兵团规模化养殖场粪污处理与资源化利用技术路径分析*

（新疆农垦科学院畜牧兽医研究所，新疆 石河子 832000）

畜禽养殖废弃物处理和资源化利用，关系到绿色发展新理念和美丽中国建设，关系到乡村振兴战略和农村居民生产生活环境，关系到农业供给侧结构性改革，关系到不断改善土壤地力、治理好农业面源污染等一系列重要问题，党中央、国务院一直高度重视。近年来，兵团通过大力倡导推进畜禽标准化规模养殖，按照“畜禽良种化、养殖设施化、生产规范化、防疫制度化、粪污无害化、监管常态化”的要求，全面推进畜禽标准化规模养殖基地建设，使兵团畜牧业规模养殖总体水平、畜禽粪污综合利用率和规模养殖场粪污处理设施装备配套率得到大幅提升。并通过科学划定畜禽养殖禁养区，加快了畜禽养殖污染治理进程，促进了兵团畜禽养殖业持续健康发展。目前兵团牲畜年末存栏764万头只，现有畜禽规模养殖场（含小区）5 470个，理论上年产生干粪520万t，产生尿360万t，但畜禽粪污综合利用率仍只有60%[1]。大型养殖场粪污量大，不但严重影响到了周边环境，也使人畜共患病频发，畜产品质量安全隐患重重。特别是近年来随着《畜禽规模养殖污染防治条例》（2014）、《环境保护法》（2015）及《环境保护税法》（2016）等的颁布，对养殖企业粪污处理的要求和标准逐步升级，粪污处理已经成为养殖企业的刚性需求，成为制约养殖业持续发展的瓶颈。在上述背景下，通过对兵团畜禽养殖粪污处理与资源化利用现状的调研，对兵团目前畜禽粪污资源化利用的方式进行归纳总结，对国内目前广泛应用和主推的技术模式进行分析筛选，提出兵团规模化养殖场畜禽粪污处理与资源化利用的技术路径，希望对养殖企业及管理部门在牧场建设与粪污清运、减量排放与循环利用、粪污处理及资源化利用等方面能有所启发和帮助。

1 做好畜禽粪污资源化利用的现实意义分析

1.1 加快农业供给侧结构性改革的重要支撑

发达国家畜牧业GDP一般占农业GDP的50%以上，我国目前仅为29%，新疆兵团更是只有16%。兵团当前正处在加快农业供给侧结构性改革与团场改革的关键时期，迫切需要优化农业产业结构，尤其是种养结构。但随着近年来国家一系列环保政策法规的出台，使原本举步维艰的养殖业的发展受到了较大的冲击。只有做好畜禽粪污处理与利用工作，才能促进畜牧业增产增量和提质增效，促进种养结合，加快一二三产业融合，优化农业产业结构，转变农业生产方式，推动农业提质增效，增强农业可持续发展能力。

1.2 化解农业发展资源环境压力的重要途径

目前兵团牲畜年末存栏764万头（只），其中牛47.6万头、羊562万只、猪150万头、家禽1 331万羽。兵团现有5 470个畜禽规模养殖场（含小区），理论上年产生干粪520万t，产生尿360万t，折合氮3.3万t、磷0.57万t，但畜禽粪污综合利用率只有60%，导致了严重的农业面源污染。畜禽养殖废弃物具有强烈的两面性，如果利用不好，就是严重的环境污染源；如果利用得当，就是宝贵的自然资源。做好畜禽粪污处理与利用工作，既可以促进农业全产业链清洁生产，也可以实现废弃物的资源化，促进有机肥对化肥的有效替代，真正做到“变污为净”“变废为宝”和绿色生产。

1.3 确保畜产品质量安全的重要手段

近年来，兵团大力推进畜禽标准化规模养殖，强化龙头企业带动作用，着重提升社会化、专业化服务保障能力，不断加快现代畜牧业发展步伐，主要畜产品综合生产能力稳步提高，目前兵团全年肉、蛋和牛奶总产量分别达到37.72万t、7.62万t和59.07万t，但是动物疫病、兽药残留以及加工过程中的二次污染问题，仍然是畜产品质量安全的巨大隐患。做好畜禽粪污处理与利用工作，减轻养殖环保压力，能够有效控制或消灭畜禽废弃物中的病原微生物，净化传染源，减少疫病传播机会，减少兽药用量，从而保障畜产品质量安全。

1.4 推动向南发展战略的重要抓手

特色林果业是南疆地区的优势产业和支柱产业，目前水果和坚果种植面积已达到106.67万hm2，总产达到800万t。但近年来果品质量逐年下降，价格持续跌落，严重影响了果农的收入和产业的发展。其主要原因之一就是土壤中有机质极度缺乏，我国无公害果园生产技术规程要求果园土壤有机质含量在1.5%以上，最好达到5%～8%，而据新疆农垦科学院水肥所测定其各试验地的有机质平均不到1%，许多地块有机质只有0.24%～0.60%。可以通过促进畜禽粪污肥料化的应用，并研发特色林果业的专用有机肥，推动南疆地区林果业提质增效，提高种养效益，助力脱贫攻坚行动。

2 兵团畜禽粪污资源化利用技术路径分析

畜禽粪污处理与粪污资源化利用是一项系统工程，其总体策略是源头减量、过程控制和末端利用。资源化利用的主要方向是肥料化、基质化、能源化和饲料化，但目前畜禽粪污资源化利用的最主要的方向还是肥料化。

2.1 养殖场选址规划、生产工艺与设备选择的技术路径分析

基于畜禽粪污处理与资源化利用的牧场选址规划的技术路径：在规模化养殖场选址之初，要从统筹经济学的角度出发，不但要考虑养殖场周围草料及用水供应能力如何？产品是否能够及时得到加工和销售？还要考虑养殖场的粪污能否被周边农田完全吸纳？在场区布局时，要根据实际的地形、地势及风向，在规划好管理区、草料区及养殖区的同时，还应在养殖场的一角或者一面的地势低洼处预留粪污处理区，粪污处理区的面积要根据养殖量及粪污处理方式进行合理估算[2]。

畜禽粪污收集清理技术路径：圈舍设计时，要根据所养的畜种的不同，选择先进、合理和实用的粪污清理储运工艺，并与圈舍进行一体化设计。牛场圈舍建议采用电动刮粪板清粪，该工艺比铲车清粪节省人力和能耗，减少牛只应激。奶牛场舍内粪污通过干固液分离后含水量在65%～70%，经65～70℃最少1 h的高温杀菌，可以循环用于牛床垫料。新疆寒冷地区成母牛运动场以30～40 m2/头比较适宜，运动场过小，加上粪污清理不及时，会严重影响奶牛养殖。运动场最好建成鱼脊形，四周还要修建污水沟，以利于雨天及冰雪消融季节污水向四周流淌。猪场建议采用“V”型斜坡刮板自动干清粪工艺，该工艺使猪粪从漏粪地板落到下方“V”型地面的斜坡上，通过刮粪板清理出去，尿液及饮用洒落的污水从沟底流出，实现粪与尿的自流式分离。该工艺已在内地部分地区开始推广应用，与目前新疆绝大多数养殖场所采用的水泡粪工艺相比大幅度减少了用水量和排污量。另外，养殖区圈舍的大门、道路等要便于机械化粪污收集清运车辆的进入和通行。

养殖场节水的技术路径：养殖场的用水主要分为饮用水、冲洗用水及降温用水。猪场可以通过改无限量用水为控制用水，改鸭嘴式为节水式饮水器，并根据猪只的饲养阶段不同，设置合理的水压和流速。猪场定期对栏舍进行冲洗时，应采用汽水混合式冲洗或高压式冲洗。奶牛场应大力推广自动恒温饮水系统，饮水系统最好安装在牛舍卧床之间的通道处，避免水管冻裂跑水。奶牛场每班次挤奶完毕后地面和墙壁的冲洗用水，可以充分回收利用挤奶管道和奶罐清洗消毒的废水。养殖场应使用自动控制系统调控降温设备，选择合适的喷雾、喷淋雾滴大小，提升蒸发效率；对喷雾、喷淋管线及喷嘴和湿帘进行定期监测和维护，及时更换老化磨损零件，保证降温效率。

2.2 通过营养调控进行源头减量的技术路径分析

通过营养调控进行源头减量主要包括氮磷减量、重金属减量及抗生素减量。

氮减量的技术路径：畜禽对饲料蛋白质的需要实质是对氨基酸的需要，特别是体内不能合成的氨基酸的需要，氨基酸营养存在“木桶效应”。可以通过精准评价饲料原料中氨基酸的真消化率，合理划分饲养阶段，实施精准化饲养，降低日粮蛋白水平，减少粪尿中氮的排泄量。反刍动物可以通过利用瘤胃保护性氨基酸平衡日粮，进一步降低蛋白质水平，减少粪尿中氮的排泄量。

磷减量的技术路径：饲料中50%～85%的磷以植酸盐的形式存在，无法被动物吸收的植酸磷则随粪便排出体外，造成环境污染。通过合理确定畜禽磷的需要量和前期外援植酸酶，并根据饲料配方中实际植酸磷的含量，确定植酸酶的添加量和无机磷的添加量，提高畜禽对植酸磷的利用率，实现磷减量的目的。

重金属减量的技术路径：与饲料有关的重金属主要来源于饲料中添加的微量元素，通常将饲料原料中含有的微量元素本底作为裕量，特别是在养猪生产中添加高水平的铜、锌等作为促生长、防腹泻等功能性添加剂，这些都增加了重金属的排放。生产中可以根据家畜对铜、锌的需求合理配合饲料，设置营养上线，避免过量添加，还可以通过应用有机微量元素产品减少无机微量元素添加量，提高生物利用率，减少重金属的排放量。

抗生素减量技术路径：生产中可以通过提高畜禽环境舒适度及生物安全体系，减少疫病发生，通过强化安全合理用药原则，严格遵守农业部发布的禁用和限用兽药，使用替代兽用抗生素的益生菌微生态制剂、微生物发酵饲料、抗菌肽、饲料酸化剂、寡聚糖、植物提取物和中草药等手段，达到抗生素减量的目的[3]。

2.3 畜禽粪污集中处理的技术路径

不同畜禽品种粪污处理的技术路径：畜禽品种及其养殖工艺的不同，导致收集到的粪污的含水率也不同，生猪及奶牛粪污的含水率一般较大，绵羊、肉牛及家禽粪污的含水率较低。目前兵团畜禽养殖过程中，生猪和奶牛粪污处理的难度较大，这不单是因为其规模化程度高，还因为其粪污含水率较大。影响粪污处理生产效率的关键因素是粪便含水率，生猪及奶牛原始粪污中的含水率相对于厌氧发酵工艺来说较低，相对于好氧堆肥又太高，直接处理难度大，必须经过固液分离，便于针对不同的形态采取不同的处理方式，使固体粪渣含水率降低到50%～70%，便于储运和堆肥发酵；液体部分进行氧化塘储存处理或者进行沼气发酵。绵羊、肉牛及家禽粪污的含水率相对适中，经适当提高调整后，可以直接进行堆肥发酵。

固液分离设备选择的技术路径：目前我国利用固液分离机对养殖场粪便进行前处理已成一种共识，且技术相对成熟。固液分离机的类型和厂家较多，设备类型主要有：斜板筛分离机、振动筛分离机、卧式螺旋分离机、带式压滤机、板框压滤机和螺旋挤压机等。但从养殖场实际使用情况来看，螺旋挤压机和卧式螺旋分离机的效果较好。固液分离设备型号大小的选择，应根据粪便处理量、粪便干物质浓度、粪便种类等来选择，并需要配套建设积粪池和粪水池。通过积粪池收集圈舍粪污，调节水量，保证固液分离的连续进行。通过粪水池收纳固液分离后的液体部分，沉淀的上清液处理后可作为粪沟的冲洗水进行循环利用。新疆地区的固液分离系统，包括固液分离机、积粪池和粪水池等，一定要建在有暖气的室内，确保设施冬季正常工作。

氧化塘建造应用技术路径：养殖场经固液分离后的粪水，一般有2个去向，一是进入沼气工程进行厌氧发酵，二是进入氧化塘，这也是缓解养殖场粪污产生的连续性与种植业和林果业有机肥应用的季节性之间矛盾的一种方法。氧化塘也称为稳定塘，其优点是处理费用低廉，运行管理方便，按照占优势的微生物种属和相应的生化反应的不同，可分为好氧塘、兼性塘、曝气塘和厌氧塘等4种类型，不管是那种类型的氧化塘其粪水必须进行前期无害化处理，达到排放标准或者农灌标准后才能在施肥季节进行农田利用。氧化塘应严格按照《畜禽养殖污水贮存设施设计要求》（GB/T26624-2011）进行设计，并建议使用高密度聚乙烯膜（HDPE膜）材料建造氧化塘，与混凝土结构比较具有施工简便、速度快、成本低和寿命长的优点。

堆肥发酵方式及工艺的选择：堆肥发酵是一种利用微生物分解作用，稳定农业固体废弃物中的有机废物和腐殖质的过程。根据微生物生长环境的不同，堆肥发酵可以分为好氧堆肥发酵和厌氧堆肥发酵，但是由于厌氧堆肥微生物对有机物的分解速度缓慢，处理效率低，容易产生恶臭，工艺条件也相对难以控制，因此，目前多用好氧堆肥发酵技术。好氧堆肥发酵可以自然缓慢进行，但在最佳条件下通常能加快堆肥速度，目前生产中畜禽粪便好氧堆肥发酵均进行最佳条件优化，以提高发酵效率和质量。目前按照好氧堆肥发酵的工艺可以分为翻堆条垛式堆肥发酵、通风静态垛堆肥发酵槽（池）式堆肥发酵和筒仓式堆肥发酵等。其中槽式机械抛翻堆肥发酵和仓式静态曝气堆肥发酵工艺结合太阳能堆肥车间具有极好的升温和保温效果及调控功能，堆肥发酵将不受大风及雨雪等恶劣气候条件的影响，适合新疆寒冷地区应用。

沼气工程应用的技术路径：沼气工程（厌氧生物处理工艺）与氧化塘曝气（好氧生物处理工艺）相比，能直接处理高浓度有机废水，有机负荷高，污泥产量低，耗能低，运行成本低，且出水中有机物浓度高，氮和磷等肥效高，所以说通过沼气厌氧发酵是目前养殖场粪水处理和资源化利用最有效的方法。沼气发酵是一个生物学过程，温度是制约北方寒区沼气生产的主要因素[4]。长期以来新疆地区从内地大量移植了塔罐式沼气处理工艺，但由于地面塔罐式沼气处理工艺池体保温增温能力有限，加上专业化运营管护不当，在本地区表现为严重的水土不服。为了解决冬季沼气池的增温问题，新疆地区要尽量缩短从圈舍到沼气池的距离，冬季粪水应从冻土层以下的地下管道进入沼气池，防止输送过程中粪水降温。大中型沼气池在建造过程中可通过配套建设和利用太阳能、燃煤和沼气加热增温。为了预防沼气池的冻裂和增强保温效果，建议新疆地区沼气池最好建在地下恒温层，沼气池池体的内胆用有弹韧性的高分子膜结构材料制作，中间主体层用钢筋混土制作，外围包裹苯板保温材料。根据兵团各师所处的地理位置、冬季昼夜平均温度及极限温度来看，第一师、第三师、第十四师为沼气建设的适宜区，第十二师、第二师、第四师、第五师、第六师、第七师、第八师、第九师、第十三师为次适宜区，只有第十师为不适宜区[5]。也就是说除第十师不适合以外，兵团其他师均可利用沼气技术进行粪污处理和资源化利用。

2.4 畜禽粪污资源化利用技术路径

全国畜牧总站组织征集畜禽粪污资源化利用典型技术模式，最终总结提炼出种养结合、清洁回用及达标排放3个方面9种畜禽粪污资源化利用主推技术模式[5]。其中，种养结合包括了粪污全量还田模式、粪便堆肥利用模式、粪水肥料化利用模式和粪污能源化利用模式；清洁回用包括了粪便基质化利用模式、粪便垫料化利用模式、粪便饲料化利用模式和粪便燃料化利用模式；达标排放主要是指粪水达标排放模式。上述粪污资源化利用模式的技术路径在上文中基本都进行了总结。其中，粪水达标排放模式是在耕地畜禽承载能力有限的区域，粪水通过处理出水水质达到国家排放标准和总量控制要求，固体粪便通过处理生产有机肥的方式。畜禽粪水不同于工业污染物，它是一种放错地方的资源，待转化利用的资源，不建议采取工业废水净化达标后排放工艺，不但工艺复杂，而且成本较高，一般在3～10元/m3之间，养殖场属于低回报行业，难以承受。

堆肥、沤肥、沼肥、肥水等还田资源化利用应依据《畜禽养殖粪污土地承载力测算技术指南》合理确定配套农田面积，并按《畜禽粪便还田技术规范》（GB/T 25246）、《沼肥施用技术规范》（NY/T 2065）执行。

2.5 不同类型的养殖场推进粪污资源化利用的路径

各级职能部门在畜禽粪污资源化利用的监督和管理过程中，应该以规模化猪场和奶牛场为重点和抓手，同时应根据各畜禽养殖场具体情况，有针对性的进行监管。对于新建养殖场，可以通过利用环境影响评价和“三同时”制度，严格准入条件，保证新建养殖场基本达到“零排放”，严格控制新疆养殖场的污染漫延。对于现有养殖场，可以通过落实好“以奖促治、以奖代补”政策措施，进行综合治理，提高粪污资源化利用率，有效降低现有养殖场的污染问题。对于小型养殖专业户，可以通过充分利用农村环境连片整治条件，促进产业升级，与种养结合，完善污染治理设施与设备，全面促进团场养殖环境质量提升。

总之，畜禽粪污处理与资源化利用应遵循“减量化、无害化、生态化、廉价化、产业化”的原则。养殖业的基本属性是经济产业，选择何种技术路径与工艺流程，必须从本地区的环保要求出发，并根据养殖场的畜种类型、地理位置、气候特点、养殖工艺等实际情况，进行科学选择和设计。养殖场粪污处理和资源化利用技术包含了粪污的收集储运、减量排放、处理利用等多个工艺技术，新建养殖场应从建场前就进行一体化设计，确保工艺配套合理。规模化养殖场可以借助第三方专业化粪污处理公司的技术力量和资金实力，建造粪污处理与资源化利用设施，打包运行管理，解决养殖场的环保难题，并逐步构建产业化发展、市场化经营、科学化管理和社会化服务的畜禽粪污资源利用新格局。畜禽粪污处理与资源化利用看似是养殖场的问题或者说是一个畜牧问题，实际上是一个农业问题，更是一个环境问题，所以各职能部门应通力合作，出实招、干实事、求实效，力推兵团粪污处理与资源化利用工作更上一个新台阶。