青岛地区猪粪便资源测算及沼气生产潜力评价

李培培 王建华 张宝珣 郝小静 衣服德 刘开东

摘要：生猪产业是青岛市畜牧业的支柱产业之一，为掌握其粪便排放量、养分供给量和资源化潜力，本文根据青岛市猪业发展实际情况，估算了2016年该市猪粪便排放量、养分供给量以及沼气生产潜力等。结果表明：2016年青岛地区猪粪便排放量为296. 37万t，粪便氮、磷养分供给量分别为9 121. 04 t和3 626. 95 t可生产沼气量为6 401. 69万m³），相当于减排粪便管理过程中的C0₂34. 07万t;用生产的沼气替代燃煤，则相当于减排C0₂24. 26万t。应结合青岛地区生猪产业特点，集成和研发适合本地区的猪粪便沼气处理技术，加快猪粪便资源化进程。

关键词：猪;粪便;沼气;资源化

中图分类号：S216.4

文献标志码：A

文章编号：1001-0769（2018）10-0038-03

畜牧业的规模化、集约化、现代化发展，在保障畜禽产品供给的同时，也带来了畜禽粪便利用不当导致的潜在环境污染问题，成为农村面源污染的主要来源C0^[1]。畜禽粪便又含有大量有机物及丰富的氮、磷、钾等营养物质，是种植业的宝贵资源。随着国家和民众对生态环境的重视和乡村振兴战略的实施，畜禽粪便无害化处理和资源化利用成为解决畜禽养殖污染的不二之选。畜禽粪便沼气技术是以畜禽粪便厌氧发酵为手段，以能源生产为目标，最终实现沼气、沼液、沼渣综合利用的生态环保技术^[2-3]，是一种有效的资源化利用方式，对能源再生和保护环境意义重大。

生猪产业作为青岛地区畜牧业的支柱产业之一，2016年粪便排放量占青岛市畜禽粪便总排放量的45. 81%，为发展沼气工程提供了丰富的物质条件。本文根据青岛市生猪产业发展情况，估算了青岛各区市猪粪便排放量、氮和磷元素的供给量，分析了猪粪便沼气化开发利用后的能源潜力和对温室气体的减排潜力，以期为指导青岛地区猪粪便能源化、发展都市型高端特色现代畜牧业、探索健康可持续发展的生猪健康养殖模式提供理论依据。

1 材料与方法

青岛市2016年猪存出栏数据见表1，该年度能繁母猪存栏为19. 06万头，生猪出栏294. 86万头;其中平度市能繁母猪存栏、生猪出栏量均最多;崂山区2017年底实现全区禁养。2012年-2016年能繁母猪存栏量基本呈逐年下降趨势;2013年生猪出栏量最多，为382. 57万头。

1.2研究方法

1.2.1猪粪便排放量

有关文献、标准^[4-7]的猪粪便排泄系数存在差异，本文所用排泄系数根据实际调研结果确定，具体见表2。并根据调研结果确定饲养周期，能繁母猪按全年计算，生猪按200 d计算。

畜禽排泄系数，乘以该畜禽养殖数量以及饲养周期，可测算出畜禽粪便排放量。猪年粪便排放量计算公式如下^[8]：

式中：Q为年粪便排放量;P为排泄系数;N为饲养量;T为饲养周期。

1.2.2猪粪便氮、磷供给量

粪便中的有机质、氮、磷含量基本保持稳定，根据国家环保总局阳1推荐数据，得出猪粪便氮、磷养分含量，见表3。

研究表明，我国畜禽粪便养分损失率为30%～40%，一般按损失率30%计算^[10]。猪粪便养分供给量计算公式为：

A=Q×c×（l-r）

式中：A为粪便中污染物含量c为单位质量粪便氮、磷含量;r为猪粪便管理过程中的损失率，30%。

1.2.3沼气生产潜力

畜禽粪便沼气产生量一般依据其干物质含量估算（表2），猪粪便产气率为0.2 m³/kg^[11]。

沼气生产潜力估算公式为：

Y=Q×D×β

式中：Y为猪粪便沼气产量;D为畜禽粪便干物质含量;β为畜禽粪便产气率。

1.2.4温室气体减排潜力

畜禽粪便沼气发酵技术对温室气体减排的影响^[2，11]主要表现在：畜禽粪便经沼气发酵处理，减少了CH₄、N₂0排放;生产的沼气用于生产、生活，减少了CO₂的排放。根据《低碳发展及温室气体清单编制培训教材》^[12]中的方法对该地区猪粪便管理过程中温室气体的排放量进行估算，公式为：

E enteric=EF enteric×AP×10^-3

式中：E enteric为某种温室气体的排放量，t/a;EF enteric为某种气体的排放因子（表4），kg/头a;AP为年度猪平均饲养量。

温室气体排放潜力以C0₂当量（C0₂-eq）计，CH₄和N₂0在100 a时间尺度上的全球增温潜势分别为等质量CO₂的28倍和265倍^[13]。1 m³沼气可以替代2 kg煤炭，相当于减少CO₂排放量3.79 kg^[14]。

2 结果与分析

2.1猪粪便排放量

2016年，青岛市猪粪便排放量为296. 37万t，其中粪125.96万t，尿170. 41万t（表5）。从区域看，平度市猪粪便排放量最高，为94. 71万t，占全市排放量的31. 96%。其次为莱西市，68. 85万t。

2.2猪粪便氮、磷养分供给量

2016年，青岛市猪粪便氮、磷供给量为9 121. 04 t和3 626. 95 t（表5），本年度全市氮、磷化肥施用量分别为4. 86万t和1.23万t（折纯），如果猪粪便能够有效利用，则可以节约化肥氮、磷施用量的18. 77%和29. 49%。

2.3沼气产生量

2016年，青岛地区猪粪便全部沼气化利用，则生产沼气量为6 401. 69万m³，见表6。平度市猪粪便生产沼气量最多，为2 041. 65万m³。其余依次为莱西市、黄岛区、胶州市、即墨市、城阳区、崂山区。按照沼气中CH4含量为60%，天然气中CH4含量为90%，则2016年青岛地区猪粪便生产的沼气可以折算为天然气4 267. 79万m³，占该年度全市生活用天然气2.7亿m³的15. 81%，对于能源再生和资源的循环利用具有重要意义。

2.4温室气体减排

2016年，若青岛地区猪粪便全部用于沼气生产，能够减少粪便管理过程中的CH4和N00排放量分别为2 134. 97 t和73. 55 t，相当于减排CO₂34. 07万t（表6）;如果生产的沼气用于替代燃煤，则相当于减排CO₂24. 26万t。两项合计CO₂减排量为58. 33万t，减排潜力巨大。

3 讨论

习近平总书记在生态环保大会上的讲话中明确指出：绿水青山就是金山银山。要求全面推动绿色发展，要把解决突出生态环境问题作为民生优先领域。猪粪（干基）中的有机质含量为58.1%，N含量22.7 g/kg，P₂O₅含量为44.2 g/kg，K₂O含量为15.0 g/kg，对改善土壤质地、培养地力、解决土壤板结问题的作用是化肥无可比拟的。因此，猪粪便處理应坚持无害化、资源化原则，解决其利用不当导致的环境问题，实现资源的循环利用，发展农业循环经济。

沼气技术是畜禽粪便资源化比较成熟和有效的方法之一，可以去除肥水中的化学需氧量、生化需氧量，灭活其中的病原微生物，减少水体、土壤污染，保护生态环境。生产的沼气可用于畜禽养殖场供热、发电等，沼液、沼渣还田，使资源得到充分利用;还可以有效减少畜禽粪便管理过程中温室气体的排放量，所以青岛市生猪产业应倡导粪便沼气化利用，在养殖过程中尽可能降低能耗、减少温室气体和碳的排放，减轻对环境的污染。

从保护生态环境和发展高端特色现代畜牧业的角度出发，青岛市应开展符合本土生猪产业特点的沼气技术研究，加快猪粪便资源化利用步伐，推进生猪产业的可持续发展。