畜禽養殖污水處理模式

胡清泉，楊仁燦，沙 茜，常雅潔，趙智勇

（云南省畜牧獸醫科學院畜禽養殖環境控制研究所，云南 昆明 650224）

畜禽養殖業已經成為農業經濟的主體，在畜禽養殖業給經濟發展帶來正面效益的同時，也給環境帶來了不可避免的負面影響。據2010年2月發布的《第一次全國污染源普查公報》中統計：目前我國農業源化學需氧量（COD）和總氮排放量分別為1 324.09萬 t和270.46萬 t，分別占全國COD和總氮排放量的43.7%和53.1%。而畜禽養殖糞污作為農業污染源的主要部分，其COD和氨氮排放量分別為1 268.26萬t和102.48萬 t，分別占農業污染源總排放量的95.7%和37.9%，占全國總COD和氨氮排放量的41.9%和41.5%[1]。近年的污染普查國控監測動態更新數據顯示，畜禽養殖污染物排放量在全國污染物排放總量中的占比有所上升。畜禽養殖污水已成為與工業廢水和生活污水一樣的污染源，其污染負荷甚至超過工業廢水和生活污水的總和，很大程度上危害了大氣、水體、土壤和生物，破壞了區域生態環境，以及地表水體和地下水水質安全[2]。畜禽養殖污水帶來的環境危害引起了政府部門的高度重視。2015年，國務院《水污染防治行動計劃》中對畜禽養殖污染防治工作提出了明確的任務和時間要求，“十二五”開始，國家把畜禽養殖污染納入主要污染物總量減排范疇，并將規?；B殖場（小區）作為減排重點。《農業部關于打好農業面源污染防治攻堅戰的實施意見》將畜禽養殖污染物基本實現資源化利用納入“一控兩減三基本”的目標框架體系中，成立了工作領導小組，專門制定了推進畜禽污染物綜合利用的工作方案和行動方案，合力推進畜禽污染物治理。由此可見，畜禽養殖污染物處理已經成為農業面源污染治理的重中之重，是部黨組“一控兩減三基本”目標任務的核心內容之一。2017年，國務院在《第一次全國污染源普查》的基礎上繼續開展《第二次全國污染源普查》工作，通過普查，掌握各類污染源的數量、行業和地區分布情況，了解主要污染物產生、排放和處理情況，建立健全重點污染源檔案、污染源信息數據庫和環境統計平臺。針對性地提出不同污染源處理和綜合利用技術方案，對于我國生態文明的建設具有強大的推動作用。目前研究人員和設計者針對畜禽養殖污水的特征，秉著畜禽養殖污水處理“無害化、減量化、資源化”的治污理念，相繼研發了不同處理技術，并建立了相應的養殖污水處理模式，主要有種養結合、清潔生產、達標排放、集中處理等4種模式。這些模式均兼顧環境效益和經濟效益，以較低成本解決環境污染，推動新型生態養殖模式的健康發展。

1 種養結合

種養結合是一種結合種植業和養殖業的生態農業模式。它是將畜禽糞便污水作為種植農作物肥料的傳統而經濟有效的處置方法，可使畜禽糞尿不排往外界環境，達到污染物零排放，同時種植業生產的作物又能夠給養殖業提供食源，種養結合能夠充分將物質和能量在動物和植物之間進行轉換及良好的循環[3]。該模式適用于遠離城市、土地寬廣且有足夠農田消納糞便污水的經濟落后地區，特別是種植常年需施肥作物的地區，要求養殖場規模較小。經過幾十年的畜禽養殖環境管理實踐和經驗教訓，發達國家基于對農業高度專業化的反思而提出農牧結合的生產方式是最有利于環境保護的模式。美國約90%的養殖場采用種養結合處理畜禽廢棄物，糞便污水在施用前一般未經專門厭氧消化裝置厭氧發酵，而是貯存一定時間后直接灌田。英國和其他歐洲國家已開始改變飼養工藝，由水沖式清洗糞尿回歸到傳統的稻草或作物秸稈鋪墊吸收糞尿，然后制肥還田。日本于20世紀70年代始又大力推廣糞便污水還田的種養結合模式[4]。德國等歐洲國家將畜禽糞便污水經過厭氧消化后再進行還田利用，以達到殺滅寄生蟲卵和病原菌的目的。我國一般通過沼氣厭氧消化后再還田利用，經過厭氧發酵可回收能源甲烷（CH4），減少溫室氣體排放，且能殺滅部分寄生蟲卵和病原微生物。國外對畜禽糞便污水種養結合利用的研究主要側重于安全性評估以及減少風險的措施[5]。我國主要著眼于畜禽糞便污水厭氧消化液（沼液）對土壤改良及增產效果研究，而對其副作用即長期施用所產生的危害尚未引起足夠重視。

實施種養結合的核心是種養平衡。常維娜等[6]提出“以種定養”是從種養系統物質循環的角度合理規劃養殖規模；“以養促種”是通過畜禽糞便無害化處理和科學合理地還田利用等手段，降低環境風險。胡春明等[7]研究指出養殖場糞肥與農田負荷量的種養平衡實質是在允許一定盈余基礎上的元素平衡。被普遍關注的是氮平衡，國際上對農田的氮施入量已有相關探索。歐盟委員會[8]確定每年投入農田氮的最高限額為 170 kg/hm2，荷蘭[9－10]深入關注農田氮平衡，將農田氮盈余的最高限量暫定為60.0 kg/hm2。相比之下，我國暫時未出臺強制性規定，但國內已有相關研究。朱兆良院士[11]結合我國農田實際情況提出，每季作物的施氮量宜控制在150～180 kg/hm2。有研究表明，我國單位耕地面積的年氮素施用量目前已高達317 kg/hm2[12]，遠高于國內外提出的相關標準。為此，2001年環保部出臺《畜禽養殖業污染防治技術規范》（HJ/T 81—2001）中提出了糞污水處理處置的優先考慮原則：在選址上堅持農牧結合、種養平衡的原則，提倡根據場區土地消納能力定養殖規模。確定農田負荷量，是實現土地消納能力與養殖場糞污量之間的種養平衡時養殖場選址和規模確定以及污染防治的關鍵。實施種養結合模式，推進畜牧業綠色發展，是2016年中央一號文件提出的發展理念，也是治理畜禽環境污染模式中投資最少、資源化最大的治理模式。

2 清潔生產

畜禽養殖業的清潔生產是將畜禽養殖污染預防戰略持續應用于畜牧生產全過程，通過采用科學合理的飼糧配方、先進的清糞工藝和飼養管理技術，提高資源利用率，減少污染物排放，以降低對環境和人類的危害[13]。該模式主要適用于農田面積不足或缺乏，無法對糞肥進行農田利用（種養結合）的養殖場。其主要特點是養殖全程節水，可減少養殖業的水資源消耗；污水產生量減少，降低糞污處理成本；通過再生利用增加收入，促進畜牧業可持續發展。全面推行清潔生產的實踐始于美國，美國國會1990年10月通過《污染預防法》，從法律上確認，污染首先應當削減或消除在其產生之前，污染預防是美國的一項基本國策[14]。法國政府為防治或減少廢物的產生制訂了采用“清潔工藝”生產生態產品及回收利用和綜合利用廢物等一系列政策。加拿大政府為廢物管理確定了新的方向，他們制訂了資源和能源保護技術的開發和示范規則，其目的是促進開展減少廢物和循環利用及回收利用廢物的工作。在我國清潔生產首先是用于工業領域的污染防治。1992年原國家環保局與聯合國環境規劃署召開了我國第一次清潔生產研討會。1999年，國家經濟貿易委員會發布了《關于實施清潔生產示范試點的通知》，實施安排了一大批清潔生產示范項目[15]。據不完全統計，我國已在20多個省、市、自治區的20多個行業、約400家企業開展了清潔生產審計，建立了20個行業或地方的清潔生產中心[16]。后來，畜禽養殖業中也推行清潔生產，它是解決我國規?；B殖場環境問題、生產安全合格畜產品、實現畜牧業可持續發展的重要手段。畜禽養殖業的清潔生產貫穿兩個全過程控制，即生產全過程控制和廢棄物處置的全過程控制。畜禽養殖業廢棄物的處置主要是進行減量化、資源化處置，即通過適宜的手段減少和減小固體廢棄物及污水的數量和容積，使其更適合于收集、運輸、貯存和處理?！皽p量化”主要通過生態營養飼料的研制減少畜禽糞便和有害氣體排放量，以及采用科學的清糞方式和節水、飲水技術等途徑來實現。畜禽養殖污水處理達標后可以用作中水進行回用。

3 達標排放

達標排放模式是大型規模養殖場采用機械干清糞、干濕分離等節水控污措施，控制污水產生量和污染物濃度，污水通過厭氧、好氧生化處理、物化深度處理及氧化塘、人工濕地等自然處理出水質達到國家排放標準和總量控制要求，固體糞便通過堆肥發酵等方式生產有機肥和復合肥。該模式主要應用在耕地畜禽承載能力有限的區域。達標排放模式采用的主要技術有自然處理（氧化塘、人工濕地）、好氧處理（A-O工藝、SBR工藝）、厭氧-好氧處理、物化處理（絮凝、氧化、吸附）。自然處理主要適用于土地多、氣候好、規模小的養殖場，試驗證明只要有足夠的土地面積，都能達標排放。美國墨西哥灣項目調查結果表明[17]，通過人工濕地處理系統，各污染物的平均去除效率分別為生物需氧量（BOD5）65%，氨氮（NH3-N）為48%、總磷（TP）為42%。好氧處理主要適用于土地資源緊張、沼液難以消納、污水濃度不太高、規模較大的養殖場，意大利、美國等一些豬場已經建立了自己的好氧處理工程參數。厭氧-好氧處理適用條件和好氧處理相似，我國自20世紀70年代建設了一批厭氧-好氧處理（沼氣）研究項目和示范工程以來，通過其處理技術的不斷完善和發展，厭氧-好氧處理（沼氣）技術已成為我國大中型畜禽養殖糞污處理的主要方式之一。物化處理主要適用于對環保要求高、出水濃度較低的養殖場。物化處理占地面積小，出水水質較好，但投資大，運行管理復雜，運行費用昂貴，每噸處理費用約為5.60元左右。

4 集中處理

集中處理是在養殖密集區，依托規?；B殖場或專門的糞污處理中心，對周邊養殖場的糞便或污水進行收集并集中處理。處理后的產物作為有機肥、能源等進行利用。主要適用于環境敏感區域、小型養殖場集中區等。在我國江蘇、上海、浙江等地的小型養殖小區或小型分散養殖戶地區多采用集中處理模式。目前江蘇省已在太湖流域建設畜禽糞便收集處理中心共23個，有機肥年生產能力合計達到了43.54萬 t，年消納畜禽糞便、農作物秸稈、食用菌渣等廢棄物共140.8萬t[18]。集中處理模式已經成為小型養殖小區或分散養殖戶處理畜禽養殖廢棄物的主要方式之一，這主要是由于小型養殖小區或分散養殖戶不成規模飼養，養殖數量年度動態變化較大，環境意識差，建場無規劃、無環境評價，普遍缺少污水收集系統，廢棄物處理設施簡陋，處理成本較高，養殖戶不愿意且無力單獨進行畜禽糞污治理。采用集中處理模式從根本上解決小型分散畜禽養殖場污染問題，建立“物業化管理、專業化收集、無害化處理、商品化造肥、市場化運作”的區域型畜禽糞污集中收集處理中心模式，培育了一批規模大、競爭力強、質量好、效益高的處理中心，有效地解決了小型分散養殖糞污難以處置的問題，摸索出一條行之有效、獨具特色的農業面源污染治理與農村生態環境保護的新路子。

總之，畜禽糞污處理應本著“綜合利用優先、減量化、資源化、無害化和運行費用低廉化”的處理原則，因地制宜選擇適合的處理模式。同時隨著國家和科研人員對畜禽環境的關注度越來越高，高效、經濟、生態的處理模式必將成為今后的研究重點。