規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建與應(yīng)用

羅 娟，趙立欣，姚宗路，馮 晶，于佳動(dòng)，袁艷文

·農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程·

規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建與應(yīng)用

羅 娟1，趙立欣2，姚宗路2※，馮 晶1，于佳動(dòng)1，袁艷文1

（1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100125；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081）

該研究針對(duì)當(dāng)前規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理技術(shù)模式區(qū)域差異大、缺乏綜合效益評(píng)價(jià)等問題，以規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)為研究對(duì)象，從規(guī)劃布局、糞污收儲(chǔ)運(yùn)、高效處理轉(zhuǎn)化、農(nóng)田利用的全鏈條出發(fā)，應(yīng)用層次分析法構(gòu)建了一套全面衡量畜禽糞污處理的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，涵蓋技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境3個(gè)方面，包括3個(gè)一級(jí)指標(biāo)、6個(gè)二級(jí)指標(biāo)和15個(gè)三級(jí)指標(biāo)，并運(yùn)用該指標(biāo)體系對(duì)中國(guó)3個(gè)主要奶牛養(yǎng)殖區(qū)6種糞污處理技術(shù)模式進(jìn)行評(píng)價(jià)比較。結(jié)果表明：東北地區(qū)宜采用前分離肥料模式和前分離墊料模式，西北地區(qū)宜采用肥料模式和前分離墊料模式，華北地區(qū)宜采用厭氧發(fā)酵模式。進(jìn)一步以河北某規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)為例進(jìn)行應(yīng)用分析表明，該養(yǎng)殖場(chǎng)的糞污處理水平達(dá)到了良好水平，與實(shí)際情況相符。該指標(biāo)體系能夠客觀評(píng)價(jià)規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理的綜合效益，且能根據(jù)評(píng)價(jià)情況給出優(yōu)化改進(jìn)建議，具有實(shí)踐指導(dǎo)性和可操作性，可為糞污處理工程建設(shè)和綜合效益評(píng)價(jià)提供方法體系和理論支撐。

糞污；廢物處理；養(yǎng)殖場(chǎng)；評(píng)價(jià)體系；應(yīng)用

0 引 言

近年來(lái)，隨著中國(guó)居民生活水平的提高，對(duì)畜產(chǎn)品的消費(fèi)需求不斷上升，推動(dòng)了畜牧業(yè)的快速發(fā)展[1]。尤其是20世紀(jì)90年代以來(lái)，畜牧業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，養(yǎng)殖規(guī)模逐步擴(kuò)大，集約化、產(chǎn)業(yè)化程度越來(lái)越高，畜禽養(yǎng)殖量總體呈上升趨勢(shì)[2-4]。快速發(fā)展的畜牧業(yè)在保障不斷增長(zhǎng)的畜產(chǎn)品需求的同時(shí)，產(chǎn)生了大量養(yǎng)殖廢棄物，給環(huán)境治理帶來(lái)了巨大的壓力[5-7]。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)畜禽養(yǎng)殖每年產(chǎn)生糞污約38億t，其中60%未能有效處理利用[8-9]。規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖是農(nóng)業(yè)面源的最大排放源，也是環(huán)境污染的重要來(lái)源[10-12]。自2001年開始，國(guó)家發(fā)布了一系列政策，從畜禽養(yǎng)殖污染的源頭減量、過(guò)程控制、資源化利用等方面形成了較為系統(tǒng)的政策體系[14-15]，支持糞污處理利用。2020年1月2日中共中央國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于抓好“三農(nóng)”領(lǐng)域重點(diǎn)工作確保如期實(shí)現(xiàn)全面小康的意見》中指出，要大力推進(jìn)畜禽糞污資源化利用，基本完成大規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)糞污治理設(shè)施建設(shè)。

隨著畜禽養(yǎng)殖糞污資源化利用設(shè)施配套率的提高，糞污處理工程的運(yùn)行效益和效果也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，因此，系統(tǒng)、全面研究規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理的綜合效益評(píng)價(jià)很有必要。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)畜禽糞污處理的綜合評(píng)價(jià)研究較少，很多停留在單項(xiàng)技術(shù)或單方面指標(biāo)的評(píng)估階段[16]。如朱桂英等[17]構(gòu)建了基于模糊聚類方法的沼氣工程綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，篩選出經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和技術(shù)4個(gè)方面21項(xiàng)指標(biāo)；王火根等[18]從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和安全方面出發(fā)，提出了一套沼氣能源效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；Pubule等[19]采用定性和定量的研究方法對(duì)拉脫維亞的沼氣工程環(huán)境影響進(jìn)行了評(píng)估，并提出發(fā)展建議；Nie等[20]對(duì)不同季節(jié)（春、夏、秋）豬場(chǎng)不同部位釋放的揮發(fā)性有機(jī)物濃度、氣味污染和健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)；問鑫[21]對(duì)堆肥、厭氧發(fā)酵、好氧生物處理等3種規(guī)模化豬場(chǎng)糞污處理模式的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了比較和評(píng)價(jià)。

對(duì)于規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理的評(píng)價(jià)，傳統(tǒng)方法往往更注重經(jīng)濟(jì)效益的分析評(píng)估，對(duì)技術(shù)指標(biāo)、環(huán)境效益的衡量關(guān)注很少。中國(guó)地域遼闊，不同地區(qū)的自然環(huán)境、養(yǎng)殖技術(shù)、社會(huì)需要、生產(chǎn)特點(diǎn)等不同，資源環(huán)境承載力差別較大[22-23]，畜禽糞污處理面臨的突出問題也不同，如何建立一套既能體現(xiàn)區(qū)域差異，又能全面系統(tǒng)且具有可操作性的科學(xué)的指標(biāo)體系，是當(dāng)前規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理評(píng)價(jià)迫切需要解決的問題。本文旨在對(duì)規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)研究，通過(guò)建立樹形目標(biāo)層次式的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，將畜禽糞污處理綜合效益分解為技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)，形成綜合評(píng)價(jià)的基本框架，并以奶牛場(chǎng)糞污處理為案例進(jìn)行應(yīng)用分析，以期為規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的糞污處理利用提供方法體系和理論支撐，最大程度發(fā)揮糞污處理項(xiàng)目的綜合效益，并為其他農(nóng)業(yè)廢棄物處理的后評(píng)價(jià)工作提供有益參考。

1 規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理綜合評(píng)價(jià)是一個(gè)多層次、多目標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng)，各要素之間相互交織、相互重疊、相互作用。構(gòu)建全面、系統(tǒng)、科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)基于科學(xué)性、實(shí)用性以及定性與定量相結(jié)合的原則，并將生命周期評(píng)價(jià)的思想引入指標(biāo)體系的構(gòu)建過(guò)程。

1.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建方法

糞污處理既具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和整體性，又具有一定的梯級(jí)性、層次性，應(yīng)對(duì)各個(gè)方面做綜合考慮，將其作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)分析，以單項(xiàng)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，對(duì)分析結(jié)果加以綜合，從而進(jìn)行全方位和多角度的評(píng)價(jià)。本研究以層次分析法為主要研究手段，輔以專家咨詢法，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以期全面綜合科學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理的建設(shè)現(xiàn)狀，為各級(jí)政府監(jiān)測(cè)和掌握糞污處理現(xiàn)狀水平，以及企業(yè)選擇糞污處理技術(shù)模式、優(yōu)化解決方案提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

本研究將生命周期評(píng)價(jià)的關(guān)鍵思想——目的和范圍的確定，引入到畜禽糞污處理綜合評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建中，以避免不必要的工作量和提高評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。以實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理的綜合效益作為總目標(biāo)，評(píng)價(jià)范圍為糞污收集開始至產(chǎn)物利用范圍之內(nèi)的邊界，包括工程建設(shè)、工程運(yùn)行、產(chǎn)物利用等，采用“演繹分析法”建立樹形目標(biāo)層次的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，將畜禽糞污處理綜合效益分解為技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)3個(gè)方面，形成綜合評(píng)價(jià)的基本框架。

1.2 指標(biāo)體系的篩選與優(yōu)化

評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選主要基于生命周期評(píng)價(jià)清單分析的理論，對(duì)畜禽糞污處理過(guò)程進(jìn)行全面的輸入、輸出分析，廣泛收集畜禽糞污等農(nóng)業(yè)廢棄物能源化[24]、肥料化[25]、無(wú)害化[26]處理以及生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)[27-28]等相關(guān)研究的評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建“指標(biāo)可能的全集”，建立指標(biāo)庫(kù)。在評(píng)價(jià)指標(biāo)選取時(shí)，既要考慮技術(shù)的穩(wěn)定性、適應(yīng)性等技術(shù)指標(biāo)，也要充分研究項(xiàng)目成本、經(jīng)濟(jì)效益等相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體系，還要針對(duì)糞污污染防治技術(shù)的環(huán)境指標(biāo)做重點(diǎn)研究。

綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系按照集中度劃分為4個(gè)層次，即目標(biāo)層、約束層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層。目標(biāo)層是本文研究的核心問題，即規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建設(shè)。約束層為一級(jí)指標(biāo)，包括技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)3個(gè)方面。準(zhǔn)則層為二級(jí)指標(biāo)，包括技術(shù)的穩(wěn)定性、技術(shù)的適應(yīng)性、項(xiàng)目成本、經(jīng)濟(jì)效益、資源化利用、污染物排放6個(gè)方面。根據(jù)建立的準(zhǔn)則層，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行功能聚合和相關(guān)度聚合，即將對(duì)應(yīng)于同一個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)的單項(xiàng)指標(biāo)放在一個(gè)準(zhǔn)則層之內(nèi)，將評(píng)價(jià)指標(biāo)之間相關(guān)程度或相似程度高的評(píng)價(jià)指標(biāo)放在一個(gè)準(zhǔn)則層之中。指標(biāo)層為三級(jí)指標(biāo)，進(jìn)一步反映準(zhǔn)則層的主要內(nèi)容。針對(duì)初步建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，本文從體系的完整性、科學(xué)性、可操作性入手，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選檢驗(yàn)，以定性與定量相結(jié)合的方式對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并征求農(nóng)業(yè)廢棄物處理與資源化利用、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理與綜合評(píng)價(jià)等相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜乙庖姟＝?jīng)過(guò)多輪的篩選，最終建立相對(duì)“充分必要集合”，得到包含3個(gè)一級(jí)指標(biāo)、6個(gè)二級(jí)指標(biāo)、15個(gè)三級(jí)指標(biāo)的畜禽糞污處理綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中包括4個(gè)定性指標(biāo)和11個(gè)定量指標(biāo)，體系框架如圖1所示。

圖1 規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化與權(quán)重確定

1.3.1 指標(biāo)權(quán)重確定

15個(gè)三級(jí)指標(biāo)分為兩大類：一類是方向性指標(biāo)，也叫正向指標(biāo)，包括技術(shù)成熟度（1）、技術(shù)可靠性（2）、年平均運(yùn)行時(shí)間（3）、區(qū)域適應(yīng)性（4）、內(nèi)部收益率（9）、養(yǎng)分回收利用率（11）、農(nóng)田消納面積（12）；另一類是控制性指標(biāo)，也叫逆向指標(biāo)，包括運(yùn)行管理難易程度（5）、占地面積（6）、工程總投資（7）、運(yùn)行成本（8）、投資回收期（10）、臭氣排放濃度（13）、固體廢棄物排放量（14）、污水排放量（15）。

太原市晉源區(qū)西側(cè)的風(fēng)峪溝中群山環(huán)繞，植被覆蓋率高，動(dòng)植物種類豐富，地域小氣候宜人，次第分布有8個(gè)傳統(tǒng)村落，稱為“風(fēng)峪八村”。村落中的歷史建筑多為石碹窯洞，以當(dāng)?shù)睾优偈癁榻ㄔ觳牧希虼颂帯皟?nèi)出石炭石灰”[1]，所以用石灰砂漿作粘結(jié)材料，采用漿砌等方法建造[2]。

指標(biāo)權(quán)重的確定方法主要有2種，即定性方法和半定量方法[29]。其中半定量方法中的層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）采用對(duì)各層次指標(biāo)分別賦權(quán)的形式，把多目標(biāo)、多準(zhǔn)則又難以全部量化處理的決策問題化為多層次單目標(biāo)問題，利用較少的定量信息使決策的思維過(guò)程數(shù)學(xué)化，技術(shù)方法較為成熟[30]，因此，本研究根據(jù)規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理指標(biāo)體系的特點(diǎn)，結(jié)合文獻(xiàn)綜述和專家咨詢，采用AHP法確定指標(biāo)權(quán)重。圍繞指標(biāo)體系設(shè)計(jì)調(diào)研問卷，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的26名專家采用相對(duì)重要等級(jí)標(biāo)度表[30]對(duì)各級(jí)指標(biāo)進(jìn)行相對(duì)重要性打分，其中技術(shù)類專家10位、經(jīng)濟(jì)類專家8位、環(huán)保類專家8位。通過(guò)構(gòu)造比較判斷矩陣、計(jì)算特征根和特征向量、一致性檢驗(yàn)等[25]步驟，計(jì)算得出綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重（表1）。

表1 規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理指標(biāo)體系的指標(biāo)屬性及權(quán)重

注：+表示正向指標(biāo)，-表示逆向指標(biāo)。

Note: + indicates the positive indicator, - indicates the reverse indicator.

1.3.2 指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化

由于不同指標(biāo)的單位、維度和重要性不同，不能進(jìn)行多指標(biāo)的分析和評(píng)價(jià)[31]。為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，首先需要對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，消除量綱影響，這樣表征不同屬性的各指標(biāo)之間才有可比性，進(jìn)而使分析和評(píng)價(jià)成為可能[32]。在進(jìn)行規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理評(píng)價(jià)時(shí)，各指標(biāo)間存在不可比較性，主要表現(xiàn)在2個(gè)方面，一是各指標(biāo)的維數(shù)不一致；二是指標(biāo)類型不一致，主要包括正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)。在分析和評(píng)價(jià)的過(guò)程中，需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行正向化，即將逆向指標(biāo)轉(zhuǎn)化為正向指標(biāo)，使其與正向指標(biāo)的表現(xiàn)效果一致。

在進(jìn)行指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理時(shí)，針對(duì)正向指標(biāo)，采用式（1）進(jìn)行處理；針對(duì)逆向指標(biāo)，采用式（2）進(jìn)行處理[33]。

式中X第個(gè)指標(biāo)的歸一化值，x為該指標(biāo)在報(bào)告期的監(jiān)測(cè)指標(biāo)值，min()為該指標(biāo)在報(bào)告期各樣本統(tǒng)計(jì)指標(biāo)中的最小值，max()為該指標(biāo)在報(bào)告期各樣本統(tǒng)計(jì)指標(biāo)中的最大值。

1.3.3 綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算

式中Z為第個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

2 指標(biāo)體系的應(yīng)用

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與處理

2.1.1 數(shù)據(jù)采集

近年來(lái)，中國(guó)奶牛養(yǎng)殖集約化、專業(yè)化、規(guī)模化的程度不斷提高，各地的規(guī)模化奶牛場(chǎng)數(shù)量不斷增加，目前奶牛存欄量約占全球奶牛總量的8%，奶類產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的6%[34]。根據(jù)2018中國(guó)奶業(yè)年鑒報(bào)道，奶牛養(yǎng)殖省份主要包括河北、內(nèi)蒙古、新疆、黑龍江、山東、河南等。總體上，東北、西北和華北地區(qū)為主要的奶牛養(yǎng)殖區(qū)，奶牛存欄量分別占全國(guó)總存欄量的31.3%、27.2%、33.9%。

本研究以規(guī)模化奶牛場(chǎng)糞污處理為例，采用所建立的指標(biāo)體系，通過(guò)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算出各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，進(jìn)一步計(jì)算得出綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)中國(guó)規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)糞污性質(zhì)、主流糞污收集運(yùn)輸技術(shù)工藝，結(jié)合固液分離在糞污處理過(guò)程中所處的階段，梳理得到6種典型奶牛場(chǎng)糞污處理技術(shù)模式，即前分離厭氧發(fā)酵模式、后分離厭氧發(fā)酵模式、前分離墊料模式、后分離墊料模式、前分離肥料模式、后分離肥料模式，如圖2所示。其中，前分離技術(shù)模式的主要特點(diǎn)是固液分離在糞污收集運(yùn)輸環(huán)節(jié)之后、糞污處理環(huán)節(jié)之前，分離出的干糞用于厭氧干發(fā)酵、生產(chǎn)墊料或有機(jī)肥，污水進(jìn)行厭氧發(fā)酵、梯級(jí)處理等后進(jìn)行還田利用；后分離技術(shù)模式的主要特點(diǎn)是固液分離在糞污處理環(huán)節(jié)后端，分離得到的固體物料進(jìn)行好氧發(fā)酵或堆肥，液體物料進(jìn)一步處理后用于灌溉或直接還田利用。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)在中國(guó)東北、西北、華北地區(qū)的規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)開展實(shí)地調(diào)研，并結(jié)合問卷調(diào)查、文獻(xiàn)查閱、專家咨詢、數(shù)據(jù)計(jì)算、取樣測(cè)試等方式，對(duì)6種糞污處理技術(shù)模式的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與統(tǒng)計(jì)，咨詢相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?2名，完成奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)調(diào)研47家，其中東北地區(qū)16家（存欄1 000頭以下、1 000～3 000頭、3 000頭以上的奶牛場(chǎng)分別為5家、6家和5家），華北地區(qū)17家（存欄1 000頭以下、1 000～3 000頭、3 000頭以上的奶牛場(chǎng)分別為6家、6家和5家），西北地區(qū)14家（存欄1 000頭以下、1 000～3 000頭、3 000頭以上的奶牛場(chǎng)分別為5家、5家和4家）；測(cè)試樣品141份，測(cè)試指標(biāo)主要包括化學(xué)需氧量、生化需氧量、懸浮物、氨氮、臭氣排放濃度等。

2.1.2 數(shù)據(jù)處理

在數(shù)據(jù)處理時(shí)，對(duì)于技術(shù)成熟度等非數(shù)量指標(biāo)（即定性指標(biāo)），進(jìn)行分級(jí)等值賦分，將指標(biāo)等級(jí)優(yōu)、良、中、差分別賦值100、75、50、25；對(duì)于定量指標(biāo)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，同時(shí)依據(jù)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算。

2.2 綜合評(píng)價(jià)

針對(duì)上述3個(gè)奶牛養(yǎng)殖區(qū)6種不同糞污處理技術(shù)模式，利用式（3）計(jì)算出綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，如圖3所示。6種模式在不同地區(qū)的適用性不同，綜合效益有較大差異；固液分離在糞污處理過(guò)程中所處的階段對(duì)糞污處理具有明顯的影響。總體來(lái)看，除了西北地區(qū)的前分離厭氧發(fā)酵模式（M1）和后分離厭氧發(fā)酵模式（M2）外，前分離模式大都要優(yōu)于后分離模式，前分離、后分離模式具有顯著性差異（<0.05），這可能是由于采用前分離方式，固體物料中的營(yíng)養(yǎng)成分含量更高，更有利于厭氧干發(fā)酵、好氧發(fā)酵及堆肥處理。從糞污處理模式來(lái)看，在東北地區(qū)，前分離肥料模式（M5）的綜合效益最好（=84.83），前分離墊料模式（M3）其次，M1、M6（后分離肥料模式）和M4（后分離墊料模式）差異不大，均顯著優(yōu)于M2（=55.64），這可能是由于東北地區(qū)氣候寒冷，濕發(fā)酵需要消耗大量能源用于增溫保溫[35]；在西北地區(qū)，由于以草原畜牧業(yè)為主，水資源短缺，農(nóng)田面積大[36]，糞污肥料化利用（M5，=93.74；M6，=82.35）和前分離墊料回用（M3，=85.90）都具有較好的應(yīng)用適應(yīng)性，也是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部重點(diǎn)推廣的技術(shù)模式，其他3種模式的適應(yīng)性一般；在華北地區(qū)，厭氧發(fā)酵模式的綜合效益明顯更好，這可能是因?yàn)樵搮^(qū)域是糧食主產(chǎn)區(qū)和設(shè)施蔬菜優(yōu)勢(shì)區(qū)域[37]，人口密度大，資源短缺，對(duì)肥料和清潔能源的需求較為旺盛；肥料化利用模式與墊料模式的差異不大。

圖2 6種奶牛場(chǎng)糞污處理技術(shù)模式

綜上，東北地區(qū)推薦前分離肥料模式（M5）和前分離墊料模式（M3）；西北地區(qū)推薦采用肥料模式（M5、M6）和前分離墊料模式（M3）；華北地區(qū)推薦前分離厭氧發(fā)酵模式（M1）和后分離厭氧發(fā)酵模式（M2）。

2.3 實(shí)例分析

結(jié)合規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)實(shí)地調(diào)研，應(yīng)用上述綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)河北某公司優(yōu)質(zhì)牧場(chǎng)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，以驗(yàn)證指標(biāo)體系的可行性。該牧場(chǎng)位于河北省石家莊市鹿泉區(qū)，奶牛養(yǎng)殖規(guī)模4 500頭。牧場(chǎng)設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的散欄式飼養(yǎng)方式，實(shí)現(xiàn)科學(xué)的TMR喂養(yǎng)。奶牛糞污處理采用國(guó)內(nèi)外主流的、實(shí)踐證明具有良好處理效果的濕法厭氧發(fā)酵技術(shù)，即糞污通過(guò)自動(dòng)刮糞板和糞溝進(jìn)行清糞和運(yùn)輸，糞污與奶牛污水混合后進(jìn)入U(xiǎn)SR厭氧發(fā)酵反應(yīng)器進(jìn)行處理，生產(chǎn)的沼氣用于牛舍用電及供暖；出料沼液經(jīng)固液分離，固體部分用于墊料生產(chǎn)，液體部分經(jīng)沉淀池處理后還田。按照構(gòu)建的指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法對(duì)牧場(chǎng)的糞污處理水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表2。

表2 河北省某規(guī)模化奶牛場(chǎng)糞污處理評(píng)價(jià)結(jié)果

如上所述，該規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理采用后分離厭氧發(fā)酵模式（M2），使用指標(biāo)體系進(jìn)行測(cè)算，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為83.83，說(shuō)明該養(yǎng)殖場(chǎng)的糞污處理水平達(dá)到了良好水平，與實(shí)際情況相符。從具體得分項(xiàng)來(lái)看，該奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理工程在環(huán)境指標(biāo)上表現(xiàn)最為突出，在養(yǎng)分回收利用、糞污農(nóng)田消納、固液氣廢棄物排放等方面控制較好；由于采用的糞污處理工藝技術(shù)較為成熟可靠，其技術(shù)指標(biāo)也有較高的得分；從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)看，工程總投資和運(yùn)行成本較高，在未來(lái)的糞污處理過(guò)程中，可以更多地優(yōu)化工程的運(yùn)行管理，降低工程運(yùn)行成本，進(jìn)一步控制臭氣、固體廢棄物、污水等的排放量，提升糞污處理水平。

3 結(jié) 論

規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理綜合評(píng)價(jià)能夠比較全面的衡量糞污處理項(xiàng)目的效益，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施成效進(jìn)行全面、科學(xué)的評(píng)價(jià)提供有力支撐，指導(dǎo)規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)科學(xué)地選擇適宜的糞污處理技術(shù)模式以及進(jìn)行解決方案的優(yōu)化。

1）針對(duì)規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理，提出一套由技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)等3個(gè)一級(jí)指標(biāo)、6個(gè)二級(jí)指標(biāo)和15個(gè)三級(jí)指標(biāo)組成的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法和專家打分法得出整個(gè)評(píng)價(jià)體系的權(quán)重，并進(jìn)一步建立了綜合評(píng)價(jià)模型，為科學(xué)評(píng)價(jià)糞污處理項(xiàng)目的綜合效益提供了方法體系和理論支撐。

2）運(yùn)用上述指標(biāo)體系，對(duì)中國(guó)3個(gè)奶牛養(yǎng)殖區(qū)6種糞污處理技術(shù)模式開展研究分析，評(píng)價(jià)結(jié)果表明糞污前分離模式要優(yōu)于后分離模式，東北地區(qū)宜采用前分離肥料模式和前分離墊料模式，西北地區(qū)宜采用肥料模式和前分離墊料模式，華北地區(qū)宜采用厭氧發(fā)酵模式。

3）以河北某規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)為例，應(yīng)用指標(biāo)體系進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，結(jié)果表明該養(yǎng)殖場(chǎng)的糞污處理水平達(dá)到了良好水平，環(huán)境指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)得分較高，并針對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)存在的問題提出了改進(jìn)意見和建議。實(shí)例分析結(jié)果證實(shí)了該指標(biāo)體系的實(shí)踐指導(dǎo)性、可操作性和合理性。

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Construction and application of comprehensive evaluation index system for waste treatment on intensive livestock farms

Luo Juan1, Zhao Lixin2, Yao Zonglu2※, Feng Jing1, Yu Jiadong1, Yuan Yanwen1

(1.,100125; 2.100081,)

Livestock breeding industry is rising rapidly, due to the increasing consumption demand for livestock products, as the improvement of the living standard of Chinese residents in recent years. There is a trend towards intensive, large-scale and professional cultivation in the livestock and poultry sectors, based on both practical experience from other countries, and the guidance of the Chinese government. Consequently, an increasing trend can also be found in the discharge amount of livestock manure, containing most nutrients while harmful ingredients. If these livestock manures were not treated timely, the environment would be polluted seriously, which would also in turn prevent the development of livestock breeding industry. As such, the livestock production has become “one of the three most significant contributors to today's most serious environmental problems”. Intensive livestock cultivation has also posed a great challenge on natural ecological system. In this study, taking the manure treatment in intensive livestock farms as the research object, an evaluation index system was established by considering the regional differences, in order to evaluate comprehensive benefit of technical modes for the waste treatment in the current large-scale livestock and poultry manure. An Analytic Hierarchy Process (AHP) method was used to construct the comprehensive evaluation index system, based on the whole production chain, including planning layout, manure collection-storage-transportation, efficient treatment, transformation, and utilization to farmland. Three aspects of the index system can be divided into the technical, economic and environmental indicators, including three first-level index, six second-level index, and 15 third-level index. An expert scoring method was used to determine the weight of each index. Six types of modes for fecal sewage treatment technology were selected to verify the index system in three dominant areas of cow breeding. An example of field experiment was taken as a large-scale dairy farm in Hebei Province. The results showed that: the evaluation method can accurately assess the comprehensive benefits of livestock manure treatment in large-scale farms, covering a practical guidance and good operability. Specifically, the pre-separation composting mode and pre-separation bedding mode were recommended in Northeast China, whereas, the composting mode and pre-separation composting mode were recommended in Northwest China, and the fermentation mode was recommended in North China. It infers that the solid-liquid separation can have a significant impact on the treatment effect in different stages of manure treatment. In Northeast and Northwest China, the performance of pre-separation mode was better than that of the former separation. There was no significant difference in the post-separation mode in North China. The scores of environmental and technical indicators ranked higher at the waste treatment level for the large-scale dairy farm in Hebei Province, indicating a good performance of mode. Some suggestions were also proposed based on the existing conditions in the economic indicators. A case analysis further verified the practical guidance, operability and rationality of the index system. Therefore, this finding can provide a methodology system and theoretical support for the construction of fecal sewage treatment, as well as a sound important reference for the comprehensive benefit evaluation in the waste treatment of intensive livestock farms in the future.

manures; waste treatment; livestock farms; evaluation system; application

羅娟，趙立欣，姚宗路，等. 規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建與應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36(17)：182-189.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.17.022 http://www.tcsae.org

Luo Juan, Zhao Lixin, Yao Zonglu, et al. Construction and application of comprehensive evaluation index system for waste treatment on intensive livestock farms[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(17): 182-189. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.17.022 http://www.tcsae.org

2020-03-27

2020-08-28

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2018YFD0800106）

羅娟，博士，高級(jí)工程師，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)裝備與環(huán)境保護(hù)研究。Email: emimi2008@126.com

姚宗路，博士，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用技術(shù)研究。Email: yaozonglu@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.17.022

X71

A

1002-6819(2020)-17-0182-08