畜禽养殖污水处理模式

胡清泉，杨仁灿，沙 茜，常雅洁，赵智勇

（云南省畜牧兽医科学院畜禽养殖环境控制研究所，云南 昆明 650224）

畜禽养殖业已经成为农业经济的主体，在畜禽养殖业给经济发展带来正面效益的同时，也给环境带来了不可避免的负面影响。据2010年2月发布的《第一次全国污染源普查公报》中统计：目前我国农业源化学需氧量（COD）和总氮排放量分别为1 324.09万 t和270.46万 t，分别占全国COD和总氮排放量的43.7%和53.1%。而畜禽养殖粪污作为农业污染源的主要部分，其COD和氨氮排放量分别为1 268.26万t和102.48万 t，分别占农业污染源总排放量的95.7%和37.9%，占全国总COD和氨氮排放量的41.9%和41.5%[1]。近年的污染普查国控监测动态更新数据显示，畜禽养殖污染物排放量在全国污染物排放总量中的占比有所上升。畜禽养殖污水已成为与工业废水和生活污水一样的污染源，其污染负荷甚至超过工业废水和生活污水的总和，很大程度上危害了大气、水体、土壤和生物，破坏了区域生态环境，以及地表水体和地下水水质安全[2]。畜禽养殖污水带来的环境危害引起了政府部门的高度重视。2015年，国务院《水污染防治行动计划》中对畜禽养殖污染防治工作提出了明确的任务和时间要求，“十二五”开始，国家把畜禽养殖污染纳入主要污染物总量减排范畴，并将规模化养殖场（小区）作为减排重点。《农业部关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见》将畜禽养殖污染物基本实现资源化利用纳入“一控两减三基本”的目标框架体系中，成立了工作领导小组，专门制定了推进畜禽污染物综合利用的工作方案和行动方案，合力推进畜禽污染物治理。由此可见，畜禽养殖污染物处理已经成为农业面源污染治理的重中之重，是部党组“一控两减三基本”目标任务的核心内容之一。2017年，国务院在《第一次全国污染源普查》的基础上继续开展《第二次全国污染源普查》工作，通过普查，掌握各类污染源的数量、行业和地区分布情况，了解主要污染物产生、排放和处理情况，建立健全重点污染源档案、污染源信息数据库和环境统计平台。针对性地提出不同污染源处理和综合利用技术方案，对于我国生态文明的建设具有强大的推动作用。目前研究人员和设计者针对畜禽养殖污水的特征，秉着畜禽养殖污水处理“无害化、减量化、资源化”的治污理念，相继研发了不同处理技术，并建立了相应的养殖污水处理模式，主要有种养结合、清洁生产、达标排放、集中处理等4种模式。这些模式均兼顾环境效益和经济效益，以较低成本解决环境污染，推动新型生态养殖模式的健康发展。

1 种养结合

种养结合是一种结合种植业和养殖业的生态农业模式。它是将畜禽粪便污水作为种植农作物肥料的传统而经济有效的处置方法，可使畜禽粪尿不排往外界环境，达到污染物零排放，同时种植业生产的作物又能够给养殖业提供食源，种养结合能够充分将物质和能量在动物和植物之间进行转换及良好的循环[3]。该模式适用于远离城市、土地宽广且有足够农田消纳粪便污水的经济落后地区，特别是种植常年需施肥作物的地区，要求养殖场规模较小。经过几十年的畜禽养殖环境管理实践和经验教训，发达国家基于对农业高度专业化的反思而提出农牧结合的生产方式是最有利于环境保护的模式。美国约90%的养殖场采用种养结合处理畜禽废弃物，粪便污水在施用前一般未经专门厌氧消化装置厌氧发酵，而是贮存一定时间后直接灌田。英国和其他欧洲国家已开始改变饲养工艺，由水冲式清洗粪尿回归到传统的稻草或作物秸秆铺垫吸收粪尿，然后制肥还田。日本于20世纪70年代始又大力推广粪便污水还田的种养结合模式[4]。德国等欧洲国家将畜禽粪便污水经过厌氧消化后再进行还田利用，以达到杀灭寄生虫卵和病原菌的目的。我国一般通过沼气厌氧消化后再还田利用，经过厌氧发酵可回收能源甲烷（CH4），减少温室气体排放，且能杀灭部分寄生虫卵和病原微生物。国外对畜禽粪便污水种养结合利用的研究主要侧重于安全性评估以及减少风险的措施[5]。我国主要着眼于畜禽粪便污水厌氧消化液（沼液）对土壤改良及增产效果研究，而对其副作用即长期施用所产生的危害尚未引起足够重视。

实施种养结合的核心是种养平衡。常维娜等[6]提出“以种定养”是从种养系统物质循环的角度合理规划养殖规模；“以养促种”是通过畜禽粪便无害化处理和科学合理地还田利用等手段，降低环境风险。胡春明等[7]研究指出养殖场粪肥与农田负荷量的种养平衡实质是在允许一定盈余基础上的元素平衡。被普遍关注的是氮平衡，国际上对农田的氮施入量已有相关探索。欧盟委员会[8]确定每年投入农田氮的最高限额为 170 kg/hm2，荷兰[9－10]深入关注农田氮平衡，将农田氮盈余的最高限量暂定为60.0 kg/hm2。相比之下，我国暂时未出台强制性规定，但国内已有相关研究。朱兆良院士[11]结合我国农田实际情况提出，每季作物的施氮量宜控制在150～180 kg/hm2。有研究表明，我国单位耕地面积的年氮素施用量目前已高达317 kg/hm2[12]，远高于国内外提出的相关标准。为此，2001年环保部出台《畜禽养殖业污染防治技术规范》（HJ/T 81—2001）中提出了粪污水处理处置的优先考虑原则：在选址上坚持农牧结合、种养平衡的原则，提倡根据场区土地消纳能力定养殖规模。确定农田负荷量，是实现土地消纳能力与养殖场粪污量之间的种养平衡时养殖场选址和规模确定以及污染防治的关键。实施种养结合模式，推进畜牧业绿色发展，是2016年中央一号文件提出的发展理念，也是治理畜禽环境污染模式中投资最少、资源化最大的治理模式。

2 清洁生产

畜禽养殖业的清洁生产是将畜禽养殖污染预防战略持续应用于畜牧生产全过程，通过采用科学合理的饲粮配方、先进的清粪工艺和饲养管理技术，提高资源利用率，减少污染物排放，以降低对环境和人类的危害[13]。该模式主要适用于农田面积不足或缺乏，无法对粪肥进行农田利用（种养结合）的养殖场。其主要特点是养殖全程节水，可减少养殖业的水资源消耗；污水产生量减少，降低粪污处理成本；通过再生利用增加收入，促进畜牧业可持续发展。全面推行清洁生产的实践始于美国，美国国会1990年10月通过《污染预防法》，从法律上确认，污染首先应当削减或消除在其产生之前，污染预防是美国的一项基本国策[14]。法国政府为防治或减少废物的产生制订了采用“清洁工艺”生产生态产品及回收利用和综合利用废物等一系列政策。加拿大政府为废物管理确定了新的方向，他们制订了资源和能源保护技术的开发和示范规则，其目的是促进开展减少废物和循环利用及回收利用废物的工作。在我国清洁生产首先是用于工业领域的污染防治。1992年原国家环保局与联合国环境规划署召开了我国第一次清洁生产研讨会。1999年，国家经济贸易委员会发布了《关于实施清洁生产示范试点的通知》，实施安排了一大批清洁生产示范项目[15]。据不完全统计，我国已在20多个省、市、自治区的20多个行业、约400家企业开展了清洁生产审计，建立了20个行业或地方的清洁生产中心[16]。后来，畜禽养殖业中也推行清洁生产，它是解决我国规模化养殖场环境问题、生产安全合格畜产品、实现畜牧业可持续发展的重要手段。畜禽养殖业的清洁生产贯穿两个全过程控制，即生产全过程控制和废弃物处置的全过程控制。畜禽养殖业废弃物的处置主要是进行减量化、资源化处置，即通过适宜的手段减少和减小固体废弃物及污水的数量和容积，使其更适合于收集、运输、贮存和处理。“减量化”主要通过生态营养饲料的研制减少畜禽粪便和有害气体排放量，以及采用科学的清粪方式和节水、饮水技术等途径来实现。畜禽养殖污水处理达标后可以用作中水进行回用。

3 达标排放

达标排放模式是大型规模养殖场采用机械干清粪、干湿分离等节水控污措施，控制污水产生量和污染物浓度，污水通过厌氧、好氧生化处理、物化深度处理及氧化塘、人工湿地等自然处理出水质达到国家排放标准和总量控制要求，固体粪便通过堆肥发酵等方式生产有机肥和复合肥。该模式主要应用在耕地畜禽承载能力有限的区域。达标排放模式采用的主要技术有自然处理（氧化塘、人工湿地）、好氧处理（A-O工艺、SBR工艺）、厌氧-好氧处理、物化处理（絮凝、氧化、吸附）。自然处理主要适用于土地多、气候好、规模小的养殖场，试验证明只要有足够的土地面积，都能达标排放。美国墨西哥湾项目调查结果表明[17]，通过人工湿地处理系统，各污染物的平均去除效率分别为生物需氧量（BOD5）65%，氨氮（NH3-N）为48%、总磷（TP）为42%。好氧处理主要适用于土地资源紧张、沼液难以消纳、污水浓度不太高、规模较大的养殖场，意大利、美国等一些猪场已经建立了自己的好氧处理工程参数。厌氧-好氧处理适用条件和好氧处理相似，我国自20世纪70年代建设了一批厌氧-好氧处理（沼气）研究项目和示范工程以来，通过其处理技术的不断完善和发展，厌氧-好氧处理（沼气）技术已成为我国大中型畜禽养殖粪污处理的主要方式之一。物化处理主要适用于对环保要求高、出水浓度较低的养殖场。物化处理占地面积小，出水水质较好，但投资大，运行管理复杂，运行费用昂贵，每吨处理费用约为5.60元左右。

4 集中处理

集中处理是在养殖密集区，依托规模化养殖场或专门的粪污处理中心，对周边养殖场的粪便或污水进行收集并集中处理。处理后的产物作为有机肥、能源等进行利用。主要适用于环境敏感区域、小型养殖场集中区等。在我国江苏、上海、浙江等地的小型养殖小区或小型分散养殖户地区多采用集中处理模式。目前江苏省已在太湖流域建设畜禽粪便收集处理中心共23个，有机肥年生产能力合计达到了43.54万 t，年消纳畜禽粪便、农作物秸秆、食用菌渣等废弃物共140.8万t[18]。集中处理模式已经成为小型养殖小区或分散养殖户处理畜禽养殖废弃物的主要方式之一，这主要是由于小型养殖小区或分散养殖户不成规模饲养，养殖数量年度动态变化较大，环境意识差，建场无规划、无环境评价，普遍缺少污水收集系统，废弃物处理设施简陋，处理成本较高，养殖户不愿意且无力单独进行畜禽粪污治理。采用集中处理模式从根本上解决小型分散畜禽养殖场污染问题，建立“物业化管理、专业化收集、无害化处理、商品化造肥、市场化运作”的区域型畜禽粪污集中收集处理中心模式，培育了一批规模大、竞争力强、质量好、效益高的处理中心，有效地解决了小型分散养殖粪污难以处置的问题，摸索出一条行之有效、独具特色的农业面源污染治理与农村生态环境保护的新路子。

总之，畜禽粪污处理应本着“综合利用优先、减量化、资源化、无害化和运行费用低廉化”的处理原则，因地制宜选择适合的处理模式。同时随着国家和科研人员对畜禽环境的关注度越来越高，高效、经济、生态的处理模式必将成为今后的研究重点。