畜禽养殖废弃物污染防治与资源化循环利用

2011-03-01庞金梅

山西农业科学 2011年2期

郭珺，庞金梅

（山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原 030006）

随着我国养殖业的迅速发展，养殖污染问题日益严重，由此产生了大量固体废弃物、废水和恶臭气体，成为我国农村污染的主要来源，严重为害人类健康。因此，如何科学解决养殖污染，推广健康养殖技术，加快推进畜禽养殖废弃物污染防治与资源化循环利用技术研究，已成为我国乃至全球环境保护的迫切需要[1-5]。

1 畜禽废弃物污染现状

近年来，我国养殖业发展迅速，肉、蛋、禽总产量连续保持世界第一，为改善我国人民生活水平，调整人们膳食结构，提高农民收入作出了巨大的贡献。但同时也不可避免地产生了大量的“畜产公害”，畜禽粪便和养殖污水任意堆弃、排放现象普遍存在，畜禽粪便已成为环境的重要污染源，造成恶臭气体污染、有害病源生物污染、药物和添加剂污染、金属元素污染、氮磷污染等环境问题，使养殖场集中地区环境恶化，并对水源、土壤等产生污染[6]。

对于1个年出栏10000头猪的猪场来说，平均每天的粪便排放量达l7.5t，其中氮和磷的排放量分别达105，70 kg；年饲养10000只产蛋鸡的鸡场平均每天的粪便排放量达1.5t，其中氮和磷的排放量分别达24.5，23.1 kg[7]。按粪便排泄量计算，1头猪的排粪量相当于2个人的排粪量，而按生化需氧量（BOD）计，1头猪则相当于13个人的排泄量。

目前，山西省养殖业的现状可从表1中初步体现，表1中的畜禽数量仅统计了有规模的养殖场的总数。从表1可以看出，一年内山西省畜禽粪便的排放量达26.85亿t，由此会产生对土壤、水源、空气以及动物环境的污染。

据统计，我国每年产生畜禽粪便约1.1亿t标煤的资源量[8]，其中，除少部分作为肥料还田外，大部分被堆放弃置，其潜能不仅白白丢失，而且还成为农村的主要污染源。因此，畜禽养殖废弃物污染已经成为目前我国畜牧业发展的主要问题。

对此，国家环保总局十分重视，相继颁布了《畜禽养殖污染防治管理办法》、《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596—2001）和《畜禽养殖业污染防治技术规范》等文件，标志着畜禽养殖业污染物的控制进入了一个规范化、科学化、法制化的时代。

表1 山西省畜禽养殖业现状

2 畜禽废弃物处理的关键技术

2.1 畜禽粪便无害化处理技术[9]

从目前畜禽废弃物污染现状看，如何减少污染、防治污染，探索养殖废弃物处理和资源化的新方向，使养殖废弃物的处理能够实现收支平衡或盈利，推动养殖废弃物的处理，解决养殖污染难题，成为目前研究的重点。本着畜禽养殖业污染防治遵循“资源化、生态化、无害化、减量化”的原则，探讨了畜禽废弃物处理关键技术，力求从源头减少污染，最大限度地实现养殖业废弃物的资源化和综合利用，以循环经济理念治理畜禽养殖业污染，推动新型生态养殖模式的健康发展。

众所周知，动物养殖过程中所产生的环境污染对水源、土壤和人类健康都有很大的影响。饲料中的氮被动物排出体外，大部分被氧化成硝酸盐后渗入地下或随地表水流失，造成硝酸盐在土壤中不断累积，破坏了土壤结构和地表植被。饲料中的磷被动物排出体外，可造成江河池塘的藻类和浮游生物大量繁殖，威胁鱼类的生长并产生大量有害物质。另外，由于我国动物疫病防治水平较低，长期使用的疫苗、药物以及添加剂等所含的重金属元素在动物体内蓄积，使猪肉、牛、羊肉、鸡肉等出现安全问题。残留在动物体内的抗生素对人体也会有副作用，即使排出体外，经其他作物吸收后，也可能危害人和其他动物。

饲料中添加微生态制剂（酶制剂）的情况下，每头猪氮排出量可减少10%～15%，若1头猪自出生到100 kg为止，其粪便排泄量可减少15～20kg，或者说少排放5kg干物质；当猪的日粮干物质消化率由85%提高到90%时，随粪便排出的干物质则可减少33%[7]。因此，饲料中加入微生态制剂，可帮助畜禽更好地消化利用饲料中的营养物质[10]，减少粪便排出量，提高畜禽对蛋白质和磷等的消化率。动物粪便中磷的含量降低了，产生的氮磷比将更符合作物和植物的需要。此外，通过饲喂微生态制剂可提高奶牛产奶量[11]和动物免疫力，加快增加质量速度，增强抗病力，减少抗生素的使用，提高食品的安全性。而且给畜禽饲喂酶制剂后粪臭明显减轻，从而减少了空气污染。

2.2 畜禽粪便微生物除臭技术[12]

恶臭污染是一种大气污染，恶臭物质种类繁多，来源广泛，对人体呼吸、消化、心血管、内分泌及神经系统都会造成不同程度的毒害，其中，芳香族化合物如苯、甲苯、苯乙烯等还能使人体产生畸变、癌变。因此，消除空气、水、土壤中的有毒气体和有害物质、保护人类健康显得尤为重要。

微生物除臭技术是将特殊的微生物菌群喷洒到畜禽粪便表面，通过微生物的作用将臭味物质分解转化，在短时间内即可完全除臭，且处理过的粪便肥效更高。生物除臭方法投资少、运营成本低、技术简单、便于推广，因此，其比较适合我国大中型养殖场[13]。

2.3 生物有机肥无害化处理技术[14-15]

生物有机肥是21世纪最具发展潜力的微生物肥料。有机肥是作物需要养分的仓库。据研究，我国农田投入的养分约有35%的N，50%的P和90%的K及大部分微量元素要靠有机肥料提供。以畜禽粪便、作物秸秆等农业废弃物为原料，通过微生物高温发酵等无害化处理，杀灭病虫卵，配制具有吸附特性和生态培肥地力与定向改善作物品质作用的生物有机肥料。对充分利用农业可再生资源，改善农村生态环境，推动农业可持续发展，具有重要的意义。

应用无害化活菌制剂处理畜禽粪便，在多种有益微生物作用下进行生物发酵，能充分分解其中的有机质，释放出养分，所形成的生物热和高温发酵过程，能杀死病菌、虫卵，除毒去臭，净化环境，生产出高效优质生物有机肥和有机无机复混肥，形成产业化[16]。发酵后的生物有机肥具有改土作用，有利于提高作物产量和品质，适用于生产无公害农产品和绿色食品。

2.4 利用畜禽废弃物生产食用菌循环技术[17]

我国是食用菌生产大国，产量占世界总产量的70%。食用菌大多数为腐生真菌，其子实体的食用和药用价值很高，是人类宜膳宜药的保健食品。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。在这个系统中，食用菌作为主要的链接者，既能循环利用农牧产品废弃物和净化环境，又能作为产业链推动生态农业的发展。由于食用菌的作用，可使种植业和养殖业有机地结合起来，并且在这个结合过程中，创造巨大的经济效益、生态效益和社会效益。养殖业是传统农业中的主导产业，畜、禽等排泄出大量粪便，如果通过添加特定的材料和微生物菌种，将畜禽粪便用来生产栽培食用菌的专用料，将发挥更大的经济效益。

此外，生产食用菌的废料也是目前我国较难解决的一个问题，由于没有合适的利用和处理技术，在食用菌产区，食用菌废料污染严重。目前，有研究者将食用菌废料快速发酵转化成有机肥，也可通过生物发酵技术提取生物质能（沼气）产热，为生产提供能源，沼渣、沼液则生产成生物有机肥，还田给作物[18]。食用菌生产用原料和废料的利用及处理方法是一种典型的循环经济模式，不但可降低工业化肥的施用量，有效提升果菜产品的无公害与绿色程度，还可有效地提高食用菌生产用原料——畜禽粪便的无公害程度，从而提升食用菌产品本身的质量安全，形成了良性循环。

随着生态农业的兴起和发展，食用菌以生产周期短、投入少、产出多、效益好而越来越多地引入到生态农业的生产系统中，成为物质能量良性循环的主要环节。在生态农业中，将畜禽养殖、食用菌生产、环境治理有机地结合起来，对构筑大农业生态循环系统具有重大意义。

2.5 沼气化处理技术

沼气产业在我国已经发展了几十年，通过发酵作用达到消灭粪污中有害微生物和有机物中病原物的目的，不仅可以对粪便等废弃物进行无害化处理，产生的沼气还可用于供暖、照明、炊事。制约国内外沼气产业的主要问题是沼气池堵塞及低温天气中的保温问题。目前，山西省农科院农业环境与资源研究所正在研究的自增温型节能沼气池解决了以上问题，在沼气池的顶端或周边建造一个或多个可堆放有机原料的容器或池体（固态原料预分解池）。将待发酵的有机原料堆放至预分解池中，可直接利用有机原料中自身含有的天然分解菌群，也可人为添加可分解有机原料的微生物菌群，控制发酵条件，让有机原料分解产生的热量直接传热给沼气池，该有机原料层既可以自身产热，同时又可保温。根据沼气池甲烷菌产气条件的变化适时用沼气液或水淋洗有机原料发酵层，将分解后的小颗粒有机固态原料、溶于水的营养成分通过分级过滤后流入沼气池中。这样既可增加沼气池中甲烷菌发酵所需的营养成分，又可以给沼气池增温，还可以降低有机原料发酵层中过高的温度，促进有机原料的再次分解发酵。通过固液分离后，沙石和植物纤维等不能进入沼气池中，就不需机械搅拌，这样也就不必在池中加装搅拌装置和升温装置。通过比较充分的预分解后，这些分解产物对沼气池中产甲烷菌群的发酵产气更有利。

沼气化处理技术使畜禽养殖废弃物通过有益微生物的处理，经过除臭、腐熟、脱水等一系列化学反应，最终转变成沼气和活性生物有机肥，使之无害化、资源化[19]。

3 小结

我国养殖废弃物的处理一直是一个没有解决的问题，目前，一方面是通过自然或添加微生物堆腐生产有机肥。但因有机肥的肥效低、体积大，运输成本高，作为粮食作物肥料的市场不大，这是我国目前有机肥销路普遍较差的主要原因之一。有机肥销路不畅，进一步影响利用养殖废弃物生产有机肥的推广。另一方面是通过厌氧发酵生产沼气。但由于投入等各种原因，真正利用厌氧发酵生产沼气还不普遍。因此，通过畜禽养殖废弃物污染防治与资源化循环利用技术模式使种植业和养殖业有机地结合起来，并且在这个结合过程中，可创造出巨大的经济效益、生态效益和社会效益，促进绿色、有机农业的发展，从而实现真正意义上的循环经济。

［1］刘东生.农业废弃物资源化处理技术[M].北京:中国农业科学出版社，2006.

［2］张克强.畜禽养殖业污染物处理与处置[M].北京:化学工业出版社，2004.

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