我國豬糞資源化利用技術研究與探討

劉茹飛

（中國城市建設研究院有限公司,北京100120）

我國豬糞資源化利用技術研究與探討

劉茹飛

（中國城市建設研究院有限公司,北京100120）

生豬養殖業發展的同時，產生的豬糞帶來了嚴重的環境污染問題。論述了我國豬糞常見的資源化處理技術——有機肥化技術、飼料化技術和能源化技術，重點分析了豬糞厭氧消化產沼氣的研究現狀以及工程應用現狀，并提出問題及建議，為豬糞厭氧產沼氣資源化工程應用提供參考。

豬糞；資源化；厭氧消化

近年來，經濟不斷發展，人民群眾對豬肉等肉制品需求不斷增加，養殖規模逐漸提高，與此同時豬糞產量也不斷增大，未有效處理的豬糞對環境造成嚴重污染[1]。國家高度重視禽畜糞便的處理和資源化，關系農村生活環境，關系農村能源革命，關系能否改善土壤。豬糞的處理方式包括有機肥化、厭氧產沼氣資源化等，其中厭氧產沼氣處理方式不僅能避免豬糞污染環境，還可以得到沼氣清潔能源，沼渣沼液經過處理后可作為農作物肥料，實現廢物循環利用[2]。對于豬糞的厭氧消化研究不斷深入，通過總結分析目前豬糞厭氧消化的研究現狀和問題，旨在為豬糞厭氧產沼氣資源化工程應用提供參考。

1 豬糞規模

根據2016年中國統計年鑒，2015年豬肉產量5 486.5萬t[3]。按照相關方式估算，2015年全年排放糞便量（包括尿液量）達到65.54億t，其中豬糞35.61億t，比重超過50%。

2 豬糞的理化性質

豬糞含有豐富的營養物質，詳見表1[4]。

表1 豬糞的養分含量 干基：%

3 豬糞的利用途徑

提高規?；B豬養殖效率的同時，增大了環境污染的壓力，現代飼料配制和養殖方式使得養殖戶過分追求生產性能的最大化，而沒有考慮營養過剩問題[5]，規?；B殖一般采用較先進的生產設備，每天用水沖洗糞污會產生大量的豬糞污水[6]。豬糞中Zn，Cu，Mn和As的平均含量分別高達1 064.00，1 018.00，659.90，59.96 mg/kg，長期施用豬糞使得土壤中重金屬均有不同程度增加，對農產品和生態環境存在潛在風險[7]。豬糞還含有一定的致病菌，還可以造成一定程度溫室效應[8]。雖然豬糞是環境污染的源頭之一，但如果進行合理處置，就可以資源化利用，對豬糞的利用方式主要包括有機肥化、飼料化和能源化[9]。根據估算，每年產生的畜禽糞便全部厭氧消化可產生1 300億m3的沼氣，其中豬糞約可產生700億m3的沼氣，若將畜禽糞便中的N，P，K全部轉化為肥料，共可提供N量3 675萬t，P量735萬 t，K量2 273萬t[10]。豬糞約可提供N 量1 488萬t，P量640萬t，K量800萬t。

3.1 有機肥化

我國是傳統的農業國家，豬糞在相當長時間內都被直接施用或簡單堆漚后施用于農田。在農田施用豬糞，可以有效地減少化學肥料的用量，降低成本，還能增加土壤有機質，提高土壤肥力，實現減肥增效和農田可持續利用[11]。但由于該方法不易掌握用量，在一定程度上限制該方法利用，而且容易造成面源污染。堆腐后再利用的形式逐漸被重視，堆肥就是在人為控制的條件下將豬糞與秸稈等按照一定的比例堆積，滿足水分含量及pH值等參數要求，對糞便進行腐解，作為有機肥施用，但該方法占地面積大，臭味易影響環境。

3.2 飼料化

畜禽糞便不僅可以作為有機肥料，由于畜禽糞便中含有未消化的粗蛋白、粗纖維、粗脂肪和礦物質等，也可以作為畜禽的飼料來源。江傳杰[12]等研究指出，畜禽糞便肥料化利用一段時間內是世界各國處理畜禽糞便最常用的方法。由于雞糞營養成分高，這種方式一般適用于雞糞，豬糞飼料化產品一般用于喂魚[13]，但該方法必須做好防疫，避免疾病的發生和傳播。

3.3 能源化

豬糞在能源方面的應用也日趨成熟。其中，厭氧消化產沼氣是能源化的重要方式。經過厭氧消化，不僅可以消除畜禽糞便中的臭氣、殺死寄生蟲卵[14]，并且發酵后的沼渣沼液可綜合利用，制作成優質的花卉肥、魚餌和飼料添加劑等，更重要的是厭氧消化可以在消除畜禽糞便對環境污染的同時，得到可利用的清潔能源和物質。

王永成[15]研究了在不同溫度條件下豬雞糞混合厭氧消化的產氣性能，結果表明，35℃下豬雞糞2∶1組、雞糞組以及豬雞糞1∶1組的產氣性能要優于其他溫度下的其余各組，豬糞的加入提高了雞糞的厭氧消化性能。羅娟等[16]研究了豬糞、牛糞和羊糞3種畜禽糞便的產氣特性，結果發現豬糞是3種糞便中產氣效果最好的，其干物質產氣量可以達到375.5 mL·g-1，而牛糞和羊糞的產氣量相差不大。陳智遠等[17]分別對豬糞、雞糞和牛糞進行了厭氧發酵產氣性能研究，研究結果表明，3種糞便厭氧發酵在35℃條件下具有明顯的厭氧發酵產氣優勢，溫度越低，日產氣高峰到來的越晚，總產氣量也越小。

關于豬糞的厭氧產沼氣的相關研究非常多，國內外關于豬糞厭氧產沼氣的工程應用也很多，中國農業大學生物質中心生物天然氣中試平臺項目（豬糞+玉米秸稈），設計每天產氣5 000 m3。中糧肉食（江蘇）有限公司金東臺農場大型沼氣工程，處理規模1 284 t豬糞，發電34 000 kW·h/d，產生的沼液用于周邊農田灌溉和改良[18]。在實際工程應用中，規?；霸戏€定性一直是影響工程效果的重要因素，這也導致一些規模較小的項目無法正常運行，很多學者提出將其他物料與豬糞混合厭氧消化的解決思路。

張東旭[19]研究了水葫蘆和浮萍與豬糞混合厭氧發酵的產氣情況，結果表明，水葫蘆與豬糞混合的C/N為18.8時，沼氣中的平均甲烷含量可以達到65.1%，當浮萍與豬糞以干重的 1∶1混合，有機負荷為3.5 g（VS）/L/d 時，其 VS 產氣率可以達到 0.31 L·g-1，并且與單一豬糞相比，混合厭氧消化的消化性能較優。Wu X等[20]研究了豬糞與玉米秸、燕麥秸和麥秸分別混合厭氧消化的產氣性能，批式反應在37℃下進行，設計了3 種 C/N（16，20，25），產氣周期為 25 d。研究結果表明，豬糞與玉米秸混合厭氧消化取得了最好的產氣效果，其沼氣產氣比純豬糞的高出11.4倍，生物氣中甲烷含量達到68%。Pornpan Panichnumsin等[21]人研究了木薯紙漿與豬糞混合厭氧消化的產氣性能，研究發現，混合厭氧消化可以得到較高的產氣量和VS去除率，當木薯紙漿所占的比例為60%時，沼氣產量比單一豬糞的高出41%，單位VS產氣量和VS去除率最大值為306 mL·gVS-1和61%，此時也獲得了較高的系統穩定性（VFA：堿度<0.1）。Elena Comino等[22]人研究了青貯農作物和牛糞在35℃下中溫厭氧消化的產氣性能。實驗設計了3種VS比例：90%青貯農作物+10%牛糞；80%青貯農作物+20%牛糞；70%青貯農作物+30%牛糞。研究結果表明，當農作物所占的比例為70%時，其產氣量比單一牛糞的高出109%，而青貯農作物的比例繼續提高到80%時，厭氧消化體系所產沼氣中的甲烷含量下降到48%。反應體系中的有機負荷的變化范圍為 4.45～7.78 gVS·（L·d）-1，平均單位 VS 產氣量達到了 237～249 L（CH4）·kgVS-1。龐艷[23]對廚余垃圾與豬糞進行混合中溫厭氧消化試驗，半連續與序批式進料條件下，混合物料厭氧產氣性能都有一定程度的提高。耿曉麗[24]研究表明序批式進料方式下，500 mL豬糞為底物的中溫厭氧消化可承受更高的滲濾液有機負荷，達到良好產氣效果。朱圣權[25]豬糞厭氧研究采用干式消化工藝，消化時間為20～22 d時，產氣量最高，有節約用水、產氣率高等優點。結果都表明，豬糞與其他物料混合厭氧消化產氣量及甲烷含量等指標都優于單獨豬糞厭氧消化，混合物料包括秸稈（麥秸、玉米秸、稻草）、糞便、餐廚垃圾等常見農村及城市有機廢棄物[26-32]。

4 豬糞厭氧消化沼氣工程現狀

我國豬糞的厭氧消化工程獲得很大的發展，主要分為農村小型沼氣工程和規?；B殖大型沼氣工程。目前，共有沼氣工程30 000處，年產沼氣約100 000萬m3[33]。大部分工程以禽畜糞便為原料，一般采用單獨雞糞、豬糞、牛糞原料中溫全混厭氧消化，其中豬糞是最常見的原料[34-36]。比如北京德青源沼氣工程以雞糞為原料，中糧肉食（江蘇）有限公司金東臺農場大型沼氣工程以豬糞為原料，很多農村小型沼氣工程也主要以單獨物料為原料。在具體實踐中，也會適當地補充其他禽畜糞便或者是秸稈共同厭氧消化，產氣性能也比較好。但高溫厭氧消化、干式厭氧消化、豬糞與污泥、豬糞與餐廚垃圾、豬糞與廚余垃圾等物料共同厭氧消化工程應用很少[37]。

5 豬糞厭養消化沼氣工程存在問題及建議

5.1 存在問題

我國沼氣工程建設相對德國、丹麥等歐洲沼氣工程發達國家起步較晚，工藝設計及運行經驗等方面相對不足，雖然我國沼氣工程取得了很大成就，但現有沼氣工程仍存在一些需要解決的問題[38-40]。

5.1.1 設備問題

國內部分沼氣工程設備質量良莠不齊，無法滿足沼氣工程耐壓、耐水、耐腐蝕的要求。部分業主只注重價格，不注重質量，部分企業存在價格壟斷、惡性競爭的現象。少數質量好的產品價格高，與進口設備相比競爭力弱，以上種種原因導致實際使用的設備使用壽命短、故障率高，最終使得沼氣工程無法正常運行。

5.1.2 工程建設問題

沼氣工程投資大，養殖企業本身投資意愿不強，也難以吸引其他投資。而且部分沼氣工程部分未經正規設計單位進行設計，還有些工程設計存在很多不合理現象，工程的產氣效果與設計值偏差嚴重，我國沼氣理論研究工程化轉化低，從業公司技術實力薄弱，有效人才缺乏，這些原因都導致工程產氣效率低甚至后期無法正常運行。

5.1.3 沼氣、沼液和沼渣利用問題

沼氣是最有利用價值的清潔能源，但我國沼氣工程規模偏小，產氣效率低，熱電聯產比率低。很多工程冬天只能停止運行，同時由于上網手續復雜，沼氣發電上網比率特點低，沼氣發電量只有德國的1%。沼液和沼渣的利用受到技術和周邊農田情況的限制，無法充分發揮沼液沼渣還田的綜合效益。

5.1.4 政策問題

國家對禽畜糞便處理及沼氣工程有相關的優惠政策。但政策的激勵制度非常有限，而且政策注重建設補貼，而忽視運行監管，發電上網手續要求高，程序復雜。沼氣工程行業缺乏系統的規范和標準，同樣也缺乏有效的監督管理機制。

5.2 發展建議

5.2.1 加快規范化和標準化建設，制定沼氣工程項目管理制度和辦法，嚴加控制設計單位和施工單位資質選定及施工管理，強化安全管理。提高沼氣工程資金補貼力度，細化考核方案和獎勵機制，重視運行效果，簡化沼氣發電上網手續，降低準入門檻，強化主管部門監管，提高工程建設積極性，確保工程質量。

5.2.2 鼓勵企業自主創新研發，提高沼氣工程相關設備的國產化程度和質量水平，降低成本，鼓勵科研機構與企業深度合作，加強科研成果工程化轉化。探索新物料混合及新方式產氣效果工程應用。

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Research and discussion on resource utilization of pig manure in China

LIU Rufei
（China Urban Construction Design＆ Research Institute Corporation Limited,Beijing 100120,China）

With the development of pig breeding industry,pig manure produced serious environmental pollution problems.By reviewing the common Chinese resource treatment technology for pig manure including fertilization technology,feed processing technology and energy technology,this paper mainly analyzes research status and engineering application status of biogas production from pig manure by anaerobic digestion.Then,problems and suggestions were put forward to provide reference for the application of biogas production from swine manure by anaerobic digestion.

pig manure;resource;anaerobic

X713

A

1674-0912（2017）06-0024-04

2017－06－01）

廢鋼鐵產業一體化發展座談會在湖北召開

劉茹飛（1987-），男，山西人，碩士研究生，工程師，專業方向：固體有機廢棄物資源化。

簡訊

2017年5月16日，中國廢鋼鐵應用協會在湖北省麻城市組織召開廢鋼鐵產業一體化發展座談會，工業和信息化部節能與綜合利用司、中國鋼鐵工業協會有關同志，以及來自葛洲壩興業、安徽誠興等20余家廢鋼鐵加工企業，寶武、沙鋼等10余家鋼鐵企業的代表參加會議。會議圍繞廢鋼鐵加工產業發展面臨的挑戰和機遇、提高產業創新能力和管理水平、廢鋼鐵加工企業做大做強等進行了交流討論，并結合產業發展實際，就推動廢鋼鐵加工產業實現一體化、規范化發展提出了意見和建議。