我国典型禽畜粪便资源化技术研究

刘茹飞，陈刚，王明超，李强

（中国城市建设研究院有限公司，北京100120）

我国典型禽畜粪便资源化技术研究

刘茹飞，陈刚，王明超，李强

（中国城市建设研究院有限公司，北京100120）

畜禽养殖业发展的同时，带来了严重的环境污染问题。论述了我国典型畜禽粪便的情况，总结了常见的无害化处理技术——有机肥化技术、饲料化技术和能源化技术，指出畜禽粪便厌氧产沼气处理方式应用广泛，但仍存在相关问题。建议加强解决工程问题的科学研究，细化防治禽畜粪便污染的政策法规。

畜禽粪便；处理方式；工程应用

近年来，我国畜牧业发展迅速，畜禽养殖数量和规模不断扩大，为人民生活提供丰富肉、蛋、奶的同时，畜禽粪便规模不断扩大，超过自然降解能力，对环境造成严重污染[1]。目前，部分禽畜粪便已经得到处理，但仍然有大量禽畜粪便未经处理直接排放，污染水体和土壤[2]。国家高度重视禽畜粪便的处理和资源化，关系农村生活环境、能源革命及土壤改善。猪、牛、鸡是我国常见的畜禽，对于猪粪、牛粪、鸡粪等典型的禽畜粪便的处理和利用研究较多，但其中大部分是实验理论研究，关于工程应用性研究较少，综合分析常见的工程应用处理和利用方式，为选择恰当的工艺提供参考。

1 典型禽畜粪便产量

根据2016年中国统计年鉴，2015年猪肉产量5 486.5万t，牛肉700.1万t，禽蛋2 999.2万t[3]。猪、牛、鸡占全部畜禽养殖规模的比例非常高，其产生的粪便也是典型的畜禽粪便。根据相关方式估算，2015年全年排放粪便量（包括尿液量）达到65.54亿t，其中牛粪20.94亿t，猪粪35.61亿t，鸡粪3.93亿t，这3种 [J].Fuel，2011，90(4)：1 309-1 324.

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2 典型畜禽粪便的理化性质

畜禽粪便中含有丰富的营养物质，表1为典型畜禽粪便猪粪、牛粪和鸡粪的养分含量。

图1 我国2015年粪便产量

表1 3种畜禽粪便的养分含量 干基：%

3 典型畜禽粪便的利用途径

由于畜禽粪便成分复杂，对环境的污染和危害是不容忽视的环境问题。畜禽粪便会引起水体污染、土壤污染、农业面源污染[5]、臭气污染、重金属污染[6，7]及温室效应[8]。虽然畜禽粪便是环境污染的源头之一，但如果可以进行合理利用，就可以变废为宝，对畜禽粪便的利用方式主要包括有机肥化、饲料化和能源化[9]。根据估算，每年产生的畜禽粪便全部厌氧消化可产生1 300亿m3的沼气，其中猪粪、牛粪、鸡粪约可产生1 200亿m3的沼气，若将畜禽粪便中的N、P、K全部转化为肥料共可提供N量3 675万t，P量735万t，K量2 272.5万t[10]。猪粪、牛粪、鸡粪约可提供N量3 418万t，P量683万t，K量2 113.4万t。

3.1 有机肥化

我国是传统的农业国家，畜禽粪便在相当长时间内都被直接施用或简单堆沤后施用于农田。这种处理方式目前依然在很多地方被作为禽畜粪便主要处理方式。

在农田施用一定程度的畜禽粪便，可以有效地减少化学肥料的用量，降低成本，还能增加土壤有机质，提高土壤肥力，实现减肥增效和农田可持续利用[11]。但由于该方法不易掌握用量，容易造成面源污染，在一定程度上限制该方法利用。堆腐后再利用的形式逐渐被重视，堆肥就是在人为控制的条件下将畜禽粪便按照一定的比例堆积，满足水分含量及pH值等参数要求，对粪便进行腐解，作为有机肥施用。Huang等[12]研究指出，采用强制通风和机械堆翻相结合的方式有利于水溶性C的分解和固相C/N的降低，加快堆肥腐熟。另外还有一些学者指出，可以通过添加微生物菌剂对畜禽粪便进行发酵之后施用，林先贵等[13]研究指出，施用经微生物菌剂发酵的畜禽粪便制备的有机肥，较非菌剂发酵的有机肥更能促进作物生长，增加产量，提高抗病性，改善作物品质。王玉军等[14]研究指出，添加微生物菌剂处理鸡粪和玉米秸秆混合有机物料，不仅加快了分解速度，而且促进了N的积累，比未添加菌剂处理的N增加了5.4%。

3.2 饲料化

畜禽粪便不仅可以作为有机肥料，由于畜禽粪便中含有未消化的粗蛋白、粗纤维、粗脂肪和矿物质等，也可以作为畜禽的饲料来源。江传杰等[15]研究指出畜禽粪便肥料化利用一段时间内是世界各国处理畜禽粪便最常用的方法。高庆军等[16]研究指出由于鸡的消化道短，加上鸡无唇、无齿、嗉囊分泌液没有消化能力，饲料通过肠道停留时间短，采食饲料中有的营养物质未被吸收即排出体外，因而鸡粪含有丰富的养分，与其他家畜家禽粪便相比养分含量居于首位。因此，鸡粪还是较好的饲料资源，可精加工后饲喂猪、牛和羊等。一般需将畜禽粪便干燥后才能进行饲喂，可以分为自然干燥和机械干燥[17]。此外还有通过热喷的方法将畜禽粪便消毒除臭改变结构，使畜禽粪便变为更有价值的饲料。在美国，某些地区采用鸡粪混合垫草直接饲喂奶牛的方式[18]。但该方法必须做好防疫，避免疾病的发生和传播。

3.3 能源化

在能源短缺的今天，寻找新的可再生能源成为新世纪的主要议题。作为生物质能源的一种，畜禽粪便在能源方面的应用也日趋成熟。用直接燃烧技术将畜禽粪便中的生物能转化成热能和电能方法，已经得到一定的应用。在畜禽粪便中含有比较多的纤维素资源，牛粪中纤维素含量可以达到22%、半纤维含量大概为12.5%[19]。通过对畜禽粪便进行预处理，可以将其转化为糖，再通过进一步发酵制成酒精，可以作为工业化应用乙醇的原料来源[20]。

目前，厌氧发酵是处理畜禽粪便的重要方法。经过厌氧消化，不仅可以消除畜禽粪便中的臭气，杀死寄生虫卵[21]，并且发酵后的沼渣沼液可综合利用，制作成优质的花卉肥、鱼饵和猪饲料添加剂等，更重要的是厌氧消化可以在消除畜禽粪便对环境污染的同时，得到可利用的清洁能源和物质。王永成[22]研究了在不同温度条件下猪鸡粪混合厌氧消化的产气性能，结果表明，35℃下猪鸡粪2∶1组、鸡粪组以及猪鸡粪1∶1组的产气性能要优于其他温度下的其余各组，猪粪的加入提高了鸡粪的厌氧消化性能。罗娟等[23]研究了猪粪、牛粪和羊粪3种畜禽粪便的产气特性，结果发现猪粪是3种粪便中产气效果最好的，其干物质产气量可以达到375.5 mL/g，而牛粪和羊粪的产气量相差不大。

3.4 其他利用方式

3.4.1 发电

将畜禽粪便以无污染方式焚烧，然后发电利用，焚烧过程中产生的灰分还可以作为优质肥料。1992年，英国Fibrowatt公司用鸡粪作燃料建立了发电厂[24]，我国福建圣农集团将谷壳与鸡粪混合物进行燃烧发电[25]，年消耗鸡粪和谷壳混合物约25万t，相当于节省约8.8万t煤。

3.4.2 热解

畜禽粪便在缺氧或无氧条件下热降解，最终可以生成木炭、生物油等[25]。畜禽粪便的低温慢速热裂解，可制取活性炭产品。Lima等[26]研究指出，鸡粪在以水蒸气为催化剂、700℃条件下进行碳化，活性炭获得率为23%～37%。畜禽粪便的中温快速裂解产物以生物油为主。

4 典型畜禽粪便处理技术工程应用

畜禽粪便的处理技术需能在工程上取得应用才能有效解决禽畜粪便污染的实际问题。目前，畜禽粪便的有机肥化处理方式，直接施用容易引起面源污染，而且效率低。畜禽粪便的饲料化处理方式存在很多安全隐患，已不宜提倡饲料化技术处理，工程应用也比较少。

国内外工程应用采用的技术主要为堆肥化制肥及厌氧产沼气。在我国，大型沼气工程近些年获得了很大的发展，以畜禽粪便、秸秆、餐厨、污泥、果蔬垃圾等单独物料及混合物料作为原料的厌氧工程已有很多工程案例，以秸秆和畜禽粪便为原料单独或混合厌氧消化的沼气工程非常多，集中在养殖和秸秆集中的地区，中国农业大学生物质中心生物天然气中试平台项目（猪粪＋玉米秸秆），设计每天产气5 000m3。江苏海安畜禽粪便处理2 MW沼气发电项目（鸡粪＋水稻秸秆），设计每天产气20 000 m3。嘉立荷（山东）牧业万头奶牛场沼气发电项目（牛粪），设计每天产气10 000m3。一般都采用中温单相厌氧工艺。

畜禽粪便堆肥大型工程应用较少，堆腐和微生物发酵后施用，生产强度大，耗费时间长，占地面积大，工程化应用较少，而且规模较小。据不完全统计，堆肥工程应用包括：罗城年产18万t智能生态配方肥基地；田东年处理40万t有机废物暨年产30万t生态肥基地；河南枫华集团以猪粪为原料堆肥年生产15万t生态肥项目；内蒙古优然牧业有限责任公司清水河牧场堆肥项目（牛粪）；河北美客多食品集团有限公司堆肥项目（鸡粪）；北京奥格尼克生物技术有限公司堆肥项目（牛粪）。

另外一些工程先将畜禽粪便厌氧，然后沼渣和沼液在进行堆肥。例如，山东民和牧业3 MW沼气发电工程（鸡粪），年产沼气量1 000万m3，沼渣沼液堆肥，肥料用于周边苹果和葡萄园施肥。

5 存在的问题

畜禽粪便厌氧发酵产沼气处理方式能在避免污染的基础上得到清洁能源，而且沼渣沼液经过处理后能够还田，但投资大，成本高，产气效率低，沼渣沼液资源化技术不成熟。我国目前特别重视畜禽粪便的污染和治理，出台了相关的政策和技术规范，但总体来说畜禽污染防治政策、法规还不完善，一般是以倡导性的条文为主，缺乏监督管理机制，可操作性不强，导致政策、法规不能有效落实。

6 建议

近年来科研工作者在畜禽粪便资源化利用技术方面做了大量研究和创新，产气量等相关指标获得了较大提高，但还有待工程应用的实践。应进一步加强解决实际问题的创新研究，例如禽畜粪便与秸秆、污泥等多物料混合厌氧消化的机理、参数研究，设备研发。政府应该强化禽畜粪便处理和应用的环保立法，细化相关政策、法规和标准，同时给予财政补贴。

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Abstract:The developm ent of livestock and poultry breeding industry has brought serious environm ental pollution problem s.By review ing the current status,the paper elaborates the harm-free treatm ent technology for livestock and poultry m anure including fertilization technology,feed processing technology and energy technology,and points out that although anaerobic of livestock m anure treatm ent is w idely used,it is not perfect.The suggestions of enhancing the scientific research to solve engineering problem s and refining the policies and regulations about the prevention and controlof livestockmanure pollution are put forw ard.

Keywords:livestock and poultry m anure;treatm ent;engineering-applied（

Recyclingmodification and application of polypropylenematerials used in waste household app liances

LUO Si1,2,WU Xiaoyan1,2,DU Tao1,2,DU Bo1,2
（1.Tianjin Recyclable Resources Institution,China co-op,Tianjin 300191,China; 2.Tianjin Resources Recycling Technology of Electronic Waste Engineering Center,Tianjin 300191,China）

W ith the refresh rate of the househould appliances speed up,large am ounts of w aste polypropylene(PP) produced by them becom e the resources and environm ental problem s w hich need to be solved urgently.This paper review s several feasible m odification m ethods of w aste PP to increase technology content of w asted PP products, im plem ent the high value recycling of w aste PP,form ate the resources recycling industry chain,and analyses the prospect and significance of resource utilization of w aste PPm odified m aterials throughout the current status ofm odified PP application in household appliances,w hich provide the direction for the market reusing w asted PPm odified m aterials.

w aste household appliance,PP,m odification technology （

Research on resource utilization technology of livestock and poultry manure in China

LIU Rufei,CHENGang,WANGMingchao,LIQiang
（China Urban Construction Design＆Research Institute Corporation Limited,Beijing 100120,China）

X713

A

1674-0912（2017）03-0037-04

2017－02－10）

刘茹飞（1987-），男，山西省太谷人，硕士研究生，工程师，研究方向：固体有机废弃物资源化。

2017－03－09）粪便占全部粪便的比例见图1。