規模化養殖場糞污安全化處理關鍵技術創新集成及產業化

文/北京農學院 劉克鋒

規模化養殖場糞污安全化處理關鍵技術創新集成及產業化

文/北京農學院 劉克鋒

劉克鋒，研究員，北京農學院城鄉發展學院、繼續教育學院院長。主要從事土壤肥料及花卉栽培、引種選育、工廠化標準育苗方面的研究。社會兼職主要有中國環境學會理事，北京市科委、教委、園林綠化局評標專家。

1 項目背景意義

養殖業是一把雙刃劍。一方面，提供了大量的肉蛋奶等食品，極大程度地提高了人們的物質生活水平。近二三十年來，中國的農業發生了翻天覆地的變化，從吃不上肉發展到了怎么吃好肉。另一方面，養殖業又產生了大量的糞污廢棄物，造成了環境污染。我國每年產生養殖廢棄物18.6億t/年，而我國可耕地的農田大約為20億畝，幾乎是1畝地就要消納1t糞污，除此之外，還有大量的種植業廢棄物(比如秸稈等)。現在就有很多農田被污染，比如山東聊城等地，種菜、養豬、養牛的廢棄物沒有得到較好地處理，嚴重污染土地。中國的養殖業總的來說就是“進步很大，問題很多”。從長遠考慮，畜禽糞污的資源性、安全性都需重新思考。

中國亟待解決的糞污處理的問題很多，如果飼料行業、養殖行業和糞污處理行業能聯系起來，必將能夠大力推動行業發展。

2 技術成果內容

2.1 總體技術路線

2.1.1 首次定量化探明大區域糞污環境危害風險特征，并系統提出畜禽糞便安全化處理對策 團隊中北師大的老師正在對全國重點地區進行環境調查和風險評估，在此基礎上，我們才能明確到底應該從何處出發解決問題。通過調研20個省份的養殖場，首次定量化探明大區域糞污環境危害風險特征。①掌握了堆肥對畜禽糞便中Cu、Zn在土壤中形態分布影響；②建立了檢測糞污3種介質中22種天然和人工合成激素含量分析方法；③明確了我國畜禽養殖重金屬、類固醇激素以及獸藥抗生素的排放特征；④為合理的區域養殖規劃和糞便土地利用及管理提供了科學依據。

2.1.2 成功開發出不同種類畜禽糞便專用菌劑生物發酵處理技術，建立特種菌株庫 篩選適用北方低溫環境的堆肥菌株10余種。保藏菌株4株并獲得發明專利4項：一種嗜熱一氧化碳鏈霉菌新菌株及其應用，ZL201310356764X；一種淀粉霉新菌株及其應用，ZL2013104251451；一種用于畜禽糞便堆肥處理的生物菌劑，ZL201310454893.2；一種生物發酵有機肥及其制備方法，ZL201310454820.3。菌劑其分離環境與目標應用環境相似，定植迅速，針對性好，有效性高，適于不同類型種養殖廢棄物處理。

2.1.3 成功研發畜禽糞便智能化自動控制高效處理技術，研制系列智能化資源處理高效設備 智能翻拋機A型和B型都是老式的設備，A型是仿照別人的設備做的，但是實際應用時發現并不適用，成本較高。后來我們開始自行研發智能化資源處理高效設備。目前發明了4套養殖廢棄物生物降解智能核心設備，并進行了3～5代升級。

規模化養殖場畜禽糞便重金屬含量(mg/kg)

2.1.4 成功研發并推廣畜禽糞便特征污染物安全消減技術，實現生態高效處理 ①重金屬鈍化技術：有效態重金屬含量降低82%；無效態顯著增加。但是要想根本解決重金屬問題，還是要從飼料環節入手。②獸藥抗生素消減技術：代表性獸藥抗生素降解超98%。③激素消減技術：典型激素無檢出。④病原微生物控制：腸桿菌值＞0.111；蛔蟲卵死亡率100%。

2.1.5 集成優化專用菌劑、智能設備和安全處理技術，與企業合作建立并全面推廣系列標準化處理工藝 ①糞污好氧處理工藝：產品導向的專類糞污處理工藝，為571家企業提供技術支持。②糞污厭氧處理工藝：氣肥聯產，不產生沼液；5家企業應用；獲得專利1項。③自動化控制系統：全面自主研發自動監控系統；19家企業推廣采用。④臭氣處理工藝：臭味物質脫除率95%以上；專利1項。

2.1.6 開發系列生態安全產品，實現技術轉讓與物化 肥料產品：開發出“騰達東祥”、“北郎中”等有機肥產品14種。

園藝基質：研發出“海綿土”、“綠富”、“沃晟杰”等系列園藝基質產品11種。

產品特點：①種類豐富，滿足高、中、低端市場需求。例如高端有機-生物肥所生產的有機草莓、藍莓及特色蔬菜，產品含糖量增加0.8%～1.2%，產量增加7%～12%，并可提早10d左右上市。②品質優異，徹底解決了畜禽糞便堆肥產品中污染物殘留進而引發的土壤、農產品污染和食品安全問題。③具有明顯的競爭力，栽培基質有機質含量、pH值和EC值穩定，較進口泥炭成本低150%～200%。

2.1.7 構建長效新機制，推動成果轉化落地

2.1.7.1 創新組織，搭建平臺

①創建成果推廣轉化聯合體

政府+科研+推廣+企業+基地+農戶，涉及19家企業、10余家推廣單位、160個鄉鎮的基地與農戶。

②建立專家技術支撐平臺

項目組專家與多家企業建立了緊密合作關系，支撐企業建立技術孵化、升級改造、質量監控、田間課堂等系列專家支撐咨詢平臺。

2.1.7.2 創新工作方法、建立高效模式

①教授工作服務站推廣模式

設立教授工作站，進行定期技術指導，實現點對點服務。

②農民田間學校推廣模式

按照“六個一”的建設標準，以農民為中心開展技術培訓，促進技術成果最后一公里落地。

③產業化龍頭企業技術孵化與升級帶動模式

扶持龍頭企業建立技術試驗室和質量監控平臺，帶動企業技術創新、工藝升級。

④互聯網平臺成果推廣模式

利用“全國農業科技成果轉化交易服務平臺”，發布和推廣技術成果信息，使得成果面向全國推廣應用。

2.1.7.3 創新服務，搭建長效推廣機制

①建立六位一體聯合運行機制

政府+科研+推廣+企業+基地+農戶。

②建立長效監管機制

項目監管機制：檢查驗收、專家考評、績效考評、項目審計等多渠道考評。

肥料監管機制：構建招標制、承諾制、服務制、自檢制、抽查制、追溯制和淘汰制。

2.1.7.4 政策引導，技物結合

①成果主要創新點

A.糞污安全化處理創新

揭示了規模養殖糞污中獸藥抗生素、激素和重金屬的殘留特征及潛在風險。

通過高效轉化纖維素為腐殖質絡合重金屬，有效地降低了堆肥產品中重金屬的生物有效性。

B.糞污資源化利用創新

首次篩選并利用蝕木鏈霉菌、卷枝毛霉菌等菌株處理糞污，有效提高了木質纖維素的轉換效率及養分的利用效率。

總體技術路線

有機肥生產工藝技術路線

園藝基質生產工藝技術路線

針對不同畜禽糞污特性和使用目標，研發了相應處理工藝和針對性產品。

實現了技術、設備、工藝、菌劑自主創新和集成配套，徹底解決了北方地區冬季糞污處理的問題。

C.組織推廣方法創新

創新技術研發、產業化應用、政策引導與技術推廣結合的工作機制方法，建立了教授工作站、農民田間學校、產業化龍頭企業孵化帶動等高效推廣模式，實現了產、學、研、用相結合，先進技術與物化產品相結合，促進了技術成果產業化推廣應用。

②第三方評價A.成果評價

2016年3月科技部指定第三方機構組織專家根據《技術開發類應用技術成果評價指標》進行成果評價，認為項目總體達到國際先進水平。

B.成果查新

2016年3月，中國農科院科技文獻信息中心成果查新結果表明，微生物菌劑、堆肥工藝和設備等8項技術成果均具有新穎性。

2.2 園藝基質技術路線

收集種養廢棄物，進行適當的配比、調控，單菌種篩選/檢測、復合菌種篩選/檢測，形成復合功能菌劑，利用翻堆增氧加濕設備、廢氣處理設備、智能檢測控制系統等設備控制各種參數。用自己的菌種、自己的設備，生產出蔬菜栽培和花卉栽培等基質。

3 技術指標先進性

技術指標先進性

4 推廣應用成效

4.1 經濟效益

在京郊20多家企業推廣實施，生產有機肥230.98萬t，新增產值13.86億元，新增利潤1.18億元；2013～2015年累計推廣面積749.46萬畝，增產46.99萬t，節肥（純養分）1.92萬t，增收節支13.89億元。

4.2 生態效益

累計處理922.95萬方畜禽糞便，輻射帶動處理畜禽糞便240萬方，實現北京地區畜禽糞便生態安全處理率達到80%以上，可增加土壤碳貯存32.2萬t，減少CO2排放當量117.9萬t；3年來總節肥1.92萬t，相當于減排CO21.07萬t。

4.3 社會效益

有效轉變農民觀念，提高綜合素質；有力促進了肥料行業的健康發展；有力促進了農產品質量安全；有效帶動了全社會共同參與畜禽糞污資源化處理。

5 科技進步貢獻和作用

5.1 帶動行業進步

5.1.1 有機肥企業競爭力增強 20多家有機肥生產企業工藝升級、規模擴大、效率提高、運營成本降低、產品質量提升。

5.1.2 安全優質生產資料增加 應用本技術生產的肥料產品均符合國標，項目用肥安全達標率達100%。

5.2 知識產權

授權發明專利6項，實用新型專利2項，發表論文30余篇，出版科普著作及技術手冊7本。

5.3 國際交流與合作

美、英、德、日、韓等國專家交流參觀項目基地，參加國際會議并作報告。

6 社會發展貢獻

6.1 人才培養

培養博士、碩士研究生40余人，培訓科研、推廣、生產技術骨干20,000人次，累計吸納企業就業3,000多人，促進了政產學研推企有機結合。

6.2 都市型現代農業發展

促進種養業健康循環發展，有效提升了北京市耕地質量與土壤健康；打造了資源節約型、環境友好型的都市型現代農業發展的新模式；為首都高端、精品、特色、安全農業發展奠定了堅實基礎。

（編輯張瑞霜整理）