实施养殖企业建设与运维式的“环保管家”废弃物处理模式的可行性思考

廖敏

浙江大学环境与资源学院

1我国畜禽养殖环境污染现状

当前我国畜牧业处于由传统散养模式向规模化、集约化饲养模式转变的阶段，畜牧业总产值逐年增加，2015年我国畜牧业总产值达到29780.4亿元，较2011年增长了15.56%。同时规模化养殖比例不断扩大，2015年我国生猪年出栏500头以上、肉牛年出栏50头以上、肉羊年出栏100只以上、肉鸡年出栏10000只以上、蛋鸡年存栏2000只以上的规模养殖比例分别为 44.0%、28.6%、34.3%、68.8%、73.3%。

规模化养殖的快速发展造成畜禽养殖废弃物产生量突增，根据农业部2017年统计，我国仅猪牛鸡的饲养量就已经达到了91亿头只以上，畜禽粪污产生量已达到60亿t，综合利用率不足60%。未经处理的废弃物任意排放不仅给农村的水源、土壤及大气环境等带来严重影响，还造成资源的巨大浪费。近几年，虽然我国农业污染排放总量逐年递减，但畜禽养殖污染排放量占农业污染排放总量的比例却居高不下，见表1。

由表1可见：2011-2015年间，我国畜禽养殖化学需氧量(COD)、氨氮、总氮、总磷排放量占其各自 农业污染排放总量的比例分别稳定在 95%、75%、60%、75%以上，可见我国农业面源的污染主要以畜禽养殖污染为主。

表 1 我国畜禽养殖污染排放情况

注: 数据来源于 2016 年《中国环境年鉴》。

1.1 对水源环境的影响

畜禽养殖对水源的污染主要来自于畜禽粪便和养殖场污水。目前，我国大多数养殖场的畜禽粪便处理能力不足，60%以上的粪便得不到科学处理而被直接排放，通过畜禽排泄物进入水体的COD量已超过生活和工业污水COD排放量的总和。畜禽粪便中含有大量的污染物，包括病原微生物、有机质、氮、磷、钾、硫元素等。随意堆放的粪便会经雨水冲刷排入水 体，使水中溶解氧含量降低，水体富营养化，从而导致水生生物过度繁殖。畜禽粪便被过度还田后还会使有害物质渗入地下水，引发地下水中硝酸盐浓度超标，严重威胁人类健康。另外，据环保部门统计，高浓度养殖污水被直接排放到河流、湖泊中的比例高达50%，极易造成水源生态系统污染恶化。

1.2 对大气环境的影响

畜禽养殖对大气的污染主要表现在两个方面：一是畜禽粪便产生的恶臭。规模化养殖的饲养密度较大、环境潮湿，畜禽粪便大量堆积时，硫醇、硫化氢、氨气、吲哚、有机酸、粪臭素等有毒有害物质会经粪便腐败分解而进入大气环境中，为动物疫病的传播提供了有利条件，同时严重危害人类身体健康。二是畜禽饲养造成的温室效应。目前畜牧业是我国农业领域第一大甲烷排放源，也是全球排名第二的温室气体来源，人类活动产生的温室气体中，有15%左右来自于畜牧业。经联合国粮农组织测算，全球每年由畜禽养殖产生的温室气体所引发的升温效应相当于71亿t 二氧化碳当量。在畜禽动物中，牛是最大的温室气体制造者，每年畜牧业甲烷排放总量中，有70%以上来自于牛。

1.3 对土壤环境的影响

畜禽养殖对土壤的污染主要表现在畜禽粪便过 量施用造成的土壤结构失衡和有害物质在土壤中的累积。规模化养殖的粪便排放量大，远远超出了土壤的承载能力，无法及时被消纳的粪便会造成土壤结构失衡，过度地还田施用还会导致土壤中的氮、钾、磷等有机养分过剩，从而阻碍农作物的生长。

目前，养殖场对饲料添加剂、抗生素的大量使用，使得畜禽粪便中重金属、药物、有害菌等物质残留，施用到农田土壤中会造成重金属和抗生素复合感染，严重威胁食品安全。研究表明，相比羊粪和鸡粪，猪粪中的铜、锌、镉含量较高，分别为197mg/kg、947mg/kg、1.35mg/kg，更易造成土壤污染。

2 畜禽养殖环境污染成因分析

2.1   财政扶持力度不足，废弃物处理技术落后

建立完善的环保基础设施是畜牧业环境污染治理的前提，但目前我国对畜禽养殖的污染防治补贴主 要针对大规模养殖场，2015年，虽然有20542家规模 养殖场对废弃物处理设施进行了完善，但占比较大的中小规模养殖场由于政策激励不足，导致养殖场基础设施条件落后，主要表现在圈舍内畜禽密集，饲喂、排粪尿的空间狭小，粪水收储设施和处理设备缺乏。另外，现行环境补贴政策多为一次性补贴，且补贴比例远远低于养殖污染治理成本，严重影响了养殖户参与污染治理的积极性。

废弃物处理技术能力落后，使得养殖场粪尿污水等污染物即使经过处理也达不到排放标准。由于干 清粪工艺对资金和技术的要求较高，目前我国只有部分大中型养殖场采用干清粪方式处理废弃物，而中小规模养殖场大多采用铲车、手推车式的人工清粪方式，粪尿、污水掺混且易随处散落，导致后续处理难度增加。此外，相当一部分传统养殖户仍在使用水冲粪、水泡粪的方式清理养殖场，这种传统方式不仅会使污染物浓度增高，还会产生大量污水。通过干清粪方式排入水体的 CODCr(用重铬酸钾为氧化剂测出的化学需氧量)负荷量为20.28g/h，而水冲粪方式排入水体的CODCr负荷量达到314.60g/h，可见后者更易对环境造成不良影响。

2.2   地区发展不均衡，农牧脱节，污染物资源化利用受阻

我国畜牧业在各区域的分布和发展并不均衡，规模化养殖场主要集中在东部沿海发达地区及中部地区（图1），养殖密集区域也是污染物排放量最大的地区。研究表明，我国畜牧业污染最严重的 3 个省份是河南 省、四川省和山东省，污染量占全国污染总量的30%左右。从产污量突出的畜种分布来看，四川、河南 等省是生猪养殖密集区，内蒙古自治区、黑龙江省是 奶牛养殖密集区，山东、辽宁等省是家禽养殖密集区，这些养殖密度较高的地区粪便及其他废弃物排量较大，导致环境污染负荷较高。

图1   畜牧业在我国国土空间分布特征

此外，大多数养殖户只养不种、种植者只种不养，且农作物施肥时间和所需施肥量与养殖生产周期不匹配，这样的农牧脱节现象导致畜禽粪便无法被有效利用。在种养业各自为政的情况下，不仅会使养殖污染物得不到有效利用而造成资源浪费，还会使农作物 的化肥施用量增加，给环境造成双重破坏。

2.3   养殖户素质总体偏低，废弃物处理技术选择、管理与研发能力低

我国养殖业的发展是基于广大农民的基础展开的，农民养殖业的实施者和操作者，这一群体总体文化教育水平偏低，目前有关养殖粪污废弃物的技术种类繁多，对废水的处置有沼气+沼液肥料化、生化处理达标排放技术、异位发酵床处理技术、酵风屏风屏零排放处理系统等，对粪便固体废弃物的处置技术有厌氧发酵堆肥技术、好氧堆肥技术、生质燃料化技术等，粪污处置技术的选择需要根据养殖户或者区域的自然条件和自身的知识水平做出科学的选择，首先确认所选择的技术保证自身能运行好，其次必须保证处置技术产生的副产品（沼液、沼渣、有机肥、生物质燃料等）必须有出路才能形成完整的循环链，这样才可是养殖废弃物的处置进入良性循环。由于农户的知识水平低，养殖企业对废弃物处理技术缺乏自主研发能力，所选择的处置技术，主要以地方政府推荐技术为主，但同时由于知识水平低，也造成养殖户管理与运行能力，无法有效运转自选或政府推荐的技术，造成大量处置技术的设施运转不灵。这也是造成养殖废弃物外排对环境形成压力的重要因素。

现实中，由于农户的知识水平低，没有有效科学知识支撑所选的技术有效运行，造成大量处置技术的设施运转不灵与搁置，例如异位发酵床技术，农户没有认真控制发酵床的水分需求和翻堆要求，造成异位发酵床设计过小，为了及时处理粪污，农户随意加入过量的粪污，造成发酵床水分过多，同时不及时翻堆等，导致目前已投入的异位发酵床普遍失效，最终导致无法有效处理的粪污被偷排进入环境。此外有机肥发酵也存在相似的管理问题，采用传统发酵技术需要3-6个月才可将其腐熟，变成真正的有机肥，为了快速腐熟，人们研发出控温式发酵仓技术、分子膜控制好氧静置堆技术、好氧发酵翻堆技术等，要想获得相对理想的有机肥，也需要3周到4周的时间，但养殖户为了快速处置粪污，很多往往只发酵一周，就当有机肥输出，所生产的有机肥普遍出现物料中心根本没有腐熟，还是原料状态，一旦使用往往出现二次发酵，导致发热烧根和病害腐根等问题，造成种植户不愿使用这类有机肥，造成粪污无法有效消耗处理，往往被偷排处理到环境中，形成恶性循环。

2.4   政策法规可操作性不强，执行力度不够

为了从源头上预防和治理畜禽养殖污染，我国自2001年起陆续出台了一系列政策法规，主要包括以污染防治办法、养殖生产操作规范、行业技术标准等为主的命令控制型政策和以沼气工程建设、有机肥施用补贴为主的经济激励型政策。这些政策法规的出台对我国畜禽养殖污染防治起到了积极的推动作用，但与畜牧业污染防治起步较早的国外发达国家相比， 还存在很大的差距。

发达国家针对自身实际情况制订了一系列具体 明确的污染治理办法，比如美国、加拿大、英国、德国均制定了严格的养殖场环境准入标准，美国、日本、加拿大、荷兰对畜禽粪便的储存和处理都有明确的规定。而我国现行畜牧污染防治政策多注重原则上的规定，例如只强调畜禽粪便还田施用应当与当地环境容量相适应，并未针对不同地区的环境特点明确给 出量化标准，不具备可操作性。另外，我国畜禽养殖污染防治政策尚未对温室气体减排机制进行探索，还有待进一步完善。

2.4   监管能力薄弱，约束机制不完善

在农村地区监管困难的大环境下，环保部门对畜禽养殖污染存在执法不严、监管不到位的现象。一方面，我国环保部门、机构的设置主要分布在城市地区，不能及时对农村地区畜禽养殖过程及污染排放实行全 面监管。另一方面，2003年颁布的《排污费征收标准管理办法》仅规定对生猪存栏50头以上、牛存栏50头以上、家禽存栏5000只以上的大规模养殖场征收排污费，中小规模养殖场还没有被纳入监管范围，由于排污费征收标准偏低且执法不严现象多发，无法起到约束作用，自觉遵守行业规范的养殖户很少，导致一些命令控制型政策落实不到位，实施效果不理想。

3   走出当前我国养殖企业废弃物处理困境的思考

3.1   建设与运维式的“环保管家”是解决养殖企业养殖废弃物处置的必然选择

2016年4月15日，环境保护部印发了《关于积极发挥环境保护作用促进供给侧结构性改革的指导意见》（环大气[2016]45号），该意见中指出：“推进环境咨询服务业发展，鼓励有条件的工业园区聘请第三方专业环保服务公司作为“环保管家”，向园区提供监测、监理、环保设施建设运营、污染治理等一体化环保服务和解决方案”。由此，在环境保护领域正式提出了“环保管家”的概念。

BO模式即建设(built)经营(operate)模式，原隶属于建筑工程项目建设运营模式，又笼统的称之为市场化运作，指的是承包商（一般在当地政府的监督指导的情况下）同时承包某一地段的建设以及运营项目，产权到期后移交政府。这种模式的特点主要是：一、市场化管理，政府指导但不参与其中；二、规划合理，承包商在建设时就要考虑到项目的社会适用性，使得不合理的建设大大减小；三、权责分明，由于建设经营的一体化，使得这两者的责任人归一，利益纠纷不再遇到踢皮球的情况。BO模式是解决政府在城镇化和农业现代化上投入不足的新举措，其建设资金来自建设者，建设者主要通过特许经营创造价值获利。

环境治理领域的建设与运维模式（BO模式）是“环保管家”的一种具体展现形式之一，是一种“合同环境服务”，是新兴的一种治理环境污染的新商业模式。

养殖企业由于资金有限，养殖户素质总体偏低，废弃物处理技术选择、管理与研发能力低，制约了养殖企业废弃物有效处理的水平，养殖企业若建立专业治理技术队伍，必然增加大量成本，因此在目前而言，对大多数养殖企业而言不现实，因此需要引进第三方专业技术队伍参与治理，但只是简单直接参与治理服务，养殖企业既要投资废弃物处理设施，同时也需要支付治理队伍的人员费与及设施运转的消耗费，这样成本对养殖企业负担仍然带来巨大压力，因此简单的第三方专业技术队伍参与治理的方式缺乏落地基础。

但是养殖废弃物是一种可创造价值的资源，根据废弃物的种类可进行不同的资源化，如将废弃物饲料化加以利用提供给养殖业，肥料资源化提供给作物，生物质能源利用提供给供热或发电厂，能源化进行沼气发电或向农村乡镇集中供应沼气，同时沼液制备专用液体复合肥料提供给作物，等等。这为引入投资企业，开展养殖废弃物处置的BO模式带来了基础，如果引入BO模式，对养殖户而言可能只需支付少量的处置费，而无需投入设备及技术人员，废弃物的处置交给了具有专业特长的投资单位，投资者由于投入了资金、设备与技术人员，所收取的少量的处置费远远无法收回投资，同时需承担设施运行带来的环保监管压力，因此其必然认真管理与运行好所投资的设施，强化资源化技术的运用与开发，增强造血功能，通过废弃物增值可实现2-3年后盈利，实现远期的长期盈利，可见BO模式可以作为养殖企业废弃物有效处置的有效模式，有效解决了养殖业的投资及专业技术力量不足的问题，其未来是当前我国养殖企业废弃物处理走出困境的必然选择。

3.2   养殖企业建设与运维式的养殖废弃物处置技术的组合选择

  依据养殖企业养殖废弃物的排放特征，其废弃物主要为尿液及粪便，即液态和固态废弃物，因此需综合考虑两者的价值和最终处置费用，以及是否可系统解决所有废弃物的出路及区域市场的承载力和运输半径等，如液体废弃物部分处理常见是达标排放、沼气化+沼液肥（直接用或深加工成配方液体复合肥）、沼气化+沼液肥+发酵解风屏零排放系统、异位发酵床技术，这些技术中达标排放处置技术，首先投资大，有废水排放，排放的废水还需缴纳排污费，吨运行费用在30元以上，因此该技术只有支出，是BO模式不值得去配置的；沼气化+沼液肥技术在种养结合，耕地配套充分及配方沼液肥料市场保障的情况下可实现沼液的充分利用，配置的配方液体复合肥，吨利润在2000元以上，沼气可供热或发电补偿养殖企业（免费），可见沼液加工成液体复合肥是其利润造血点，是在市场渠道通畅的情况下，是BO模式值得去配置的；沼气化+沼液肥+酵解风屏零排放系统是对沼气化+沼液肥技术模式的补充，该技术对无法解决沼液肥耕地配套或市场销路渠道的情况下，通过酵解风屏零排放系统将沼液中的水分子在生化与物理强化相结合下气化进入大气，主要污染物氮被反硝化成氮气进入大气，实现零排放，该技术运行成本约3元，大大低于达标排放，此外设施投资成本，日处理15吨废水投资大概20万元，若每吨收取15元处理费，大概设施投资3年回成本，3年后进入盈利模式，严格要求的地区，无法解决沼液肥耕地配套或市场销路渠道的情况下养殖户完全可接受这一方案，因此这也是BO模式值得探讨去配置的技术模式之一；异位发酵床技术实际上属于有机肥生产发酵堆技术，通过微生物发热蒸发水分，同时尿液中的氮补充发酵床中的谷壳或锯末碳氮比不足，参与同化腐质化过程消耗掉，大概80立方的发酵床配套1吨废水，需建设标准厂房、翻堆机和喷淋设备，按照日处理50吨水计算，需建5000平方以上的标准厂房及配套设施，投资近2500万元，所制备的有机肥销售价格约400元，利润约50元，年产有机肥约10000吨，年利润50万元，需50年回本，可见该技术也不是BO模式值得去配置的技术模式。

对于固体而言，目前主要去处为有机肥或生物质燃料的资源化模式，有机肥技术模式：对于有机肥由于生产方式较多，传统堆肥模式耗时长，需要大面积的场地，对规模猪场而言，土地是制约因素，因此对BO模式而言无法实现；翻堆式好氧发酵对模式与异位发酵床类似，投资相对加大，年处理1000吨的有机肥厂而言，投资费用约150万，按吨有机肥利润约100元计算，年利用10万元，大概15年回本，之后进入盈利模式，时间过长，不属于BO模式选择的技术模式；分子膜控制好氧静置堆技术由于发酵只需地面固化，分子膜和鼓风设备，无需厂房，对于年处理1000吨的有机肥厂而言，投资费用约30万，根据调研吨有机肥利润约100元，年利用10万元，大概3年回本，之后进入盈利模式，时间恰当，因此该有机肥生产属于BO模式选择配置肥料生产技术模。对于生物质燃料模式而言，主要为生物质燃料棒生产，按年处理1000吨固废，需投资45万元，根据吨生物质燃料利润约200元计算，年利用20万元，大概2.5年回本，之后进入盈利模式，时间恰当，因此该技术属于BO模式优选技术模式。

综上所述可通过合理技术模式组合，开展BO模式建设，既实现养殖户少投资，无需参与管理及承担环境管理风险的养殖废弃物全量化处理目标，又可实现投资者2-3年后进入盈利状态。其优先技术配置组合为，液体处理技术优选为沼气化+沼液肥（直接用或深加工成配方液体复合肥），其次为沼气化+沼液肥+发酵解风屏零排放系统。固体处理技术，肥料化为分子膜控制好氧静置堆技术（图2），生物质燃料化为生物质燃料棒生产技术（图3）。总的技术路线如图4。

图2 分子膜控制好氧静置堆有机肥

图3 生物质燃料生产

图4 养殖废弃物BO模式技术配置图