科技发力改善畜禽养殖污染 促进绿色发展

文｜本刊记者 王雯慧

畜禽废弃物对生态环境造成的影响不仅会对人们的生活质量造成威胁，同时也会制约我国农业的发展。

我国是畜牧业大国，全国猪肉、鸡肉、禽蛋产量均居世界第一。但问题也随之而来，《第二次全国污染源普查公报》（2020年）的调查数据显示，在畜禽养殖过程产生的废弃物中化学需氧量超过1000.53万吨、总氮量超过59.63万吨、总磷量超过11.97万吨，虽然与第一次普查相比，三个指标均有一定程度的下降，但畜禽废弃物仍是我国一大污染源。

畜禽废弃物对生态环境造成的影响不仅会对人们的生活质量造成威胁，同时也会制约我国农业的发展。“十三五”国家重点研发计划在“畜禽重大疫病防控与高效安全养殖综合技术研发”专项设立了“畜禽废弃物无害化处理与资源化利用新技术及新产品研发”项目。该项目由中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所牵头，联合包括中国农业大学、中科院生态环境中心、全国畜牧总站等农业科研院所34家单位共同承担，专门就畜禽养殖粪便、污水、屠宰废弃物以及病死畜禽无害化处理和利用开展科学研究。

有效处理畜禽废弃物 迫在眉睫

“可以说，畜禽废弃物能否有效处理，已经是决定能否实现畜牧业可持续发展的关键因素。”中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所陶秀萍研究员向记者说。

畜禽养殖场排放的废水以及畜禽的粪尿中含有大量有机物，如氮、磷、硫和钾等，并且还有可能含有病原微生物。现有的很多养殖场并没有配备专业的环保设施，也没有雇用废弃物处理的专业人员。所以，养殖场产生的废水、畜禽的粪尿没有经过处理就被排放到沟渠和河流中。较高含量的氮和磷会导致水体富营养化，海藻疯长，水中的溶氧量减少，使得水生动物如鱼虾类大量死亡，会严重影响我国的水产行业。另外，如果人类或者畜禽长期饮用这种富营养化的水会中毒甚至致病。同时这种高浓度的污水也会对周围农田的农作物产生重大危害，并且地下水的污染通常需要几百年才能恢复。

畜禽废弃物对于土壤也会有很大的危害。畜禽养殖过程中粪便的排放量是非常大的，如果没有及时处理，反而将大量的粪便堆积，不仅会滋生很多细菌蝇虫，还会严重影响周围的生态环境。另外，畜禽在生长过程中需要补充多种重金属元素，如铜、锌、铁和硒等，作为不可缺少的营养物质，在饲料中添加适量的金属元素有助于畜禽的生长发育，但是很多饲料中的微量元素含量超标，这些元素在动物体内不能得到有效利用，绝大部分随着动物排泄物排出体外进入土壤中，降低土壤的通透性，破坏土壤结构。

除了水源和土壤，人们赖以生存的还有空气。畜禽废弃物也会造成空气污染，废弃物长时间暴露在日晒条件下，各种微生物相互作用，产生氮气、硫化氢、有机酸、苯酚、硫醇等上百种有害物质，这些有害物质混合会产生强烈的恶臭味，对周围空气质量产生严重的影响，甚至可以扩散到养殖场周围几公里的范围内。有研究表明，人们长时间生活在这样的空气环境中，容易肺活量下降，造成呼吸抑制，最终导致慢性中毒。氨、硫化氢等有害物质还会有一定的刺激性和腐蚀性，引起眼部疾病和呼吸道疾病。醛类和酮类化合物会损害肝脏肾脏等重要器官。

畜禽废弃物的有效处理与人们的生存生活息息相关，因此有效处理废弃物，并对其进行深入研究，制订有效的解决方案，配合相应的设施技术十分重要。

集思广益 变废为宝

废弃物未被及时和科学地处理是造成农业废弃物污染的主要原因，而资源化利用是减少农业废弃物污染的主要途径。针对以上问题，项目在成立之初集思广益，重点聚焦在：一是研究废弃物无害化处理与有害物质控制方法；二是研究废弃物资源化利用关键技术与设备；三是研发废弃物高效处理与利用功能性微生物制剂。

经过5年半的努力，项目创新研制了粪水/沼液专用施肥机、高浓度高氮鸡粪干式沼气发酵能源利用、牛床垫料再生和防化感育苗基质利用、畜禽粪便水热液化制备生物原油增值利用等关键技术与装备，为废弃物利用提供了技术和设备；研究开发了死畜禽及屠宰废弃物密闭式连续动态堆肥处理、死畜禽及屠宰废弃物降解无害化处理、粪水/沼液抗生素和重金属原位同步去除、厌氧消化液厌氧氨氧化、堆肥臭味物质去除等废弃物无害化处理与有害物质控制方法，保障环境和生物安全；集成了大规模养殖场粪污有机肥与灌溉综合农用、粪污垫料再生与液肥农用、粪污肥料化利用模式及其成套优化技术，中小畜禽场多种粪污集中能源化与肥料化多级利用、家庭农场粪污舍外发酵床处理模式及成套优化技术，并在典型区域、典型畜禽场建设整体示范工程，形成了废弃物无害化处理与资源化利用技术工艺体系，为畜禽废弃物污染有效防治和废弃物资源化利用提供技术支撑。

项目实施几年来，在根据各种废弃物的特点以及现有的技术基础上，研发废弃物高效处理与利用功能性微生物制剂10种；形成废弃物无害化处理与利用工艺/设备15-20套；建立畜禽废弃物中抗生素、重金属和病原微生物快速检测技术3-5种；开发畜禽废弃物能源化、肥料化、饲料化新技术与新产品20-30项；申请或获得专利40项，制定省部级标准5项。初步建立畜禽养殖与屠宰废弃物无害化处理与利用技术工艺体系；发表相关研究论文80篇；建立单项技术示范点8-10个；建设规模化猪场、奶牛场、蛋鸡场和中小规模养殖场废弃物处理与综合利用集成技术示范工程3-5个，示范规模不少于20万头猪当量，示范场废弃物利用率达90%。其中“畜禽粪水农田安全利用成套方法和技术设备”和“畜禽废弃物就地无害化和高效处理工艺技术”两大成果，缩短了废弃物的处理进程，提高了回收利用的安全性，填补了液体粪肥使用设备的空白。

粪水归田 安全利用

畜禽粪污是“放错”地方的资源，用不好就是污染，用好了就是珍贵的“宝藏”。作为典型的畜禽废弃物，畜禽粪便带来的污染较为严峻。

粪肥还田、种养结合可以说已经成为当前共识，但传统畜禽粪便还田存在以下问题：首先，由于饲料添加、疫病治疗等原因，畜禽粪便中不可避免存在重金属抗生素残留问题，畜禽粪肥还田后很可能导致土壤中出现重金属和抗生素残留，甚至对农产品质量安全造成潜在污染风险；其次是较化肥而言，畜禽粪便的养分含量较低，因此，同一块农田，如果想要达到同样的养分（比如氮），那么施用粪肥的体积可能是所需化肥体积的10-50倍，而相配套的设备比较缺乏，导致贮存、运输和施用非常不方便；最后目前种植户的粪肥施用主要靠经验，粪肥施用量不合理、施用方式不科学，不仅容易造成作物减产，同时还会带来臭气污染等环境污染问题。

“畜禽粪水农田安全利用成套方法和技术设备”通过畜禽养殖粪水中重金属抗生素快速检测技术开发、重金属抗生素同步去除计划研发、粪水还田设备研制，极大提高粪肥还田的效率，为实现粪肥科学还田提供了技术和设备支撑。这一成果围绕畜禽粪水农田利用，建立了畜禽粪便土地承载力测算方法，为不同区域、不同规模畜禽养殖场确定粪水消纳农田面积提供基础工具。

畜禽粪污是“放错”地方的资源，用不好就是污染，用好了就是珍贵的“宝藏”。

同时研发了粪水中重金属和抗生素同步去除技术，针对养殖污水中铜、锌等重金属和兽用抗生素残留共存的现状，利用改性生物炭的吸附性能和载体性能，吸附粪水/沼液中重金属；以催化位点高效催化过硫酸盐原位降解抗生素，实现抗生素和重金属同步去除，对铜锌和单一抗生素的去除率均在80%以上，有效防止重金属和抗生素的环境风险。

研制出液体粪肥专用施肥设备，彻底改变了粪水上地难、无施肥设备可用的局面。该设备通过正负压力转换，将液态肥料吸入设备罐体，集粪肥抽吸、运输和施用于一体，通过调节设备运行速度、粪水/沼液流速和注入土壤深度，能实现粪肥科学还田和精准还田，该成果可为畜禽粪水就地农田安全利用提供成套方法和技术设备，促进种养结合循环农业发展。

“粪水重金属抗生素同步去除技术的示范运行费用为0.36元/吨，在节省成本的同时实现了粪水的高效处理，保证了其重新利用到农田中的安全性。”中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所尚斌研究员告诉记者。

该项目在内蒙呼和浩特市建设奶牛场粪污垫料再生与液肥农用技术模式示范工程，牛粪再生垫料全部场内回用，奶牛场粪水经处理后全部作为液体肥料用于农业种植，循环利用率可达100%。

高温发酵 生物处理

“如今很多畜禽废弃物处理技术成本高、时间长且不具备较高的处理效率。虽然有一定的效果，但是长此以往对于环境的危害是不可避免的。”中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员尚斌说。

“畜禽废弃物就地无害化和高效处理工艺技术”这一成果将超高温发酵工艺与生物脱氮结合，实现了废弃物的高效处理。

该成果围绕固体粪便和污水处理利用，开发了基于超高温(85℃、2h)预处理的粪便好氧发酵工艺，使堆体过程氮损失率降低29.9%，堆肥腐熟时间缩短3-10天，干物质损耗由40%以上降低至25%以下，堆肥产品中氮含量提升11.2%-25.8%，腐殖质含量提升15.2%-56.1%，氨挥发损失减少50%。该项目已经在江苏、湖南、内蒙古等地新建超高温预处理堆肥生产线6条，年处理畜禽粪便20万吨。超高温预处理工艺改变了传统工厂化堆肥模式，实现固体粪便就地、快速无害化处理。

另外该成果发现了全新的产碱杆菌HO-1菌株，该菌株能适应较宽的环境条件和氨氮范围，在好氧条件下将污水中氨氮直接转化为氮气，实现短程高效脱氮，同时揭示了HO-1菌株全新的氨氧化途径及其编码基因簇。研究团队经过合理配伍、筛选吸附基质，成功制备了微生物菌剂，并已经成功应用于白洋淀纳污塘水体治理，菌剂投加量不到万分之一，十天后水质达到要求。

同时研究提出了厌氧膜生物反应器-生物脱氮O3/UV深度处理工艺，对COD、氮去除达到90-99%，且对病原菌、抗生素和抗性基因均有很好的去除效果，确保处理出的水场内安全回用。运行费用约5.0元/吨，且在北方冬季能正常运行。该成果为规模化养殖场粪便和污水的高效无害化及其综合利用提供技术支撑。

畜禽废弃物无害化处理攻关建议

绿水青山就是金山银山。科技是破解绿色养殖发展难题的关键。该项目实施几年来，通过研究关键技术，建设整体典型示范工程，为畜禽粪污资源化利用提供了技术支撑和样板参考，实现集成创新。

中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所尚斌研究员介绍：“河南省驻马店市泌阳县的示范工程，粪污处理能力为10万头猪当量。养殖过程中产生的沼液采用本项目研发的沼液/粪水中抗生素重金属同步去除技术进行处理后进入暂存池暂存。农田需要肥料的季节，根据土地承载力测算方法结合土壤中养分的含量计算沼液还田量，采用本项目研发的粪水/沼液还田设备进行还田。通过调整设备运行速度、沼液流速等参数，实现粪肥科学还田。”

对于畜禽养殖过程中出现的环境问题，中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所陶秀萍研究员有以下建议：一是进一步研发和推广新型污染减量化等环保技术。随着新冠肺炎疫情、非洲猪瘟疫情常态化，各种新型药物/兽药/抗生素等不断出现，需要有针对性地开展相关新型污染物从饲料投入、粪便贮存、处理利用等环节的监测工作，配套研发相关控制技术及配套装备，有效控制新型污染物潜在风险；二是大力研发适合不同区域、不同规模固体粪便/粪水自动化、智能化还田设备。粪水还田是连接养殖业和种植业的关键环节，但目前我国种植业规模相对较小，应针对小块农田、丘陵坡地等地区研发配套的适宜的固体有机肥、粪水/沼液还田设备，同时着力研发自动化智能化设备，减少粪肥还田劳动力，为不同区域、不同类型粪水还田解决设备短缺的问题。