畜禽养殖污染物资源化利用技术及模式研究

ENVIＲONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENTVol.39No.6June2014

文章编号：1674－6139（2014）06－0031－05

畜禽养殖污染物资源化利用技术及模式研究

1112

薛念涛，潘涛，孙长虹，纪玉琨

（1．北京市环境保护科学研究院国家城市环境污染控制工程技术研究中心，北京100037；

2．北京工业大学环境与能源工程学院，北京100022）

摘“万物并育”思想，论述了畜禽养殖污染物的资源要：中国畜禽养殖业污染十分严重。结合中国传统农业

化利用技术及模式，主要有肥料化(牧－肥－草模式、农业废弃物－畜禽粪便堆肥模式、发酵床模式)、能源化(以沼气为核心的利用模式、畜禽粪便－农业废弃物联合发酵制氢模式)、基料化(农林副产物－食用菌模式、以食用菌为中心的循环经济模式、针叶树类木屑－发酵床养猪－食用菌利用模式)、饲料化四种方式。这些利用方式为防治畜禽养殖业污染发挥着重要作用。关键词：畜禽养殖;粪便;污染物;资源化;技术;模式中图分类号：X713

文献标志码：A

TechnologiesandModesforLivestockandPoultryPollutantＲecycling

XueNiantao1，PanTao1，SunChanghong1，JiYukun2

（1．NationalEngineeringＲesearchCenterofUrbanEnvironmentalPollutionControl，BeijingMunicipalＲesearchInstitute

ofEnvironmentalProtection，Beijing100037，China；

2．CollegeofEnvironmentalandEnergyEngineering，BeijingUniversityofTechnology，Beijing100022，China）

Abstract：LivestockandpoultrypollutionisveryseriousinChina．WithcombinationofChinesetraditionalthoughtof“Eve-rythinggrowingharmoniouslytogether”，thispaperdiscussedthefourtechnologiesandmodesofrecyclingpollutantsfromlivestockandpoultryindustryasresources．Theyarefertilizerutilizationtechnology（animalhusbandry－fertilizer－grassmode，compostingmodeofagriculturewastes－livestockandpoultrymanure，modeofdeeplittersystem），energytechnology（utilizationmodewithcoreofmethane，fermentativehydrogenproductionmodeofagriculturewastes－livestockandpoultrymanure），basematerialtechnology（agricultureandforestryby－products－ediblefungimode，circulareconomymodewithediblefungiasthecenter，andutilizationmodeofconiferoussawdust－deeplittersystemforpigraising－ediblefungi），andfeedutilizationtechnology．Thesetechnologiesandmodeshaveplayedanimportantroleinpreventionandcontroloflivestockandpoultrypollution．

Keywords：livestockandpoultrybreeding；manure；pollutant；resources；technology；mode

前言

畜禽养殖业污染是中国面临的严重环境问题之一。2010年《全国第一次污染源普查公告》数据显示，畜禽养殖业排放的化学需氧量（COD）达

收稿日期：2014－03－19

基金项目：“水体污染控制与治理”重大专项（2012ZX07203－001－

01）

作者简介：薛念涛（1969－），高级工程师，研究方向：污水、男，博士，

固废处理，生物脱臭。

到1268．25万吨，占全国COD排放总量的41.9%；氮和磷污染物排放量为102.48万吨和16.04万吨，分别占全国氮和磷排放总量的21.7%和37.9%。全国共有24个省份的畜禽养殖场（小区）和养殖专业户化学需氧量排放量占到本省农业源排放总量的90%以上

［1］

。畜禽养殖污染物中的氮、磷、硫

化氢、氨等物质释放到环境中，将在水体、土壤和大气中跨介质迁移转化，使得潜在的环境压力在不同环境属性内发生转移，引发更多次生的、潜在的环境影响

［2］

。

·31·

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中国传统农业生态思想在几千年的农业生产实践中发挥了巨大作用，包含着足资现代人借鉴的丰富历史经验。它的合理内核在于强调农业生产系统内部诸要素间的协调统一，人与农业生态外部环境间的协同发展关系；强调一种天、地、人（“三才”）三位一体的大农业观和大环境观；并积极实践了以“万物并育”为主要特点的生态农业模、“共生”的理念，无疑与工业文明式。此种“和谐”

、“人类中心以来人类奉行的“人与自然二元对立”主义”的观念形成鲜明对比

［3］

1．1“牧－肥－草”模式

河南某公司利用中国－荷兰政府间友好合作项“牧－肥－草”目，采用模式，养殖奶牛，种植牧草及农作物

［8］

，见图1。

根据土壤养分供应状况和作物需求，添加氮、磷、钾养分和必要的中量、微量元素，制成有机质含量高、养分齐全、速效和缓冲性兼备、比例合理、肥效稳定的小麦、玉米、高粱、紫花首楷、黑麦草等有机－无机复混专用肥。六年来为土地节约化肥成本700多万元，每年土地产出的优质牧草、农作物折合干物质900～1000吨。

1．2“农业废弃物（如秸秆）－畜禽粪便堆肥”模式

农业废弃物（如秸秆）与畜禽粪便混合堆肥可将二者化害为利。例如，以红薯秸秆、牛粪与污泥混合物料经蚯蚓堆制处理后，各种配比物料的pH值、有机质和全氮含量均下降，可溶性盐浓度值、速效氮、全磷、速效磷、全钾及速效钾含量均升高，能够促进物料有机质降解形成稳定的腐殖质，大幅度提高物料的速效养分含量1．3

发酵床模式

笔者现场考察发现，发酵床养猪具有一系列优点：（1）基本实现了污染物零排放。垫料层的发酵温度高达40℃～50℃，可灭活很多病原微生物和寄生虫等，可降低猪发病率；粪尿经垫料中菌剂分解，加快了饲料蛋白质的分解和转化；（2）省工节本。猪舍不用每天清理粪便，不用水清洗，养猪场无需再建沼气池、污水池、粪场等粪便污水消纳设施；减轻劳动强度，减少劳动用工，人均可养500～800头；发酵床产生热量，冬季猪舍无须耗煤耗电加温；（3）改发病率减少，用药善了猪肉品质。猪的抗病力增强，

相应减少；用发酵床养出的猪，屠宰后猪肉肉色红润，纹理清晰，肉质有所提高。

但是，发酵床养猪有失败的案例，此项技术存在一定的争议。其主要原因，一是发酵床制作工艺要求较高，如掌握不好，可能制作失败，如空气湿度过大，容易造成垫料酸败而失去活性。二是存在管理问题，如饲养密度要合理，正常的免疫程序不可减

［9］

。将这些传统思想

与现代的循环经济、可持续发展理念结合起来，将畜禽养殖污染物作为资源加以利用，是建设生态文明的必然要求。

畜禽养殖污染物的资源化利用方式主要有肥料化、能源化、饲料化、基料化等几种形式。

1肥料化利用技术及模式

堆肥是最广泛接受的农业有机废弃物的回收利

用技术之一，它避免了废弃物原料或不稳定物料直接还田利用的缺点，如对植物养分的固定作用和植物毒性

［4］

。

，而且粪尿中的寄生虫卵、病原菌对环境

和农作物均有一定的危害性。畜禽粪便经堆肥化处理再还田是必要的。畜禽粪便堆肥化处理主要有两种：（1）经传统方法堆置、自然发酵后直接还田；（2）经生物技术发酵制成有机肥后在人工好氧条件下，予以利用

［5］

。由于中国大量施用化肥，造成土壤板

结、硬化日益严重，尽管有机肥存在价格稍高、见效较慢的缺点，但有机肥料中的有机质是改良土壤、培肥地力不可缺少的物质，长期施用有机肥料可增加土壤微生物数量，改善土壤理化性质，提高作物品质及产量利用。

［6－7］

。因此应大力提倡畜禽粪便肥料化还田

图1“牧－肥－草”模式

少，定期翻动垫料，夏季注意防暑降温等。如果发酵

·32·

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加强日常管理，此项技术具有很大的优床制作成功，

越性。按万头规模养殖场推算，采用发酵床技术可

3

向环境减排10.8万m废水，减排粪尿21600吨，节

替代，是人类能源发展战略的重要方向之一。厌氧发酵制氢近年来受到广泛关注进展2．1

［16］

［15］

，以畜禽粪便污水

为原料，利用光合细菌制氢技术的研究已取得初步

。

以沼气为核心的利用模式

在能源化利用方面，以沼气的利用最多。主要

［17－18］

、“畜－沼－粮（菜、“鸭－猪模式有果）”模式［19］

－沼－鱼（林、“三结合养畜模式”及菜）”模式、［20］［21］

、“四位一体养畜模式”度假村多级利用模式

约成本10万元以上

［10］

。

富集了丰富的铁、锰、垫料使用1.5～2年后，

镁、锌等微量元素，且有害重金属含量均远低于国家标准，符合二级有机肥标准

［11］

。湖北某公司采用国

内外生态循环农业种植养殖技术最新成果，以发酵床养猪为核心，逐步改造和建立稳定的有机生态种植、养殖体系，其循环经济模式见图2。

等，此处不再赘述。

2．2“畜禽粪便－农业废弃物”联合发酵制氢模式

畜禽粪便可提供厌氧发酵制氢微生物及其所需的营养物质与缓冲能力

［22］

，如将其作为制氢原料，

既得到清洁能源氢气，又实现了废弃物的资源化。厌氧发酵法生物制氢技术国内研究较多，但将厌氧发酵法生物制氢与畜禽粪便结合起来的研究还比

图2

以发酵床养猪为核心的循环经济模式

较少

［23］

。

同时利公司为猪只提供含有益菌的生物饲料，用发酵床技术处理粪尿，废垫料通过发酵，加工成有机肥，作为公司茶园、蔬菜大棚的肥料，以饲料加工、发酵床生态养猪、生物有机肥料加工、有机作物种植形成生态循环农业。以生态养猪为核心技术单元，组成一个生态技术链、独立循环产业链，实现区域内物流和能量循环，形成资源充分利用和转化的循环产业模式。

3基料化

畜禽粪便辅以秸秆等农业废弃物作为基料生

产食用菌也是一个重要利用方式。中国是食用菌生产消费大国，食用菌产业的发展空间和潜力巨大。常见的食用菌有香菇、草菇、木耳、蘑菇等，分别生长在不同的地区及不同生态环境中

［24］

。食用

菌适于生长在植物残体及其他有机废弃物上，不仅能使废料化害为利、变废为宝，而且还能建立一个多层次的生态农业系统。它作为主要的链接者，既能循环利用农业废弃物和净化环境，又能作为产业链推动生态农业的发展机肥

［27－28］

［25］

2能源化利用技术及模式

畜禽粪便转化成能源有三种方式：（1）直接燃

烧，这种方法一般适用于草原上的牛马等动物的粪便，还可经直接燃烧发电，国外应用较早。（2）沼气利用技术。通过厌氧发酵获取沼气，沼气用于燃料、发电等，沼渣沼液制有机肥来实现畜禽粪污的资源化综合利用，沼气工程能够实现畜禽粪污处理从单纯的用肥用能、末端治理向综合利用转变力

［13］

［12］

。生产食用菌的菌棒可与

［26］

其他畜禽粪便混合发酵产生沼气

。

，也可堆制成有

3．1“桑枝、茶枝、山核桃蒲等农林副产物－食用菌”模式

浙江省淳安县每年都有大量修剪下的桑枝、茶枝及加工山核桃后留下的果皮（蒲），还有其他农林下脚料（如阔叶树叶、玉米芯、豆秸秆、稻草等），县微生物研究所充分结合淳安县农林副产物资源特点，先后开展了茶枝栽培食用菌、山核桃蒲栽培食用

·33·

。沼气

还作为一种可再生能源，可进一步发电提供电

。但是，消纳沼液沼渣需要大量土地，对土地资源紧张的地区，沼液沼渣至今尚无好的解决办法。（3）生物制氢技术［14］。氢能被视为化石能源的理想

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［31］

。可达到70%～95%

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因地制宜地发展食用菌生产，菌预处理等技术研究，

使昔日烂在田头地角的废桑枝、茶枝、山核桃蒲变废为宝，为菇农带来了显著的经济效益3．2

［29］

。

4饲料化利用技术

需经过无害化畜禽粪便含有大量的营养成分，

以食用菌为中心的循环经济模式

食用菌将这些“废弃物”通过菌丝在此模式中，

处理后再用作饲料。处理方法主要有直接利用法、干燥法、青贮法、发酵法、分解法、化学法等

［32］

体在纤维素酶的协同下，将农作物秸秆中的纤维素、半纤维素、木质素等分解成葡萄糖等小分子化合物，能起到降解作用，生产出集“美味、营养、保健、绿色”于一体的食用菌产品，使高蛋白有机物进入新的食物链。分解后的废料施入农田后，可明显提高农田肥力，改善土壤理化性质。同时，这些废弃的培养料含有大量蘑菇菌丝体，经处理后可作为畜禽的饲料添加剂，还可用来培养甲烷细菌产生沼气、养殖蚯蚓，蚯蚓又可作为家禽的饲料、鱼虾的饵料。家禽产生的粪便又可栽培食用菌，进入新的生物循环。总之，有了食用菌这一环节，便形成了一个多层次搭配、多环节相扣、多梯级循环、多层次增值、多效益统一的物质和能量体系，实现食物链和生态链的良性循环，见图3

［30］

。但

畜禽粪便内还含有化学物质（氨、硫化氢、吲哚、毒素）、病原微生物（细菌、病毒、寄生虫及虫卵）、杀虫剂、药物和激素等有害物质，作为饲料必须慎重。

5结论

目前，畜禽粪便的资源化利用技术及模式主

“农业废弃物－要有肥料化（“牧－肥－草”模式、畜禽粪便堆肥”模式、发酵床模式）、能源化（以沼“畜禽粪便－农业废弃物”气为核心的利用模式、

联合发酵制氢模式）、基料化（“桑枝、茶枝、山核桃蒲等农林副产物－食用菌”模式、以食用菌为中心的循环经济模式、针叶树类木屑－发酵床养猪－食用菌利用模式）、饲料化四种方式。这些资源化利用方式克服了单一技术的不足之处，充分利用各种物料，不仅解决了行业污染问题，而且具有良好的经济效益与社会效益，是生态文明建设的重要组成部分。

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。

图3“废弃物”食用菌生产循环利用示意图

3．3模式

针叶树类木屑一发酵床养猪一食用菌利用将微生物菌种、松木屑、杉木屑、谷壳以及一定

量的辅助材料和活性剂混合、发酵形成有机垫料。在经过特殊设计的猪舍里，填入此有机垫料，再将仔猪放入猪舍进行发酵床养猪。有机垫料使用2～3年，降解粪便能力下降时，清出残渣。此时残渣中的萜烯类化合物已经降解，经简单的二次发酵处理后可直接栽培食用菌，在实际栽培鸡腿菇配方中比例·34·

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