中国畜禽粪便污染问题_无害化处理及开发生产有机肥料技术与政策_梁华东.docx
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1、 中 扈管 a旅 2014,30(增刊 ):75-80 Chinese Agricultural Science Bulletin 中国畜禽粪便污染问题、无害化处理及 开发生产有机肥料技术与政策 梁华东 何迅、巩细民 刘芳 2,邓昌彦 3 0湖北省土壤肥料工作站,武汉 430070;2湖北省崇阳县土壤肥料工作站,湖北崇阳 437500; 华中农业大学动物科学技术学院,武汉 430070) 摘要 :畜禽粪便排泄物已成为中国最主要的污染源之一,应用微生物发酵技术进行无害化处理,将其科 学有效开发利用,是比较科学、理想和经济实用的方法,所产生的有机肥是一种重要的肥料资源。按照 中国畜禽粪尿年排放量
2、26.89075亿 t计,折算成氮肥纯量为 1009万 t,磷肥纯量 281.6万 t,钾肥纯量 1037.4万 t,合计折算化肥总纯量约为 2328万 t,并可提供有机质约为 1.95866亿 t。 同时,畜禽粪便通过 生物发酵处理后消除了病菌和虫卵等有害微生物及臭味,使环境得到改善和净化。优质有机肥料施用 后既可以改良土壤、培肥地力,还可以生产无公害绿色食品。 关键词:畜禽 #便 ;污染 ;有机肥料 ;利用 0引言 中国畜禽养殖业历史悠久,品种繁多,是世界上最 主要的畜禽生产大国。中国连续多年位居世界肉类、 蛋类产量第一位, 2011年肉类产量占全世界的 27.1%, 蛋类产量占 40.1
3、%;奶产量居世界第三位,占 5.2%。畜 禽养殖业也是中国农业的支柱产业之一 ,其产值占农 业总产值的比例己由 1980年的 18%上升到 2006年的 37%,养殖业收入占农民纯收入的 30%40%。随着中 国经济髙速发展和人们生活水平的不断提高 ,中国畜 牧业将继续保持较快速度发展的态势。 1中国畜禽粪便是一种重要的再生资源 1.1中国畜禽粪便排泄量 中国畜禽养殖业主要包括猪类、大牲口类、禽类、 羊类、兔类、宠物类等。其中养殖量较大的畜禽按照粪 尿产量不同主要分为家畜猪、牛、羊、骡马大牲口、鸡鸭 家禽等,其粪尿平均日产量和年产 fi见表 1。 按照 201年底全国畜禽存栏数 V计算出中国年
4、 畜禽粪尿总产量为 26.89075亿 t,其中猪粪占 38.34%, 牛粪占 26.97%,羊粪占 5.78%,鸡鸭等禽类占 7.22%, 马、骡等其他大牲口粪尿占 21.69%,见表 2。 1.2中国畜禽粪便的肥料资源量 全国农业技术推广服务中心组织的全国抽检 |21, 主要畜禽类尿的 氮磷钾及有机质养分含量平均值见表 3。一方面,全国全年畜禽粪尿折算成氮肥纯量为 1009.0万 t, 磷肥纯量 281.6万 t,钾肥纯量 1037.4万 t, 合计折算化肥总纯量为 2328.0万 t, 相当于 2011年全 国化肥施用总纯量 5704.2万 t的 40.8%。由此可见,如 果粪便全部加工
5、成肥料施用,全国可减少化肥施用 40%。按照全国化肥纯量平均浓度为 30%计算,相当 于化肥实物量 7760万 t。 按照 30%含硫基复混肥料 1600元 /t计算,全年畜禽粪尿氮磷钾养分价值约 1200 亿元。另一方面全年可提供有机质约为 19586.6万 t, 相当于约 6.22亿 t精制商品有机肥料。按照有机肥料 500元 /t计算,有机质资源价值 3100亿元。两项合计 粪便折算成肥料总资源价值 4300亿元 ,折算到粪尿资 源价值每吨约 160元。 此外畜禽粪便中还含有丰富的硫、钙、镁、锌、硼、 钼、铜和铁等中、微量元素,以及木质素、纤维素、蛋白 质、糖、脂肪、氨基酸、腐植酸、维生
6、素、抗生素等各种各 样的有机养分,因此畜禽粪便又俗称 “ 完全肥料 ” 。粪 便有机肥料是所有肥料中养分最完善,利用率最好,使 用效果最安全的。 2中国畜禽粪便污染严重 中国工厂化养殖快速发展,到 201丨年,全国规模 化畜禽养殖己经占到养殖总规模的 70%。随着中国畜 禽养殖业的迅速发展,畜禽养殖所产生的大量粪便和 第一作者簡介 :梁华东,男, 1961年出生,湖北随县人 ,研究员,硕士研究生 ,研究方向耕地质量与肥料技术研究与推广 76 梁华东等 :中国畜禽幾便污染问题、无害化处理及开发生 有机肥料技术与政策 污水也成为重要的污染源。据不完全统计, 2011年 全国畜禽粪尿总量约 27亿
7、t,加上水冲、垫圈、饲料渣 等,粪便总排放量约为 30亿 t, 约相当于当年工业固体 废弃物排放总量的 2倍,有机污染物中仅 COD就达到 1.2亿 t, 己超过工业和生活废弃物中 COD的总和,因 此畜禽养殖所产生的大量粪便和污水己成为环境污染 三大源头之一。中国畜禽 _便和污水造成的环境污染 主要有 3个方面。 2.1对水环境的污染 高浓度粪水导致水体富营养化,污染土壤、地下水 和地表水。水中浮游生物爆发性繁殖,耗尽氧气,导致 鱼类大量死亡,水体浓绿、黑臭,严重破坏了生态环 境。江汉平原的某养鸡大镇一位村长告诉笔者,因为 大量养鸡场排泄的粪便,污染了 地下水 ,现在农民饮用 水必须打 10
8、0多米的深井 ,才没有味道。 2.2对养殖场环境的污染 畜禽粪便会滋生大量的苍蝇蚊虫,带着各种病菌 到处传播,很容易造成畜禽疫病和人畜共患病的传播 , 给养殖业和从业人员健康带来严重威胁。畜禽粪便产 生硫化氢、氨、二硫甲醇等有害气体,污染空气,严重影 响饲养场周围的大气质量。尤其是夏季,饲养场集中 的地区很远便能闻见空气中弥漫的臭味,严重危害着 饲养人员和周围居民的身体健康。畜禽粪便的污染己 经成为许多养殖业者非常头痛和棘手的问题。湖北省 某养鸡大县农业局局长告诉笔者,大量养鸡 场造成了 严重的环境污染,不得己政府己经开始控制、限制新建 养鸡场。 2.3对农田作物的污染 未经处理的畜禽粪便中含
9、有大肠杆菌、寄生虫、病 原菌、线虫等病菌、病毒和害虫及虫卵等有害物质,很 容易污染农田土壤,危害农作物生长。 .而且未经处理 的粪便在施入土壤后容易引起发酵升温而烧苗,在土 壤中分解产生甲烷等有害气体而伤根 ,也易造成土壤 缺氧 ,影响作物生长。还有些粪便重金属超标 ,严重污 染土壤和农作物。武汉市郊区就曾经发生过沼渣做肥 料种植芦笋造成大面积病害死亡的现象。 表 1 一头 (匹、只 )主要畜禽粪尿产量 畜禽 猪 牛 羊 鸡鸭禽类 骡马 tt 口 日产粪尿 /kg 6 20 1.5 0.1 15 年产粪尿 /t 2.2 7 0.55 0.035 5.5 表 2 2011年主要畜禽存栏数及年粪尿
10、总产置 畜禽 - 4 4 - 猪 牛 羊 鸡鸭禽类 骡马牲口 口 H 存栏 /(万头 /隱) 46862.7 10360.5 28235.8 555000 10605.7 651064.7 产鲜粪尿 /万 t 103097.9 72523.5 15529.7 19425 58331.4 268907.5 占粪尿总 g/% 38.34 26.97 5.78 122 21.69 100.00 表 3主要畜禽 _尿折算肥料量 畜禽 A斗 猪 牛 羊 鸡鸭禽类 骡马牲口 口 1T 年产粪尿 103097.9 72523.5 15529.7 19425 58331.4 268907.5 有机质 (C)/
11、% 3.55 7.121 10.45 16.51 10.17 含 *L/% 0.238 0.351 0.57 1.03 0.378 含 Sf(P20, V% 0.074 0.082 0.133 0.413 0.077 含钾 OGoy% 0.171 0.421 0.53 0.717 0.573 折有机质 /万 t 3660 5164.4 1622.9 3207.1 5932.3 19586.6 折氮肥纯量 /万 t 245.4 254.6 88.5 200.1 220.5 1009 折磷肥纯量 76.3 59.5 20.7 80.2 44.9 281.6 折钾肥纯量 /万 t 176.3 305
12、.3 82.3 139.3 334.2 1037.4 折氮磷钾总纯量 /万 t 498 619.4 191.5 419.6 599.6 2328 77 3中国畜禽粪便大部分未有效处理 全国每年 27亿 t畜禽粪便中约 40%即约 11亿 t被 处理或利用【 31。 3.1传统粪便处理利用方式 3.1.1堆沤处理作为农家肥料堆沤肥是中国传统农 业生产上的重要有机肥源,其中厩肥是牲畜粪尿与垫 料混合堆沤腐解而成的有机肥料。通常北方农村称 其为 “ 圈肥 ”,南方农村称其为 “ 栏粪 ” 。堆沤肥是在小 农经济时代家庭养殖业的产物,花工、费时、又不卫 生。随着养殖业工厂化、规模化发展,农村劳动生产
13、率和生活水平的提高,这一传统有机肥料呈大幅度减 少趋势。 3.1.2用于鱼池作为鱼饲 料鸡鸭等禽类粪便 ,可直接 作为滤食性鱼的饵料,而且其分解过程释放的能量及 速效养份又可作浮游生物生长的营养物质,为滤食性 鱼提供了饵料。但新鲜人畜粪便入池 ,在分解过程中 要消耗大量氧,往往造成鱼池溶解氧幅度下降,引起鱼 浮头,且肥效受气温、池温影响,不稳定,难控制。某些 寄生虫、病源菌也随粪便入池,易引起鱼病发生。 3.1.3晒干作为家用燃料在中国西藏、内蒙古等草原 地区或西北 髙原地区的农牧区,柴草缺乏,农牧民将 牛、马等大牲口粪便自然晾干,用作烧饭、取暖。 3.1.4直接排放到田间地头、牧场用于田间劳
14、役的牛、 马、驴直接在田间地头排放粪便,以及自然放养的羊、 牛、马、鸡、鸭等直接在牧场排放粪便。这些粪便直接 作为有机肥料返回到放养场地之中,实现了自然生态 循环。 3.2现代粪便处理利用方式 3.2.1作为沼气池填料处理 粪便进行沼气发酵 ,热能利 用率高,肥料养分残留巨大。随着国家政策的扶持和 有关部门的大力推广,中国沼气工程发展迅速 2011 年全国户用沼气池 4168万户。大型沼气工程及沼气 发电技术发展也较快。但是作沼气池填料处理粪便有 四大障碍 :一是沼气发酵是常温发酵 ,没有杀死病虫 卵;二是出来的沼渣还是稀的,不好处理 ;三是沼气池 定期加料与工厂化养殖业每天的排放不好衔接;四
15、是 处理 S不够。 3.2.2微生物发酵生产有机肥料现代化的粪便处理利 用方法是在畜禽粪便处理过程中加入微生物发酵菌 剂,以提高发酵效率,保证肥料快速、彻底腐熟。据 2007年统计,中国有机肥料生产企业己达到 1580个左 右 ,近年更以每年 10%左右的速度在迅速增加。商品 有 机肥使用量也在逐年上升, 2006年中国的商品有机 肥料应用量为 947万 t, 2007年中国商品有机肥应用量 接近 1340万 t。 与此同时,有机肥产业格局也在悄然 发生变化 ,市场上涌现出一批近百万吨的大型有机肥 生产企业 ,这些具有产业化规模企业的涌现推动了中 国有机肥行业的产业化发展。 3.2.3其他处理
16、利用方式畜禽粪便焚烧发电,生产食 用菌等。 3.3未利用排放或废弃 去除以上情况以外的大约 60%的粪便即每年约 16亿t粪便被随意排放废弃,按照折算可以生产商品 有机肥料 3.7亿 t,是一笔巨大的再生资源。 4畜禽粪便开发生产有机肥料技术 4.1粪便生产有机肥料工艺技术 伴随着中国集约化、规模化养殖业的髙速发展,特 别是改革开放后,中国一些有识之士便开始了異便发 . 酵生产有机肥料的研究和探索。经过近 30年的摸索, 开发出了多种畜禽粪便微生物发酵无害化处理技术工 艺 1,按照发酵设施和工艺分 6类。 4.1.丨平地堆垄发酵法一般在发酵棚内,将混配好的 发酵料堆成宽 2 m、 高 1.5
17、m的长垄状, 10天左右翻堆 次 ,45-60天腐熟。平地堆垄的特点是投资少,成本 低 ,随时随地可以实施 ;缺点是占地面积大,劳动强度 大, 发酵周期长。 4.1.2发酵槽发酵法发酵槽为水泥、砖砌造,一般每槽 内空深 510 m、 宽 6 m、 高 2 m,若干个发酵槽排列组 合,置于封闭或半封闭的发酵棚内。使用铲车等工具 定期翻堆,每 3天左右翻堆一次 ,25 30天腐熟。发酵 槽发酵较堆垄发酵劳动强度低,投资也不大,周期有所 缩短 ,应用比较普遍,但周期还是偏长。 4.1.3密封仓发酵法密封仓由水泥、砖砌造或者用预 制板拼装而成。仓顶设有可以开启的密封盖,仓底有 通气管。仓内有喷酒管、抽
18、气管、排水管等。一般粪便 物料经 1215天发酵即可腐熟。密封仓发酵周 期短、 效率髙、发酵彻底 ,但投资过大。 4.1.4发酵塔发酵法发酵塔为塔形发酵密封厢,用钢 材制作。发酵塔内部一般分 7层,中间用活动翻版隔 离,上下通风透气,体积可大可小。每层放置一天的粪 便物料 ,最上层放置当天物料,每天翻版翻动一次,将 上层物料掉落至下一层,依次下落,最下一层落地包 装,一般 5-9天腐熟。发酵塔发酵效率最高,占地面积 小,发酵彻底,但投资过大 ,而且塔内翻版等容易损坏。 4.1.5机械翻堆发酵法在发酵棚内,修建间隔 414m 宽、 1 1.8 m高、长度不限的水泥墙,墙顶安装铁轨, 2 个轨道间
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