搜索
畜禽养殖过程中废弃物污染及资源化利用组长：刘彬组员：王甲赫丹主要内容一、我国畜禽养殖业发展及污染现状二、畜禽养殖业污染的危害及产生原因三、畜禽粪便资源化四、我国粪污处理基本工艺模式五、发达国家畜禽养殖废物的处理体系一、我国畜禽养殖业发展及污染现状1.1我国畜禽养殖业发展状况据国家统计局数据显示：2009年肉类总产量7642万吨，比2008年增长5.0%。1.2全国畜禽养殖业肉产量分布1.3我国畜禽养殖业带来的污染改革开放以前，在我国农村普遍采用“小沼气”来处理以生产队或家庭为单位的畜禽养殖废物，其沼渣和沼液可以就地种植消纳，及时还田，不存在对环境的污染问题。但是，自改革开放以来，在全国各地出现了大批集约化、规模化畜禽养殖场，其产生的畜禽废物大量局部集中，使得养殖场周围种植业无法消纳，又无力投资进行畜禽粪便污染治理，导致畜禽粪污直接排放，造成了严重的环境污染问题。污染的现状：2007年我国农业面源污染物的化学需氧量(COD)排放量为1325.09万吨，占COD排放总量的43.7%，总氮(TN)、总磷(TP)排放量分别为270.46万吨和28.47万吨，分别占排放总量的57.2%和67.4%。而其中，畜禽养殖业的COD、TN和TP分别占农业源的96%、38%和56%。二、畜禽养殖业污染的危害及产生原因2.1畜禽养殖业污染的危害造成水体污染：畜禽污水排入江河湖泊中，造成水体N、P量升高，导致水体严重富营养化；污水中有毒、有害成分一旦进入地下水中，可造成持久性的有机污染，很难治理恢复。造成空气污染：畜禽粪便中含臭味化合物168种，其中含量最多的有硫化氢、氨气、脂肪族醛类、粪臭素和硫醇类等。造成农田土壤污染：畜禽养殖污水长期用于灌溉，会使作物倒伏、晚熟或不熟，造成减产，大面积腐烂。此外，高浓度污水可导致土壤孔隙堵塞，造成土壤透气、透水性下降及板结，严重影响土壤质量。引起病毒传播：全世界约有人畜共患疾病250多种，中国有120种，其中由猪传染的25种，由禽类传染的24种，由牛传染的26种，这些人畜共患疾病的载体主要是家畜废弃物。2.2畜禽养殖业污染产生原因：畜禽业养殖方式和规模发生了重大变化：过去的畜禽业多为分散经营，在农村中仅作为副业生产，畜禽饲养头数少、规模小，畜禽废物可及时处置，对环境影响不大。近十多年来，由于农村产业结构的调整，规模化畜禽养殖得到了迅速发展，畜牧生产发生了质的变化，逐步发展成为一个独立的产业。畜禽养殖场的布局不合理：为了便于运输，许多规模化畜禽养殖场都建在了大中城市近郊。由于城市近郊无足够的土地消纳大量的畜禽粪便，加之监管不力，出现了畜禽粪便、污水随意丢弃、排放的现象，给大中城市带来了巨大的环境压力。近年来，由于城市建设的发展，城市外延不断扩大，一些养殖场逐渐进人城市的范围，导致畜禽环境污染问题更加突出。农牧脱节，畜禽废弃物得不到充分利用：我国传统的畜禽业以家庭分散养殖为主，畜禽养殖的废弃物可通过周围农田及时施肥自然消化，建立了良好的生态平衡体系。而随着规模化畜禽养殖业的发展及畜禽养殖业向城市周边的转移，造成了严重的农牧脱节，最终导致了养殖业与种植业的分离，畜禽粪便得不到及时利用和消纳。化肥生产的发展：种地者逐渐用化肥取代了畜禽粪肥，于是畜禽粪便失去了应用出路。畜禽粪便是可利用资源，是数量庞大的资源宝库。据测算，全国每年由猪粪中排出的磷多达106.2万t-212.4万t。另有资料显示，全国每年使用的微量元素添加剂为15万t-18万t，而大约有10万t左右未被动物利用，随着畜禽粪便排出。由此可见，畜禽粪便确实是重要资源，其中含有相当比例可利用的营养成分，即资源化利用的潜力巨大。新鲜畜禽粪便的养分平均含量(％)三畜禽粪便资源化利用3.1畜禽粪便资源化特点:(1)富含营养，资源化潜力大畜禽粪便中含有大量有机质，以及氮、磷、钾等营养元素。这些物质是从畜禽摄取的食物中因没被转化残留下来获得的。由于在食物中添加大量钙、磷等矿物元素以及铜、铁、锌、锰、钻、硒和碘等微量元素，未被吸收的过量矿物元素又从畜禽粪便中排出。因此，畜禽粪便所含营养丰富，如果不加处理的任意排泄和堆放，就会危害环境，造成恶臭、细菌繁殖、传播疫病，严重影响周围居民的生活、工作和身体健康。(2)不同畜禽粪便的成分差异大不同种类的畜禽粪便成分差异较大。常见的畜禽种类中，鸡粪的有机质含量最丰富，而猪粪的有机质含量最低。牛粪的含水率最高。由于不同畜禽，其饲养方式差异更直接加剧了这种差异的程度。因此，应根据饲养畜禽的种类选择适宜的资源化技术和相应的污染防治措施。(3)不同畜禽的粪便量差异大我国畜禽喂养种类有:猪、牛、马、羊、驴、骡、鸡、鹅、鸭等。此外还有少量的鹿、兔、狐狸、狗、鸵鸟、鸽等特种养殖种类。不同种类畜禽个体产生粪便量差异较大。另外，同一种类在不同生长期的排放量也有较大差异。由于各地区主要养殖种类不同，而不同畜禽的粪便成分和排放量差异较大，所以各地区产生的畜禽粪便污染的严重程度也不同。(4)粪便量分布不均匀我国养殖业过去是以农家畜牧分散养殖为主，而现在规模化和集约化的商品养殖生产已占主要地位。养殖业在地域上存在分布不均匀的特点。大中型养殖场主要分布在人口密集的沿海一带，如辽宁、山东、江苏、浙江、福建和广东等地区，因此，进一步加重了这些较发达地区环境污染的程度。(5)距居民生活区近我国许多规模化畜禽养殖场地处城郊，30%-40%的规模化养殖场距离居民或水源地最近距离不超过150m。另外，养殖场的选址不当，造成了一些城镇被畜禽粪便包围的情况。3.2畜禽粪便资源化技术3.2.1肥料化技术由于农业上长期使用化肥，造成土壤板结、沙化、地力下降，使我国土壤平均有机质含量已接近联合国公布的最贫瘠的土壤水平。而改良土壤的最直接最根本的途径就是多使用有机肥和农家肥，少使用化肥。畜禽粪便是传统的有机肥料，其养分齐全，有机质含量高，施用后可改良土壤，帮助维持并提高土壤肥力，增加土壤持水能力，促进有益微生物的生长，从而提高农产品品质与产量。但，如果把没有经过处理的粪便直接施入土壤内，一是遇水发酵产生高温，容易烧根烧苗。二是微生物参与发酵而大量活动，消耗氧气，造成土壤缺氧，将会致使生长较弱的作物死亡。三是粪便在发酵时会产生臭味，招来蝇蛆，危害作物生长。因此，现在人们广泛开展对畜禽粪便肥料化技术的研究。堆肥化是处理各种有机废弃物的有效方法之一。畜禽粪便经过良好的堆肥，具有改善土壤结构、提高土壤功能、增加土壤有机质、促进作物生长和增产的效用。有机肥生产设备：禽畜粪便处理设备可以在短期内,将禽畜粪便处理成有机肥,所以也称有机肥生产设备。禽畜粪便处理设备主要由五部分组成(如图所示)：(1)混合搅拌机、(2)螺旋输送机、(3)加压混炼机、(4)粉碎机、(5)电气控制系统。混合搅拌机：使禽畜粪便与配料混合均匀。螺旋输送机：把搅拌混合后的原料送进加压混炼机中。加压混炼机：挤压磨混内部混合物使其升温，杀死或抑制低温菌等。粉碎机：粉碎混炼机处理后的物料。电器控制系统：控制系统中各部件动作，使系统正常运行。有机肥生产工艺流程图实验证明实验方法如图所示生态有机无机复合肥在青菜上的应用效果1）改善土壤物理性状，提高土壤肥力不同处理的土壤间的微生物数量差异显著，施用生态有机无机复合肥（有机肥+蔬菜复合肥）后微生物数量增加，其中细菌总数增加1-1.7倍，真菌数增加1-1.3倍，放线菌增加1.4-1.9倍，但不同堆肥的有机无机复合混肥之间的差异不显著。由于堆肥内含有一定的酶促基质等活性物质，因此土壤酶活性有所提高。有利于土壤中养分的转化及通透性提高；有利于土壤中有益微生物活动和繁殖。土壤中含氮有机物的分解，有机磷和无机磷的转化都需要通过微生物进行。2）对青菜农艺性状的影响从表可以得知，堆肥产品对青菜的生长有利。处理B(施化肥)，处理C(生态有机无机复合肥)的鲜重分别为处理A（不施肥）的163.4%和232.3%；处理C的鲜重分别为处理B的142.1%。实验结果3.2.2饲料化技术畜禽粪便含有大量的营养成分，如粗蛋白质、脂肪、钙、磷、维生素B12等;同时又是一种有害物的潜在来源，有害物质包括病原微生物、化学物质、杀虫剂、有毒金属、药物和激素等。所以，畜禽粪便需经过无害化处理后才可用作饲料。饲料化技术主要的处理方法有微波法、高温干燥法、青贮法、化学法(用福尔马林、乙烯、氢氧化钠)等，将畜禽粪便经过高温高压、热化、灭菌、脱臭等过程制成饲料添加剂。料饲料化技术方法技术青贮法：粪便中碳水化合物的含量低，不宜单独青贮，常和一些禾本科青饲料一起青贮，调整好青饲料与粪便的比例，并掌握好适宜含水量，就可保证青贮质量。青贮法不仅可防止粪便中粗蛋白损失过多，而且可将部分非蛋白氮转化为蛋白质，杀灭几乎所有有害微生物。干燥法：处理鸡粪常用的方法。干燥法处理粪便的效率最高，而且设备简单，投资小，粪便经干燥后可制成高蛋白饲料。这种方法既除臭又能彻底杀灭虫卵，达到卫生防疫和生产商品饲料的要求。干燥法中自然干燥成本较低，节省能源，但缺点是效率低，湿营养成分损失较为严重，而且对环境的污染较为严重。人工干燥可以达到消毒、杀灭细菌、消除臭味的效果，但是养分损失较大，成本较高。分解法：利用优良品种的蝇、蜗牛等低等动物分解畜禽粪便，达到既提供动物蛋白质又能处理畜禽粪便的目的。这种方法比较经济实用，生态效益显著。但是一次投人成本过大，周期过长，不适合中小型养殖场。现以鸡粪为例，介绍几种技术处理制作过程。(1)自然干燥法。将收集到的鸡粪剔除杂质，摊放在平坦干净的水泥地面或塑料布上，翻动，晒至含水率13％以下时，收集存放，备用。此法除冬季之外，其他季节都可进行。(2)简单发酵法。鸡粪干燥至7—8成干，粉碎过筛，掺入10％糠麸，加水至含水量60％，拌匀后装入塑料袋、池、缸中发酵。发酵时间：气温20°C以上1-2天，低于20°C2～3天。(3)青贮发酵法：35％鸡粪、35％糠麸或秸秆粉、30％青绿饲料混匀，含水量调至60%。按青贮饲料法操作装缸、袋、窖。30～50天后开窖饲用。(4)氧化处理法：将鲜鸡粪晒至含水量60％，按干重的0．5％加硫酸或1％磷酸，继续风干，使混合物水分降到35％，加入甲醛(37％～40％)水溶液0．5％，搅拌后风干。当水分降至30％时，再按鸡粪干重添加2％尿素，搅拌使尿素充分溶解，自然干燥到含水量13％后，装袋备用。(5)机械加工处理法：主要有热喷、膨化、充氧发酵法3种，具有省时、省力、无二次污染的优点，值得推广。22目前，国内外的畜禽粪便燃料化途径主要有沼气处理法和直接焚烧法。其中直接焚烧法，除在牧区有少量的直接燃烧外，其他用的较少。3.2.3.1生产沼气沼气法处理畜禽粪便的原理是利用受控制的厌氧细菌的分解作用，将有机物(碳水化合物、蛋白质和脂肪)经过厌氧消化作用转化为沼气和二氧化碳。集约化养殖场畜禽粪便转化成能源，主要是通过厌氧消化工艺转化而获得沼气。采用以厌氧发酵为核心的能源环保工程，是目前畜禽粪便无害化处理、综合利用最有效的方法。集约化养殖场，大多是水冲式清除畜禽粪便的，粪便含水量高。对这种高浓度的有机废水，采用厌氧消化法具有低成本、低能耗、占地少、负荷高等优点，是一种有效处理粪便和资源回收利用的技术。这种方法不但提供清洁能源(沼气)，解决我国广大农村燃料短缺和大量焚烧秸秆的矛盾，还能消除臭气，杀死致病菌和致病虫卵，解决了大型畜牧养殖场的畜禽粪便污染问题。沼气法不但适于家禽的工厂化大规模生产，而且对于家庭的小规模养殖也非常有效。以养鸡为主导产业的福建省光泽县兴建了一座鸡粪发电厂，并于2008年11月开始投用，每年可供电3亿多KW·h。这是亚洲第一个利用家禽粪便发电的项目。3.2.3能源化技术233.2.3.2发展燃料乙醇技术畜禽粪便中同样也含有丰富的纤维素资源，而人们却忽略把它作为乙醇化的原料。畜禽粪便纤维素的乙醇化研究在国外已开始有初步报道，而我国在这方面的研究还是一个空白。Wen,Lisoetal.(2004)研究显示，牛粪中纤维素含量为26.6%、半纤维素为11.3%。Liao,Liuetal.(2006)研究显示，