畜禽粪便及污染物的资源化.doc

畜禽粪便及污染物的资源化 金绍黑发布时间：2010-12-27 10:07来源：中国科技信息网作者：高梦佳点击: 1165次字号：T|T内容简介：随着我国畜禽养殖业的迅速发展，其在国民经济增长和改善人民物质生活方面起到的作用将愈来愈大，.技术简介： 随着我国畜禽养殖业的迅速发展，其在国民经济增长和改善人民物质生活方面起到的作用将愈来愈大，而与此同时，畜禽养殖所产生的大量粪便和污水，也已成为重要的污染源。畜禽粪便排泄物虽然是一种污染源，但如果将其进行合理有效地处理和开发利用，变废为宝，会成为一项重要的可利用资源。一、畜禽废弃物的污染现状 畜禽粪便中含有大量的氮、磷等物质，是一种优良的有机肥。数千年来，我国农民一直将畜禽粪便作为提高土壤肥力的主要肥源。 根据2000年全国畜禽养殖情况计算，全年共排放粪便量20.1亿t。从畜禽粪便产生的地域分布来看，产生量最大的省份为河南省，其次为山东省和四川省。根据各省粪便排放量和耕地面积，可以计算出其相应的畜禽粪便负荷。根据计算，2000年全国畜禽粪便的平均负荷为1.55t/km2。畜禽粪便负荷最大的省份为江苏省，其次为青海（由于耕地面积小）、北京和上海。事实上，在大、中型城市的城郊粪便负荷远远大于此值。总体而言，禽畜粪便会引起水体污染、土壤污染、臭气污染、重金属污染、寄生虫和病原菌污染等污染。（一）水体污染 粪便含有对人和动物生活环境造成危害的生物病原菌，粪便经过化学变化还产生大量有毒、有害、恶臭物质。因此，粪便对环境的污染和危害已经成为不可忽视的生态和环境问题。畜禽养殖不仅需要大量的水，同时也对水体产生严重的污染。与水质有关的主要是生化耗氧量BOD、化学耗氧量COD、悬浮物固体SS、大肠杆菌、蛔虫卵、氮和磷等。畜禽养殖场的污水中含有大量的污染物质，其污水的生化指标极高。人口密集的城市周围禽畜粪便污染更为突出。据环保部门对大型养殖场排出粪水的检验结果表明，COD超标50倍70倍，BOD超标70倍80倍，SS超标12倍20倍。 此外，畜禽粪便的大量排放还容易使一些半封闭性港湾或封闭性内海发生赤潮。（二）土壤污染 粪污不经无害化处理直接进入土壤，粪污中的蛋白质、脂肪、糖等有机质被土壤微生物分解。其中含氮有机物被分解为氨、胺和硝酸盐，氨和胺可被硝化细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐；糖和脂肪、类脂等含碳有机物，最终被微生物降解为CO2和H2O，从而使土壤得到净化。如果污染物排放量超过了土壤的自净能力，便会出现降解不完全和厌氧腐解，产生恶臭物质和亚硝酸盐等有害物质，引起土壤的组成和性质发生改变，破坏其原来的基本功能。此外，土壤虽对各种病原微生物有一定的自净能力，但进程缓慢，增加净化难度，故易造成生物污染和疫病传播。土壤的污染容易引起地下水的污染，此外还会使种植的作物徒长、倒伏、晚熟或不熟，造成减产，甚至毒害作物，特别是对幼苗，施用后常常会导致大面积死亡。（三）臭气污染 畜禽粪便产生大量恶臭气体，其中含有大量的氨、硫化氢等有毒、有害成分，严重影响了畜禽养殖场周围的空气质量。据测算，在饲养100头母猪的猪场内，一年通过蛋白质给猪饲喂14t氮，其中7.5t会随粪便排出而造成污染。 国际上许多发达国家都对恶臭气体的排放有严格的规定。这些物质在畜禽粪便中特别是猪粪中含量极大。随着规模化畜禽养殖业的发展，畜禽养殖场的恶臭公害现象时有发生，危害饲养人员及周围居民身体健康，并且影响畜禽的正常生长。（四）重金属污染 随着集约化养殖业的迅速发展，许多含有重金属的添加剂（如砷、铜等）的技术不断普及，这些重金属元素随粪便排出体外，对环境产生污染。 重金属从土壤表层向下层迁移量比作物地上部分带去的量高几十倍至百倍。此外，粪便中高铜是短期应激因子（碱性高、缺氧、高铜等）之一，可抑制或杀死分解有机物的细菌，缓解粪便的分解速度。畜禽粪尿中丰富的有机物与矿物元素能增加生化需氧量、化学耗氧量。（五）寄生虫和病原菌污染 目前已知，全世界约有“人畜共患疾病”250多种，我国有120多种。“人畜共患疾病”是指那些由共同病原体引起的人类与脊椎动物之间相互传染的疾病，其传染渠道主要是患病动物的粪尿、分泌物、污染的废水、饲料等。畜禽粪尿中含有大量的寄生虫和病原菌，对人类和畜禽有着很大的潜在威胁。二、我国畜禽粪便污染物治理概况及措施（一）治理概况 我国大陆养猪数量居世界第一，家禽养殖数量也名列前茅。为了防治畜禽粪便的污染，国家环保总局在2001年5月8日颁布了畜禽养殖污染防治管理办法的基础上，于2001年11月16日又制定了禽畜养殖业污染物排放标准，这为从根本上解决禽畜养殖业污染环境问题提供了法律依据。近几年来各地都在治理畜禽粪便无害化技术上做了大量有益的尝试。但是我国对于畜禽粪便处理及资源化技术，与发达国家相比还有一定差距。就畜禽干粪的处理，以堆肥化最为普遍，也有采用饲料化、有机-无机肥料化和焚烧等方法；而对粪尿混合物及畜禽养殖场冲洗水处理，除了直接施入农田外，还有利用废水处理工程、进入城镇污水处理系统、应用土地生物处理、氧化塘和水生生物处理等。（二）畜牧污染防治途径及治理措施 要解决畜禽养殖业对环境的危害，单纯依靠终端治理方法，无论在经济上、土地上和技术上皆不堪承受。必须针对畜禽粪尿的特性，遵循综合利用优先、资源化、无害化和减量化的原则，通过科学饲养和管理降低畜禽排泄物的污染，充分发挥和利用废弃物的肥力、能量资源，开拓一条资源开发和废弃物处置相结合的道路。1加强畜禽场规划和管理合理规划、适度规模是防治畜禽粪便污染的重要途径。畜禽场的选址应总体规划，选择有一定坡度、排水良好的地方。控制区域畜禽饲养总量，调整畜牧业生产的内部结构，从内部挖潜入手，提高优质特色养殖业比例。2制定法律、法规 畜禽粪便污染的防治和监督管理工作必须依靠相关的法律、法规。应制定与该地区畜禽业相适应的法律、法规和排放标准，对畜牧养殖场的布局、污染处理设施等给予明确的法律规定。3提高饲料利用率，应用除臭技术 采用培育优良品种、科学饲养、科学配料、应用高效促生长添加剂（如酶制剂、生长激素、砂物质添加剂等）和高新技术改变饲料品质及物理形态（如生物制剂处理技术、饲料颗粒化、饲料热喷技术）等手段，提高畜禽饲料利用率，尤其是氮的利用率，降低畜禽排泄物中N的含量及恶臭味。（三）综合利用处理畜禽粪便 畜禽粪便是一种优质的有机肥源，对畜禽粪便的处理应遵循减量化、无害化、资源化的原则，实行综合利用。1畜禽粪便的减量化处理 防治畜禽粪便的污染，首先应尽量减少畜禽粪尿的处理量。因此可通过技术改造，将畜禽饮水槽改为乳头状水嘴，减少冲洗舍笼的频率，将堆肥池与排水沟相分离等，实行固液分离，切实发挥出治理设施的效用。另外可采用自然干燥或加热干燥法对畜粪进行脱水、灭菌、除臭。2畜禽粪便的资源化处理 据资料表明，鸡、猪、牛粪便中含有丰富的蛋白质及其他微量元素，不同的畜种宜采用不同的处理方式。鸡类消化道短，70%的营养不能吸收，鸡粪含水分较少，有机质、N、P、K含量较高，残留物为其他动物可以利用的蛋白质等有机物，适宜生产复合颗粒肥料，或经烘炒消毒后作猪、鱼等的饲料；牛粪含丰富草籽，不宜直接还田，在高温厌氧条件下，发酵后的粪便可用作有机肥料或掺入饲料喂猪、养鱼。沼气工程不仅提高了粪便处理率和经济价值，而且减少动物粪便甲烷排放量。猪粪通过微生物发酵，使粪中的氮素转化为微生物菌体蛋白，将难以吸收的复杂化合物变为易消化吸收的简单化合物作为饲料。3发展生态型畜牧养殖业，促进生态环境良好循环 解决畜禽污染的根本出路是树立可持续农业的思想，发展生态型畜牧养殖业，促进生态环境良好循环。在这方面可以借鉴一些省、市、地区的经验，如上海东风农场奶牛饲养场应用生态工程和生物技术，建立以奶牛的粪尿能源开发利用为重点，采取农、副相结合的生态型牧场系统。对年产2万头猪场排放污水处理，建立猪、鱼、农果、菜、牧草的生态循环，也是实现可持续发展规模养殖业的有效途径。污水净化生态工程是一项污水处理新方法，具有投资省、占地少、效益好等优点，是粪尿污水处理和资源化的新途径。三、畜禽废弃物的固液分离技术 运用理化方法除去包含干粪、粪尿混合液或污水等材料中的固态物的操作称为固液分离。 在固液分离畜禽废水处理过程中，一般采用以下流程进行无害化处理：固液分离沉淀汽化酸化净化鱼塘排放。这种处理系统基本可将污水净化到符合排放标准，可使它得到综合利用；但处理工艺流程较长、占地面积大、工程投资费用高。四、畜禽粪便的生物处理和利用 生物技术在近年研究较多、应用较广泛，是一种非常有前景的畜禽粪便处理方法，主要有厌氧发酵法和好氧发酵法。厌氧发酵是利用自然微生物或接种微生物在缺氧条件下，将有机物转化为二氧化碳与甲烷气。其优点是处理的最终产物恶臭味减少、产生的甲烷气可作为能源使用；缺点是NH3挥发损失多、处理池体积大。好氧发酵处理粪便是在有氧条件下，利用自然微生物或接种微生物将有机物转化为二氧化碳与水。优点在于池的体积仅为厌氧池的十分之一、处理过程与最终产物可以减少恶臭气；缺点是需要通气与增氧设备，在处理过程中有大量的NH3挥发损失，处理产物仍有较浓的臭味，且养分损失严重，影响到处理产物的肥效。（一）堆肥化利用 粪尿厌氧发酵处理后，气体部分可提供能量，固体部分进行高温堆肥。当前国内的发酵技术已经成熟，通过对粪便高温烘干灭菌及高压膨化除臭，添加N、P、K及各种元素，制成高效有机肥卖给农户，可取得可观的经济效益。这是目前最现实、经济的利用方式，已经成为许多国家最主要的处理方式。（二）生产沼气 防治畜禽养殖废弃物污染的重要手段之一就是沼气综合利用。畜禽场沼气工程是以畜禽场的粪便为原料，在隔绝氧气的条件下，通过微生物的作用，将其中的碳元素分解为可燃气体（沼气）的一种转换装置。一个完整的沼气工程应同时具备消除污染、产生能源和综合处置三大功能，也就是说，畜禽粪便和污水经过厌氧消化后，既可获得优质能源，又能处理废弃物、净化环境，还可进行生物质资源的多层次利用和综合利用。这也是畜禽场兴建沼气工程的基本目的和要求。利用畜禽粪便进行厌氧发酵，发酵产生的沼气成为廉价的燃料，分离出来的沼渣、沼液则成了优质肥料，不但保护环境，而且提高了经济效益。（三）畜禽废水处理 畜禽污水的处理是解决集约化养殖场污染的根本途径之一。近年来有越来越多的集约化养殖场采用高效厌氧反应器（UASB）作为厌氧处理单元，厌氧出水到氧化塘自净结束；部分猪场在厌氧处理后采用活性污泥法或生物接触氧化法作为好氧处理单元；最后采用氧化塘作为最终出水修饰单元。经这种组合工艺处理后基本能达到国家要求排放标准。随着对畜禽污水排放要求的提高，尤其在水环境敏感地区，出水要求达到国家一级或二级排放标准，并且要求能进一步脱氮除磷避免水体富营养化。安装好氧处理或脱氮除磷处理单元，无疑会增加基建投资和运行费用。因此探讨占地少或能充分利用周围塘系统、投资少、运行成本低、处理效果良好的流程和技术成为当前的要求。（四）臭气的处理1吸附及吸收法。在养殖场，常用的方法是向粪便或舍内投放吸附剂来减少气味的散发。2焚烧法。将有臭味的气体焚烧，可减少臭味的强度。3化学与生物除臭法。4洗涤法。洗涤法是让污染的气体与含有化学试剂的溶液接触，通过化学反应与吸附作用去除有味气体。5生物过滤与生物洗涤法。生物过滤和生物洗涤法是在有氧条件下，利用好氧微生物的活动，把有味的气体转化成无味或较少气味气体。这种方法投资少、运行成本低，一般不会产生有害物质，是一个比较有发展前途的生物处理方法。（五）EM的使用 EM（Effective Microorganisms）是一种微生态制剂的简称。它由日本硫球大学比嘉照天于20世纪80年代研制成功，含5科10属80种微生物。用EM饲喂畜禽可以增加畜禽营养，提高饲料利用率，提高生长速度，增强畜禽的免疫能力和抗病性。因为EM不仅为畜禽提供了大量优质的菌体蛋白，而且它还含有丰富的维生素、生长素、酶和抗病毒物质等免疫活性物质。EM进入肠道内建立优势菌群从而抑制了有害菌群的定植，改善了肠道微生物区系的平衡，增强了动物的健康。饲喂EM能改善肉的品质，提高产品质量。在环保方面，EM可以清除粪尿恶臭，净化生态环境。EM中的酵母菌、乳酸菌等，对有机固体物质进行发酵分解；光合成菌、固氮菌等，利用分解过程中产生的有害物质（沼气、氨气、硫化氢等）及分解产物（无机盐等）进行合成，有效地降低了有毒、有害物质的含量。（六）酶制剂用于减轻畜禽污染的应用 粪便中的有机物主要是畜禽没有充分消化吸收的有机营养物质、体内代谢产物、肠液等，这些有机物被粪便中的细菌分解后会产生一些有害气体，如氨气及胺类、硫化氢、有机酸、粪臭素等，饲料中添加酶制剂可以帮助畜禽更好地消化利用饲料中的营养物质。假设一个年出栏20000只肉鸡的养殖场，全年消耗饲料约180t（有机物含量约150t），添加复合酶制剂后可以减少有机物排泄量6t左右，这对于减轻微生物的繁殖、苍蝇的孳生的环境的污染是具有十分重要意义的，对于节约饲料消耗、减低饲养成本也有重要价值（节约饲料成本至少在6000元以上）。 针对于酶制剂在畜禽粪便中的应用表明，酶制剂可以明显减少粪便干物质的排泄量，但必须与粪便的合理收集、存贮、干燥、发酵等措施相结合才能有效缓解其对环境造成的污染问题。五、畜禽废弃物的生态工程技术（一）畜禽粪便的生态工程技术 利用生物学及生态学方法综合治理环境污染，目的是尽可能地利用养分和能源，减少或消除环境污染物的排放。其处理方法一般均为多种方法的组合，显著优点是处理效果好，能够达到除臭、灭菌、保肥等多种效果，具有较高的经济效益和生态效益，值得在生产中推广应用。例如浙江省杭州市种猪场经过多年的实践探索，提出了生态工程模式，农业部规划研究设计院经试验研究又提出改进方案，增加前处理阶段的沉淀池，采用SBR工艺及装置，能确保污水排放全面达标。 1食物链“加环”技术 在畜禽养殖生产过程中加入一个“增益环”，即利用畜禽粪便养殖蝇蛆、蝇蛹、蚯蚓、水蚕和培育浮游生物等，再将这些生物用作食料养鸡、养鱼，可提高粪便利用率及利用的安全性，是间接利用畜禽粪便作饲料的一种方式。2综合利用技术 将各种资源化技术组合起来，提高废弃物利用处理效率。目前常用的方法是立体养殖，它是指在单位土地面积上，充分利用地面空间或水域从事养殖业，是资源的多层次综合利用与大幅度提高养殖业经济效益的良好措施。近年来，人们已开始了高效立体养殖试验。作为肥料使用，畜禽粪便是农业生产的一种优质的有机肥源。将粪便进行堆肥处理后利用，是我国目前使用较广泛的形式。经堆肥处理后肥效大大提高，可用于有机农业的生产。集中堆肥后也可运往异地使用。目前还出现了种养殖堆肥菜地的生产模式，值得提倡。在堆肥过程中，也应