14养猪业废弃物减量化、资源化、无害化综合治理技术示范.doc

国家科技支撑计划项目建 议 书项目名称：养猪业废弃物减量化、资源化、无害化综合治理技术示范建议单位： 湖北省科学技术厅 二八年六月十五日项目概况表项目名称养猪业废弃物减量化、资源化、无害化综合治理技术示范经费需求0.24（亿元）其中国拨0.12（亿元）实施周期3（年）重大项目重点项目所属领域能源资源环境 农业 材料制造业交通运输信息产业与现代服务业 人口与健康 城镇化与城市发展公共安全与其他社会事业项目与纲要的衔接性明确列入纲要环境领域综合治污与废弃物循环利用优先主题明确列入纲要农业领域农林生物质综合开发利用优先主题基本属于纲要 领域 优先主题的范畴其他（请说明）项目与重大工程、重大装备、行业重点业务工作或引进消化吸收项目的结合性是工程的关键配套技术没有明确的依托工程其他（请说明）项目与部门（地方）科技需求的衔接需求提出单位： 湖北省科技厅 其它（请说明）创新类型原始创新集成创新引进消化吸收再创新项目完成时的应用类型形成自主研发能力 形成规模生产能力局部试点示范较大范围推广应用项目组织单位的建议牵头组织单位建议： 湖北省科学技术厅 其他组织单位建议：编写说明1项目建议应符合国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）（以下简称纲要）重点领域及其优先主题的任务，支撑实施最新或国家重大战略部署，并符合国家科技支撑计划管理暂行办法规定的立项要求。2各有关部门、地方及有关单位结合本行业、本地区等发展需求，提出项目建议，正式行文并同时通过科技部门户网站（）上的“国家科技计划项目申报中心”报送科技部。3报送项目建议书时，应一并附上国家科技计划项目概算申报书。一、项目立项的必要性及需求分析(一)项目技术攻关的必要性和当前经济社会发展急需的程度；与纲要重点领域及其优先主题的部署、重大工程建设、重大装备开发、重大技术引进消化吸收，以及解决经济社会发展瓶颈制约问题等需求的结合度。1、项目技术攻关的必要性和当前经济社会发展急需的程度中国是生猪生产、消费大国，2006年生猪出栏达6.8亿头，生猪养殖场（年出栏50头以上）183万个，规模化生猪养殖场（年出栏3000头以上）6354个，占世界总量的50%以上，猪肉消费占我国肉类消费的67%左右。特别是近期的猪肉价格上扬，加快了养猪业迅猛发展，而规模化养猪业为保障食物安全、改善人民生活、农业增效、农民增收等都做出了重大贡献。养猪业已成为我国农业和农村经济的支柱产业。然而随着规模化、集约化养猪业的不断发展，生猪生产与资源环境之间的矛盾越来越突出。如何从根本上缓解生猪生产与资源环境约束矛盾，增强我国生猪综合生产能力和建立循环可持续的适应不同规模不同地区的畜禽污染物处理及资源化利用模式，有效减少畜禽粪便对农村造成的环境污染压力，切实推进资源节约、环境友好的现代农业发展和新农村建设，已成为当前亟待研究和解决的重大课题。在全国农业和农村经济发展第十一个五年规划中，中央提出要“发展农村循环经济，转变农业增长方式，降低农业生产成本”作为基本任务，并将“大力推进节地、节水、节肥、节药、节种、节能，发展低投入、低消耗、低排放和高效率的农业循环经济”作为解决“三农”问题的基本指针。全国畜牧业发展第十一个五年规划中指出，“坚持经济、社会、生态目标并重，大力发展以秸秆养畜、畜禽粪便资源化利用为核心的循环经济。” 在2007年7月和12月，国务院两次紧急下达了关于促进生猪生产发展稳定市场供应的意见，明确提出要搞好生猪养殖的治污减排工作，支持规模场、养殖小区的粪污处理和沼气池等基础设施建设。养猪业排放的废弃物具有排放量大、有机物浓度高、氨氮和磷含量高、等特点，这些废弃物既是环境的污染源，也是农业的资源。排放量大、有机物浓度高：规模化畜禽养殖业粪便排放量是工业固体废弃物的2.4倍，COD的排放量远远超过工业与生活污水的排放量之和，成为首要有机物污染源。据测定一个万头猪场年排粪量3000吨左右，年污水排放量30000吨左右，废弃物的排放当量相当于一个510万小城镇人口的污染排放当量。氨氮和磷含量高：在生猪养殖过程中，只有80%的饲料能被食用，而其中又只有30-40%的氮磷营养元素能被有效吸收，投料70%以上的氮磷被排出。一只生长育肥猪平均每年可排出约9.5kg的氮和6.8kg的磷，一个万头猪场每年通过粪污排出氮100-161吨和磷20-33吨。环境污染源:猪场废弃物中的高浓度有机物和高氨氮造成水体污染和营养化，同时粪污中还含有大量病菌、寄生虫卵，加之猪场散发的恶臭等，所有这些污染物对大气、水体、土壤都会造成严重污染，极大地制约着养猪业的可持续发展。农业资源:粪便中含有大量的生物质和丰富的氮、磷等营养物质，是宝贵的生物质资源。一个万头猪场的废弃物潜在资源，可生产沼气7.3万立方米，折原煤7.7万吨，是很有价值的生物质能资源。；利用所产生的商品有机肥和各种堆肥可替代164吨化肥。此外，液肥的利用每亩土地可取代化肥用量42.7。降低肥料使用中营养物的流失率；减少矿物的开采，有利于保持生态平衡；改良土壤。多年来我国投入了大量的人力、物力、财力治理养猪污染和资源利用废弃物，也建造了一些综合治理工程。但是多数规模化养猪场仍然没有足够的环保配套设施和资源化利用设施。而现有的处理工艺和资源利用技术往往存在很多问题，如：（1）被动式全量废弃物处理技术，缺乏源头减量化技术。（2）技术单一、缺乏多种技术有效集成、不能同时去除养猪废弃物中多种污染物，不能系统的进行资源化利用。（3）大型立式沼气池常常存在装置建设成本高、运行维护费用高，或产沼气率不够稳定、受季节影响较大等问题。（4）污水达标排放模式（工业化处理模式）投资高，处理成本与效率往往难以两者兼顾。（5）污水还田模式（直接施用于土地）存在土地使用面积大、病源微生物传播和臭气污染、有毒有害物质在土壤中的累积等问题，对环境的污染风险大。（6）有机肥生产成本和运行成本高、产品附加值低下，养猪业和农肥生产业缺乏有效的合作经营机制。本项目通过考察、调研和分析得出解决我国养猪废弃物问题的一般性原则和技术攻关的必要性如下：（1）猪粪废弃物从源头减量化是发展方向。（2）养猪废弃物沼气工程大型化，沼气转化完全化，保温加热节约化，是养猪废弃物沼气工程走向低成本实用性的关键。（3）养猪粪便和沼渣是很好的生物肥料原料，其效益高于沼气利用产生的效益。既生产沼气又生产肥料才能提高养猪资源化的综合效益。（4）沼气生产和生物肥料生产相结合，堆肥生产的热能应该用于沼气池的保温，以节省沼气池加热能源，保证冬季产气。 （5）养猪污水处理应该回收有机物和氮磷养分用于生物肥料，同时可以极大地减少污水处理负荷，降低污水处理成本。（6）采用低成本高效率的处理，使污水处理达到达标排放或者回用。（7）在养猪企业资金和经营精力不足的情况下，需要寻求其它业外企业建立合作处理废弃物与资源化利用的经营模式和关系，在养猪责任、资源与处理利用之间建立长期互惠互利的经济同盟关系。为此，本建议项目将国内相对成熟的单元技术进行优化整合，开展技术集成创新，形成符合低利润养猪行业推广采用的污染治理和资源化综合利用成套组合技术，包括养猪污染源头控制技术；沼气多元化经济、沼气-堆肥技术组合、高附加值生物有机肥等资源利用技术；低成本污水处理与回用技术等，达到经济高效、减量显著、低能耗、少维护、多功能、能根本解决养猪业环境污染和资源利用问题的养猪场废弃物综合治理技术，为农牧业发展和新农村建设奠定工程技术基础。2、项目与纲要、地方需求的结合度1）项目与纲要优先主题的衔接性：本项目立足猪场废弃物减量健康养殖、生物质资源利用、综合治理，与国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）中提出的农业领域农林生物质综合开发利用，生态农业技术与模式，综合治污与废弃物循环利用等优先主题直接衔接。湖北省“十一五”科技发展规划纲要也明确将畜禽养殖业废弃物综合利用关键技术列为优先主题.国家环保部己将畜禽污染防治作为当前乃至今后几年内的重点工作之一，在己颁布的畜禽养殖污染防治管理办法中明确提出了“畜禽养殖污染防治实行综合利用优先，资源化、无害化和减量化的原则”。2） 项目与地方需求的结合度：湖北省是我国养猪大省和种猪科技强省，2006年全省养猪业产值（按当年价计算）达到357.21亿元，占畜牧业产值的62.1%；全省猪肉产量为256.47万吨，占全省肉类总产量的78.1%。2007年湖北省生猪出栏3790万头，存栏2705万头，是我国生猪养殖主产区之一。万头以上的规模猪场500个左右，3000头至10000头的猪场897个，规模化养殖出栏量占总出栏总量的38%。但与之配套的环境处理技术、设施严重滞后，规模化畜禽养殖所造成的环境污染问题已日益突出，特别是大中型养猪场，由于其粪便排放量大，造成严重的空气和水体污染，直接影响到畜产品质量和人畜安全，制约着湖北省生猪产业的可持续发展。但湖北省发展生猪生产的潜力很大，其有利条件主要表现在：一是梯度转移带来的发展机遇。当前我国“珠三角”、“长三角”及东南沿海地区因受土地资源所限和治理养猪业环境污染成本上升，养猪产业有“北上西进”的转移态势，为湖北养猪生产带来了良好的发展机遇。二是资源禀赋优势。湖北气候温和，饲料丰富，历来是全国生猪的主产区。三是科技开发、技术服务和人才优势。拥有全国顶级的“养猪”院士和“猪病”院士，拥有国家家畜工程技术研究中心，在生猪育种及疫病防治技术上居全国先进水平，有较大的科技开发和技术服务优势。四是国家大力扶持生猪生产的有利政策。湖北正吸引着国内外有实力的企业集团投资生猪产业。例如，中粮集团拟5年投资97亿元在湖北省实施全国最大的生猪生态健康养殖项目已经启动，美国著名的史密斯菲尔德公司也来到湖北考察投资建设事宜，湖北省生猪产业正在迎来新的历史发展机遇。因此，面对湖北省生猪产业发展的严峻形势，如何抓住生猪生产新的有利机遇，转变生猪产业发展方式，破解生猪产业发展与资源环境的矛盾；如何从源头入手，大力推进生猪生态养殖，废弃物资源化综合利用的循环经济模式；如何让湖北生猪产业重新崛起，增强市场竞争力，促进生猪产业又好又快发展，成为了亟待要破解的迫在眉睫的课题。2007年武汉城市圈成为“全国资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验区”，启动该项目能直接为“两型社会”建设提供一个改革试验典型案例。(二)分析说明项目实施能够产生的重大经济、社会效益。1、项目实施效益1）养猪废弃物排放量大，污染负荷高，若单纯以处理为目的，建设投资和运行费用高，企业负担重。本项目立足于养猪场废弃物的减量化、资源化、无害化和生态化，以污染物的综合治理以及废弃物的资源化利用为目的，对国内外先进技术进行集成创新，采用养猪废弃物源头减量，废弃物厌氧发酵生产沼气或生产有机肥、废水低成本处理的几种不同综合治理模式的工程示范，以及适应不同条件的多元化资源化技术的优化集成，在解决养猪废弃物污染题的同时。又生产出优质的绿色生物有机肥、清洁燃料和可再生能源，还增加养猪业的收入用以补贴污染治理的运行费用。项目实施不仅具有重大的环境社会效益，而且能够取得可观的经济效益，为湖北省集约化、规模化养猪业的可持续发展和循环经济模式的尽早建立，提供切实可行的路径和解决方案。2）本项目实施后，将基本解决重点区域畜禽养殖场对周围环境的污染问题，明显改善项目实施区农业生产和人民生活的环境质量，有利于推进资源节约型、环境友好型新农村建设；有利于转变湖北省生猪产业发展方式转变，提高生猪产业市场竞争力，促进生猪产业的可持续发展，重振湖北生猪产业大省强省地位；有利于推进“菜篮子”工程建设，切实解决畜产品的安全供应，稳定市场物价等重大的民生问题；有利于改善湖北省的农村能源结构，节约资源能源；同时，通过实施沼气工程配套设备生产专业化、服务社会化以及工程产品的市场化，可以提供大量就业机会，有力推动项目所在地农村经济和相关行业的发展，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。2、项目实施后推广效益1）能够解决养猪污染，促进我国养猪业发展我国养猪存栏4.66亿头猪，排放的污染量大面广，污染危害惊人，本项目为能够解决我国养猪污染的老大难问题，社会效益巨大。全国每年出栏十多亿头猪，在国民经济中占据重要位置，本项目能够促进我国养猪业发展，将产生重大的经济效益。2）养猪带动全国生物肥料生产，减少化肥污染，改良土壤。本项目推广应用，如果只将全国20%的养猪废弃物转化为生物肥废料，可以为国家节约885.4万吨氮，74.56万吨磷，可以为农村生产0.466亿吨生物化肥，在很大程度上减少全国化肥产生的面源污染，同时有利解决我国耕地板结的问题。3）沼气利用可为国家提供部分可再生清洁能源。养猪产生的粪便中含有大量生物质能，一头猪每天产生2.1kg粪便，每千克粪便按实际转化0.26M3沼气计算，全国养猪存栏4.94亿头猪，每年产生的粪便可以转化近500亿M3的沼气，约相当于0.4亿吨标煤，本项目如果推广应用，将其中1/3的粪便转化沼气，则可为国家每年获得约0.13亿吨标煤的清洁能源。（三）项目市场需求分析1、废弃物减量化技术市场需求分析“十一五”初湖北省提出了“转变畜牧业增长方式，创建生猪生产大县，打造生猪大省”的发展战略，进一步明确了发展目标：“十一五”期末，全省生猪出栏达到5000万头，规模化养猪生产比重达到50%，生猪出栏率提高到150%以上，建成规模化养猪场800个。湖北省标准化规模化生猪养殖必将发展迅速发展，对生猪标准化规模健康养殖的废弃物减量化清洁生产技术需求也必将更加迫切。2、废弃物沼气工程及利用市场需求分析在废弃物的厌氧消化过程中，产生大量的沼气，1公斤COD理论上可产生0.45立方沼气。当前我国正在运行的畜禽场沼气工程每天每立方米产气达0.4立方米，沼气是高效优质燃料，其热值高于石油液化气，有数据表明：1立方沼气产生的热能相当于1.2公斤标准煤和0.7公斤汽油。在当今能源紧缺，燃油价格不断上涨的情况下，养猪场废弃物厌氧处理产生的沼气成为倍受人们青睐的一种重要的清洁、可再生能源。3、生物有机肥料市场需求分析关于生物肥料市场，据统计目前传统化肥市场占有率为95%，新型生物肥、有机肥的市场占有率仅为5%。国家产业政策对生物肥料行业的重视与支持逐步加大，专家预测，到2010年，生物有机肥将占有15%-20%市场份额，年需求量在1500-2000万吨左右；生物肥料的市场前景极为广阔。湖北省耕地面积5000多万亩，播种面积1.1亿亩，水产养殖面积1000万亩。据有关资料统计，我省每年用于农业生产的化肥施用量约为700万吨，其中种植业的化肥使用量为500万吨，水产养殖的化肥施用量约200万吨，而目前全省生物有机肥年产量仅为20余万吨，产品需求量大，应用前景广阔。截止2007年底，我国生物肥料生产企业大约为200家，在农业部申请登记的产品接近700个，产量约500万吨。产品已由最初的根瘤菌剂、固氮菌剂等少数几个种类迅速扩展到解磷菌剂、硅酸盐菌剂、光合细菌菌剂、芽孢菌、促生菌类菌剂、放线菌菌剂、有机物料腐熟剂、复合微生物菌剂、复合微生物肥料以及生物有机肥等11个大类。生物肥料生产用菌种也由过去的10几种发展到现在80多种。总体来看，生物肥料产业呈现快速成长的态势，成为21世纪最具潜力的“朝阳产业”之一。目前国内从事生物肥企业较多,90%以上的企业规模都局限在5000-10000吨，产品质量和稳定性有所欠缺。规模较大的有山东诸城金土地生物肥业有限公司及广东丰收糖业所属的有机肥料厂，前者生产规模为10万吨，主要生产品种为通用型生物有机肥和蔬菜专用肥，后者目前达产规模为12万吨，主要是甘蔗专用肥品种。湖北省目前只有2-3家设计生产能力为1-3万吨，合缘公司现年产各种生物有机肥3万吨，产品应用效果良好。可以预料，我国生物肥料产业正在开始步入良性循环，并向健康、有序的方向发展。以猪场废弃物为原料，具有广阔的市场前景。以沼气技术和生产生物有机肥为核心的猪场废弃物资源化技术，将会具有广阔的市场前景。4、污水处理技术市场需求分析在武汉及湖北省大部分地区，已出台了新建规模养殖小区粪污处理必须达标的强制性文件，污染控制不能达标的现有养殖场也面临着停产和关闭的压力，湖北省养猪场粪污的处理率不足10%，发展达到环境标准的无害化畜牧业已是我省未来发展的必然趋势，对本项目开发的养猪业无害化综合治理技术的市场需求前景广阔。二、项目目标及主要任务1主要目标（项目目标的涵盖范围要与项目名称相对应；目标应该明确具体，可考核；其目标在35年内能够完成。）依据“减量化、资源化、无害化”的原则，产学研结合，开展生猪发酵床废弃物减量化健康养殖、沼气能源化和堆肥资源化、废水处理无害化的综合治理关键技术研究与集成创新，研发和集成低成本、少维护、低能耗、经济有效成套技术及设备4套，建立适应不同地区、不同层次、不同规模的养猪场废弃物综合治理与资源化利用技术示范工程4个，形成技术标准4个以上，为实现养猪业及相关产业的可持续发展提供技术支撑。2研究与开发任务与内容（主要包括研究重点与开发内容，以及相应的考核指标。其内容应与项目目标有直接对应的支撑关系，为实现项目目标所应进行的重点研究内容不应有遗漏，也不应包括与项目目标关系度不大的内容。）针对废弃物减量化健康养殖、沼气能源化和堆肥资源化、废水处理无害化的综合治理关键技术问题和共性技术进行攻关和示范，形成以示范工程为支撑，以减量化健康养殖为先导、以资源利用为纽带、以无害化处理为目的的生猪规模化健康养殖和综合处理利用循环经济技术体系。项目设置四个课题，各课题研究重点与开发内容分述如下：课题一：生猪发酵床废弃物减量化健康养殖与开发1) 技术路线酵素生猪健康养殖优良品种小气候环境控制低蛋白日粮平衡技术营养调控技术（酶制剂、有机微量元素和益生素等）标准化饲养管理技术有机垫料稻草、谷壳、木屑、新鲜猪粪等有机肥生物发酵床标准化单列式猪舍（新建或改建）2）研究重点与开发内容（1）利用本地资源，零排放生物发酵床垫料配方的优化、复合发酵菌素的驯化、稳定性及进一步优化筛选技术研究；（2）适应不同规模的生猪发酵床减量化健康养殖循环经济模式研究与产业化示范。3）考核指标(1) 氮排出量、磷排泄量、污水排放量分别降低30%、40%、50%以上。（2）在年出栏1万头规模养猪场中部分猪舍进行不同模式的生猪健康养殖示范基地，形成猪场废弃物减量化控制技术1套；（3）申请专利12项，发表高水平学术论文35篇。课题二：生物质工业化沼气发电及燃气供给资源化技术示范1）技术路线堆肥发酵保温制备有机垫料堆肥并保温猪场自用沼渣沼气净化、浓缩沼气储存沼气发电炊事燃气沼气反应器养猪场污水IBR工艺氨催脱污水生物质吸附供给新农村生活区水回用过滤消毒2）研究重点与开发内容（1）大型产沼堆肥一体化立体反应器包括池体结构、进出料系统以及监控系统的优化，提出成熟的施工方案检修方案和保养措施，确保反应器的顺利修建投产和长期稳定的运行。设计大型产沼反应器发酵温度监控与控制系统，保证反应器温度在合理范围内，确保冬季沼气产量的稳定。（2）大型产沼堆肥一体化立体反应器的联合运行技术研究研究沼气原料在大型卧式反应器中的运动规律，采用合理的控制方式，实现原料的高效利用。研究生物好氧堆肥产热对卧式反应器的保温传热特性和保温效果，以及工业锅炉余热对大型卧式反应器的加热方式，实现中温发酵和稳定产气。（3）养猪污水物化和生化处理与回用技术生物质滤料过滤吸附回收氮、磷，并利用IBR生物技术处理吸附处理后的污水。IBR技术集反应与沉淀于同一生物反应池。连续进出水，间歇曝气方式运行。根据原污水水质、水量、水温、季节变化调节生物反应池曝、搅、沉周期，从而实现生物反应池曝气量最小且最大限度的N和P去除，系统整体节能的目的。是低能耗脱氮除磷技术。（4）沼气大型燃气供给品质及农村燃气管网安全性研究采用生物脱硫技术，在原料发酵过程中降低沼气中SO2的含量，减少后续净化工艺成本；设计集成沼气净化工艺技术，保证燃气品质。设计集中供给沼气炊事燃气管网，研究农村燃气管网安全管理机制, 实现管网运行操作简便、易于维护、安全性高。3）考核指标（1）开发研发集成低成本的沼气工业化生产与污水处理技术，处理规模化养猪粪污。沼气产量比同类沼气工程提高10%；（2）污水处理后达到畜禽养殖业污染物排放标准（GB185962001）一级，运行成本与现有主流养猪污水处理工艺相比降低10%。（3）形成年处理存栏1.5万头猪场废弃物处理和1000户沼气炊事燃气集中供给、100kW沼气发电、年产500吨发酵床有机垫料综合示范，并建立猪场粪污治理与沼气农村集中供气工程建设指南与标准。（4）申请专利12项，发表高水平学术论文35篇。课题三：猪场养殖区废弃物收运与生物有机肥资源化技术示范1）技术路线沼气制肥加热燃料上清液水处理系统厌氧消化水达标排放污泥固液混合池万头猪场部分健康养殖固液分离设备收运干粪发酵床残渣分散猪场部分健康养殖生物有机肥料2）研究重点与开发内容（1）发酵过程优化及控制：优化一次发酵工艺参数、建立一次发酵参数数字控制模型，提高一次发酵能力和效率。二次发酵降低水分和保持菌剂活性研究；（2）发酵菌剂优化及扩繁技术：增强发酵菌剂其种类组成、组合比例的稳定性，进行复合培养条件下选择性培养基的筛选，确定最佳发酵菌剂产业化生产工艺及参数，进行低成本、产业化的扩繁生产技术研究。（3）生物有机肥系列产品开发：快速干燥和有机肥造粒技术及设备，集成生物、有机、无机三元颗粒复混肥料成套生产技术和设备，开发适合不同种植作物和水产养殖品及模式生物有机肥产品，确定最佳配比组合；进行产品应用试验和效果分析，形成产品质量标准；（4）粪水固液分离技术和粪便收运接口技术（5）健康养殖发酵床废弃物收运接口技术。3）考核指标（1）建立年产120吨复合菌剂生产线，有效活菌数为2-3亿个/g；（2）以2万头规模猪场养殖小区（一个万头规模猪场及周边15公里以内的中小型猪场）为收运范围，建立年产生物有机肥1万吨规模化生产线，生产成本比现有工艺降低10以上，形成废弃物堆肥质量国家标准及湖北省农用废弃物肥料资源化生产技术指南。（3）开发生物有机肥系列产品3-4个,综合效益提高10%。（4）污水处理达到畜禽养殖业污染物排放标准（GB185962001）一级排放标准。（5）申请专利12项，发表高水平学术论文35篇。课题四：猪场废弃物无害化综合治理技术示范1）技术路线固液分离固液混合池粪污水污水沼气发酵有机肥生产固体物污水处理系统达标排放2）研究重点与开发内容（1）养猪废水处理技术研发与集成 重点研发以生化处理为核心，少维护、低成本、经济高效，能有效去除多种有毒有害物质的养猪废水处理技术。（2）养猪场废弃物资源化利用关键技术研发与集成 重点围绕粪便无害化处理、沼气生产及综合利用、氮和磷等营养物质回收利用技术等方面，形成经济、实用、高效的养猪场废弃物资源化成套技术。（3）示范工程建设 集成多种优势技术应用于规模化养猪场，建成符合国家相关产业政策的示范工程。3）考核指标（1）选择存栏数在1万头以上的规模化养猪场，建立一个能源环保型废弃物综合治理和资源化利用示范工程。（2）在示范工程中，建设集约化沼气生产系统，实现每万头猪（出栏）年产沼气量不低于5万m3；年生产有机肥不低于1200吨，其各项标准达到有机肥国家行业标准。（3）废水处理工艺成本低于传统工艺30%以上；处理工艺的能耗与传统工艺相比减少50以上，开发并应用2项以上的节能减排新技术。废水处理后排放达到畜禽养殖业污染排放标准指标要求。（4）申请2-3项发明专利，其中1项以上获得授权。3项目的技术关键、技术难点、创新点1）课题一：生猪发酵床废弃物减量化健康养殖与开发（1）技术关键、技术难点l 猪场发酵床高效复合发酵菌素的驯化、稳定性、生物安全评价及筛选技术；l 猪场发酵床垫料配方优化的源头减量技术。（2）创新点l 猪舍发酵床规划设计、标准化规模养殖清洁生产技术集成和引进创新。2）课题二：生物质工业化沼气发电及燃气供给资源化技术示范（1）技术关键、技术难点l 大型卧式反应器运行技术；堆肥对大型卧式反应器节能保温与加热技术；l 大型产沼堆肥一体化立体反应器联合运行技术，沼气原料在大型卧式反应器连续进料与出料,产沼原料与堆肥原料的合理分配，厌氧发酵过程与好氧堆肥过程的关联控制技术；l 低成本的大型卧式反应器中温发酵节能加热管路长寿命运行技术；利用吸附材料回收氮磷，降低污水氮磷含量；l 低成本高效脱氮除磷污水处理回用技术。（2）创新点l 沼气堆肥一体化-污水氮磷回收处理-高附加值产品利用集成技术及工程示范。3）课题三：平原型猪场养殖区废弃物收运与生物有机肥资源化技术示范（1）技术关键、技术难点l 酵素菌复合菌剂的扩繁体系；发酵条件及工艺参数优化技术；l 高效降解菌的筛选；l 猪粪抗生素拮抗生物制肥技术。（2）创新点l 单元技术集成创新；l 发酵菌剂低成本扩繁技术；l 生物有机鱼肥产品及应用技术创新。4）课题四：丘陵型猪场废弃物无害化综合治理技术示范（1）技术关键、技术难点l 开发产气稳定、沼渣清理容易、成本低的厌氧发酵沼气生产和贮气装置；l 筛选和制备既能适应养猪废水高浓度有机物的复杂环境，又能高效降解养猪废水中多种污染物、提高产气率的微生物制剂（2）创新点：l 集仿生态氧化沟技术（IEOD）和多级人工地质快速渗滤（MAGRI）于一体的养猪废水后处理复合系统的构建；l 形成能有效利用清洁能源、自然光能、水资源和养猪场废弃物中有用物质的综合利用技术；l 汇集化学、物理、生物等领域的先进分析检测和监测技术，建立完善的猪场废弃物和养猪废水水质评价体系。4项目、人才、基地统筹计划通过项目实施，培养学术带头人35人，研究生15-20人，培训企业技术骨干20人，建立一支多学科、产学研紧密结合的规模猪场废弃物处理与资源化利用研究与开发创新团队。建立3个年出栏1万头以上以及养殖小区一批几千头中小型规模的不同模式的生猪健康养殖、废弃物资源化无害化综合治理典型示范基地。项目实施基地湖北健康(集团)股份有限公司建有4个万头以上的集约化养殖场；浠水县华盖牧业有限公司建有种猪场和万头育肥场各1个，年出栏规模2万头；武汉合缘绿色生物工程有限公司建有年产1万吨有机肥生产线和年产5万吨有机无机无公害复混肥生产线；十堰兴科牧业有限公司养殖规模达年出栏3万头，以养殖种猪、商品猪和收受周边商品肉猪为主。 1）课题一（生猪发酵床废弃物减量化健康养殖与开发）基地计划：项目实施地点位于浠水县华盖牧业有限公司的万头猪场的部分猪舍，以及其半径15公里内中小规模养猪场的部分猪舍。国家家畜工程技术研究中心负责工艺设计及项目实施方案确定。2）课题二（生物质工业化沼气发电及燃气供给资源化技术示范）基地计划：项目实施地点位于湖北省天门市岳口镇健康村，包括建立池容3000 m3的暗河式沼气系统，1000户沼气炊事燃气集中规模化供给、300kW沼气发电、以及年产1500t初级有机肥料的堆肥系统，日处理300吨养猪废水的污水处理系统。湖北省天门市健康集团有限责任公司负责配套资金筹集，提供项目实施场地。华中科技大学负责工艺设计及项目实施方案确定。双方共同完成项目实施及相关设备的购置。3）课题三（平原型猪场养殖区废弃物收运与生物有机肥资源化技术示范）基地计划：项目实施地点位于浠水县华盖牧业有限公司的万头猪场附近，由武汉合缘绿色生物工程有限公司建设年产1万吨生物有机肥生产线，主要对万头猪场废弃物进行资源化利用，同时收运废弃物服范围为半径15公里内中小规模养猪场，主要以有偿收购原料方式进行运营，大部分中小规模养猪场需按照示范工程提供的发酵床健康养殖技术模式进行场内减量化预处理，出售健康养殖废弃的发酵床垫料作为生物有机肥料原材料。同时对华盖牧业有限公司的万头猪场进行污水处理工程示范。4）课题四（丘陵型猪场废弃物无害化综合治理技术示范）基地计划：该课题以中国地质大学(武汉)和福州北环环保技术开发有限公司为技术依托，以十堰兴科牧业有限公司为示范建设单位，工程建设在十堰兴科牧业有限公司竹溪漫液村养猪场。中国地质大学（武汉）负责室内和现场研究工作，并全程参与示范工程的工艺优化研究。福州北环环保技术开发有限公司负责项目两个示范点的工程化建设以及有关设备的安装和调试。福州北环环保技术开发有限公司与十堰兴科牧业有限公司之间的资金往来由双方另行协商。三、相关领域国内外技术现状、发展趋势及国内现有工作基础1国内外技术发展趋势与现状、专利等知识产权及相关技术标准情况分析1）国内外技术发展趋势与现状(1)养猪场不同废弃物清理工艺的产生量及减量化现状目前，集约化猪场生产工艺在粪、尿清理工艺方面有以下三种不同的技术方案。一是水冲粪、水泡粪工艺：也称为“粪尿舍内混合法”。这种工艺是采用高压水枪、漏缝地板，在猪舍内将粪尿混合，冲入排污沟，进入集污池，然后，用固液分离机将猪粪残渣与液体污水分开，残渣加工成肥料，污水通过厌氧发酵、好氧发酵去处理，或直接排放到农田。在猪舍设计上的特点是地面采用漏缝地板，深排水沟，舍外建有大容量的污水处理设备。这种方案在我国80年代、90年代特别是南方广州、深圳较为普遍，是我国学习国外集约化养猪经验的第一阶段。虽然可以节省人工劳力，但它的缺点也很明显，主要是：用水量大，一个年出栏商品肉猪万头的大型猪场，其每天耗水在100-150吨，年排污水量5-7万吨左右；排出的污水COD、BOD值较高， COD（化学耗氧量）在13000-14000mg/L，BOD5（生化需氧量）为8000-9600mg/L，SS（悬浮物）达134640-140000mg/L，污水难以处理。处理污水的日常维持费用大，污水泵要日夜工作，而且要有备用；污水处理池面积大，通常需要有7-10天的污水排放储存量；投资费用也相对较大，污水处理投资通常达到猪场投资的40-70%，显然，这个技术路线不适合目前的节水、节能的要求，特别对我国中部和北方地区养猪很不适合。二是干清粪工艺：也称为“粪尿舍内分离法”，这种方法是在猪舍内先把粪和尿分开，采用人工清粪，用手推车把粪集中运至推粪场，加工处理，猪舍地面不用漏缝地板，改用水泥浅排污沟，减少冲洗地面用水。这种方案虽然增加了人工费用，但它克服了“粪尿舍内混合法”的缺点，表现在：猪场每天用水量可大大减少，一般可比“粪尿舍内混合法”减少三分之二。排出污水的COD值只有前法的25%左右，BOD值只有前法的40-50%，SS只有前法的50-70%，污水更容易处理。用本法生产的有机肥质量更高，有机肥的收入可以相当于支付清粪工人的工资。污水池的投资节省，占地面积小，日常维持费用低。三是发酵床减量化养猪技术：这种技术是根据微生态理论和生物发酵理论，以谷壳、锯末、枯草菌和酵母菌等复合微生物发酵菌制成混合有机物垫料，铺垫在猪舍里，猪的排泄物渗入有机垫料，经微生物作用被迅速降解、消化，利用猪的拱翻习性进行粪便的翻埋，便于新旧垫料的更新及好氧、厌氧菌的交替，从而达到免冲洗猪栏、无臭味、零排放，从源头实现环保、无公害养殖目的。在此过程中，猪的排泄物混入有机垫料中，与复合微生物发酵菌有机结合，通过发酵即可制成优质的生物活性有机肥，既消纳了大量的秸杆、稻草、木屑等农业废弃物，促进农业资源的循环利用，又可以根本解决畜禽粪便无害化处理的问题，大大改善农村、农业生态环境，形成人与动物、自然和谐相处的生态农业系统。比较以上三种技术方案，水冲粪、水泡粪工艺由于粪污产生量大，处理费用大，年综合处理运行费用达50万元左右，不利于环保和资源节约，属于淘汰、过时的工艺；干清粪工艺虽然能大大减少污水的排放量，但一个万头猪场污水日排放量仍在50-60吨左右，年综合处理成本约30万元，也仍然较大；零排放工艺是目前规模猪场粪污处理的发展趋势，国外相关报道和成功例子较多，年综合处理费用约15万元，且社会效益巨大。我国也有些省份引进了此项技术，但效果不稳定，主要表现在高效发酵菌剂的筛选、猪舍内有害气体浓度以及夏季垫料温湿度控制、适于湖北省环境条件的垫料配制技术，以及相应配套的猪舍建筑设计等方面仍需深入研究。本项目选择发酵床养猪技术作为废弃物减量化研发课题并进行工程示范。废弃物资源化和无害化的研发对象和工程示范点则选择干清粪工艺的养猪场。(2）生猪养殖场沼气发酵及利用现状 沼气发酵工程模式目前，国内对畜禽粪污的沼气工程按照设计规范大致分为两种模式：即能源生态型和能源环保型。能源生态型是指猪场粪便污在不经固液分离的情况下，直接将猪粪、尿以及污水经过厌氧发酵，其厌氧出水沼液经过后处理系统，作为农田的液体有机肥，沼渣定期排出后，经干化作为固体有机肥。使用该技术路线可产生大量的沼气（按1万头规模的猪场每天排出粪污水80-100吨，工业化沼气工程每天可产生2000-2500立方米沼气）。此技术路线厌氧发酵的建设成本较高，产生的沼渣（1万头每天可产生100-150公斤）、沼液（浓度约5000-7000mg/L）要有足够的农田、土地消纳，相配套的种植业和养殖业规模要配套。能源环保型是指猪场粪便污水在经过固液分离后，污水中COD从原来的20000mg/L可降至5000-7000mg/L，污水经过沼气发酵和进一步处理后可达标排入环境水体，一个存栏1万头的猪场每天排放的废水经发酵可产生两百多立方沼气，,可提供70户五口之家日常生活燃料。该技术成熟，利用的PVC管，保温灯、加热管、燃气灶等配套设备较便宜，多数猪场均可采用。同时沼气还广泛用于果蔬、农作物的病虫害防治，用于储粮防虫和水果保鲜。固体用于生产有机肥，1万头猪场可日产5-6吨有机肥原料。使用该技术路线的厌氧发酵及后处理的造价和运行成本大大降低。厌氧发酵后污水（沼液）浓度大大降低，其COD约1000-2000 mg/L，减轻了后处理的负荷。两种处理模式的核心技术之一均是沼气，前者主要用于处理固体物和回收大量沼气利用，后者主要用来处理污水和回收少量沼气。本项目在沼气发酵技术上二种模式均选择作为废弃物资源化、无害化的研发对象和工程示范。 沼气发酵技术现状我国规模化畜禽场粪污厌氧处理工程的兴建起始于70年代末，早期建池容积约50100m3，多采用地下常温消化池，其消化装置产气率较低一般约0.20.3m3/(m3d)。1985年我国开始引进一些国外技术，采用地上式消化池，但多为复合床反应器(即AF+USAB)，又称UBF。发酵温度提高到25左右，产气率有所提高。在20世纪90年代前后，杭州、上海等地新建了几个畜禽粪污厌氧反应池,其产气率为1.0m3/(m3d)左右，最高可达1.52.0 m3/(m3d)。目前我国养猪场粪污厌氧生物处理工程多采用中温消化(3035)和常温消化，装置产气率与发酵温度和发酵工艺有关。通常中温消化时，其装置的产气率为0.51.5 m3/(m3d)，常温消化时，其装置的产气率为0.51.0 m3/(m3d)，生产的沼气用于生活和生产用能。近年来，湖北省的厌氧消化技术经多学科、多部门的科研攻关，取得了较大的进展。在禽畜粪便的处理方面，先后兴建了容积分别为200-800m3的沼气工程，湖北省这些大中型沼气工程实现了工厂化产气，商品化供气，使能源建设上了一个新的台阶。目前，养猪废弃物治理的主要设备投资发生在沼气设备系统。我国大规模沼气工程主要是在原有农村户用立式沼气罐的基础上简单放大，放大到几百上千立方米的沼气池容积时，设备造价高，其投资长时间难以收回。例如，国内最大的畜牧养殖业马鞍山沼气发电工程总投资3400万元，其中沼气池投资占70%。需要约14年的时间。兴望农牧沼气示范工程建设项目，是农业部2005年批准建设的种猪场大型沼气发电能源环保型示范工程，年处理猪粪25000吨，工程总投资278万元。其中沼气池投资占66%，收回投资成本所需要的时间约为11年。南洋农畜业有限公司投资305万元修建成套沼气发电设备用以处理其每年生猪产生的3600余吨粪尿。其中沼气池投资占65%，该项目收回成本也大约需要10年。目前，我国大型沼气池主要为立式结构池体主要位于地上，冬季气温低时沼气池产气少甚至不产气。目前对沼气池保温的技术方法及措施主要有覆盖电热膜+保温层的技术方法，尽管这种方法能够解决冬季沼气池的保温问题，但以消耗高品位电能为代价，节能性、经济性并不理想。目前也有利用太阳能加热沼气池保温、增温的方法，但是对于大规模的沼气池需要配置大规模的太阳能热水器，运行成本高，维修调控困难。这些保温方法不适合企业规模小、利润薄的养猪业采用。由于立式沼气池单体池容有限，建立大型沼气站时往往需要十个甚至几十个单体立式沼气池组合，单元设备及管网系统复杂，运行维修对技术管理要求高，很多养猪场技术力量薄弱，难以维护这种复杂的沼气设备系统。近年来在湖北省自然科学基金的资助下成功研发了一种暗河式垃圾产沼技术。此技术针对解决高水分生物质进行沼气生产的难题，对我国地坑式产沼技术进行了发展和创新，将传统立式沼气反应器改为卧式结构，解决了原为流态化进料出料的关键技术，为沼气生产规模化铺平了道路，获得国家发明专利一项。并在襄樊市建立了暗河式猪粪产沼技术示范，该示范连续稳定运行四年，产生的沼气用于炊事燃气，取得良好的环境效益和经济效益。同时近年来国内外还出现了一种厌氧发酵新工艺红泥塑料厌氧发酵工艺，该工艺采用半混合式气搅拌近中温发酵，采用的主要材料红泥塑料具有耐腐蚀、抗老化，气密性好，吸热性能优的特点；红泥塑料贮气采用低压式柔性贮气技术，与高压贮气相比，具有成本低、安全、运输方便等特点。整套工艺构造简单、安装、拆卸容易，减轻了常规地埋式沼气工程混凝土浇筑池体，特别是密封层施工的难度和强度，省工省时。目前，该技术已在台湾80%以上的规模化养猪场得到成功应用，在国内也已经成功应用于100多家规模化畜禽养殖场（主要是养猪场）沼气工程。因此，本项目选择暗河式垃圾产沼和红泥塑料厌氧发酵工艺二种沼气发酵技术作为分别对应于前述二种模式的沼气发酵技术作为攻关课题和示范的沼气工程。 沼气发电技术现状沼气发电是集环保和节能于一体的能源综合利用新技术。它利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物（例如：酒糟液、禽畜粪、城市垃圾和污水等）经厌氧发酵处理产生的沼气，驱动沼气发电机组发电，并可充分利用发电机组的余热用于沼气生产，使综合热效率达 80左右，高于一般30-40% 的发电效率，用户的经济效益显著。一般而言，沼气发电更适合于大中型沼气工程。沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广，德国、丹麦、奥地利、美国的纯燃沼气发电机组比较先进，气耗率 0.5 m 3 /kWh （沼气热值 25MJ /m 3 ），。我国在“九五”、“十五”期间研制出 20 600kW 纯燃沼气发电机组系列产品，气耗率 0.6 0.8 m 3 /kWh （沼气热值 21MJ /m 3 ），其性价比有较大的优势，适合我国经济发展状况。如美国的能源农场、德国的可再生能源促进法的颁布、日本的阳光工程、荷兰的绿色能源等。生物质能发电并网在西欧（德国、丹麦、奥地利、芬兰、法国、瑞典等）一些国家的能源总量的比例为 10% 左右，预计本世纪末将增加到25%。我国沼气发电研发有20多年的历史，特别是“九五”、“十五”期间有一批科研单位、院校和企业先后从事了沼气发电技术的研究及沼气发电设备的开发。我国大中型沼气发电工程已达100余座，年发电量可达2亿度。在这一领域中，形成了科研、技术骨干队伍，建立了相应的科研、生产基地，积累了较多的成功和失败的经验，为沼气发电技术的应用研究及沼气发电设备质量再上一个台阶奠定了基础，如杭州天子岭引进美2台970kW 的纯燃沼气发电机组；杭州四堡污水处理厂引进德国4台400kW的纯燃沼气发电机组；江苏太仓酒精厂使用1台国产600kW 的纯燃沼气发电机组，2台750kW蒸汽发电机组；天津挂月酒精厂使用 8 台国产 180kW 的纯燃沼气发电机组等。当前各省市在沼气发电的问题都相应采取积极措施，大力发展沼气发电。我省武汉市汉南坛山畜牧有限公司利用猪场粪污开发沼气发电，设计了300 m3的中温发酵罐，年可处理养猪场3000 m3猪粪和1万m3污水，日利用粪尿及冲栏污水20吨，日产沼气450立方米，发电机装机容量为40kW，每天发电600多千瓦时，沼气年发电量24万千瓦时，形成了循环经济良性发展的格局，实现了能源、经济、生态和社会四大效益的统一。目前沼气发电技术已趋成熟和多样化.各猪场应根据产沼气规模及周边农户的居住情况，因地制宜的选择合适的沼气发电方式。本项目直接选用适宜的沼气发电技术及设备，不作为课题攻关内容。 沼气其他利用方法现状因地制宜采用多种途径对沼气加以利用是提高猪粪利用效益的重要途径。目前有压缩甲烷汽车燃料和集中供气（管道燃气）等，在国内发展也较快。目前沼气供气利用技术已趋成熟.各猪场应根据产沼气规模及周边农户的居住情况，因地制宜的选择合适的沼气利用方式。本项目直接选用适宜的沼气供气技术及设备，不作为课题攻关内容。 (3）养猪业废弃物生物肥料生产现状一个万头猪场在中等营养水平下，每年排出氮107吨，排出磷31吨，是生产生物肥料一大笔资源。目前我国化肥总用量为1亿吨左右，2007年湖北省用量为700万吨。化肥的大量使用造成了土地板结及水体污染。大量试验表明，生物肥料应用效果不仅表现在作物产量增加上，而且表现在农产品品质改善、提高化肥利用率、改良或修复土壤、降低病虫害的发生、促进秸秆等有机物料的快速腐熟、保护农田生态环境等多方面。据农业部不完全统计，目前国内生产各种生物肥料，