天津市規模化畜禽養殖污染現狀及減排潛力挖掘

唐麗麗， 包景嶺， 張 維， 高郁杰， 李 燃， 常文韜， 溫 娟， 孫 靜*

(1.河北工業大學經濟管理學院，天津 300401；2.天津市環境保護局，天津 300191；3.天津市環境保護科學研究院，天津 300191；4.天津市聯合環保工程設計有限公司，天津 300191)

天津市規模化畜禽養殖污染現狀及減排潛力挖掘

唐麗麗1， 包景嶺2， 張 維3,4， 高郁杰3,4， 李 燃3,4， 常文韜3,4， 溫 娟3， 孫 靜3*

(1.河北工業大學經濟管理學院，天津 300401；2.天津市環境保護局，天津 300191；3.天津市環境保護科學研究院，天津 300191；4.天津市聯合環保工程設計有限公司，天津 300191)

以2014年天津市十大涉農區縣規模化畜禽養殖量數據為基礎，核算出天津市規模化畜禽養殖典型污染物COD和氨氮的排放量，并運用地理信息系統(GIS)對天津市規模化畜禽養殖污染的區域分布特征進行了分析。基于該市規模化畜禽養殖污染現狀，以糞尿處理工藝與排放去向為控減方向，設定了3種控減情景，深度挖掘規模化畜禽養殖污染減排潛力。結果表明：2014年天津市規模化畜禽養殖COD排放量為29 795.20 t，氨氮排放量為1 805.71 t。通過大力推進商品有機肥生產、實現畜禽污水深度處理與資源化利用以及應用生物發酵床養殖技術等控減措施，能夠實現近12 424.50 t COD和1 044.24 t氨氮的削減量，污染減排潛力巨大。在此基礎上，有針對性地提出了天津市畜禽養殖業污染防治對策與建議，為相關部門進一步開展規模化畜禽養殖污染防治提供參考。

規模化畜禽養殖；污染現狀；減排潛力；天津市

近年來，隨著國家各項惠農政策對畜牧業發展的大力扶持，我國畜禽養殖業得到了蓬勃發展，成為農民增創收入的主要來源。然而，畜禽養殖業帶來的生態環境問題日益突出，尤其是傳統分散型畜禽養殖逐漸轉變為現代化大規模集中生產，致使畜禽糞便與污水排放密度增加，大量未經處理或處理不當的廢棄物隨意排入外環境，對水源、土壤和空氣的污染性更強，加重了環境的負荷壓力。據2010年發布的《第一次全國污染源普查公報》顯示，畜禽養殖業排放的化學需氧量(COD)和氨氮分別占全國COD和氨氮總排放量的41.90%和41.50%，成為農業面源污染的重要來源[1]。

“十二五”期間，國家環保部出臺了《“十二五”主要污染物總量減排核算細則》(以下簡稱《核算細則》)，將規模化畜禽養殖污染減排納入國家“十二五”農業源減排的重點工作。在此背景下，上海、南昌等[2-3]市積極開展了畜禽養殖污染專項治理行動。截至2015年，天津市完成了對718家規模化養殖場的糞污綜合治理，實現了規模化畜禽養殖場COD與氨氮排放量分別削減0.95萬和0.06萬t的目標，但防治形勢依然嚴峻，工程減排潛力空間收窄，使得天津市規模化畜禽治理進入到一個新時期。筆者全面調研和分析了天津市規模化畜禽養殖污染現狀，基于現有治理工作經驗，深度挖掘規模化畜禽養殖污染減排潛力，旨在為今后天津市加大規模化畜禽養殖污染治理力度提供明確的治理方向。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源 按照2014年天津市行政區劃，以天津市10個涉農區縣(東麗、津南、靜海、西青、寶坻、薊州、寧河、北辰、武清、濱海)為劃分單元，基于5類畜禽規模化養殖場界定標準，對天津市規模化養殖場數量、養殖總量污水處理情況等原始數據進行統計分析。具體數據來源于《中國畜牧業統計年鑒》《天津市統計年鑒》等及相關農業部門提供的原始資料。

1.2 研究方法 在規模化養殖場正常生產和管理的條件下，畜禽產生的原始污染物主要來自于固體糞便與尿液兩部分。一般來講，畜禽養殖污染物的產生量和排放量與動物種類、生長階段、飼養方式以及管理水平等密切相關，不同生產方式使得污染物的排放量存在很大差異。也就是說，畜禽產生的污染物并不是全部排入外環境，而是在規模化養殖場中，畜禽糞便污染物經由自然堆漚或生產商品有機肥的方式得以削減；簡單存儲、厭氧沼氣發酵、好氧等污水處理方式對污染物也具有一定的去除效果[4]。基于此，筆者結合天津市規模化畜禽養殖基本現狀，以COD和氨氮為主要污染物，對該市規模化畜禽養殖污染現狀進行分析，計算公式如下：

Q排放=Q產生-Q削減

Q產生=∑(Pi×ei,k)×10-3

Q削減=Q產生×ri,j,k

式中,Q排放、Q產生、Q削減分別為各類規模化養殖場主要污染物的排放量、產生量與削減量，t；Pi為規模化養殖場各類畜禽存(出)欄量，其中，生豬、肉牛、肉雞以出欄量計，奶牛、蛋雞以存欄量計,頭或只；ei,k表示各類畜禽糞污產污系數，為確保核算統一性采用“十二五”規模化畜禽養殖場糞污產污系數(表1)；ri,j,k為各類規模化養殖場在糞污處理模式j下的第k種污染物去除率,現狀分析中采用現階段國家認定的天津市在該領域的污染物平均去除率[5](表2)。

表1 “十二五”規模化畜禽養殖場糞污產污系數

表2 規模化畜禽養殖場污染物去除率

Table 2 Pollutant removal rate of large-scale livestock and poultry farms %

排放源Emissionsource平均去除率AverageremovalrateCOD氨氮Ammonianitrogen豬Pig85．1437．79奶牛Cow85．4832．35肉牛Beef89．4429．65蛋雞Layer89．6769．32肉雞Broiler87．1060．94

2 結果與分析

2.1 天津市規模化畜禽養殖業污染現狀 近年來，天津市畜牧業生產呈穩中有升態勢，據《天津市統計年鑒2014》顯示，全市畜禽養殖業產值占農業總產值的50.96%，已成為天津市農村經濟的“半壁江山”。截至2014年底，天津市規模化養殖主要以生豬、奶牛、肉牛、蛋雞和肉雞為主，共1 680家。依據畜禽污染物排放總量計算公式，對天津市規模化畜禽養殖COD、氨氮排放量進行核算，結果顯示，2014年全市規模化畜禽養殖COD排放量為29 795.20 t，氨氮排放量為1 805.71 t，分別為當年農業源污染物排放總量的26.17%和30.37%，成為天津市農業面源污染的重要來源。

為了進一步了解天津市規模化畜禽養殖污染的區域差異性，運用地理信息系統(GIS)對天津市規模化畜禽養殖污染負荷的空間分布特征進行了探討。從圖1、2可見，COD污染負荷最大的是武清區，其次是寶坻區和寧河區；氨氮污染負荷比較嚴重的為武清區、寧河區、寶坻區。由此可知，天津市畜禽污染負荷存在著分布不均現象，其中污染負荷較大的區縣主要集中于武清、寶坻和寧河等傳統農業區縣，與規模化畜禽養殖總量的分布情況基本吻合。

將5類規模化畜種的排放量進行對比分析，由圖3、4可知，規模化各畜種COD排放量按從大到小依次為奶牛、生豬、蛋雞、肉牛、肉雞；規模化各畜種氨氮排放量從大到小依次為生豬、蛋雞、奶牛、肉雞、肉牛。這與現階段各畜種的產污系數、排污量測算方法及全市畜牧業養殖結構密切相關，尤其是規模化畜禽養殖結構與養殖規模決定了畜禽養殖污染物的排放量。

圖1 天津市規模化畜禽養殖COD污染負荷分布 Fig.1 COD pollution loading of large-scale livestock and poultry breeding in Tianjin City

2.2 天津市規模化畜禽養殖污染減排潛力挖掘 相關評估結果表明[6-7]，不同糞尿處理方式對規模化畜禽養殖污染物排放量有很大影響，具有不同的減排效益。由此，根據《核算細則》要求以5類畜種為規模化畜禽污染治理的主要范疇，結合規模化畜禽減排5種鼓勵模式，基于天津市規模化畜禽養殖污染治理現狀，以糞尿處理工藝與排放去向為控減方向，設定3種控減情景，深度挖掘規模化畜禽養殖污染減排潛力。

2.2.1 情景1。大力推動商品有機肥生產。目前，天津市規模化養殖場糞便處理方式有自然堆漚、售賣、沼氣工程、回填牛床、用于生態養殖以及自行生產有機肥等多種形式，并以糞肥還田為主要模式。在傳統的畜禽養殖模式下，畜禽糞便中的氮、磷、鉀等多種營養成分能夠通過農田自身消化，削減糞便污染物排放，維持土壤肥力[8]。然而，糞便中還含有高量的銅、鐵等重金屬元素及病原菌，如果對畜禽糞便不加以無害化處理便施入農田，將對地下水、土壤及農產品的安全造成嚴重危害。此外，近5年來天津市耕地面積以1.2%的速度逐年遞減，尤其是近郊區縣(東麗、北辰、津南、西青、濱海5個區縣)的耕地面積僅占全市耕地面積的18.29%，隨著城市近郊區縣規模化畜禽養殖場數量的不斷增加，配套耕地的缺乏使得大量集中的畜禽糞便難以被消納，隨意堆放于周圍，嚴重威脅著生態安全。由此，生產有機肥是解決畜禽糞便出路的重要途徑[9]。

圖2 天津市規模化畜禽養殖氨氮污染負荷分布Fig.2 Ammonia nitrogen pollution loading of large-scale livestock and poultry breeding in Tianjin City

圖3 規模化養殖場各畜種COD排放量占比Fig.3 Proportion of COD emission of each breed in large-scale farm

圖4 規模化養殖場各畜種氨氮排放量占比Fig.4 Proportion of ammonia nitrogen emission of each breed in large-scale farm

根據實地調研，全市主要農畜產品主產區將建設12座商品化有機肥廠，分布于薊縣、寶坻、武清、靜海、寧河。據有機肥廠生產數據結果顯示，每4.2 t畜禽糞便可生產1.360萬t有機肥，以1.000萬t畜禽糞便可生產有機肥0.025 t計，預計有機肥廠年產有機肥超過6.000萬t，畜禽發酵原料預計需求量超過24.000萬t。由此，在滿足最佳運距的前提下，在有機肥廠10 km以內[10]，對圍繞有機肥廠周圍的規模化養殖場進行治理模式提升項目的選取，即固體糞便采用干清糞工藝收集并防雨、防滲暫存，運輸至有機肥廠生產商品有機肥，供本地農田和周邊外地利用(圖5)。

圖5 天津市商品有機肥廠分布及收納范圍Fig.5 Distribution and storage area of commercial organic fertilizer plant in Tianjin City

依據污染物削減量的測算方法，進行年減排量測算，結果表明：在此情景下，基本能夠實現COD新增年削減量2 421.58 t，氨氮新增年削減量213.02 t。

2.2.2 情景2。實現污水深度處理與資源化利用。天津市規模化畜禽養殖場污水治理經歷了簡單處理、達標治理、綜合利用3個階段，且全市42.00%以上的規模化畜禽場完成了雨污分流、污水儲存等一系列污水治理工程的建設工作[11]。然而整體來說，仍普遍存在污水設施管理不當等問題，且大部分未經處理的畜禽糞尿污染物經地表徑流排入附近河道池塘，提高了水環境中的有機物濃度，加劇了水體的富營養化，加重了環境的污染負荷。由此，在總結天津市“十二五”規模化畜禽場污染綜合治理工程實施效果的基礎上，以污水處理為核心，本著資源利用、技術可行、經濟合理、因地制宜的原則，將畜禽污染治理模式分為生態還田、達標排放、污水納管和循環利用4種模式。規模化畜禽養殖污水治理工藝流程見圖6。

圖6 規模化畜禽養殖污水治理工藝流程Fig.6 Sewage treatment process of large-scale livestock and poultry breeding

基于此，從更為嚴格的環境政策與減排效益最大化的角度，對天津市規模化畜禽養殖場糞污處理方式進行提升和完善。以污染負荷較大的武清、寶坻和寧河為研究對象，在已完成治理的生豬和肉牛養殖場應用厭氧-好氧-深度處理系統，實現尾水的達標排放；在建有自由臥床的奶牛養殖場實施循環利用模式，將養殖過程中產生的尿液、清洗欄舍和擠奶廳的污水經處理后回用于圈舍沖洗。由于這2種模式的構筑物包括預處理系統、厭氧-好氧處理設施、深度處理設施以及污水納管設施等一次性投資較大；加上每年需投入一定的資金確保設施日常運行與維護，中小規模養殖場很難負擔，因此，選取大型規模化養殖場[生豬(出欄)≥10 000頭，奶牛(存欄)≥500頭，肉牛(出欄)≥500頭]進行污水處理設施升級改造。根據《核算細則》認定的達標排放與循環利用2種鼓勵模式的去除率，即COD去除率分別為99.00%和97.00%，氨氮去除率分別為94.00%和89.00%，對17個生豬養殖場和54個奶牛養殖場進行減排挖掘，結果表明，在這種情景下，COD新增年削減量8 174.81 t，氨氮新增年削減量657.25 t。

2.2.3 情景3。應用生物發酵床養殖技術。除水體污染、土壤污染外，畜禽養殖產生的溫室氣體也是大氣污染的重要組成部分。Hansen等[12-13]研究表明，與傳統養殖相比發酵床豬場每小時N2O的釋放量基本不變或略有下降，CH4的釋放量下降50%以上。由此，基于低碳經濟視角，在生豬養殖場內應用生物發酵床養殖技術具有較高的環境經濟效益，并有效促進了流域水環境保護與養殖業的協調發展。生物發酵床治理畜禽污染主要是依據微生物理論和生物發酵理論，通過在畜禽養殖舍的墊草中構建一個以有益菌為強勢菌的生物運行系統，進而對畜禽排泄物進行直接處理，抑制大腸桿菌、瀉痢桿菌等有害生物的繁殖。在整個養殖過程中無需沖洗豬舍，其排泄物經墊料中的微生物快速降解和消化，實現了污染物的零排放[14]。

天津市一直比較重視生物發酵床技術的推廣應用，于2012年將該技術引進到于橋水庫周邊養殖場中，為區縣養殖業注入了新的活力。目前，生物發酵床養殖技術僅適用于少數中小規模生豬養殖場，尚未在散養戶與大型養殖場有效實施。由此，以天津市小型規模生豬養殖場(2014年天津市小型生豬規模養殖場423戶，共出欄生豬34.17萬頭)為研究對象，假定該模式下COD和氨氮去除率為100%，對污染物削減量進行測算。結果表明，基本能夠實現COD新增年削減量1 828.11 t，氨氮新增年削減量173.97 t。

3 結論與建議

3.1 結論 通過大力推進商品有機肥生產、實現畜禽污水深度處理與資源化利用以及應用生物發酵床養殖技術等控減措施，能夠實現近12 424.50 t COD和1 044.24 t氨氮的削減量，可見天津市規模化畜禽養殖污染減排的潛力巨大。

3.2 建議 今后應充分認識到規模化畜禽養殖污染減排工作的重要性，在此基礎上，采取積極有效措施，加快推進規模化畜禽養殖污染減排工作的開展。

3.2.1 科學制訂區域畜牧業發展規劃。針對各區縣環境負荷不均的現象，合理配置區域畜禽養殖場的養殖規模與養殖結構，推動養殖布局由養殖密集、對環境影響大的區域向環境承載力較大的區域調整轉移，即根據環境容量來確定養殖場的規模，合理布局禁養區、限養區和飼養區，通過構建相對集中、布局合理的養殖小區達到管理方便、降低污染危害的目的。

3.2.2 持續推進有機肥生產激勵政策。與一般的工業污染物不同，畜禽糞便與污水是寶貴的有機質資源。未來隨著天津市畜禽產品需求的持續增長，畜禽糞便排放量將不可避免地增加，因此必須完善相關激勵政策。針對武清、寧河、寶坻等養殖大縣，利用信貸、稅收與補貼等經濟激勵政策支持商品有機肥廠的設施建設與技術改進[15]，促進過剩糞肥的有效利用,為有機肥的商業化運作提供良好的政策環境；提高種植戶對商品有機肥的認可程度，通過制訂相應的優惠政策，改變“重化肥輕有機肥”的現象，增加有機肥的施用量，減輕化肥對環境的影響；在政府部門、有機肥企業、規模化養殖場以及種植戶之間建立合理的畜禽養殖廢棄物資源化利用管理模式(圖7)。

圖7 畜禽養殖廢棄物資源化利用管理模式Fig.7 Management mode of resource utilization of livestock and poultry wastes

3.2.3 積極探索全過程污染治理模式。畜禽養殖污染物的產生與排放貫穿于畜禽養殖的全過程，因此，采取適宜的污染治理模式，通過源頭減排、過程減量、末端治理逐步強化對畜禽養殖污染減排治理技術的研究。一是抓好畜禽養殖源頭減排，采取科學的飼養配方、清潔的干清糞工藝以及生物發酵床技術，在滿足畜禽生產效率與產量需求的同時，從源頭削減畜禽污染產生量。二是做好畜禽養殖過程減量工作，在畜禽養殖過程中，禁止使用化學消毒藥品以及抗生素類藥

物，降低糞污中的污染物含量。三是開展畜禽養殖末端治理工程，實現畜禽糞便與污水的資源化循環利用與達標排放。

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The Current Pollution Situation and Potential of Emission Reduction for Large-scale Livestock and Poultry Breeding in Tianjin

TANG Li-li1, BAO Jing-ling2, ZHANG Wei3,4, SUN Jing3*et al

(1. School of Economics and Management, Hebei University of Technology, Tianjin 300401; 2. Tianjin Environment Protection Bureau, Tianjin 300191; 3. Tianjin Academy of Environmental Sciences, Tianjin 300191; 4. Tianjin United Environmental Engineering Design Co. Ltd., Tianjin 300191)

The total emissions of COD and NH3-N are calculated based on the amount in 2014 of livestock and poultry in Tianjin. To apply Geographic Information System (GIS) to analyze the spatial distribution characteristics of livestock manure production in Tianjin. Then on the basis of the development status and pollution situation that we analyzed, with the treatment technique and emission direction of animal feces and urine as the control orientation, we set up to three emission reduction scenario to exploit potential of scale Livestock and poultry pollution at depth. Results indicate that: Tianjin livestock farm emissions 29 795.20 tons of COD and 1 805.71 tons of NH3-N in 2014. The potential of emission reduction in Tianjin’s scale livestock and poultry pollution is tremendous. By taking control measures which include the promotion in commodity organic fertilizer production, depth processing and utilization of sewage and application of fermentation bed cultivation, its annual emissions may be up to 12 424.50 tons of COD and 1 044.24 tons of NH3-N. Based on the above analysis, we put forward pollution prevention countermeasures for the corresponding problems, which provide some references for relevant departments to develop further pollution prevention of scale livestock and poultry.

Large-scale livestock and poultry breeding; Current pollution situation; Potential of emission reduction; Tianjin City

天津市環保專項(201212)；天津市科技支撐計劃重點項目(14ZCZDSF00003)。

唐麗麗(1991- )，女，河北唐山人，碩士研究生，研究方向：環境規劃與管理。* 通訊作者，高級工程師，從事水環境管理和環境規劃研究。

2016-10-12

S 181.3

A

0517-6611(2016)34-0110-04