曹乃文 唐浩
摘要 本文對河南省焦作市畜禽糞便資源進行估算,分析沼氣生產(chǎn)潛力。結(jié)果表明,2014年焦作市畜禽糞便產(chǎn)生量為400.7 萬t,豬糞和牛糞占畜禽糞便總量的59.6%、28.1%;畜禽糞便沼氣生產(chǎn)潛力約為2.27 億m3,畜禽糞便能源潛力相當于全市天然氣年消費量的71.6%??梢姡棺魇行笄菁S便沼氣生產(chǎn)潛力十分可觀,現(xiàn)有的沼氣工程年產(chǎn)氣量僅占沼氣生產(chǎn)潛力的22.0%,畜禽糞便資源的開發(fā)利用還有很大的發(fā)展空間。
關(guān)鍵詞 畜禽糞便;資源現(xiàn)狀;沼氣;潛力
中圖分類號 S216.4 文獻標識碼 A
文章編號 1007-7731(2023)14-0085-05
畜禽養(yǎng)殖業(yè)在保障畜產(chǎn)品供應、促進農(nóng)民增收等方面發(fā)揮了重要作用,已經(jīng)成為部分地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民增收的主要來源[1-4]。規(guī)?;⒓s化養(yǎng)殖場生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的畜禽糞便,由于得不到及時有效的處理,畜禽糞便中的氮、磷、鉀和多種污染物進入到大氣、水體和土壤中,從而對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響[5-8]。
2010年《第一次全國污染源普查公報》顯示,畜禽糞便污染已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源。對畜禽糞便的產(chǎn)生量及環(huán)境風險狀況進行研究,尋求有效可行的畜禽糞便資源化利用技術(shù)具有重要的研究價值[9-11]。當前,關(guān)于畜禽糞便產(chǎn)生量的估算以及沼氣的潛力研究等方面已經(jīng)有很多報道[12-14]。對河南省焦作市畜禽養(yǎng)殖糞便的產(chǎn)生量、沼氣生產(chǎn)潛力及沼氣工程的發(fā)展?jié)摿Φ葍?nèi)容進行研究,發(fā)揮沼氣工程在畜牧整縣推進情況下的紐帶作用是值得研究的課題。本文以焦作市2015年統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),估算了焦作市2014年畜禽糞便排放量、沼氣生產(chǎn)潛力等,以期為焦作市養(yǎng)殖業(yè)選擇能源化利用手段治理畜禽糞便造成的環(huán)境污染提供依據(jù)。
1 畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化
1.1 沼氣工程在畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用中的作用
沼氣工程是以厭氧消化發(fā)酵為主要技術(shù)環(huán)節(jié),以養(yǎng)殖糞便廢棄物為原料,以糞便污水的減量化、無害化、資源化、能源化為主要目的,將養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)有機組合的系統(tǒng)工程。沼氣工程通過厭氧發(fā)酵過程殺死大多數(shù)養(yǎng)殖糞便廢棄物中的蟲害和蟲卵等,生產(chǎn)出沼渣沼液高效有機肥,具有植物生長需要的營養(yǎng)元素,含有多種氨基酸等微量元素;另外所產(chǎn)生的沼氣可以用來集中供氣、發(fā)電、燒鍋爐等。
1.2 焦作市畜禽養(yǎng)殖污染態(tài)勢
近年來,焦作市畜禽養(yǎng)殖業(yè)呈現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展趨勢。2010年全市生豬年出欄139.57萬頭,奶牛存欄5.94萬頭,肉牛存欄14.26萬頭,共有規(guī)?;B(yǎng)殖場和養(yǎng)殖小區(qū)606家,到2014年,全市生豬年出欄186.04萬頭,奶牛存欄6.01萬頭,肉牛存欄13.44萬頭,共有規(guī)模化養(yǎng)殖場和養(yǎng)殖小區(qū)950家。部分規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場分布面廣,布局不合理,污染點源多、養(yǎng)殖戶缺乏環(huán)保意識,污染物排放達標率低,規(guī)?;韵滦⌒宛B(yǎng)殖場存在較為嚴重的畜禽糞便圍村現(xiàn)象。
1.3 焦作市選擇沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀
隨著環(huán)保意識的提高,小散養(yǎng)殖企業(yè)逐漸被規(guī)?;笄蒺B(yǎng)殖場替代,畜禽糞便的治理成為養(yǎng)殖企業(yè)亟需解決的問題。沼氣工程作為畜禽糞污處理的主要技術(shù)手段,在焦作市得以迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計,焦作市目前有規(guī)劃化養(yǎng)殖企業(yè)950家,大小型沼氣工程僅有83處,沼氣工程還有很大的發(fā)展空間。截至2014年底,全市累計建成大中小型沼氣工程425處,其中大型30處、中型53處、小型342處,總池容5.5萬m3,各類型沼氣工程年總產(chǎn)沼氣約400萬m3,年處理畜禽糞便約10 萬t。大中型沼氣工程項目的建設(shè),實現(xiàn)了規(guī)?;B(yǎng)殖企業(yè)的糞污資源綜合利用,把養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)結(jié)合在一起,產(chǎn)生了較顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。
2 研究對象與數(shù)據(jù)來源
2.1 研究對象
以焦作市所轄的5個區(qū)、4個縣、2個市的主要畜禽種類為研究對象,主要包括牛、豬、羊、兔和家禽(表1),確定2014年焦作市主要畜禽種類的糞便排放情況。
2.2 畜禽糞便量的計算
數(shù)據(jù)來源根據(jù)焦作市2015年統(tǒng)計年鑒中的畜禽養(yǎng)殖數(shù)量,通過實地調(diào)查和參考國內(nèi)外有關(guān)資料確定畜禽飼養(yǎng)周期和排放系數(shù)。
2.2.1 飼養(yǎng)周期的確定? 不同畜禽種類的飼養(yǎng)周期不同,在統(tǒng)計數(shù)據(jù)中,畜禽養(yǎng)殖數(shù)量包括存欄數(shù)和出欄數(shù),對于不同的畜禽種類是選擇存欄數(shù)還是出欄數(shù)作為計算的依據(jù),對結(jié)果有很大的影響。本文參照國內(nèi)外有關(guān)資料,確定不用畜禽種類的飼養(yǎng)周期以及存欄數(shù)、出欄數(shù)、存欄數(shù)的飼養(yǎng)期按全年(365 d)計算。豬:平均飼養(yǎng)周期為199 d,不足一年,按照年出欄數(shù)量作為穩(wěn)定的飼養(yǎng)數(shù)量。牛:主要是肉牛和奶牛,奶牛的飼養(yǎng)周期超過一年,一般當年不出欄、年末存欄數(shù)可作為當年的飼養(yǎng)數(shù)量。肉牛的飼養(yǎng)周期平均為160 d,肉牛的飼養(yǎng)數(shù)量可以用當年的出欄數(shù)代替。羊、驢:飼養(yǎng)周期一般超過一年,采取年末存欄數(shù)作為當年的飼養(yǎng)數(shù)量。家禽:肉禽的飼養(yǎng)周期平均為50 d,以當年出欄數(shù)計為飼養(yǎng)數(shù)量。兔子:兔子的飼養(yǎng)周期平均為90 d,以當年出欄數(shù)計為飼養(yǎng)數(shù)量。
2.2.2 排泄系數(shù)的確定? 畜禽糞便的排泄量與品種、生長階段、個體發(fā)育、飼料組成、喂養(yǎng)方式等有關(guān)[15],目前尚沒有統(tǒng)一的標準。本文參考了有關(guān)研究成果[16-18],并在當?shù)貙嵉卣{(diào)查,確定了焦作市畜禽糞便日排泄系數(shù)(表2)。
2.2.3 畜禽糞便養(yǎng)分含量的確定? 畜禽糞便含量與季節(jié)、動物發(fā)育階段等因素有關(guān),為了計算方便,采用畜禽糞便養(yǎng)分含量的平均值(見表3)[19-21]。
計算公式:
畜禽糞便產(chǎn)生總量=飼養(yǎng)數(shù)量×飼養(yǎng)周期×排泄系數(shù)
畜禽糞便中純養(yǎng)分含量=畜禽糞便產(chǎn)生量×單位質(zhì)量畜禽糞便養(yǎng)分含量
2.3 沼氣產(chǎn)氣率的確定
影響沼氣產(chǎn)氣率的因素有很多,包括不同的糞便種類、溫度、厭氧環(huán)境、pH等。本文參考已有的研究成果[10,19],按以下數(shù)據(jù)進行計算:豬糞 60 m3/t,牛糞45 m3/t,羊糞62 m3/t,雞糞80 m3/t。沼氣生產(chǎn)潛力=糞便總量×沼氣產(chǎn)氣率。
3 結(jié)果與分析
3.1 畜禽糞便年總產(chǎn)生量
從表4可以看出,2014年焦作市各類畜禽糞便排放總量為400.7 萬t,其中糞排放總量243.95 萬t,占總排放量的60.9%;尿排放總量156.75 萬t,占總排放量的39.1%。由于沒有具體統(tǒng)計家禽中蛋雞、肉雞和鴨鵝的情況,部分畜禽糞便未計算在內(nèi),實際糞便總排放量要大于這一數(shù)值。
3.2 不同畜禽種類糞便排放量
從表5可以看出,不同畜禽種類的排放量差別很大,肉牛、奶牛、豬、羊、家禽、兔的糞尿排放量分別為40.72、71.67、238.79、26.9、20.98、1.64 萬t,分別占總排放量的10.2%、17.9%、59.6%、6.7%、5.2%和0.4%。畜禽糞便日排放系數(shù)與動物種類、品種、性別、生長期、飼料、天氣狀況等有關(guān)。生豬養(yǎng)殖量大,飼養(yǎng)周期長,單頭日排放量也較大,導致年排放量大,排糞量占總糞便排放量的45.5%,排尿量占總尿排放量的81.5%。牛的單頭日排放量要遠大于生豬,但是牛的養(yǎng)殖量少,其糞便排放量高于其他畜禽種類但小于生豬,其排放量占總排放量的28.1%。隨著經(jīng)濟的進一步發(fā)展,生豬和牛的規(guī)模也在不斷擴大,糞便的排放將會是下一步治理的重點。
3.3 不同地區(qū)糞便排放量
從圖1可以看出,不同地區(qū)畜禽糞便排放量差異很大。5區(qū)(示范區(qū)、解放區(qū)、中站區(qū)、馬村區(qū)、山陽區(qū))畜禽糞便總量為40.17 萬t,占總糞便排放量的10.0%。其中,示范區(qū)畜禽糞便總量為28.3 萬t,占五區(qū)總排放量的70.5%。在6個縣市中,武陟縣的畜禽糞便年排放量最大,達到129.75 萬t,占全市年總排放量的32.4%,孟州市畜禽糞便年排放量占總排放量的14.9%,修武縣、溫縣和沁陽市畜禽糞便排放量差別不大,分別占總排放量的11.0%、11.2%和11.4%,博愛縣畜禽糞便排放量占總排放量的9.1%。示范區(qū)緊鄰焦作市城區(qū),在日益重視生態(tài)環(huán)境的情況下,如何解決好畜禽糞便的排放問題十分關(guān)鍵。
3.4 有機質(zhì)、氮磷鉀排放量
畜禽糞便含有大量的機質(zhì)和豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì),是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的寶貴資源,但如果任意排放,則會造成嚴重的農(nóng)業(yè)面源污染[22-23]。從表6可以看出,焦作市2014年畜禽糞便排放量中有機質(zhì)總量為91.97 萬t,豬糞中有機質(zhì)排放量最大,達到56.60 萬t,占有機質(zhì)總量的61.50%;其次為牛糞,占有機質(zhì)總量的22.0%。氮排放總量2.20 萬t,豬糞中氮含量最多,達到1.43 萬t,占總氮排放量的65.0%。磷排放總量為1.73 萬t,豬糞中磷含量為1.19 萬t,占總磷排放量的68.8%。鉀排放總量為1.21 萬t,豬糞中鉀含量為0.96 萬t,占總鉀排放量的79.0%。焦作市2014年化肥施用總量折純?yōu)?0.20萬t,其中氮肥6.80萬t,磷肥2.70萬t,鉀肥0.78萬t。如果將2014年畜禽糞便全部施入農(nóng)田,則氮、磷含量相當于同年化肥施用量的32.4%和63.0%。
4 沼氣生產(chǎn)潛力評價
4.1 畜禽糞便沼氣生產(chǎn)潛力
從表7可以看出,2014年焦作市主要畜禽糞便沼氣生產(chǎn)潛力約為2.273億m3,折合標煤16.20萬t,折合甲烷1.36億m3,2014年焦作市天然氣的消費量為1.90億m3,畜禽糞便能源潛力相當于全市天然氣年消費量的71.6%。豬糞的沼氣生產(chǎn)潛力均為1.43 億m3,占沼氣總生產(chǎn)潛力的63.0%。牛糞的沼氣生產(chǎn)潛力為0.51 億m3,占沼氣總生產(chǎn)潛力的22.4%。羊糞和家禽的沼氣生產(chǎn)潛力相當,約占沼氣總生產(chǎn)潛力的7.3%。據(jù)統(tǒng)計,焦作市2014年各類沼氣工程的沼氣年產(chǎn)量約為0.50 億m3,產(chǎn)氣量僅占沼氣生產(chǎn)潛力的22.0%,下一步應當持續(xù)加強沼氣工程建設(shè),挖掘畜禽糞便的沼氣生產(chǎn)潛力,豬糞和牛糞是利用的重點[24-25]。
4.2 焦作市選擇沼氣工程能源化治污潛力分析
《國務院辦公廳關(guān)于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》、農(nóng)業(yè)部《畜禽糞污資源化利用行動方案(2017—2020年)》等都明確提出,要加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化,以沼氣和生物天然氣為主要處理方向,促進農(nóng)村能源發(fā)展和環(huán)境保護,這些都為焦作市發(fā)展沼氣工程能源化利用提供了科學依據(jù)。
焦作市目前有大中型沼氣工程83座,占規(guī)?;B(yǎng)殖場數(shù)量的8.7%,還有相當大一部分規(guī)?;B(yǎng)殖場沒有建設(shè)沼氣工程。隨著規(guī)?;B(yǎng)殖場的發(fā)展以及環(huán)保壓力的加大,沼氣工程作為能源化治污工程具有較大的發(fā)展空間。
5 結(jié)論
(1)2014年焦作市畜禽糞便產(chǎn)生量為400.7 萬t,家禽中蛋雞、肉雞和鴨鵝的情況沒有具體統(tǒng)計,部分畜禽糞便未計算在內(nèi),實際糞便總排放量大于400.7 萬t。不同畜禽種類中,豬和牛的糞便產(chǎn)生量最大,將是今后畜禽糞便處理的重點。
(2)在五城區(qū)中,示范區(qū)的畜禽糞便排放量最大,由于其緊鄰城市中心,對生態(tài)環(huán)境的影響較大,應當在發(fā)展中首先解決好畜禽糞便的排放問題。
(3)焦作市畜禽糞便沼氣生產(chǎn)潛力約為2.273 億m3,畜禽糞便能源潛力相當于全市天然氣年消費量的71.6%。現(xiàn)有的沼氣工程年產(chǎn)氣量僅占沼氣生產(chǎn)潛力的22.0%,畜禽糞便資源仍有很大的利用空間。
6 建議
目前,畜牧業(yè)發(fā)展進入了新的發(fā)展階段,隨著環(huán)境污染攻堅戰(zhàn)的進一步推進,畜禽糞便的處理[26-29]是當前亟待解決的問題。沼氣工程不但能夠解決畜禽糞污的污染,而且還能提供清潔能源和優(yōu)質(zhì)肥料,應采取積極措施加以推廣利用。
(1)科學合理規(guī)劃。結(jié)合不同地區(qū)的養(yǎng)殖規(guī)模、養(yǎng)殖種類、地理位置等因素,科學合理規(guī)劃,因地制宜發(fā)展沼氣工程[30-31]。
(2)制定優(yōu)惠政策,在用地、用電、稅收以及沼肥的使用等方面制定一系列優(yōu)惠政策,通過政策引導、效益吸引,積極引導業(yè)主增加對畜禽污染治理的投入,吸引相關(guān)企業(yè)及社會資金投入到大中型沼氣工程建設(shè)中來。
(3)加大沼肥的綜合利用。沼渣、沼液是優(yōu)質(zhì)的有機肥,要把沼氣工程作為連接種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的紐帶,以沼液、沼渣替代化肥、農(nóng)藥為重點,落實“兩減”目標,促進無公害和綠色農(nóng)業(yè)基地建設(shè)。
(4)開展沼氣工程市場化試點,鼓勵有職業(yè)資格的沼氣技術(shù)骨干,建立專業(yè)化、正規(guī)化的服務隊,負責管路安裝、調(diào)試、故障排除、維修以及沼肥的利用等工作,確保沼氣工程的健康運行,使沼氣工程能最大限度地發(fā)揮其社會效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和生態(tài)效益。
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(責編:張宏民)