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1、禽畜粪便资源化利用技术?36?贵州化工GuizhouChemicallndustry2010牟1O月第35卷第5期禽畜粪便资源化利用技术吴雅琴(贵州大学资源与环境工程学院,贵州贵阳550003)摘要大规模,集约化养殖业的发展,导致禽畜粪便的大量排放,使得其成为影响土壤,水体,大气和生物的污染源,限制了养殖业的发展,严重破坏生态环境及人类健康.目前针对畜禽粪便污染,从三个方面着手进行处理:源头控制技术,饲养过程控制技术和末端治理技术.畜禽粪便有巨大的资源发展潜力,其转化为资源,进行再利用,变废为宝.现在已经发展的比较成熟的畜禽粪便资源化技术有肥料化技术,饲料化技术和能源化技术,分别对其进行介绍.
2、关键词畜禽粪便肥料饲料沼气中图分类号X713文献标识码A文章编号10089411(2olo)o50036051畜禽粪便资源和特点1.1畜禽粪便的现状自古以来禽畜粪便都被作为优质有机肥通过自然生态系统得到转化,利用.如今,由于大规模,集约养殖业发展,导致禽畜粪便的大量排放.使其成为影响农村土壤水体污染源,严重影响饮用水源危及人类健康.在全球范围内,农业的发展使得农产品的生产对环境影响加剧.大规模的畜禽生产导致大量污染物质从畜禽养殖场和储存地的释放,如臭气和氨气.大规模的畜禽生产厂在运输畜禽粪便到再利用过程中也导致高能量的消耗和家畜中疾病蔓延的危险性增加.此外,高浓度有机物的畜禽粪便在用作农作物肥
3、料时,如果肥料超过作物生长需要时,就会导致N,P淋溶进地表径流.大量使用使用畜禽粪便带来的消极还包括半干旱土壤的盐碱化,增加土壤的重金属浓度和降低土壤通气量-3J.如果畜禽规模继续集约化发展,是需要发展相关的技术和战略来控制相关环境问题.畜禽粪便资源总量巨大.据资料显示,全世界家畜数量有39亿只,每年排粪量以百亿t计.我国畜禽粪便产生量也很大,1999年产生总量约为19亿t,2000年产生量超过25亿t,远远超过我国工业废水和生活废水的排放量总和J.2003年我国畜禽粪便产生量约31.9O亿t,远超过当年工业固体废弃物lO.00亿t的总量,畜禽粪便中的总氮量为1394.60万t,总磷量为378
4、.50万t.据估算,我国畜禽粪便主要污染物COD,BOD,NH一N,TP,TN的流失量分别为728.26,498.83,132.20,41.95,345.50万t?a,其中COD的流失量已接近全国工业废水中COD的排放总量(768.37万t?a),总氮和总磷的流失量超过化肥的流失量6J.随着中国养殖业的进一步发展,畜禽分别排放量还会进一步增大,由此造成的环境污染将会更加严重”j.1.2畜禽粪便资源化特点畜禽粪便有巨大的资源发展潜力.其特点可以归纳为以下5个方面j:(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.
5、由于在食物中添加大量钙,磷等矿物元素以及铜,铁,锌,锰,钴,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,造成恶臭熏天,蚊蝇孳生,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.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t212.4万t.另有资料显示,全国每年使用的微量元素添加剂为15万t18万t,而大约有l0万t左右未被动物利用,随着畜禽粪便排出.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,资源化利用的潜力巨大.(2)不同畜禽
6、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,2010年1O月第35卷第5期吴雅琴:禽畜粪便资源化利用技术?37?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
7、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,具体问题具体分析.(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,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%一40%的规模化养殖场距离居民或水源地最近距离不超过150m,对居民生活有影响.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.2畜禽粪便污染与防治措施2.1畜禽粪便污染生产的高度
8、密集,使畜禽粪数量大大超过其周围环境的处理能力和合理使用能力.畜禽粪尿含有大量未被消化的有机物,无机物,病菌等,能对大气,水体,土塘,生物造成多方面的污染.畜禽养殖业对环境的影响主要是在畜禽饲养与畜禽产品加工过程中,大量排泄物和废弃物处置不及时或处理不当而进人环境造成的.畜禽产品生产加工过程中会产生废气,废水,固体废弃物(死尸,皮毛等),畜禽饲养过程中产生的排泄物粪便.畜禽废弃物产生污染的途径有:废弃物堆积储存和运输过程中由于雨水的冲刷和淋洗而导致的营养物质如氮,磷等的损失;畜禽废弃物堆放和处置过程中氨,硫化氢等不稳定物质的挥发;畜禽粪便含有大量未被消化吸收的有机物质,能对大气,水体,土壤,生
9、物造成多方面的污染和危害,有以下几个方面:(1)对大气的污染据资料统计,奶牛,猪,鸡饲料中的70%左右的氨被排泄出来,肉鸡饲料中50%的氨变成了粪便J.畜禽粪尿中含有大量的降解或未降解的有机物,其中以碳水化合物为主,排出体外后在微生物的作用下,有机物质被分解产生一些诸如甲烷,硫化氢,氨气,甲硫醇等恶臭气体,造成空气含氧量相对下降,污浊度升高,降低空气质量.空气中的恶臭气体对人的感觉器官及整个身体的发育均有较大的影响,不仅危及周围居民的健康,而且也影响到场内畜禽的正常生长.畜禽产生的氨气主要形成PM2.5.PM2.5是公认的对人的呼吸和心血管产生危害.据研究表明,一个存栏3万只的蛋鸡场,每天向空
10、气中排放的氨气达1.8kg以上.在氨气浓度50rag/m猪舍内,饲喂小猪4周,采食量下降15.6%,饲料利用率下降18%.另外畜禽业甲烷气体排放量占排放总量的28%38%,是导致温室效应的一个不容忽视的因素J.(2)对土壤的污染近年来,由于饲料中添加过量的铜,锌以及砷等微量元素,在农田中长期大量的施用含过量重金属元素的畜禽粪便,将造成土壤中重金属污染,同时粪便中盐分含量较高(一般为20%一30%),造成土壤盐渍化.再则由于粪便中含磷量较高,N/P比例不协调,极易形成磷在土壤中积累,造成磷的大量流失而污染了水体.堆积畜禽粪便不但占据土地,而且直接腐蚀农田.同时,长期堆放的畜禽粪便中氮化合物在微生
11、物的作用下,通过氨化,硝化,反硝化等生化反应,导致土壤硝酸盐含量增高.当畜禽粪便施人田地后,有机质累积,阳离子交换量增加,使无机盐积累,土壤中不易移动的磷酸在土壤下层富积,可以引起土壤板结u.(3)对水体的污染畜禽粪便堆放不当或施入农田后粪便中的有机质及矿物质都会随粪水及雨水,通过地表径流污染湖泊,河流,水库等地表水,或渗入土壤并进入地下水.据测定,家禽粪便中含有氮,磷,钾,钠,镁,钙,铝,钡,铬,铜,锡,镍,铅,硫,锶,钛,钒,锌等21种元素.这些物质超过环境容量时,就会产生环境污染.由于畜禽粪便富含氮,磷,而氮,磷元素可引起水体富营养化.水体氮,磷达到一定浓度时,藻类和其他水生植物等生物群
12、体大量繁殖,死亡分解后消耗水中溶解氧(DO),使水体变黑发臭恶化,从而影响水中鱼类和其他水生生物生存.(4)生物污染畜禽粪便及废水中含有大量的病原微生物,致病菌,寄生虫卵等.大量实践表明,由于畜禽粪便没有得到及时处理,使环境中孳生蚊蝇,病原种类增多,菌量增大,使病原菌和寄生虫蔓延,最终导致畜禽传染病和寄生虫病的蔓延与发展.2.2畜禽粪便的防治技术畜禽粪便对环境污染主要是以下几个方面造成的:一对饲料的利用率不高;二对畜禽粪尿的利用不足;三缺乏整体规划,导致人畜禽共处.目前,对畜禽粪尿的利用方式主要有:禽粪干燥法,发酵法,粪禽尿沤制产沼气法和堆制还田法等.这些方法虽?38?贵州化工Guizh0uC
13、hemiealIndustry2010年l0月第35卷第5期然利用了部分粪尿,不同程度的减轻了养殖业污染,但没有从根本上实现畜禽粪尿的无害化和资源化.对畜禽粪便污染的防治技术措施有:一源头控制技术研制和生产生态营养饲料,进行源头控制,可有效减少粉料等废弃物的产生量.二饲养过程控制技术加强饲养过程的管理,改变传统的陋习,也可以达到减少粪便流失,减轻污染的控制效果.三末端治理技术对产生的臭气,废水进行治理.对臭气的治理,目前采用吸收法,吸附法,氧化法,采用各种新型制剂和其他方法等.对废水处理,主要采用生物化学法.常用的有好氧与厌氧工艺,或将两者技术的联用.三畜禽粪便资源化为了最大限度的降低出勤生产
14、的废弃物对环境的污染,必须对其废弃物的无害化处理和再利用等技术进行认真研讨.资源化技术包括将畜禽粪便用作有机肥料,饲料,燃料等J.从集约化的畜禽养殖场整体考虑畜禽粪便处理和资源化问题,需要综合考虑个方面的影响,统筹规划,灵活运用防治技术和资源化技术,并不是用一种技术来解决这个复杂的问题.例如XavierFlotats,AugustBonmati等学者研究西班牙东北部(加泰洛尼亚)无论是小型还是大型规模农场对畜禽粪便处理成功实践经验研究中得出:调查和设计养分管理计划(NMP)框架来考虑处理畜禽粪便,介绍了他们成功经验的共同因素是无论在个体或集约化农场,农民,承包者的参与,技术供应商和主管部门,价
15、格的能源和矿物质化肥和一个作为刺激全球框架的管理计划.3畜禽粪便资源化技术3.1肥料化技术“畜禽一肥一土地一粮”循环是我国传统农户经济主要的生产模式.数千年来,提高土壤肥力的主要方法是采用畜禽粪便,农业生产也形成良好的生态平衡体系.过去采用的是填土,垫圈或传统堆肥化方式将畜禽粪便制成农家肥.如今,伴随集约化养殖场的迅猛发展,化肥的大量使用,农牧分离,种养脱节,才使畜禽粪便未能得到有效利用.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,是集处理和资源循环再生利用于一体的生物方法.粪便肥料化方法有堆肥法,快速烘于法,微波法,膨化法,充氧动态发酵法.经过减量化
16、无害化处理后,制成优质的有机肥,用于无公害,绿色食品的生产.堆肥化方法是调节畜禽粪便适当的碳氮比,控制适当的水分,温度,氧气,酸碱度等进行发酵1.随着人们对无公害农产品的需求增加和可持续发展的要求,对于优质有机肥的需求量也在不断扩大,畜禽粪便制造有机肥的市场潜力很大.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.堆肥化处理畜禽粪便技术常用的方法有好氧发酵,厌氧发酵,快速干燥等方法,克服了传统堆肥化处理时间长的缺点.余群等从有无发酵装置分类的开放系统和发酵仓系统报道了有关国内外堆肥化处理技术的研究进展.有机无机复混肥的生产过程及原理:将畜禽粪便
17、集中发酵,达到除臭,灭菌的目的,然后进行干燥,冷却,粉碎至一定的细度,单独造粒制成商品有机肥,或再配入一定量的氮,磷,钾肥,经搅拌或拌和,进挤压造粒机造粒,陈化冷却后即得有机无机复混肥.日本大阪市郊,以畜禽类为原料加人矿质肥和“多种酶”后发酵而成的各种专用商品有机肥料,在大阪注册销售的就有18种之多.3.2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.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,
18、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L】.青贮法是将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.干燥法是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
19、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J.分解法是利用优良品种的蝇,蚯蚓和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,生态效益显着.畜禽粪便通过青贮,干燥法和分解法等方法加工处理,提高了其利用价值和贮藏性,可充分利用畜禽粪便中的营养物质.此法比较经济,生2010年1O月第35卷第5期吴雅琴:禽畜粪便资源化利用技术?39?态效益显着.但是一次投入成本过大.周期过长,不适合中小型养殖场.3.3能源化技术3.3.1生产沼气目前,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.沼气法处理畜禽粪便的原理是利用受控制的
20、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.焚烧法是废弃物热处理中最重要的方法,它是使可燃性废弃物在高温下与氧气发生反应,将废弃物转变成气体,同时可以利用燃烧产生的热量进行发电.这一技术在我国主要是用于生活垃圾的处理,很少用于家禽粪便处理,但在国外养殖业中有一定的应用.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
21、高等优点,是一种有效处理粪便和资源回收利用的技术.它不但提供清洁能源(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.沼气是一种清洁无污染的燃料,可以用于发电.沼气池废渣及沼液可做肥料加以利用.但沼气工程一次性投资高,日常运行维护费用高,经济效益差,资金回收困难,北方地区冬季需采取保温措施才能维持正常运行川.除此之外,沼气处理存在会增加污染物数量,经济上不合算,会加重养殖场本身的污染以及沼气技术本身不完善等弊病,限制了沼气化的大面积推广.因
22、而,沼气工艺作为大,中型畜禽养殖场的唯一处理模式是不合适的,也是不科学,不经济的.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戈电的项目.3.3.2发展燃料乙醇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【18,191,而我国在这方面的研究还是一个空白.Wen,Liaoeta1.(2004)研究显示,牛粪中纤维素含量为26.6%,半纤维素为11.3%.Liao,Liueta1.(2006)研究显示,牛粪中纤维素含量为22%,半纤
23、维素为12.5%.本研究显示,牛粪中纤维素含量为40%,半纤维素为27%;猪粪中纤维素含量为32%,半纤维素为23%.从数量上来看,是相当可观的,将其作为制取乙醇的新型原料,具有良好的发展前景.因而,如果能把这部分废弃物充分利用起来,将其中的木质纤维素转化为糖,进一步发酵成酒精,这不仅可以减少畜禽粪便类废弃物带来的环境污染问题,消除公害,保护环境,也是解决未来能源和资源短缺问题的重要途径,以进一步代替粮食生产酒精,这必将成为解决畜禽粪便污染的新途径,同时也是养殖户增收的重要途径,将会创造巨大的经济效益.4结论养殖业的迅速发展,在大大提高人们生活水平的同时,也给人们带来了严重的环境问题.畜禽粪便
24、是目前养殖业面临的最大问题,如何将其资源化,变废为宝,是全球都关注的问题.如果成功的解决这个问题,可以带来经济效益和环境效益,达到双赢的局面.目前畜禽粪便的资源化利用方向是饲料化,能源化和肥料化,但这三个方面得技术并不是很成熟.因为不同环境产生的不同种类的畜禽粪便在实际应用中,存在自己的特点,并不能完全套用现有的技术规范,需要进行一些改良,才能应用到实际中.所以这三个方向仍然存在很大的发展潜力.同时也可以继续开发畜禽粪便资源化利用的新方向.尽管我国从很早就开始利用畜禽粪便,但效率都不高.农业固体废弃物的开发利用大有潜力可挖,对于我国这样一个人均资源相对较少的国家来讲,我们应该在加强自身建设的同
25、时,借鉴国外的最新科技与经验,更好地利用现有资源.参考文献1边江凤,程继夏,陈学强.对禽畜粪便处理的研究J.江苏环境科,2006,19(2):35362BemalM.P.,RoigA,MadridR.,NavarroA.F.SalinityrisksoncalcRreoussoilsfollowingpigslurryapphcafionsJ.SoilUseManage,1992.,8:125130.3BemalM.P.,RoigA.,GarciaD.Nutrientbalancesincal-careou.$soilafterapplicationofdifferentratesofpigu
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31、andAnimayFecesasNatureResourcesWuYaqin(CollegeofResourcesandEnvironmentalEngineering,GuizhouUniversity,Guiyang,550003)Abstract:Thedevelopmentoflarge-scaleandintensivefarmingindustryleadstoalargenumberoflivestockmanureemissionsandbecomesthepollutionsourcesofsoil,water,atomosphereandbiology.Itlimitsth
32、etheprosperityoffarmingindustryandseverelydamagestheecologicalenvironmentandhumanhealth.Atpresent,forthelivestockandpoultrymanurepollution,itdealwithfromthreeaspects:thesourcecontroltechnology,controltechnologyintheprocessoffeedingandtheendgoverntechnonlogy.Livestockanpoultrymanurehasgreatpotentialf
33、orresourcesdevelopmentandcanconvertintoresourcesconductreuseandturnwasteintotreasure.Nowadaystherearesomedevelopedandmaturetechnologiesasnatureresourcesforpoultryandanimalfeces.Keywords:poultryandanmialfeces;fertilizer;feed;biogas(上接第30页)SummarizationofstudyonwhiskermaterialZHUBo,LI.1ing,LIUFei,YUAN
34、Ming一,WANGNa,TANGPei,CAOJianxin(Schoolofchemistryandchemicalengineering,GuizhouUniversity,Guiyang,Guizhou550003,China)Abstract:Inthispaper,whiskermaterialwassummarized,suchastheconception,growthmechanism,preparationandapplication.Thestudystatuswasanalyzedandthedevelopingforegroundwasputforward.Becauseofthespecialshapeandtheexcellentphysicochemiealpropertiesofit,whiskermaterialwaswidelyusedinmanyalasasanewkindoffunctionmaterial,suchascompositematerials,macromoleculematerials,fireproofingmaterialsandsoon.Keywords:whiskermaterial,growthmechanism,studystatus,application
