董部根:养殖业环保现状与治理思路

2015-07-24 11:02:01   养猪信息网 浏览量:109

  一、我国养殖业情况介绍

  改革开放以来,我国养殖业得到了快速的发展,从1978年—1984年解决吃肉难,1985年—1996年解决菜篮子,1997年—2006年产品结构优化,直到2007年以来的向现代畜牧业发展转型,已经经历了四个发展阶段。

  2014年,我国人均肉类占有量达到世界平均水平,蛋类占有量达到世界发达国家水平,只有牛奶占有量仍然不足世界平均水平的1/4。畜牧业总产值达到3.5万亿元,肉类总产量8707万吨,禽蛋总产量2894万吨,牛奶总产量3725万吨,我国畜牧业占农业总产值的比重已经超过30%,成为农业支持产业。

  今后养殖业的发展将遵循总量控制,稳中求进,加速规模化发展进程。调节养殖产业结构,适度加快发展草食动物。坚持市场调节,继续发展肉、蛋、奶深加工产业。养殖业的发展将从原来的总量发展型向规模化集约型发展,大量中小型养殖企业(户)将被市场淘汰,养殖企业必须在规模化、产业化、提高科技创新能力、提升单位生产力上求得发展机会。

  二、养殖业的污染情况分析

  我国养殖业总产量至2014年底已经达到14亿头/年(猪当量),如此庞大的养殖规模,同时衍生了巨大的环境污染。据统计,我国去年养殖业排放污水总量为150亿吨,排放粪便25亿吨,病死动物7000万头(按猪当量计)。其污水排放量相当于我国工农业和居民生活污水排放总量的1/4,排放的粪便是我国城镇居民生活垃圾排放量的10倍。

  据农业部统计,我国2012年养殖业排放的化学需氧量(COD)1722.6万吨,排放总磷(TP)35.18万吨,排放总氮(TN)37.01万吨,分别占到我国工农业总排放量的70%,57.2%,67.4%。未经任何处理的养殖污水的COD浓度高达6000—10000mg/L,NH3-N浓度800—1500mg/L,TP浓度80—120mg/L,SS浓度5000mg/L以上。其污染物浓度是城镇居民生活污水浓度的50—100倍。由此可见其危害之大,处理难度之大。

  以一个年出栏10万头猪场为例,每小时向大气排放15亿个细菌,159kgNH3 ,14.5kgH2S,25.9kg饲料粉尘,这些物质对大气污染半径可达4.5—5km,距猪场不同方向的3.5km范围内,NH3的含量都超过0.2mg/L的卫生标准。猪场每年排放30万吨污水,若不经任何处理,需要有9000—15000万吨地下水稀解COD,需要有18000—27000万吨地下水稀解NH3-N才能使该地区的地下水不超过Ⅲ类水标准。我国地表水含量平均为38万吨/km2,若猪场污水不经处理,直接排放,一年内即可将周围300—600km2的水体构成污染,3年内即构成了严重污染。

  养殖业废弃物对环境和人类的危害,出乎人们的想象。养殖污水直接排放至河涌,由于COD浓度高达6000mg/L以上,水体的溶解氧会被迅速消耗,当水中COD浓度超过500mg/L时,水中所有水生动物几乎无法生存,水质将急剧恶化,发黑发臭。

  污水中的N与P是富营养化物质,大量排入水体会造成水生植物疯长、破坏生态环境。养殖废气中的氨与硫化氢,人类过量呼吸后会造成呼吸困难和破坏人体造血功能,大量呼吸会造成人体死亡等严重后果。

  养殖业废弃物中携带的病原微生物,会引起动物间的交叉感染,造成大面积禽畜死亡事件,部分禽畜病毒会对人类构成危害,如禽流感病毒,口啼疫病毒等已经给人类造成了一次又一次的灾难。

  我国是一个养殖大国,去年出栏禽畜14亿头(猪当量),每头猪排放污染物当量以13人计,则相当于有180亿另类人与我们共存,若对其废弃物不加处理,其危害程度可想而知。

  三、养殖业环保治理与现状

  由于我国养殖业规模化程度低,点多面广、总量巨大,养殖业废弃物治理困难等特点,造成我国养殖业废弃物环保治理工作严重滞后,环境污染形势十分严峻。

  改革开放以来,随着养殖业从农户散养向规模化,集约化发展速度不断加速,我国养殖业环保问题也越来越受到各级地方政府以及党和国家的高度重视,尤其是近几年来,随着我国环境问题的日益严峻,养殖业污染的问题日益严重,养殖业环保综合治理工作已被各级政府当做农业面源污染的重点项目来抓。国务院,环保部,农业部也相继出台新措施、新规范、新标准、新法规,重拳出击,联合整治。

  国家和地方政府在加大监管力度的同时,也为养殖业环保综合治理提供了多项专项扶持基金和优惠政策。但是,尽管如此,养殖业废弃物治理工作的现状不容乐观,据权威统计,目前我国规模化养殖企业环保设施建设的比例仍然低于30%。而已建设施能够达标治理的还不到20%,已建设施长年有效运营管理的更是低于10% 。

  尤为严重的是随着规模化程度的日益提高,养殖业粪便与病死动物的处理问题更加严峻。特别是养殖业嗅味尾气和饲料粉尘的处理,至今几乎还是空白。

  我们注意到大量的养殖业废弃物直接外排,对周围环境构成了无法挽回的危害;大量的病死动物流入黑市,进入餐饮食品加工业,大量的粪便堆积如山,蚊蝇咀虫满天飞爬,臭味熏天。许多养殖密集地区空气恶臭,污水横流。人们呼吸不到新鲜的空气,找不到干净的水源。

  四、养殖业环保治理技术介绍

  养殖业环保问题已经到了非解决不可的地步,若现在还不加大力度整治,若干年后,养殖业的污染将直接危害我们人类的生存。

  解决养殖业环保问题。需首先了解养殖业废弃物的污染因子,并在此基础上寻求治理的方法与措施。以环保现有的技术条件,没有解决不了的环保问题,但关键是三条:一是选择正确的处理工艺,二是有效的投入与建设,三是专业的运营与管理。需要提出的是,以目前的技术条件,虽然可以确保废弃物有效治理,但其建设成本和运营成本都是大多数养殖企业难以承受的。

  养殖业废弃物包括污水、粪便、病死动物、粉尘、尾气等等。其主要污染因子为:COD、BOD5、NH3-N、TP、SS、H2S、NH3 、PH、粉尘、阴、阳离子(重金属)、微生物、抗生素、畜药残留等。这里我们按照废弃物分类来分析其治理要领与技术。

  1、养殖污水

  养殖业污水来源,主要有畜禽尿液、冲洗水、饮水残留,滴水、雨水、饲养员生活污水等。污水中含有的主要污染因子为COD、BOD5、NH3-N、TP、SS、病原微生物。污水中还携带残留饲料和粪渣,以及畜药残留物、溶解性可挥发嗅味气体等。

  环保部门重点关注,或者对环境构成污染的主要污染因子为:COD、BOD5、NH3-N、TP、SS、病原微生物。这些污染因子的治理技术,其实已经十分成熟:

  (1)COD (BOD5)的处理,可通过厌氧、好氧组合生化工艺来消化分解。

  (2) NH3-N的处理可分为三个步骤:氨化反应(厌氧)、硝化反应(好氧)、反硝化反应(缺氧)来处理,也可以通过化学反应合成或分解来去除,如MAP回收工艺(磷酸铵镁盐回收)。

  (3)TP的处理,在厌氧条件下有机物释放磷,在好氧条件下污泥可以吸收磷,通过沉淀污泥可以去除磷,也可以通过化学方法来去除。

  (4)悬浮物(SS)通过沉淀过滤的方法可以有效去除。

  (5)病原微生物可通过投加强氧化剂,如:O3、ClO2、漂白粉等有效杀灭。

  完整的养殖污水处理工艺流程可以表述为:厌氧——缺氧——好氧——沉淀——消毒。实际上,以上是养殖污水处理的工艺中投入最省、运营成本最低的工艺。但是能否熟练与有效运用上述工艺来解决养殖业污水的达标治理,的确是困扰大多数环保工作者的难题。其工艺参数的选择,和工艺条件的设置是十分困难的,尤其是工艺单元处理效果的不确定性和季节性变化,都让大多数设计人员无所适从。正因如此,许多环保科技工作者将目标转向其他工艺技术上,企图通过更先进的工艺来解决这些问题。将膜技术、强氧化技术、电解技术等用于养殖污水处理工艺中。这样做虽然效果得到了立竿见影的提高,但投入成本,运营成本直线上升,让养殖企业无法承受。

  膜技术用于垃圾渗滤液处理上,已经在国内外普遍推行,每吨垃圾渗滤液用膜处理工艺的投资成本一般在8—10万元/吨水,而运营成本最低也超过30元/吨水。用强氧化剂臭氧(O3)氧化分解,理论上每克COD需3克O3,每克NH3—N需2.2克O3(实际上常态下O3对NH3—N去除效果很差),而O3的生产一般采用高压放电的方式,以目前的O3发生技术每克O3的发生成本均在0.02元以上。污水中COD以千为单位,NH3—N以百为单位,其分解成本需要几十元至上百元,实非养殖企业能承受。电解工艺用在高浓度污水处理上,目前尚处在实验室研发和工业实验阶段,还没有长期有效运营的市售装置。而且电解工艺,从能量守恒,电化学原理来分析,虽然会有很强的处理能力,但其处理成本也是非常高的。

  养殖企业是一个污水产生量大,尤其是水泡粪、水冲粪的清粪方式,即使是干清粪(从环保和节水的角度讲,我们推荐干清粪模式,这也是国家鼓励推广的模式),以每头猪计算,从幼猪到出栏成猪,污水产生量为5—6吨/头,如果污水的处理成本超过30元/吨,则养殖企业将发生经营亏损而无法生存。

  因此,开发并应用投资省,运营成本低的环保工艺是养殖业环保治理工作的重要攻关课题,而养殖企业应在节约用水、减少排污、雨污分离、固液分离、资源利用上努力挖潜。

  2、粪便处理

  养殖业粪便历来是农家最好的农作物肥料,但是随着规模化程度的提升和专业化分工的日益明显,一方面养殖场自身与周围没有可供足够消纳的农田或林地;另一方面养殖企业已不再从事农业生产活动,自身没有可供足够消纳的农田与林地。这样养殖场产生的粪便就必须寻求新的出路。目前大部分企业的做法是靠周边农民外运消化,少数有条件的可以与有机肥企业或农场签订消化合约。

  需要强调的是我们有个误区,以为有人外运处理就是解决了粪便处理问题,而事实上并非如此。这里有两个关键问题需要明确与解决,一是鲜粪外运问题,鲜粪运输必然产生跑冒漏等外泄现象,因为鲜粪的含水率高达80%,有严重的恶臭气味,并且还携带大量病原微生物,这会对环境和人类构成严重污染与威胁,除非采用专用的环保运输车,这是很难做到的。二是鲜粪返田,同样会给环境和人类带来严重污染和威胁,并且肥效不高。

  其实早在公元前人们就已经认识到这个问题,已经开始先沤肥后还田了。因而粪便的处理包含两方面的内容,一是离场时必须完成无害化的处理,即除臭,灭菌,脱水;二是先堆肥再还田。

  粪便无害化处理与粗堆肥,其方法很简单,主要有厌氧沤肥,好氧堆肥,厌氧—好氧堆肥三种方法。但堆肥工艺与技术的选择,特别是堆肥设施的建设方式直接影响到堆肥效果与堆肥成本。这是养殖企业必须要考虑的。

  3、病死动物处理。

  病死动物处理经历了四个阶段:(1)人与动物食用;(2)丢弃与填埋;(3)焚烧;(4)生物处理。第一种方法已被严格禁止;第二种方法既污染环境又浪费土地;第三种方法产生二次污染,浪费能源;第四种方法为现阶段国家重点扶持与推广的方法。

  生物处理方法可分为两条路径:一是生物路径,通过生物分解、发酵的方法来化解病死动物,使之变成可以被农作物使用的有机肥原料,病死动物在高温下灭菌后,破碎成微小颗粒状,加入发酵菌种和干物质辅料发酵变成粗堆肥。二是生物化学路径,病死动物在高温下灭菌破碎后,进行生物化学分解使之变成油脂与氨基酸等化学物质,残渣同样可堆肥。

  4、恶臭气体处理,通过生物氧化分解或强氧化剂氧化分解,或者生物化学吸附分解即可以有效去除。

  5、饲料粉尘通过除尘装置(除尘器)或者通过湿法吸附沉淀等方式可以有效去除。

  五、养殖业环保治理的发展趋势

  我国是养殖大国,而且又是人口众多,人均耕地占有量很低的国家,既要大力发展养殖业以提高人们的生活质量水平,又要不断加强环境保护力度,确保生态平衡,因而在养殖污染得以有效治理与控制的前提下发展养殖业是我国养殖业环保的基本国策。

  就全局而言,大气治理和“水十条”条例,都将成为今后环保工作的大手笔与大举措,而对于养殖业环保近两年国家与地方出台的法律、法规、标准、条例,层出不穷。首先,国务院出台了养殖业废弃物面源污染治理条例和“十二五”、“十三五”以及中长期养殖业废弃物治理实施细则与纲要。环保部,农业部出台了新的养殖业污染治理标准。各级政府,尤其是市、县两级政府也相应的建立了养殖业面源污染治理与节能减排问责制度,出台了地方治理规划,将养殖业面源污染治理作为各级政府一把手的重点工作来抓。

  国家与地方政府出台的相关政策、法令、法规、规范、标准、条例、制度、实施计划,都对养殖业环保问题提出了以下要求:

  1、养殖业废弃物必须得到有效治理与消纳,不能对环境构成二次污染。

  2、养殖业必须走循环经济的道路,实现生态养殖,废弃物资源再生利用。

  这就为养殖业环保治理既明确了标准,又明确了方向。养殖业环保治理在我国已经有几十年的发展历程,有了规模化,集约化养殖,就有了养殖业的环保问题,养殖业环保治理工作之所以至今不能形成系统、规范、有效的治理思路与措施,除了与养殖产业本身性质,养殖业环保治理难度大有关系外,认识不够、政府不重视、治理思路不正确是问题的关键。

  环保工作者都知道,养殖业污水是高COD,高NH3-N,高TP,高SS的污水,将其以环保治理的方法做到旧的禽畜排放标准,已经十分困难,其投入与运营成本已经让大多数中小规模的养殖企业无法承受,何况要做到新标准,城镇生活污水排放标准,农田灌溉标准,回用标准,甚至是零排放标准,这无疑是天方夜谭的事情。

  规模化养殖企业也早已经认识到,养殖业粪便如果靠周边农民,农场去消纳,或者靠自身场内消纳,也是无法保障的事情,而且规模越大,处理难度越大。

  那么我国养殖业环保治理将向何处发展?以何种方式来解决呢?我们曾经想象用纯环保手段来解决问题,其难度可想而知。我们试图参考欧美模式,但大部分地区没有足够可供消纳的农田。我们奢望参照日本模式,但国家依然处于发展阶段政府财力支持力度有限。

  养殖业废弃物其实是一个资源宝藏,变废为宝、资源利用既可以彻底解决养殖业环保问题,实现循环经济、生态养殖的目标,又可以通过资源利用消化养殖业在环保方面的投入。使养殖企业有能力实现环保综治,可持续发展。

  我们认为养殖业废弃物综合治理与资源化应用的途径,可以从以下几方面来开发应用和计划实施。

  1、沼气资源开发与利用

  养殖污水与粪便中含有很高浓度的有机物(COD),这些有机物,实际上是有机碳,通过厌氧发酵实现水解,酸化,产氢,产甲烷的反应过程,既可以将90%以上的有机物得以降解去除。同时,还可以产生大量的沼气资源。理论上1kgCOD可产生0.6m3沼气,1m3沼气可以发2.2度电,这是一个十分可观的可利用资源,一个规模化养殖企业,其污水与粪便产生的沼气所生产的电力非但可以确保养殖企业自用,还有富余,可以并网使用。

  目前,由于受厌氧发酵技术和沼气发电技术的限制,沼气资源的利用率,在国内仍然不到15%,大部分建有沼气设施的养殖企业,其利用率也只有30%。厌氧发酵产生沼气的设施,受停留时间、温度、厌氧反应池(器)的建设方式等影响很大,覆膜沼气池其利用率只有20—30%,UASB IC反应器只有50—60%利用率。而沼气脱硫,脱水,发电技术在目前仍然只能将40—60%左右的沼气资源转化为电力。开发高效的厌氧反应器和沼气脱硫,脱水,发电机设施是今后技术进步的重点内容。

  2、养殖污水处理技术进步与资源开发应用

  养殖业污水主要来源于冲洗水与动物排泄物,既可以通过厌氧发酵产生沼气资源利用,还可以将污水中的高NH3-N,高TP资源利用起来,提取生产磷酸铵镁缓释复合肥料和液体有机肥料,其提取的方法有两种;(1)通过氨氮源头控制,将冲洗水与尿液分离后,经厌氧发酵,再浓缩,分离出含较高浓度的NH3-N,TP的浓缩液,一般可产生4%的液体有机肥。(2)通过MAP技术,直接回收污水中的NH3-N与TP。然后再生产成磷酸铵镁肥。

  养殖污水通过以上三种资源处理工艺,一方面大幅度降低了污水中的COD,NH3-N,TP。另一方面,大幅度降低了养殖污水的处理难度。从而使污水处理的建设成本和运营成本也同时得到了较大幅度的降低。

  随着环保治理要求的日益严格,养殖污水要接照新国标,灌溉标,回用标和零排放标准来执行,其达标治理的难度非常巨大。环保工作者在优化生化工艺和开发电解、氨氧化、膜技术、强氧化剂(O3)氧化等深度处理工艺的科研工作上,已经取得了巨大的突破性成就。但实际应用还有待社会实践的进一步证实。我们建议,不论何种技术,必须与养殖业实际相结合,要综合考虑养殖业的投入与运营成本支出能力。因此我们认为,养殖企业污水处理首先应通过资源应用,减少污染物浓度,其次应优先考虑投资省、运营成本低的生化工艺,并使之实现良好效果。再次才能考虑深度处理。深度处理只能作为补充工艺来选择。

  3、病死动物与粪便无害化处理

  开发适合各种规模企业的无害化处理设施及发酵菌种技术,除臭技术,以及氨回收技术,是今后科技工作的重点。

  六、解决养殖业环保问题的最终出路

  我国养殖业作为农业支柱产业,作为国民肉蛋奶需求的源泉,在相当长的一个时期内都必将是国家需要重点扶持的产业。但其环保问题的严峻形势,也要求我们必须实现环保综治,否则养殖业将无以为继,甚至我国居民的生存环境都将受到彻底破坏。实践与经验证明,我们应该从以下措施与方法来解决养殖业环保问题。

  1、全民高度重视,坚持严格的环保政策,并持之以恒。养殖业综合治理工作的方针、政策、措施,必须得到进一步强化,使之成为常态化工作。

  2、进一步加速提升养殖企业规模,只有养殖企业规模上去了,养殖企业才有从事环保治理的能力和实力。

  3、对土地资源丰富地区,养殖企业和地方政府应该加大规范力度,努力推行欧美养殖模式,使养殖企业规模与配套的农作物土地相结合起来,使之可以有效地消纳养殖企业所产生的废弃物。并且要加强沼气能源应用。沼液、沼渣还田设施建设,确保有效消纳。

  4、对经济发达地区,地方财力允许的前提下,对养殖企业从事废弃物处理投资和运营管理上给予政府补贴。推行日本模式,既控制养殖企业规模,又大力支持其废弃物处理投入资金,使养殖企业实现良性发展。

  5、养殖企业废弃物综合治理与资源化应用是养殖企业良性发展。走适合我国国情的可持续发展道路的必然趋势。我国养殖企业,大部分集中在人口稠密,经济较为发达,土地资源稀少的南、东、中部地区。这些地区养殖业发展已经形成了产业配套、产业优化、产业组合的过程,是发展我国养殖业的优势区域,必须走环保综合治理与资源化应用的道路。

  6、实现社会分工合作,将环保问题交由第三方专业化的环保公司运作。实现合作共赢的格局,是今后大规模养殖企业经营发展的最优模式。这样一方面,养殖企业可以将全部精力用在自身竞争力优势的养殖业务上,将环保问题交由具有专业技术能力和经营能力的环保公司。专业分工,优势互补,合作发展。另一方面,这种做法也是国家环保政策发展的趋势,环保工作交由第三方运营是我国环保治理工作一项长期的基本国策,也是世界上大多数国家推广的模式。实施专业化分工合作的方式,可以采用三种模式:(1)由养殖企业投资,委托第三方运营管理;(2)双方共同投资,委托环保公司运营管理;(3)环保公司投资并运营管理。

  实际上,养殖业废弃物综合治理与资源化应用过程中,除了电力资源可以在养殖场内自行消化外,粪便与病死动物产生的粗堆肥,MAP工艺回收的磷酸铵镁肥料、液体有机肥料,养殖企业既无消化能力又无经营能力。而且大部分养殖企业的规模还不足以使其粪便无害化处理所产生的粗堆肥可以直接生产高品质有机肥实现规模效益,无法良性运作。而交由专业化环保公司运作时,养殖企业内部只需完成资源回收和无害化处理。专业化运作的环保公司会整合地方养殖企业资源,完善生产经营管理和市场营销能力,真正实现废弃物资源化回收与利用的最终目标。

 
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