中国农业大学董仁杰教授
博士，博导兼硕导。中国农业大学工学院生物能源环境科学与技术实验室主任。中国农业大学生物质工程中心常务副主任，农业部可再生能源清洁化利用重点实验室常务副主任，国家生物燃气高效制备及综合利用技术研发(实验)中心副主任。
专家开讲啦
畜禽养殖粪污处理与资源化利用可行技术分析
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-THE FIRST-
能源与环保是社会经济发展的关键要素
社会的发展和能源与环境息息相关，我们的任何活动都会对环境产生影响，而这些影响又会对人类活动产生一些限制。现在养殖业的产量提高了，但是环境污染的压力也增大了。动物在消耗饲料，而饲料本身就是能源，所以会对环境产生污染。人类社会的常规发展规律是，经济发展导致环境污染加剧，但是随着经济发展到一定程度，对环境的修复也会提高，从而对环境的破坏会有所改善。而中国现状是，随着经济的发展的加速，对环境的破坏越来越严重。
随着养殖业的发展，粪污的产生量也越来越多。目前对粪污的看法不一，有人认为粪污是一种污染物，有人认为粪污是一种资源。实际上，粪污是资源大概是40年前的观念，当时粪污都是很好的肥料。现在的粪便都是污染物，而处理好的粪便才可以变成资源。
但是粪便本身不是资源，资源是大家愿意好钱去买的，而粪污是要投入钱去处理的。所以，我希望我们养殖业的同行不要再说粪便是资源，粪便是污染物。但是这个污染物如果用“放大镜”去看会发现里面还有很多有用的东西，所以国家出台了很多政策推动大家治理和利用粪污。
因此，我们要换一个角度看粪便污染，它是一种具有资源潜力的污染物。粪便中的N、P、K都是肥料，C是能源，H、O是水，这些都是可利用的。如果我们养殖合理完全没有问题，但是在养殖过程中大家往往会投入很多其他的东西，比如重金属、抗生素等，这些东西对促进养殖业是有好处的，但是过量就会对环境造成污染。所以要强调绿色发展，否则就会失去我们赖以生存的家园。全国畜牧总站的杨军香处长提出，种养还田、集中处理、清洁回用、达标排放，这是目前粪污处理的一种可能的方向。
图1畜禽养殖粪便处理
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-THE SECOND-
肥料化
关于粪污处理的主要技术有很多，堆肥这方面是中国农业大学的李季教授在研究，我照本宣科简单介绍一下。
01
好氧堆肥工艺路线
堆肥快速发酵的核心技术有4个方面需要注意:原料配比技术、过程控制技术、发酵接种技术、臭气控制技术。国际上对堆肥有更多的限制因素，比如病虫卵、重金属含量等。所以堆肥时要注意这些问题。

图2好氧堆肥工艺路线
02
肥料化-粪水堆肥
粪水堆肥是印遇龙院士一直在研究推广，名字是我起的。这种方式是把养殖粪水和其他的干物质混合后进行堆肥，通常1t干粉可以吸纳1.5t粪水。
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-THE THIRD-
能源化
从国际上来看，所有低含固量的废水的处理技术全部都是厌氧的方式。为什么要采用厌氧消化技术处理养殖粪水呢?养殖场的粪污进行固液分离之后，固体可以堆肥，液体就要贮存，从环保的角度要求要封闭保存，而封闭之后就是厌氧环境。
01
以产沼气为目的常规厌氧发酵技术
既然是厌氧发酵，那么气就要收集出来。这里就分为两个方向，①生产沼气;②我们不关心生产了多少沼气，只需要把粪水存起来，需要使用的时候可以用，就可以了。
但是要是能降低粪水对环境的负荷更好，因此要把C取出来，就是产沼气。C取出后粪水对环境的负荷就会减小很多，但是N、P、K等元素还是在水里。所以沼气工程本身不是环保，只有把沼液处理之后才是环保。
沼液如何处理，一定要还田，进行农田消纳。成功案例就是民和全混式沼气工程，一期是特大型集中式3MW鸡粪沼气发电并网项目。采用“原料分散收集-集中沼气处理-沼气发电-沼肥高值化利用”的粪污处理模式，将公司三大区域23个分散鸡场的鸡粪集中处理。日均发电6万度，每年向国家电网供电2,200万度;日产沼气3万立方;沼液用于烟台地区20多万亩的苹果、葡萄、樱桃基地;年回收机组余热相当于6,750t标煤。
二期是沼气提纯生物天然气项目。总投资1.3亿，2016年下半年竣工投产。发酵采用中温厌氧CSTR工艺，发酵罐12座，单座发酵罐容积3,724m³。日处理鸡粪700t;日产沼气70,000m3;日提纯生物天然气40,000m³。
02
以处理粪水为目的的快速厌氧发酵技术
见图3、图4。

图3猪粪水(左)和牛粪水(右)
快速发酵产气示意

图4地下/半地下推流式反应器结构示意图
03
沼液封闭贮存与后发酵
由于沼液储存过程中会存在二次发酵过程，因此欧洲国家(德国、丹麦、奥地利)为了降低温室气体排放贡献，对于覆盖的沼液储存塘给予一定的政策补贴。黑膜沼液贮存塘常用HDPE膜。南方要注意防风、防雨及防紫外线;北方应注意防风、防冰冻、防雪等。

图5沼液贮存塘
关于建沼液贮存塘，目前没有专门的标准，下列是可以参考的标准。
设计可参考标准:GBT 26624-2011畜禽养殖污水贮存设施设计要求;CJJ 54-1993-T污水稳定塘设计规范。结构可参考标准:CJJ 54-1993-T污水稳定塘设计规范;GB 50069-2002给水排水工程结构设计规范;GBJ 7-1989建筑地基基础设计规范;GBJ 10-1989砼结构设计规范;GBJ 11-1989建筑抗震设计规范;GBJ 9-1987建筑结构荷载规范;GB 50016-2006建筑设计防火规范。防渗处理可参考标准:SL/T 231-1998聚乙烯(PE)土工膜防渗工程技术规范;GB/T 50934-2013石油化工工程防渗技术规范。
04
种养结合
农业部的政策中这样说，有多少地，能处理多少沼液，就可以样多少动物。如果土地不匹配，养殖场就要迁走。但是如果是大型的养殖场可以进行粪污处理，固体可以做成商品进行长途运输，液体部分不能运输，进行就地消纳，因此，只要粪污中的液体部分可以在当地进行处理，也应该属于种养结合。这是我对种养结合概念的一个扩展性的理解。
05
重金属检测
在中国，粪便中的重金属检测基本上是空白。如果大家有这方面的技术，我们可以补充。我们研究发现，沼液中的重金属含量大概是渣中重金属含量的1/10，因此沼液中重金属的风险就会大大降低。
4
-THE FOURTH-
清洁化
粪便产生之后，经过厌氧发酵、储存、农田利用之后还是无法处理的部分，还是需要排放。我们把这部分不得不排的物质采用工业技术手段，进行达标排放。工业界对于废物处理的达标排放的技术手段很多，大家可以多和工业领域的同行多交流。