规模化养殖场粪污资源化利用技术探讨

徐子华

(甘肃省张掖市甘州区畜牧兽医工作站，甘肃 张掖 734000)

党的十八大以来，中国农村经济取得长足发展，农村面貌发生了巨大变化，但在经济高速增长的同时，农村的生态环境却在迅速恶化，农业发展中存在的诸多非持续性因素已经威胁到农业的可持续发展。本文针对规模化养殖场粪污资源化利用的技术路线以及综合配套技术的集成，并通过在规模化养殖场大面积进行示范推广，构建“资源、产品、废弃物、再生资源”的闭环式农业循环体系，以适应优化农业产业结构、合理利用资源、保护生态环境、推进农业绿色可持续发展，重塑新的绿色生态经济形态，并将引领21世纪现代农业的发展。

张掖作为“一带一路”的重要节点城市，“居中四向”的区位优势更为突出，承东启西、承南启北的作用日渐显现。张掖具有2 000多年不朽的悠久农耕文明历史，“一带一路”战略的实施为发展循环农业，以及粪污资源化利用带来了历史性的机遇。

张掖市甘州区水土光热资源丰富、自然条件优越，是国家重要的商品粮生产基地和杂交玉米制种基地，也是国内绿色有机农产品生产绝佳区域和特色农产品生产加工基地。快速发展的甘州农业正从传统农业大区向现代特色农业大区转型升级。但发展中存在的资源与环境的压力，农药化肥的过量使用，粪污等废弃物和秸秆资源浪费，造成环境污染，耕地质量下降等一系列问题都对未来全区农业的绿色可持续发展提出了新的挑战。

1 甘州区畜禽粪污资源量

甘州区2017年畜禽粪污资源统计资料显示：奶肉牛养殖总量53.2万头，肉羊103万只，禽类314万只。按照畜禽日均排泄量(表1)计算，2017年计算量为：粪污产生总量789.02万t，其中：肉牛、奶牛、生猪、羊、蛋鸡、肉鸡的粪污产生量分别为469.13万t、39.97万t、194.62万t、59.68万t、20.36万t、5.26万t。从全区规模化养殖场所产生的粪污占比分析，肉牛粪污产生量超过了全区畜禽粪污产生量的50%，原因是甘州区是全国著名的西门塔尔肉牛繁育基地，母牛养殖量大、地域分布广；生猪粪污产生量次之，养殖地域相对集中；蛋肉鸡粪产生量最少，规模养殖占比小，农户散养占比大。

表1 畜禽粪便排泄指数

甘州区养殖情况见表2所示。猪当量估算系数依据《农村小型畜禽养殖污染防治项目建设与投资指南》,环境保护部2013年11月制订。

按照现有猪当量消纳，采用“堆肥+废水处理”模式(2头猪需要1亩农田)，消纳所有粪污需要120万亩农田，甘州区现有耕地130.5万亩，完全可以消纳当地养殖粪污。

表2 畜禽养殖与猪当量估算(2017年现状)

2 甘州区规模化养殖场粪污资源化利用现状

2.1 规模化养殖场畜禽粪污处理设施建设情况

2017年资料显示，规模化养殖场粪污资源化利用登记信息平台的养殖场(小区)共有528户，其中已建成使用的粪污处理设施203户，目前大型粪污处理中心3家(生产固体生物有机肥30万t)。

2.2 规模以下的养殖场畜禽粪污处理情况

规模以下的养殖场户基本无相应的粪污处理机械设备，只有固定的堆肥处理场和集尿池，畜禽粪污经过堆积发酵腐熟用于农田，这种处理方式是农区养殖场户粪污利用的主要方式。目前正在建设的粪污处理中心2家，分别计划生产固体生物有机肥6.78万t、液体生物有机肥20.33万t和生物有机肥5.82万t、液体生物有机肥17.45万t、沼气719.98万m3。

3 甘州区生态承载力分析

生态承载评估数据按照甘州区现有资源情况统计，耕地区域范围120万亩范围，生态承载评估按照130.5万亩耕地容量分析，达到生态承载估计值。

3.1 区域环境容量分析

甘州区全区耕地面积8万hm2，上限8.7万hm2，占全市耕地总量的24%，人均耕地3.34亩，按亩均消纳有机肥4 000 kg，可消纳220.64万t有机肥。

3.2 甘州区农田耕地生态承载力分析

(1)新建和推广喷灌滴灌设施，通过水肥一体化设施建设，按照每亩地2 t/h设计，每天工作5 h，400 hm2总灌溉强度为6万t，轮流灌溉，每亩地年消纳有机液肥30 t，发酵后液肥浓度较高，需要稀释后使用，每亩地通过液肥净增加氮磷钾，在玉米生长期为5 kg，每亩地节水40%，使用有机液肥10万t，区域内的耕地完全可以消纳规模化养殖场所排出的粪污，充分控制水土流失。

(2)通过有机肥加工后还田，每亩地按照2 t有机肥消纳，2 000 hm2耕地可以消纳60万t有机肥。以此类推，130万亩耕地可以消纳规模化养殖场生产的有机肥。现有有机肥还田主要为简单堆沤还田，氮磷元素大量流失，应用新的技术工艺，将降低有机肥施用总量，提高有机肥施用效率和氮磷钾实际施用量，降低人工劳动强度。畜禽粪便、秸秆等农业废弃物循环利用率到90%以上，有机肥氮替代化肥氮达到30%。特定区域内，完全可以承受液肥、有机肥的消纳能力，通过水肥一体化的应用，进一步提升种植区域生态承载能力。

4 粪污资源化利用与环境效益及潜力预测

规模化养殖场所产生的粪污通过资源化利用，将对区域生态环境产生积极影响，将减少畜禽粪污直接排放，对养殖粪污进行无害化处置，既改善养殖场环境，减少病害发生，提高产品品质，又降低粪污排放对环境造成污染的危险。将养殖粪污加以资源化利用，用于生产有机肥，变废为宝，投入农业生产，既节省生产及生活成本，又能减少农药、化肥消耗，减轻土壤负担；彻底消除秸秆农田焚烧，减少温室气体排放，对大气环境的改善有重要作用。通过技术研发、示范推广，建立循环农业示范基地，将起到积极的示范带动作用，实现区域畜禽粪便100%资源化利用，畜禽粪便有机肥替代化肥产品达到100%以上，生产成本下降53.3%，农产品质量安全水平明显提升，农民增收20%(以上数据采用SWOT分析法)。

奶肉牛规模化养殖场按照“堆肥+废水处理”消纳相关参考标准，1头牛产生的粪污须由3亩农田来消纳，按照粪污实际产生量计算，甘州区存栏奶肉牛53.5万头，每年可产生固体粪便401.5万t，尿液及污水500.75万t。目前主要采取堆肥发酵方式生产有机肥，按照当地目前固体有机肥4 t/亩的施用水平估算，若全部生产有机肥，可施用于120万亩耕地，甘州区2017年资料显示共有130.5万亩耕地，显而易见，可以足够消纳规模化养殖场所产生的粪污，达到投入与排除基本平衡状态。

5 粪污资源化利用技术路线

技术路线上突出生态循环农业，以奶肉牛养殖基础产业发展为主导，以提高资源利用效率和实现区域农业废弃物“零排放和全消纳”为目标，采用种养结合的循环发展方式，其工艺流程选择上遵循生态理念，以减量化、无害化、资源化、生态化为原则，将养殖废弃物循环利用技术、农药化肥减量化施用技术、秸秆综合利用技术、粪污无害化技术等综合配套技术集成，加大示范与推广力度，促进区域农业生产废弃物生态消纳和循环利用、种植业与养殖业相互融合发展。

5.1 资源化

规模化养殖场粪污经过治理，达到变废为宝的目的。通过无害处理治理后可作为饲草基地的有机肥料。尿水、污水等经过厌氧发酵、三级沉淀等工艺处理后，达到排放标准，经过处理后的污水尿水富含溶解氮、磷、钾，可用作厂区绿化灌溉，节约水资源，全面综合利用可为养殖基地有效节支增产增收。

5.2 生态化

技术环节上选用先进治理工艺，将治理后无毒无害的有机肥施用于牧草及青贮玉米种植，形成“牛→污→肥→饲→牛”的生态循环系统。农作物田间撒施有机肥后，既可修复长期施用无机肥板结的土壤，改善农业生态环境，也可少施或不施农药和化肥，节支增产增收,实现奶肉牛养殖资源节约型和环境友好型发展。

6 粪污资源化利用农田消纳技术

固液分离后的粪污液体和养殖尿液污水500.75万t，加入发酵菌后发酵。养殖废弃物通过发酵无害化处理后，通过晾晒，由自动撒粪车全部用于还田利用,减少了对化肥的需求量，增加了种植物的蛋白物等有机元素含量，循环利用与奶肉牛的饲养，为生产有机、绿色、健康、优质牛奶、牛肉打好基础。

6.1 畜禽粪污资源化利用技术工艺

奶肉牛场粪便处理模采用干清粪—控制水冲模式，将粪污收集后进行固液分离生产固体有机肥和液态生物菌肥，全部用于耕地土壤改良，实现全消纳循环利用。具体工艺见图1和图2。

图1 畜禽粪污资源化利用工艺

图2 畜禽粪污资源化利用工艺

6.2 主要技术环节

(1)粪污收集：将养殖场粪污用吸粪车(或专用集粪车)拉运到集粪池集中处理。

(2)沉淀：将粪污通过以及沉淀池、二级沉淀池沉淀，将沙土沉淀后，打入固液分离池。

(3)搅拌切碎：在固液分离池用搅拌切割泵将混合粪污搅拌切碎，打入固液分离机。

(4)固液分离：通过固液分离机将粪污分离成液体粪肥和固体粪肥，液体粪肥进入液体生物肥发酵池，固体粪肥进入固体肥堆肥场。加入基料和发酵菌：在固体肥中加入秸秆、腐殖酸等基料和有氧发酵菌，并使其达到发酵水分55%。

(5)混合均化：将混合料加入混合均化机混合均化，使其混合均匀。

(6)翻堆发酵：用翻堆机及时翻堆，每5～7 d翻堆1次，发酵60 d。

(7)干燥：发酵好的有机肥通过干燥，使其水分含量降到30%以下。

(8)制粒：将发酵好的生物有机肥造粒固化。

(9)粪污收集：将养殖场粪污用吸粪车(或专用集粪车)拉运到集粪池。

(10)沉淀：将粪污通过以及沉淀池、二级沉淀池沉淀，将沙土沉淀后，打入固液分离池。

(11)搅拌切碎：在固液分离池用搅拌切割泵将混合粪污搅拌切碎，打入固液分离机。

(12)固液分离：通过固液分离机将粪污分离成液体部分和固体部分，液体进入液体生物肥发酵池，固体部分进入固体肥堆肥场。

(13)氧化塘氧化发酵：进入氧化塘粪水经过臭氧消毒处理，暴氧发酵10～15 d。

(14)液态有机肥施用：发酵好的液态有机肥通过输送管路输送到喷灌、滴灌调水池，按照施肥量加入到调水池，通过喷灌机和滴灌带浇地。

7 讨论与建议

7.1 建立健全法规制度，提高环保意识

因甘州区区为典型的绿洲农作区，农户大多有在屋后养殖畜禽的生活习惯，因养殖场地受限，基本无相应的粪污处理设施，随着养殖量的增大和粪污处理不善，严重污染了环境和影响了周边居民的生产生活。对居民区内规模以下养殖场户的养殖模式，《环保法》、《畜牧法》等均没有可遵循的治理依据，依法治理或规范粪污乱排乱放存在短板。规模以上的养殖场户环境保护意识差，虽有相应的粪污处理配套设施设备，却无相应的粪污处理及资源化利用流程及措施，导致粪污无害化处理不规范，粪污资源化利用不科学,建议规模化养殖场必须树立人畜草和谐共生的思想，建场时需以现代畜牧技术为布局要素，严格将办公生活区、TMR中心、养殖区和粪污处理区分离。

7.2 对规模以上养殖场，必须建立粪污处理设施，力求达标排放

新(改)建的规模养殖场按照粪污处理标准模式建设，已建成粪污处理设施的须按标准模式修改完善，适用于大型养猪场和奶牛场，配套专业化的搅拌设备、施肥机械、农用施用管网等。粪污储存时间为6～9个月，可收集周边养殖场的粪污，且需要足够的土地消纳，储存后的液体粪肥通过农田管网进行水肥一体化施肥，也可生产液体有机肥，进行蔬菜有机种植，通过种养结合，达到明显节能增效作用。

7.3 建立符合区域特点的规模化养殖场环境保护规范，加大粪污治理力度

以规模养殖场(猪、鸡、奶牛)为中心，收集周边半径7.5 km的养殖废弃物、生活垃圾及秸杆集中处理：一是全粪污收集生产沼气，产生的沼气可生活供燃，沼液、沼渣按比率配制(也可添加植物不同时期所需维生素)对设施农业种植有机蔬菜、瓜果进行沼液喷洒，既能为植物杀虫又能补充营养，产出的有机产品比同类产品市值高出3～5倍；二是干清粪、集中收集堆积发酵腐熟加工有机肥，降低和禁用化肥，减少有害残留，解决群众处理粪污烦恼，清除小型养殖对周边群众生产生活带来的负面影响。有效控制化肥、农药、地膜等非再生性物质不合理使用，畜禽粪便资源化利用率达100%，秸秆综合利用率达100%，畜产品质量安全水平达100%。构建起资源节约、生产清洁、废弃物循环利用、产品安全优质的生态循环农业发展路径。

7.4 增加投入与技术支持

各级党政部门应出台相关扶持政策，督促相关部门积极争取项目资金，通过直接补助、以奖代补、先建后补等方式，加快畜禽养殖场(区)粪污处理设施建设改造，加大畜禽养殖粪污资源化利用投入，支持规模养殖场、第三方处理企业、社会服务组织等建设粪污处理设施，积极推广使用有机肥，加强科技及装备支撑，大力发展标准化规模养殖，引导规模以下养殖户节水、节料等清洁养殖工艺及干清粪、微生物发酵等节能畜禽养殖技术，开展畜禽养殖标准化示范创建活动，推动养殖方式加快转变。

7.5 加大宣传力度与舆论导向

加大农村环境保护、全域无垃圾、畜禽养殖粪污资源化利用的宣传力度，开展《畜禽养殖污染防治条例》、《环保法》等法律法规宣传，不断提升建设美丽乡村、保护生态环境的意识，建立畜禽养殖粪污资源化利用投诉举报制度，鼓励支持群众共同参与畜禽养殖粪污资源化利用，形成政府引导、多方参与的格局。

7.6 建立健全长效监管机制

建立健全区域畜禽养殖污染防治长效监管机制，建立完善县区、乡镇、村社层级监管联动体系和机制，把畜禽养殖污染物排放作为经常性监督检查的重要内容，规范养殖行为，巩固整治成效，确保区域内规模化畜禽养殖场粪污无害化处理与资源化利用取得实效。