许振成畜禽养殖业产排污系数体系构建与污染减排.ppt

畜禽养殖业产排污系数体系构建与污染减排,许振成环境保护部华南环境科学研究所,2010年12月5日,汇报提纲,引言畜禽养殖业污染管理系统分析畜禽养殖产、排污系数体系畜禽养殖业产排污量核算方法畜禽养殖业总氮、氨氮产排污规律探讨,1、引言,第一次全国污染源普查资料显示，我国农业生产排放的COD、氮、磷等主要污染物量，已远超过工业与生活源，成为污染源之首，其中COD排放量占总量的44%，氮占57%，磷占67%。在农业生产过程中农药、化肥、地膜等农用物资的不合理和过量使用，以及畜禽粪便等农业废弃物的任意排放，在降水或灌溉过程中，污染物通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏进入就近水体，引起水质的污染，成为影响我国水环境，尤其是威胁饮用水源安全的首要因素。,“十二五”期间将畜禽养殖业作为主要切入点，把农业污染源纳入污染物总量减排体系，着力推进畜禽养殖污染防治工作。然而，如何构建科学合理的畜禽养殖业主要污染物产排污核算体系，是“十二五”环境管理中对其削减与控制所急需解决的基础性问题。,1、引言,2.畜禽养殖业污染管理系统分析,图1 畜禽养殖业污染管理系统,根据畜禽粪尿管理过程，以“饲料一饲养排泄（产污）收集处理（贮存、加工、利用，削减净化、排放）”为链条，具体分析畜禽养殖系统中影响污染物产生、利用、处理与排入环境的各种因素，通过实验与实际养殖过程中观测，定量确定各种污染物产生与排放的量值。,2.畜禽养殖业污染管理系统分析,2.1 畜禽排泄量与产污量影响因素,畜禽产污量与畜禽的排泄量直接相关，畜禽排泄量与畜禽品种、体重、性别、生长期、生长状况、饲料组成、饲喂方式及环境因子等诸多因素有关；产污量与排泄物中被废弃在排泄物中的营养物与有机物量有关。图2 畜禽产排物质平衡,（1）畜禽品种：不同品种对营养成分的吸收率不同，从而直接影响到粪尿排泄物的多少。（2）个体差异：主要是体重、性别、生理状态。其中体重是影响排泄量较为主要的因素。（3）生长期：对于同一产品重量而言，生长周期越长，其单位产品排污量就越大。（4）生长状况：畜禽生长速度、饲料吸收效率、维持生命所需能量与排泄量直接相关。（5）饲料组成：日粮中粗蛋白质水平直接影响粪尿中氮的含量。通过补充合成氨基酸可以减少粗蛋白质的用量，可以减少氮的排泄量。,2.1 畜禽排泄量影响因素,（6）饲喂方式：随着动物的生长，动物对营养物质的需求也发生改变。分不同阶段改变饲料配方可以提高不同生长阶段的动物对日粮的利用效率减少排泄物产生量，另外，自动连续喂食也影响畜禽的生长速度与排泄量。（7）环境因子：日粮消化率是衡量饲料营养价值的重要指标，其受环境条件的影响。动物处于冷应激或热应激时都会影响消化率，从而影响畜禽生长速度与排泄物量。,2.1 畜禽排泄量影响因素,2.2 影响畜禽排污系数的因素,（1）畜舍构造：畜禽养殖场的封闭程度会影响内部的温度、湿度及通风情况，进而影响畜禽粪便中氨挥发速率及舍内氨浓度。根据在广东、河北农村的调查结果，由于气候原因，为保证畜禽生产力持续稳定，南方多用开放式畜禽舍，北方基本为半开放式；而规模化猪、禽养殖场多使用封闭式畜禽舍。畜禽舍结构只影响在圈养阶段排泄物中氮的挥发速度。（2）地面（畜床）类型：不同的畜禽种类和畜舍结构，舍内地面类型也有不同，导致粪便清理方式的不同，这直接影响动物排泄物中氮的挥发率。实地调研中发现农户养殖时，除室外养牛使用垫料地面外，猪、禽等已经普遍使用水泥地面；而规模化集约养猪场使用缝隙地板的较多。,（3）清粪方式：清粪方式可以分为干清粪（包括人工清粪、机械清粪）和水冲清粪两种。畜禽粪便的清除方式取决于粪便性状，而粪便性状与家畜的种类、饲养管理方式有关，也受清粪方式影响。畜类废物包括粪便、垫料、尿液和清洗污水，禽类废物只有粪便。采用水冲粪方式，粪便中的污染物可溶解进入污水中，影响后续综合利用和处理，从而影响排污系数。,2.2 影响畜禽排污系数的因素,（4）粪尿收集系统：是否进行雨污分离，粪尿分离以及收集系统的密闭情况都会影响污染物在粪、废水中的分布，从而影响排污系数。（5）加工利用：不同的利用方式，对污染物的最终排放量影响很大。总的来说，畜禽粪便处理有直接农业利用（还田、水产养殖、种食用菌）、生产有机肥、生产沼气等3种；畜禽养殖废水处理方式主要有直接农业利用（还田、水产养殖）。,2.2 影响畜禽排污系数的因素,（6）削减净化：工程削减是畜禽养殖业污染处理一个非常重要的方面，因为要达到“种养平衡”需要的配比很难满足规模化的要求。主要的处理方式可归结为厌氧处理、厌氧处理+好氧处理、厌氧处理+好氧处理+深度处理等多种方式。（7）气候因素：主要受降雨量、蒸发量和径流强度的影响比较显著。,2.2 影响畜禽排污系数的因素,在充分考虑上述影响因素的基础上，经广泛调研、深入分析各类畜禽的产排污特点，将畜禽养殖业产排污系数体系进行合理整合、简化，形成较为完善的畜禽养殖业产排污系数体系。,3.畜禽养殖业产排污系数体系,3.1 畜禽养殖业产排污系数调研究及实测工作,为了更全面准确的了解全国各地区养殖现状和污染物产排污状况，我所联合清华大学、环境保护部南京环境科学研究所、中国农业大学、中科院地理所、湖南农业大学、中国地质大学、中国农业科学家研究院等九家单位于今年7-10月对全国10个省（河北、浙江、江苏、福建、广东、湖南、海南、青海、四川、云南）的30个市县的畜禽养殖业产排污状况进行调研和实测。在广泛调查和实测各地区畜禽养殖业产污量和各种主要污染处理方式削减效率的基础上，总结出畜禽养殖产生量和排放量的基本规律和影响因素，从而为确定畜禽养殖业产排污核算关键参数产污系数和削减比例提供科学依据和基础数据支撑。,现场实验图片,产排污系数实没图片,现场调研图片,现场调研图片,现场调研图片,现场调研图片,1、根据畜禽的个体差异，形成“一猪、二鸡（肉鸡、蛋鸡）、二牛（牛肉、奶牛）”的产污系数体系。2、结合现有统计资料，形成以出栏量和存栏量为主要统计基量的核算体系。为了与国家统计资料相衔接，充分利用已有数据库，以便及时、准确核算产排污量，经过对现有农业统计资料研究发现，畜禽养殖业统计的基本统计量主要有出栏量、存栏量和产品产量等3个统计基量，因此，核算体系主要以出栏量、存栏量为主要统计基量。,3.2畜禽养殖业产污系数体系,3.2畜禽养殖业产污系数确定,1、个体观测：环保部华南环境科学研究所与湖南农业大学在海南建立农业污染产、排污系数观测站，通过观测站对猪、牛、肉鸡、蛋鸡等畜禽的养殖观测，对各畜禽品种、不同生长期、不同饲养方式产污量进行实测。,部分实测结果,3.2畜禽养殖业产污系数确定,2、不同区域差别：系统地对第一次污染源普查测定的产排污系数进行对比分析，得出各地区之间产污系数之间差别，分析产生原因，并进行个别实测。,部分统计结果（生猪COD）,畜禽养殖日产污系数全国变化不大，但畜禽生长周期各地有一定区别，其变化趋势随气候条件（主要是气温）变化，气温较高的地方畜禽养殖生长周期相对较短，因此，畜禽养殖产污系数随温度变化呈现较强的规律性温度高的地区产污系数较低，温度低的地区产污系数较高。通过对第一次污染源普查结果进行分析，可以得到各省份各类畜禽的饲养周期，从而得到差异化的产污系数。,3.2畜禽养殖业产污系数规律,（1）生猪按出栏量将保育段和育肥段系数按平均养殖时间（保育段按65天、育肥段按70天）汇总为出栏一头生猪的产污系数；母猪按年给出产污系数，仔猪产污合并至母猪中（母猪按一头母猪年产仔猪20只计算）；（2）肉鸡按出栏一只鸡给出产污系数；蛋鸡按年给出产污系数，育雏鸡产污系数按比例折入产蛋鸡中（按育雏鸡占整15%的比例，产蛋鸡占85%的比例）；（3）肉牛按出栏一头牛给出产污系数，奶牛按年给出产污系数，育成牛产污系数按比例折入奶牛中（按育成牛占35%的比例，产奶牛占65%的比例）。,3.2畜禽养殖业产污系数整合原则,通过调查、分析结合现场实测得出全国畜禽养殖平均产污系数。,3.2畜禽养殖业产污系数,畜禽养殖业平均产污系数表,注：该表中猪的产污系数包括保育段和育肥段个部分，而增加母猪产污系数也参与统计和计算污染物产生量。母猪产污系数包括母猪本身产污量和仔猪（乳猪）产污量两个部分。如单独调查种猪场则建议按：COD200、TN18、TP2.4、氨氮1.8kg/年头进行计算。,根据畜禽养殖业的区域特征，形成典型畜禽养殖业污染处理、利用削减量为基础的排污系数体系。排污系数=产污系数-产污系数*削减率 通过对各地区养殖情况的调查和分析发现，在一定地区内养殖污染物处理方式和处理水平有较大的相似性，总结出全国畜禽养殖业污染处理、利用削减方式如下：3种清粪方式：干清粪、水冲粪、垫草垫料（生物发酵床）；4种畜禽粪便处理：直接农业利用（还田、水产养殖、种食用菌）、生产有机肥、生产沼气、无处理；5种畜禽养殖废水处理方式：直接农业利用（还田、水产养殖）、厌氧处理、厌氧处理+好氧处理、厌氧处理+好氧处理+深度处理、无处理。,3.3畜禽养殖业排污系数体系,3.3畜禽养殖业排污染治理设施削减效率的实测,通过对全国不同地区主要污染治理设施去除效率进行抽样实测。,3.3畜禽养殖业污染处理削减比例影响因素,从对实测结果统计分析发现各种畜禽废物处理设施削减污染物量随气候条件差异、各种设施设计差异、运行管理水平等诸多方面变化。影响畜禽养殖污染处理效率的主要因素有如下几个方面：畜禽养殖排污系数与地区污染处理水平相关，而污染处理水平在一定地区内有相似性；畜禽粪便处理效果受降雨量影响较大，降雨量大的地区畜禽粪便处理效果较差；污水处理效果则受温度影响较大，温度高的地区污水处理效果较好。例如南方地区雨污分流对控制污染有较大作用，特别在沿海温度较高、降雨量较大的地区，,3.3畜禽养殖业污染处理削减比例,通过单个治理设施削减效率实测和削减效率综合分析提出各地区主要污染处理设施削减比例。,4.1畜禽养殖业产排污量核算方法,产污量核算方法 采用全国统一产污系数法核算。根据畜禽养殖量（生猪以出栏量、母猪以存栏量、肉牛以出栏量、奶牛以存栏量、肉鸡以出栏量、蛋鸡以存栏量）与产污系数两者相乘，得出产污量。产污量=养殖量（出栏量、存栏量）*产污系数,排污量核算（1）削减量核算，采用“组合累积扣减比例”法核算。这一方法只需调查确定各种养殖清粪方式的比例、粪便处理方式的比例、污水处理方式的比例，以产污量为基础，确定的削减量。（2）排放量，产生量减去削减量的基本思路进行核算。排放量=产生量-削减量,4.1畜禽养殖业产排污量核算方法,4.1畜禽养殖业产排污量核算方法,排污量核算（3）清粪、粪便处理、废水处理方式比例通过下表调查获取。,4.1畜禽养殖业产排污量核算方法,排污量核算 比例获取调查方法：1、逐一养殖单位填报，逐一养殖单位现场核查；2、逐一养殖单位填报、以行政单元抽样现场核查；3、基于农业部门统计数据填报、以行政单元抽样现场核查,4.2 应用与示例,已知广东省某养猪场污染治理措施的情况（调查表获取），见表2，该养猪场每年生猪出栏量共有10000头，则其COD产生量、排放量各多少？,从各省产削减比例表可知，广东省生猪污染治理措施削减比例如表3所示：,4.2 应用与示例,根据削减比例和处理方式比例，计算该养猪场污染治理总削减比例。,4.2 应用与示例,削减比例=30%*(60%*77%+40%*95%)+40%*(20%*19%+40%*53%+40%*58%)+40%*（65%*14%+35%*33%）+30%*（40%*14%+60%*42%）+30%*（60%*14%+40%*38%）=69.12%查产污系数表，广东省生猪COD产污系数为34.20 kg/头，则：COD排污系数=34.20*（1-69.12%）=10.56 kg/头若该养猪场每年生猪出栏量共有10000头，其COD产生量、排放量分别为：COD产生量=COD产污系数*出栏量=342.0吨COD排放量=COD排污系数*出栏量=105.6吨,4.2 应用与示例,5.关于畜禽养殖业（以养猪为例）总氮、氨氮产排污的若干问题,5.1 养殖业氮污染物的排放特性养殖业氮污染物来自于养殖畜禽的排泄物及饲料剩余散落残渣。其中的氮素初始几乎全以蛋白质及其分解物尿素等有机氮形式存在，这些含氮有机物排泄进入环境后，依次转化为图4中各种形态氮。图4 养殖业氮污染物转化过程,由上述反应链可见，养殖业生物体排泄物（产污）中几乎所有的氮素都将经历由有机氮变为氨氮的过程，同时又由氨氮变为硝氮，因此，养殖业的氮产、排污中的氨氮与总氮比是个动态变化过程。不同的养殖生物体的排泄物，在排出后的不同时段及不同条件下的氨氮、总氮比都是不一样的。以规模化养猪为例，其氨氮与总氮变化过程趋势如图5所示。,图5 养殖业总氮与氨氮产生与排放过程特性,5.2 养猪业氨氮、总氮产、排污特性分析养猪业氮素排放强度较大，尤其是规模化、商业化养殖，为追求快出产品，往往在饲量中喂给过量的蛋白质，其氮素产、排量可大于农家散产一倍左右，依多年观测研究，其氨氮、总氮的产排特性主要有：（1）在商品猪165天全生长期内，每头猪平均每天产（排泄）总氮30-50克，其中粪与尿中氮各占一半左右，各地区及不同饲料配方有较大差异。（2）氮的排放系数与粪尿的收集方式密切相关。当前采用新生物技术垫料方法可以实现全生长期无粪尿排放；较经典的大量采用的有干清粪与水冲粪两种方法，其排出栏外到达集粪池的总氮，水冲粪方式达到产生（排泄）量的90%以上，干清粪为50%左右。,干收集的粪，如得不到充分的回用，也仍会通过各种方式无组织地进入环境，且粪如不能得到有价值的利用，猪场则往往为节省人力而改为水冲式。典型产、排总氮、氨氮比例范围。据对多年各方面资料的整理，规模猪场氨氮占总氮比例见表4。,5.3 污普养殖业产排污系数及数据统计建议（以养猪为例）,5.3.1 产污系数据了解，当前污普养殖业的产污系数为直接检测其粪尿中总氮量及尿中氨氮量，尽管缺失了尿的氨氮产污系数，但由于这时绝大部分氮为有机氮，且与外环境无关，故产生量仅考虑总氮是可行的，即可以不考虑氨氮产污系数。,5.3.2 排污系数。(1)排污系数是以产污系数扣减去处理削减与利用的量而得到的剩余量，本方法优点在于能全面核准了总氮产污量的前提下，仅扣去有据可依的总氮削减与利用量，剩余的都算为排污，这就将可能存在的偷排、漏排、无组织排放等都包括进去了，这对仅对排污口进行实测核算更系统、全面与利于环境安全。(2)排放系数必须考虑总氮与氨氮。如以上所述，养殖产生的总氮全部都会转变为氨氮，并对环境造成影响，因此，在排污系数中必须同时考虑到总氮与氨氮。,现行方案中是将氨氮和总氮都考虑到了，但存在如下严重缺陷：对粪便中有机氮转化的氨氮全部未计算；未能按排放方法与时段给出总氮与氨氮系数，系数最少应包括：a.产污即排，b.收集后排，c.厌氧或沼气处理后排，d.好氧处理后排，e.后续深度处理（湿地、氧化塘处理后排），f.农田利用后排。以上述第一、二部分所述，这些系数是可以在现有工作基础上机制清楚，全国各地可以认可的系数取值来的。,结 语,“人进城，猪进厂”，随着畜禽养殖业的规模化发展，其规模化率逐步提高，畜禽养殖业的污染管理也将逐步规范化。构建科学合理的产排污系数体系，不仅能提高污染总量核算的准确性，而且有利于形成提高污染减排效率的政策机制，促进建立良性循环的环保投入机制，最终保障“十二五”环保目标的落实，实现畜禽养殖业的可持续良性发展。,请各位专家批评与指导！,