜的力度。首先要将畜禽养殖等污染治理产业化纳入到环保产业体系中,依据法规,加强畜禽污染防治管理工作,对于没有污染治理设备的,一律禁止建厂,在生产过程中要实行有效的监督。鉴于农业沼气工程在减缓温室气体排放方面的重要作用,要加大对农业沼气工程项目的支持力度,增加其可持续发展的能力。沼气工程项目虽然实施苦难较大,但是实施成功收获也较大。

在畜禽生产过程中通过调节日粮营养素含量,控制与减少动物排泄物对环境的污染已受到越来越多的关注。畜禽最大的生产性能与生态环境保护密切联系、统一起来,而不是以破坏生态环境为代价获得的。生态型饲料营养的应用将极大地推动畜牧业健康可持续发展。再配合营养研究、饲料日粮设计、饲料加工工艺改进、饲养方式体系等综合治理的同时配以适当的行政管理手段,对生态型饲料给与优惠的税收政策等,将饲料营养研究、生产与畜牧生产管理业整体生态建设、环境保护等有机结合,才能从根本上控制动物排泄物导致的环境污染。此方法推广困难之处在于一、难于选择生态型饲料;二、养殖户不一定会马上接受更换饲料。

蚯蚓处理牛粪、蝇蛆生物降解畜禽粪便、鸡、羊粪可用来加工成花肥的优势则是处理成本低,容易推广。

五.醴陵市畜禽粪污资源化利用情况展望

随着饲料结构的改善,畜禽粪便中的能量和养分越来越多,粪污作为畜禽养殖的一大污染源越来越受到人们的重视。选择合适的处理方法,使畜禽养殖业粪污变废为宝,同时又不对环境产生有害影响,是今后养殖业粪污处理的必然趋势。相信在科学发展、生态和谐的今天,我市生态农业、生态畜牧业的发展道路会越走越宽。

畜禽粪污处理与防治是一个庞大的系统工程,其产生量大、污染面广、结构与成分复杂化、处理和治理技术难度较大。进一步制定和完善畜禽粪污处理相关政策与法规,明确畜禽粪污无害化、减量化、资源化利用思路和方向,提高全民生态环保意识,树立发展循环经济和生态农业的理念,实行全过程管理和末端治理原则,建立畜禽粪污资源化利用技术体系和环境保障体系,对畜牧养殖业的可持续发展和新农村的建设有着不可估量的作用。

 

 

 

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