意大利畜禽粪污处理情况及启示

2017年1月29日至2月5日, 笔者在参加FAO粮食和农业遗传资源委员会第16届例会期间, 访问了世界畜产协会秘书处、意大利养殖者协会和罗马城郊的马卡农场, 专门考察畜禽粪污处理情况, 深受启发。

1 意大利畜禽粪污处理的主要模式

意大利地处中欧南部, 畜牧业产值约占农业总产值的33.1%。近年来, 意大利牧场数量逐步减少, 生产规模日益扩大。在欧盟对环境要求越来越高的前提下, 意大利也面临着畜禽粪污处理的压力, 但通过沼气利用和种养结合, 较好地解决了这个问题。考察中发现, 意大利的畜禽粪污处理大致有3种模式。

1.1 以马卡农场为代表的大型规模养殖场粪污处理模式

马卡农场是意大利为数不多的奶牛存栏超过3 000头的农场, 距离罗马市中心仅有20km, 是城郊型现代化农场。农场占地3 425hm, 以奶牛养殖为主, 种养结合。目前奶牛存栏3 450头, 其中泌乳牛1 300头。有2 460hm土地用于奶牛配套生产, 种植粮饲兼用玉米、青贮玉米、普通小麦和青贮小麦, 其余土地种植蔬菜供应罗马市场。意大利政府鼓励奶牛场采用沼气发酵工艺进行粪污处理, 马卡农场根据自身条件, 搞了两种模式的沼气发电。

第一个沼气池采用“70%粪便+30%生物质”的模式, 发电规模990kW/h。在沼气生产中, 添加的生物质一般为青贮玉米及其边角料、秸秆等, 其能量产出效率要高于畜禽粪便。因为该沼气池是响应国家粪污处理的政策而建, 所以在添加的物质中畜禽粪便占大头。

第二个沼气池采用“30%粪便+70%生物质”的模式, 发电规模650kW/h。此沼气池是在第一个沼气池成功使用的基础上建立的, 为了提高发电效率, 秸秆等生物质投入占大头。

马卡农场沼气发电工艺采用计算机控制, 利用机械设备将粪便集中在储粪池中, 然后与生物质 (秸秆或青贮玉米) 按比例混合加入沼气罐。混合装置可使沼气池内料液实现完全均匀或基本均匀状态, 有助于微生物和原料充分接触, 加快发酵速度、提高容积负荷率和体积产气率。

沼气发电之后, 对沼渣和沼液也有很好的利用。沼液直接还田, 沼渣经过干燥后可以作为奶牛场很好的卧床和运动场垫料, 适当的时候再通过地表施肥和深层施肥方式用于农田作物肥料。这样既减少了施用沼渣的压力, 又减少了垫料投入, 更加环保。此外, 奶牛场废水也做到了循环使用, 将挤奶厅、挤奶等候厅冲洗用水、一般生活用水集中在一起, 过滤为中水后可重新作为冲洗用水。

1.2 伦巴第畜牧业主产区中小型养殖场沼气发电模式

据了解, 意大利沼气发电比较普遍, 仅伦巴第大区就有250个沼气发电企业, 占养殖企业的15%。其中, 也有100%粪便生产沼气发电的模式, 相比马卡牧场生产工艺, 发电效率比较低, 但能很好地解决养殖场的粪便污染问题。由于意大利大多数牧场为中小型养殖场, 粪便产量不足以维持稳定的沼气生产, 牧场自发成立合作社, 集中收集多个牧场的畜禽粪便进行生物发酵生产再生能源。

1.3 意大利中小牧场粪污直接还田技术模式

由于意大利大部分为中小型牧场, 自身拥有一定规模的土地, 大部分猪场和部分奶牛场采用了简单处理还田技术。为防止养殖场粪污污染环境, 政府规定未经过处理的粪污不能直接施于农田。还田前必须将粪尿、饲养用水一并通过缝隙地板排放到粪沟中, 然后汇入储粪池储存至少2个月, 厌氧发酵杀灭粪便中的有害微生物, 然后才能还田。

无论是直接还田, 还是沼渣沼液还田, 都有地表施肥和深层施肥两种模式。据介绍, 地表施肥模式粪便中氮素利用效率约为50%, 其中氨态氮挥发损失达30%~50%;深层施肥模式粪便中氮素利用效率可达80%, 其中氨态氮挥发损失仅为2%~3%。深层施肥是减少空气环境污染的有效方法, 对比试验表明, 深层施肥完全可以用粪便替代化肥保证作物生长。

养殖场要拥有与其饲养规模相配套的土地才能避免氮素污染环境, 如果没有土地就必须采用氮素消除技术处理粪污。意大利伦巴第大区部分养殖场没有或拥有很少的配套土地, 没有条件实行粪肥还田, 根据企业自身情况选择了不同的氮素消除技术。

如果养殖企业没有配套土地, 在沼气发电 (利用了其中的碳元素生产甲烷) 后, 粪便中的氮元素只是改变了存在形式, 并没有减少。给沼液通入氧气充分反应, 氮素通过硝化作用转变为NO3, 然后通过反硝化作用生成N2。这样形成产品就可以直接排放到环境中。此设备投资不大, 但需要消耗大量的电能, 与沼气发电结合效果最好。

如果养殖企业有部分配套土地, 可将生产沼气的剩余物干湿分离, 沼液通过排出氨态氮减少还田粪便中的氮素, 固体部分可运输到其他需要的地区, 有计划地避免磷和重金属区域性超标。有两种排出氨态氮的方法:热空气法和化学法。热空气法主要是将热空气通过粪便, 加热将氨气排出, 此法需要大量的热量, 一般利用沼气发电产生的热量。化学法是将沼液4次过滤, 减少沼液体积至一半以下, 加入Na、Ca将NH3置换排出。排出的NH3与硫酸反应生成硫酸铵。至此完成粪污中氮素的资源化利用。

经过近10年的畜禽粪污处理综合技术的实践, 意大利有关协会和专家都认为, 只要盯住土壤中氮素这一关键指标持续监测, 就能基本上实现畜禽粪污的资源化利用, 粪便中其他潜在污染元素如磷、重金属也能迎刃而解。实践证明, 水、空气、土壤监测指标逐年得到改善, 地下水资源得到了一定程度的净化, 笔者所到的养殖场环境都很优美, 无刺激性气味, 说明意大利粪污资源化利用的经验是成功的。

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