红河州生猪养殖场粪污产生量与资源化利用模式调查

2021-02-22周建雄陈永军柳云华王兴宇孔凡勇

养猪 2021年1期

周建雄，陈永军，张俊，柳云华，许娟，王兴宇，邱琳，孔凡勇

（1.云南省建水县畜牧技术推广站，云南红河哈尼族彝族自治州 654300；2.云南省红河哈尼族彝族自治州畜牧技术推广站，云南红河哈尼族彝族自治州 661100；3.云南省石屏县畜牧技术推广站，云南红河哈尼族彝族自治州 662200）

畜禽养殖污染作为主要的农业污染源，严重威胁水环境安全，同时制约着畜牧业的良性、健康发展。据第一次全国污染源普查公报，我国农业源化学需氧量（COD）、总氮和总磷排放量分别为1 324.09万t、270.46万t和28.47万t，分别占全国COD、总氮和总磷排放量的43.7%、57.2%和67.3%；畜禽养殖业粪便产生量2.43亿t，尿液产生量1.63亿t，畜禽养殖化学需氧量（COD）、总氮和总磷排放量分别为1 268.26万t、102.48万t和16.04万t，分别占农业污染源总排放量的95.8%、37.9%和56.3%，占全国总COD、总氮和总磷排放量的41.9%、21.7%和37.9%[1]。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]。生猪养殖在畜禽养殖中粪污产生量最大、污染防治难度也最大，防治模式受养殖方式、设施设备、自然条件、环境容量、配套农地面积等多种因素影响，各种防治模式应用范围和建设要求也不同。红河哈尼族彝族自治州是全国唯一以哈尼族、彝族为主体民族的自治州，辖4市9县，133个乡（镇），1 330个村委会（社区），常住人口数474.4万人。近年来，在各级政府部门的支持下，通过大力发展标准化规模养殖，生猪产业有了快速发展，不仅实现了猪肉自给，而且大量外调广东、上海、重庆等省市，生猪产业成为了边疆少数民族脱贫致富的重要支柱产业。但随之产生的环保、土地压力增大，环境污染问题成为了社会关注的焦点。本文根据红河州生猪饲养数量、饲养周期，采用排泄系数测算粪便、尿液、污水排放量，对不同规模生猪养殖场比例、清粪工艺进行调查，总结推广了10种种养结合、粪污资源化利用模式，旨在为发展环境友好型生猪养殖提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

根据2019年红河州生猪生产数据统计，全州生猪存栏250.47万头，其中能繁母猪存栏27.80万头；出栏355.48万头；猪肉产量31.98万t。各县市具体数据详见表1。

表1 2019年末红河州生猪存栏、出栏及猪肉产量

1.2 研究方法

1.2.1 生猪规模养殖场根据《云南省畜禽养殖场养殖小区养殖规模标准和备案规定》[云农牧字（2008）35号]规定，生猪规模养殖场为：能繁母猪存栏50头以上或生猪常年存栏200头以上。

1.2.2 大型生猪规模养殖场根据农业部环境保护部关于印发《畜禽养殖废弃物资源化利用工作考核办法（试行）》的通知[农牧发（2018）4号]中概念解释，大型规模养殖场为：生猪年出栏≥2 000头。

1.2.3 畜禽粪污指畜禽养殖过程产生的粪便、尿液和污水的总称[3]。

1.2.4 干清粪工艺指畜禽排放的粪便一经产生便通过机械或人工收集、清除，尿液、残余粪便及冲洗水则从排污道排出的清粪方式[4]。

1.2.5 水冲粪工艺指畜禽排放的粪、尿和污水混合进入粪沟，每天数次放水冲洗，粪水顺粪沟注入粪便主干沟后排出的清粪工艺[4]。

1.2.6 水泡粪工艺指在畜禽舍内的排粪沟中注入一定量的水，将粪、尿、冲洗和饲养管理用水一并排放至漏缝地板下的粪沟中，贮存一定时间（一般为1～2个月）、待粪沟填满后，打开出口闸门，沟中的粪水顺粪沟流入粪便主干沟后排出的清粪工艺[4]。

1.2.7 猪粪、尿液、冲洗污水产生量猪粪便、尿液日产生系数，按照《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》HJ 497—2009[4]推荐值推算。

猪粪污产生系数：5.3 kg/（头·d），其中：粪便2.0 kg/（头·d）、尿液3.3 kg/（头·d）。

冲洗污水产生系数：根据当地生猪养殖清粪工艺主要为干清粪模式，猪舍冲洗为每周1～2次，经多户调查冲洗污水量为4～6 L/（头·d），系数取值5 L/（头·d）。

饲养周期与单位：能繁母猪按照年末存栏数、饲养周期365 d计，肥育猪按照年出栏数、饲养周期199 d计[4]。猪年粪污产生量计算公式为：Q=P×N×T×10-3，其中：Q为猪年粪污产生量（t）；P为日粪尿产生系数[kg/（头·d）]；N为肥育猪年出栏数或能繁母猪存栏数（头）；T为饲养周期（d）。

1.2.8 粪污中污染物质量浓度粪污中污染物质量浓度按照国家环保总局自然生态保护司推荐的数据[5]推算，见表2。

表2 猪粪污中污染物质量浓度 kg/t

粪污中污染物量计算公式为：M=Q×C×10-3，其中：M为粪污中污染物量（t）；Q为猪年粪尿产生量（t）；C为单位质量粪尿中污染物浓度（kg/t）。

2 结果与分析

2.1 不同生猪规模养殖场比例

由表3可知，红河州生猪规模养殖场724个，其中，大型养殖场108个、占14.92%，规模养殖场616个、占85.08%。弥勒市、建水县、泸西县、蒙自市、石屏县、个旧市、开远市7个北部经济、交通等发达地区大型生猪养殖场99个，占大型生猪养殖场的91.67%（99/108）。

2.2 清粪工艺

由表4可知，红河州生猪规模养殖场724个，其中采用干清粪工艺的场705个、占97.38%，采用水泡粪工艺的场15个、占2.07%，采用水冲粪工艺的场4个、占0.55%。

表3 不同生猪规模场占比

2.3 生猪粪污产生量

由表5可知，2019年，全州生猪养殖共产生粪污809.99万t。其中，出栏肥猪355.48万头，产生粪便量141.49万t、尿液量233.44万t、冲洗圈舍污水量353.71万t，计产生粪污728.64万t；能繁母猪存栏27.80万头，产生粪便量20.29万t、尿液量33.46万t、冲洗圈舍污水量27.60万t，计产生粪污81.35万t。其中，蒙自市、建水县、石屏县、弥勒市、泸西县5个畜牧业大县粪污产生量538.93万t，占全州的66.54%。

2.4 生猪养殖粪污污染物质量浓度

由表6可知，全州生猪养殖产生污染物质量浓度分别为COD 10.86万t、BOD 10.51万t、NH3-N 0.90万t、TN 1.84万t、TP 0.67万t。其中蒙自市、建水县、石屏县、弥勒市、泸西县5个畜牧业大县产生污染物质量浓度分别为COD 7.19万t、BOD 7.00万t、NH3-N 0.59万t、TN 1.22万t、TP 0.46万t，分别占全州的66.21%、66.60%、65.56%、66.30%、68.66%。

表5 全州粪污产生量万t

表6 全州猪粪污污染物质量浓度万t

3 讨论

3.1 适度生猪规模养殖仍是红河州主体养殖方式。红河州辖区面积32 931 km2，山区面积占总面积的88.5%。特殊的地理环境决定了山区、半山区生猪养殖只能走适度规模模式，坝区及经济发达、交通便利地区可大力发展现代化大型生猪规模养殖。本次调查结果表明，全州生猪规模养殖场724个，其中大型养殖场108个、占14.92%，主要集中在弥勒市、建水县、泸西县、蒙自市、石屏县、个旧市、开远市7个经济、交通等发达地区（99个，占91.67%）；适度规模养殖场616个、占85.08%，集中在南部山区县及北部山区、半山区。近年来，我们在南部山区推广“1234567”生猪养殖模式（1户家庭、夫妻2人、占地3亩、投资40万元、饲养50头母猪、年出栏600头以上肥猪、年纯收入7万元以上），既解决了农村家庭收入问题，又解决了年青人外出打工带来的留守儿童、留守老人等社会问题。同时，适度生猪规模养殖占用土地少，可就地就近种养结合，资源化利用粪污，减轻了土地、环保压力。

3.2 生猪养殖量大，污染物产生量也随之增大，防治难度也加大。调查结果可见，2019年全州生猪出栏355.48万头，产生粪污809.99万t，污染物含量分别为COD 10.86万t、BOD 10.51万t、NH3-N 0.90万t、TN 1.84万t、TP 0.67万t。蒙自市、建水县、石屏县、弥勒市、泸西县5个畜牧业大县生猪出栏238.76万头，占全州的67.16%；粪污产生量538.93万t，占全州的66.54%（538.93/809.99）；污染物质量浓度分别为COD 7.19万t、BOD 7.00万t、NH3-N 0.59万t、TN 1.22万t、TP 0.46万t，分别占全州的66.21%、66.60%、65.56%、66.30%、68.66%。研究表明，我国农业化肥中氮流失率一般为8%～20%，磷流失率约5%，但畜禽粪便中氮、磷流失率分别为化肥氮、磷流失率的122%和132%，畜禽粪便进入水体的流失率高达25%～30%[6]。大量粪污如不经过无害化处理和利用，将严重影响生态环境，如造成水体生态环境恶化，加重温室效应，使土壤结构失衡，影响作物生长等。

3.3 不同的清粪工艺对粪污中污染物质量浓度影响较大。从《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》附录A推荐参考值看，生猪养殖水冲粪废水中平均污染物质量浓度CODCr、NH3-N、TN、TP分别是干清粪的8.18（21 600 mg/L和2 640 mg/L）、2.26（590 mg/L和261 mg/L）、2.18（805 mg/L和370 mg/L）、2.92（127 mg/L和43.5 mg/L）倍。水泡粪方式因粪尿长时间在水中浸泡，粪尿中可溶解的有机物、氮、磷转移到水中，造成污水中COD、TN、TP、氨氮均很高，其中COD可达20 000 mg/L、氨氮为1 500 mg/L左右，这种高氨氮废水对好氧微生物产生抑制或毒害作用[7]，处理难度更大。干清粪工艺用水量少，所产生的污水量少，废水中的污染物浓度也低，是值得推广的清粪工艺。调查结果表明，红河州724个生猪规模养殖场，其中采用干清粪工艺的场占97.38%（705/724），采用水泡粪工艺的场占2.07%（15/724），采用水冲粪工艺的场占0.55%（4/724），干清粪工艺的推广应用，从源头上减少了红河州生猪养殖对环境的污染影响。

3.4 猪粪便是一种极具有价值的资源，它含有大量氮、磷、钾养分和一些微量元素，同时还含有大量有机物质。根据能量守恒和物质不灭定律，猪粪是未完全转化为猪肉产品的不完全循环的中间产物，其本身还蕴藏着可开发利用的物质与能量[8]。2018—2020年，全州组织开展了《红河州畜禽养殖废弃物资源化利用工作》，其中，蒙自市、石屏县、建水县、弥勒市还实施了《畜禽粪污资源化利用整县推进项目》，项目总投资4亿元（中央财政补助资金2亿元，企业自筹2亿元）。通过项目实施与工作推进，2019年全州规模养殖场粪污处理设施装备配套率达92.37%，大型规模养殖场粪污处理设施装备配套率达100%，同时，总结推广了10种粪污资源化利用模式，构建了种养结合、粪污资源化利用体系，实现粪污综合利用率87.58%。

模式1：干清粪+粪便、污水肥料化利用。蒙自市县某生猪养殖场年出栏生猪800头，采用干清粪工艺，日产粪污1 t左右，每天将猪舍内固体粪便人工清运至舍外堆粪棚进行堆肥发酵1～2个月，就近就地还田利用；尿液及冲洗圈舍污水通过暗沟排到舍外三级储液池，经过1～2个月厌氧发酵，在农田施肥和灌溉期间，通过管网就地就近还田利用。优点：简单易行，投入少；缺点：有臭味，需要配套与饲养规模相适应的土地。适用于小规模生猪养猪场。

模式2：干清粪+污水种植狐尾藻生态循环利用。石屏县某生猪养殖场，年出栏生猪2 000头，日产粪污5 t左右。采用干清粪工艺，粪便堆肥发酵后出售给周边种植户还田利用；污水通过三级沉淀池沉淀，进入四级生物基质池，出水进入六级狐尾藻氧化塘，出水再进入人工湿地进行废水中污染物过滤、吸附、脱色、降解净化处理，净化后污水用于猪场冲洗圈舍或无偿供周边种植户还田利用，狐尾藻作为青绿饲料饲喂母猪、鱼、鸭、鹅等。优点：此模式解决了污水处理难题，实现了污水循环利用或达到《农田灌溉水质标准》排放；缺点：一次性投入成本较高。适用于处于环境敏感区的中小型养猪场。

模式3：干清粪+粪便养殖黑水虻+污水种植狐尾藻模式。石屏县某生猪养殖场，年出栏生猪1 500头，日产粪污3 t左右。采用干清粪工艺，粪便用于饲喂黑水虻幼虫，经过15～20 d，进行虫粪分离，虫体作为蛋白质饲料饲喂鸡鸭，虫粪作为有机肥出售给种植户还田利用。污水进入种植有狐尾藻的五级氧化池，通过狐尾藻吸收污水中的营养物质及水体自身净化，处理后污水无偿供周边种植户就地就近还田利用，狐尾藻作为青绿饲料饲喂母猪、鸡、鸭、鹅等。优点：实现了虫体转化粪便为蛋白质饲料资源，狐尾藻作为青绿饲料饲喂畜禽，降低了养殖饲料成本，实现了资源循环利用，提升了综合经济价值；缺点：黑水虻养殖需要一定的投入和饲养技术。适用于处于环境敏感区的中小型养猪场。

模式4：干清粪+粪污干燥处理利用。部分猪场采用人工清粪工艺，将固体粪污清运到舍外塑料大棚进行人工或机械翻晒，干燥粪便销售给种植户异地堆肥发酵还田利用。污水通过三级沉淀厌氧池处理，在农田施肥和灌溉期间，就地就近还田利用。优点：简单易行，投入少；缺点：有臭味，粪便需再次发酵。适用于小规模生猪养殖场。

模式5：尿泡粪+粪便、污水肥料化利用。元阳县某生猪养殖场存栏生猪2 500头，种植果树400多亩。猪舍为半开放式，漏缝地板占栏舍面积的2/3，粪尿落入漏缝地板下面粪污沟，2～3 d冲洗粪污沟1次，粪污进入舍外粪污收集池，粪污经干湿分离机干湿分离，分离出的固体堆肥发酵，还田利用；液体进入三级储液池发酵，经过1～2个月厌氧、有氧发酵，通过管网就地就近还田利用。优点：简单易行，投入少；缺点：有臭味，需要配套与饲养规模相适应的土地。适用于中小规模养猪场。

模式6：水泡粪+异位床发酵利用。石屏县某生猪养殖场，年出栏生猪4 000头。粪尿通过漏缝地板进入舍内集污池，通过负压吸收到舍外储污池，再用潜泵抽到塑料大棚发酵床喷淋，利用垫料（谷壳、木屑和秸秆等）和微生物菌进行发酵分解，发酵产物作为有机肥还田利用。优点：不产生污水，臭味小；缺点：一次性投入和后期维护成本较高，没有实现污水的资源化利用。适用于处于环境敏感区、大中型猪养殖场。

模式7：水泡粪+污水异地贮存+水肥一体化利用。蒙自市某公司生猪养殖场，年出栏生猪1.5万头，水泡粪工艺，日产粪便8 t、污水30 t。公司与周边果树、蔬菜种植基地签订粪污利用协议，干湿分离后的固体粪便通过堆肥发酵后出售给基地还地利用，污水通过吸粪车辆免费运送到基地多个贮存池贮存，在农田施肥和灌溉期间，将污水与灌溉用水按照一定比例混合，进行水肥一体化施用。优点：解决了公司污水贮存、处理难题，实现了粪污的种养结合、资源化利用；缺点：需配套粪污运输车辆，污水处理需要运输费用。适用于无配套土地消纳粪污的大中型生猪养殖场。

模式8：水冲粪+粪污全量收集+水肥一体化利用。元阳县某农业开发有限公司猪场常年生猪存栏2 800头，年产粪污5 000多吨。水冲粪工艺，采用“粪污全量收集—过滤—有效微生物群（EM菌）发酵—再过滤—混合—放入施用池—滴灌或喷灌系统—农田利用”水肥一体化模式，解决3 866亩46.39万株香蕉水肥需求量，年减少成本支出399万元，增加产值773.2万元。优点：充分利用粪污养分；缺点：需要配套足够土地消纳粪污。适用于有足够土地消纳粪污的猪场。

模式9：水冲粪+沼气发电+沼液沼渣利用。泸西县某绿色实业有限公司生猪养殖场，年出栏生猪10 000头，自有1 300多亩果树基地。采用水冲粪工艺，全量粪污通过管网进入收集池，随后进入厌氧发酵罐进行厌氧发酵，沼气发电供本场使用，沼渣干湿分离机分离后作为有机肥还田利用；沼液回流到调节池，随后进入一级沉淀、二级沉淀池进行曝气，出水进入膜生物反应器（MBR），出水经过消毒后用于鱼塘养殖或回流冲洗圈舍。优点：此模式解决了污水处理难题，实现了循环利用；缺点：投入大、污水处理成本高。适用于处于环境敏感区、大型生猪养殖场。

模式10：固体粪污+有机肥生产+农田利用。部分生猪养殖密集区，粪便由区域性粪污收集中心集中收集，转运至有机肥厂生产有机肥，还田利用。污水通过管网集中收集到污水贮存池，在农田施肥和灌溉期间，农户自行运输到自家农田，就近还田利用。优点：农户有粪便销售收入（60～80元/t），污水处理投入少；缺点：有机肥厂需要建设、管理集中收集中心，并投入运输车辆。适用于种植土地面积少、养殖密度较大的区域。