中国畜禽粪污资源化利用技术应用调研与发展分析

中国畜禽粪污资源化利用技术模式的选择和应用情况底数不清,缺乏系统研究。该研究采用问卷调研与实地测量相结合的方式,对中国190个县（市区）2 589个养殖场进行调研,并从畜禽粪污收集方式、粪污处理方式、粪肥还田利用情况等方面进行统计分析。结果表明,畜禽规模养殖场清粪方式以干清粪为主,占养殖场总数的89.40%;固体粪便处理普遍采用堆（沤）肥处理,占养殖场总数的89.44%,液体粪污处理主要采用厌氧发酵和贮存发酵等技术,分别占41.59%和39.09%,目前大部分规模养殖场粪污处理设施建设符合规范要求,但部分养殖场设施水平不高;粪污处理后还田是主要利用方向,利用粪肥的作物以水果蔬菜等经济作物为主,占比可达61.83%。总结分析了中国畜禽粪污资源化利用存在问题,提出中国畜禽粪污资源化利用亟需提升处理设施标准化水平,提高设施装备水平,同时还需引导养殖场按照种养平衡要求配套足够消纳土地,提高粪肥还田利用机械化水平。该研究可为畜禽粪污资源化利用科技创新、技术推广提供基础支撑,对于促进畜禽粪污资源化利用和农业绿色发展具有指导意义。     

我国规模化畜禽养殖粪污资源化利用分析

针对我国规模化畜禽养殖污染严重的突出问题及推动粪污资源化利用的技术需求,以"十二五"污染物总量减排认定规模化畜禽养殖场为例,统计了粪污资源化利用模式的类别及比例,并结合全国典型地区规模化畜禽养殖粪污治理现状对其进行了深入调研与分析。结果表明:不同规模、不同畜种粪污资源化利用模式存在一定差异,生猪、奶牛、肉牛养殖采用储存农用模式处理粪便的占75%以上,蛋鸡、肉鸡养殖采用粪便生产有机肥的占65%左右,粪污资源化利用模式主要与该地区的自然特征、农业生产方式、养殖场规模、经济发展水平等相关;规划不合理、养殖清洁生产严重不足、区域粪污资源化利用模式选择不当是当前我国规模化畜禽养殖粪污资源化利用中存在的主要问题。     

规模化养猪场粪污全量收集及贮存工艺设计

基于全量收集的粪污贮存技术具有粪尿收集方便、运行成本低廉和养分利用率高等特点,在欧美等发达国家得到了普遍应用,是一种适合在中国华北、西北等地区和土地匹配较充足的区域进行推广的粪污处理与还田利用技术。文章以规模化养猪场尿泡粪全量贮存技术为研究对象,分析了尿泡粪收集量、贮存工艺控制参数、贮存设施设计和投资运行成本等内容,旨在为该技术的推广应用提供参考。结果表明:每头生猪整个饲养周期内尿泡粪收集量为0.70 m~3;粪污贮存设施分为舍内贮存池和舍外贮存罐2种,粪污贮存方法可采取舍内贮存、舍外贮存和舍内结合舍外贮存3种。粪污pH值酸化至5.5～6.5,氨排放量最高可减少80%;粪肥还田前一般要求存储时间为6个月。以存栏5000头规模养猪场为例,舍内贮存池所需容积为6 600 m~3,投资660万元;舍外贮存罐所需容积为4 118 m~3,投资206万元;舍内结合舍外贮存设施所需容积为8 214 m~3,投资651万元;粪污处理成本为3.83万元/a,施肥成本为10.8万元/a;全部粪肥还田可满足133 hm~2农田用肥,节省化肥6.0万元/a,该研究可为粪污贮存及利用提供参考。     

养殖粪水长期贮存过程理化特性变化规律

目前中国中小规模畜禽养殖场主要采用自然贮存后还田的形式处理养殖粪水,受场地制约,养殖粪水贮存时间通常仅有1～2个月,之后便直接还田利用,贮存后的粪水理化特性变化尚不清楚,是否适宜直接还田尚需研究。该研究以猪粪水和牛粪水为研究对象,重点分析粪水在长期贮存中粪大肠菌群、电导率(Electrical Conductance,EC)以及化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)的变化,分析粪水最佳贮存期及还田利用方式,以期为粪水资源化及安全还田提供参考。结果表明,粪水经自然贮存6个月,铵态氮损失达68%以上,不仅引起环境污染,且降低了养分;贮存后粪水基本可达到无害化要求,但pH值、EC值以及COD浓度仍然偏高,还田前应制定合理的粪水资源化利用方案;固液分离可以有效降低粪水中的COD浓度和EC值,促进粪水无害化进程。该研究为中国畜禽养殖粪水资源化用探索了新的技术路径。     

规模化奶牛场粪污全量贮存及肥料化还田工艺设计

为推进粪污全量贮存和肥料化还田模式在规模化奶牛场的应用，该研究以存栏500头规模奶牛场为例，分析了粪污收集量、贮存工艺与设施和粪肥还田等内容，提出了粪污贮存池设计容积和粪肥还田配套土地面积等参数。结果表明：奶牛粪污全量收集量为17.33 t/d，全量贮存设施分为舍内贮存池和舍外贮存囊2种。单个舍内贮存池尺寸为85 m×12 m×2 m（长×宽×深），粪污存储期9个月，所需贮存池数量为5个，总容积10 200 m3；舍外贮存囊占地尺寸为90 m×30 m（长×宽），深2.2 m，总容积5 615 m3。粪肥全部还田所需土地面积与种植作物类型和种植制度相关，种植作物为小麦、玉米、小麦+玉米和水稻（1年2熟）时，需配套土地分别为248.4、400.6、122.8和127.0 hm2。粪肥还田成本为10.37万元/a，全部还田可节省化肥22.8万元/a，年可产生经济效益12.43万元。     

我国集约化畜禽养殖场粪便处理利用现状及展望

针对我国集约化畜禽养殖场固体粪便污染日益严重的现状,通过广泛调研,综合介绍和评述了目前国内采用的畜禽粪便无害化处理,资源化利用的方法技术,在此基础上提出了有关改进建议和设桢,作者还特别对畜禽粪处理发展方向的生物技术和各种综合利用技术等提出了新见解。     

密云水库流域畜禽养殖业面源污染控制对策研究

在对密云水库流域畜禽养殖业发展及畜禽养殖业粪便产生、处理现状调查分析的基础上,对不同粪污处理方式及处理效果进行分析、比较,提出了适合于不同类型畜禽养殖粪污处理的畜禽粪便资源化利用的农业循环经济发展模式。     

畜禽养殖粪污工程化处理对污水理化性状的影响

种养结合是畜禽养殖场粪污处理与利用的一项重要措施。集约化生产条件下,种养结合主要依赖于工程措施来实现,然而工程措施对粪污水理化性状的影响研究不足,限制了粪污水的资源化利用。本文在综述近年来国内外粪污处理各环节理化性状变化研究基础上,重点对固液分离、厌氧发酵、贮存等3个工程环节对粪污理化性状的影响效果进行分析,旨在为规模养殖场粪污资源化利用提供依据。养殖污水经各环节工程措施处理,其颗粒物数量及大小、养分与重金属含量及形态均发生了显著变化。固液分离环节通过机械去除大颗粒物,显著减少粪污水中干物质(DM)总量,降低总氮(TN)和总磷(TP),粪污水中DM、TN、TP的去除效率分别为5.7%~65%、2.7%~49%、2.3%~82%。不同固液分离方法对粪污水中DM、TN、TP的去除效率差异显著,同时还显著地改变粪污水的N∶P∶K比例,但对Cu、Zn的去除效率较低。厌氧发酵环节主要分解小颗粒物,经厌氧发酵后,粪污水中干物质量大幅度减少,TN、K总量基本不变,但TN组成发生改变,NH_4~+-N含量显著增加,其占TN的比例达46%~93%;而P、Cu、Zn部分以晶体形式附着于发酵罐内壁,其余部分还会发生液相向固相大量转移的现象。贮存环节由于小颗粒物降解和大颗粒物转化、沉降,使粪污水中干物质总量削减,液相部分TN、NH_4~+-N、TP、K浓度显著降低。在20~25℃条件下,露天贮存90 d,畜禽粪污沼液TN、TP和K浓度分别降低39%~77%、61%~78%和23%~54%。以上研究对于制定粪污水农田利用工程方案、区域养分综合管理计划具有重要的指导作用。然而,由于我国粪污处理大多采用多级处理工艺措施,而国内外研究侧重于单项工程措施对污水理化性状的影响,现有数据支撑难以提出针对粪污水农田利用的最佳养殖粪污处理方案和组合。粪污水农田利用迫切需要加强两个方面的工作:1)处理工程对粪污水理化性状影响的全过程监测评估;2)基于农田消纳的粪污矿质养分固液相分配定向调控技术研发。     

重庆市渝北区畜禽养殖废弃物资源化利用探讨

重庆市渝北区坚持保供给与保环境并重,着力改善农村居民生产生活环境,全面推进畜禽养殖粪污资源化利用,促进畜牧业可持续健康发展。截至2017年底,该区畜禽粪污综合利用率71%,环评执行率76%。总结渝北区畜禽养殖废弃物资源化利用主要做法及成效,分析畜禽养殖废弃物资源化利用模式及实例。提出对策建议:严格落实"三区"管理,加快调整优化产业布局;始终坚持种养结合,推进畜牧业转型升级;合理配套粪污处理设施,推广资源化利用模式;强化组织保障,切实加强政策引导。     

京郊畜禽粪肥资源现状及其替代化肥潜力分析

随着都市型规模化养殖业快速发展,畜禽粪尿废物大量排放因缺乏足够面积土地消纳所带来的环境压力很大,而粪尿中的氮磷钾养分与化肥一样对作物同等重要,如何合理利用这些废物资源决定了都市化农业的可持续发展。该文针对京郊养殖业和农用地面积现状,结合调研、收集畜禽养分排泄系数和农田养分需求等参数,估算京郊固液粪便养分资源现状及其替代化肥的潜力。结果表明:京郊畜禽固液粪便中N、P、K养分量分别为58.7×103、21.3×103、29.8×103 t,其中固体粪便N、P、K养分分别为43.1×103、20.3×103和19.7×103 t,京郊畜禽固液粪便可分别满足农田N、P、K养分需求量的99.3%、185.2%、62.7%。大部分区县粪肥中P养分产生量超过作物P需求量,粮田秸秆还田可带入的N、P、K养分分别为11.0×103、1.6×103和15.0×103 t,情景分析表明在秸秆还田条件下,按照磷素平衡原则估算本地区所能消纳的粪肥所带入N、P和K养分数量分别为18.3×103、9.9×103和10.3×103 t,同时需要补充N、K化肥分别为29.8×103和22.2×103 t,其余粪肥则需经过堆肥化处理并输往外地。经过堆肥处理,固体粪肥可提供的N、P、K养分分别下降了23%、11%和12%,外输固体粪肥堆肥可进一步减少农田氮磷负荷以及可能的环境风险。     

规模化肉牛场粪污收集与堆肥处理工艺设计

针对规模化肉牛场粪污的收集与处理问题,以干清粪工艺为研究对象,总结归纳了规模化肉牛场粪污收集量的计算公式,并以1万头肉牛养殖场为例计算了粪污的产生和收集量,在此基础上选取了堆肥技术处理牛粪,进行了牛粪堆肥处理工艺设计。结果表明:干清粪工艺下规模化肉牛场粪污收集量可由公式直接算出,粪污收集率系数为0.83。养殖规模为1万头的肉牛养殖场,每天的粪尿收集量为150 t,含水率为82%。日处理210 t原料(牛粪150 t+辅料60 t,含水率60%),可产生含水率35%的堆肥产品93.04 t;堆肥项目主要土建工程占地面积为17 738 m2,采用连续动态好氧堆肥处理工艺和配套设备后,实现了整个系统的自动化运行。     

规模化养殖场畜禽粪污处理综合评价指标体系构建与应用

该研究针对当前规模化养殖场畜禽粪污处理技术模式区域差异大、缺乏综合效益评价等问题,以规模化畜禽养殖场为研究对象,从规划布局、粪污收储运、高效处理转化、农田利用的全链条出发,应用层次分析法构建了一套全面衡量畜禽粪污处理的综合评价指标体系,涵盖技术、经济、环境3个方面,包括3个一级指标、6个二级指标和15个三级指标,并运用该指标体系对中国3个主要奶牛养殖区6种粪污处理技术模式进行评价比较。结果表明:东北地区宜采用前分离肥料模式和前分离垫料模式,西北地区宜采用肥料模式和前分离垫料模式,华北地区宜采用厌氧发酵模式。进一步以河北某规模化奶牛养殖场为例进行应用分析表明,该养殖场的粪污处理水平达到了良好水平,与实际情况相符。该指标体系能够客观评价规模化养殖场畜禽粪污处理的综合效益,且能根据评价情况给出优化改进建议,具有实践指导性和可操作性,可为粪污处理工程建设和综合效益评价提供方法体系和理论支撑。     

Estimation of the amount of nutrients in livestock manure

(Jpn. J. Soil Sci.Plant Nutr., 77, 283–291, 2006)

Nutrient amounts in livestock manure management, including manure treatment and use, were estimated using published statistical data and other information. The eight categories for manure treatment were defined in this study as composting at facility, composting at stockyard, raw feces, dried feces, urine, slurry, purification and other. The three categories for use of manure were defined as application to farmland, sale and exchange and other.

The regional daily excretion units per head of dairy and beef cattle, including the amount of excreta, nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K), were calculated based on the quantities and qualities of feed in each region. There was found to be a difference in the values for Hokkaido and other regions.

Concerning manure treatment methods in the dairy sector, the sum of the proportion of raw feces and compost at stockyard was high in Hokkaido. On the other hand, the sum of the proportion of composting at facility and dried feces was high in Hokuriku, Tokai, Kinki and Shikoku. In Kyushu, the proportion of slurry production was higher than in any other region.

The amounts of N, P, and K in compost estimated in this study were compared with those calculated from published statistics. The results were as follows. The amounts of N, P, and K in dairy cattle compost, N and K in beef cattle compost, and N in poultry compost in this study were similar to the amounts cited in reported statistics. The amounts of P in beef cattle, swine, and poultry compost in this study were lower than those cited in reported statistics.

As for the use of manure, application to farmland is the most common use of manure in the dairy and beef cattle sector. The proportions of purification, and sale and exchange were high for the swine and poultry sectors, respectively.

Large amounts of liquid manure, such as urine and slurry, are applied to farmland. To clarify the nutrient load resulting from liquid manure, the usable amount of dairy slurry was calculated based on both the standard application rate of fertilizer and the area of grassland and forage crops. As a result, the amount of usable N was lower than the amount of liquid manure N in the Kanto-Tosan, Tokai and Kinki regions.     

考虑种养平衡的黄淮海小麦-玉米模式下畜禽承载量估算

黄淮海地区作为中国种植业与养殖业优势区,随着国家对农作物秸秆和畜禽粪便所带来农村环境问题的日益重视,研究该区域"以种定养"、实现种养业废弃物资源化利用、践行绿色发展理念显得尤为重要。以区域种植业实际生产情况为基础,确定典型种植模式下可施用畜禽粪便类有机肥量,经推导计算后确定区域畜禽养殖种类与数量。该文选取河北、河南和山东为黄淮海地区典型代表,在保障粮食产量和满足农田环境风险评估的基础上,研究小麦-玉米生产模式中,畜禽粪便类有机肥每年可施用量,经推导得到高温好氧堆肥处理前的畜禽粪污资源量,进而计算得到每年可承载的不同种类畜禽养殖量。这样既可满足种植业生产的肥料需求,也能缓解养殖业粪污带来的环境压力。研究结果表明:黄淮海地区小麦-玉米生产模式中,每公顷农田每年可利用6头奶牛或18头肉牛或47～51头生猪或731～789只蛋鸡或8 062～8 705只肉鸡粪便N量。在实际生产中,土壤肥力和土壤微生物等多因素影响有机肥可施用量,不同种类畜禽的农田承载量还需进一步优化。该研究为促进黄淮海地区种养结合提供一定的理论基础。     

京郊畜禽粪污氮磷含量特征及影响因素分析

中国规模化养殖废弃物中养分资源数量可观,但缺乏循环利用技术,处置不当易引发环境污染问题。该文通过问卷调研和粪污样品检测,对京郊典型养殖场粪便和废水中的总氮、总磷含量特点进行分析,同时追踪典型规模化猪场废水中总氮、总磷含量变化的影响因素及其季节性变化特征。结果表明:所调研的养殖场中,猪粪、牛粪的总氮质量分数平均值分别为29.1,17.8 g/kg,总磷质量分数平均值分别为15.1,6.8 g/kg,猪粪便的总氮、总磷含量变异程度大于牛粪;猪场和牛场中废水总氮、总磷质量分数的平均值分别为892,540和82.4,53.3 mg/L,猪场废水总氮、总磷含量变异程度明显大于牛场。规模化猪场粪便总氮、总磷含量受到饲料配方的影响较大;受饲料和圈舍用水量的影响,现行饲养工艺及粪污处理方式下粪便对废水中总氮、总磷含量的影响较小;万头以上的规模化猪场废水中总氮、总磷含量存在季节性差异,且随着废水存储时间的推移其无机磷比例增加。这些变化特征可对畜禽粪便和养殖废水的资源化再利用提供了有用的参考。     

中国畜禽粪尿养分资源及其还田的时空分布特征

为准确掌握中国不同地区畜禽粪尿量、畜禽粪尿氮磷钾量及其还田利用随时间变化特征,该研究基于统计数据和文献资料,估算各地区畜禽粪尿量、养分量及各种畜禽粪尿所占比例,分析不同时期畜禽粪尿养分还田量的地区间差异。结果表明:1980s,1990s,2000s和2010s全国畜禽粪尿(鲜质)资源量分别为276 177.41×10~4,391 083.29×10~4,445 885.84×10~4,423 422.87×10~4 t,30多年增长了53.32%,其养分资源分别为2 523.86×10~4 t(N 1 249.47×10~4 t,P_2O_5 230.64×10~4 t,K_2O 1 043.75×10~4 t),3 686.59×10~4 t(N 1 820.79×10~4 t,P_2O_5 327.13×10~4 t,K_2O 1 538.67×10~4 t),4 296.77×10~4 t(N 2 124.13×10~4 t,P_2O_5 401.29×10~4 t,K_2O 1 771.35×10~4 t)和4 089.40×10~4 t(N 2 017.66×10~4 t,P_2O_5 421.17×10~4 t,K_2O 1 650.57×10~4 t),30多年增加了62.03%,其中东北地区增幅最为明显。河南、四川、山东、湖南、云南和内蒙古的畜禽粪尿及其养分量约占全国的40%。全国不同畜禽粪尿及其养分量占总量的比例依次为:牛猪羊家禽马驴骡,但各地区有一定差异。西北、西南和东北地区牛粪尿及其养分占比较大,长江中下游地区猪粪尿及其养分占比最高,西北地区羊粪尿及其养分占比最大,东南地区禽粪及其养分占比最高,马、驴、骡粪尿及其养分在各地区占比都相对较小。1980s,1990s,2000s和2010s全国畜禽粪尿氮磷钾总养分还田量分别为1 132.73×10~4,821.36×10~4,1 860.52×10~4和1 709.19×10~4 t,还田率分别为44.88%,22.28%,43.30%和41.80%,河北、河南、山东、湖南、内蒙古、四川、云南和广西省畜禽粪尿养分还田量约占全国还田量的50%。2010s全国畜禽粪尿N,P_2O_5和K_2O还田量分别为615.91.91×10~4,297.70×10~4和795.58×10~4 t,还田率分别为30.53%,70.68%和48.20%。该研究为中国和各地区畜禽粪尿养分资源的合理利用和化肥零增长下畜禽粪尿养分管理提供科学依据。