高效有机肥技术猪场治污及资源再生可行性研究报告

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(一)前言

我国为全球最大养猪国家,每年出栏生猪约7亿头(每人一年平均消耗半头猪),接近全球产量的二分之一。由于过去没有足够的环保意识,长年积累的猪粪问题已导致严重污染问题,且破坏生态环境、威胁大众的生活质量及健康。近二十年来,为猪场治污问题,国家已耗费千亿元以上财政资源及专业人才的精力与时间,但成效不彰。虽然这几年中央政府已面对猪粪污染危害严重性的事实,且想方设法着力于解决之道,然而在于当前产业无适宜、有效解决方式现况下,迫使我国政府只能以划分禁养区(居民、水源、旅游及生态保护区等)、限养区及可养区的治标政令处理。限养区政令即表示政府宣布了国内尚无合格的治污技术(若猪场有彻底治污能力,达到零排污标准,怎能有禁养区之设定?)。但,如此一来,实施上不仅消耗巨额财政资源(拆迁补助),过程中也引发不少养殖户与居民或政府相关人员的争执,额外耗费巨大人力与时间资源。时至今日,多数地方政府相关部门仍对猪场治污环保问题一筹莫展。


(二)猪场治理粪污现况

国内目前绝大多数仍以水冲栏方式处理粪污,处理过程:以水冲洗猪栏粪污;经固液分离机,收集固体粪渣,廉价或免费送给农户(较大猪场);排入污水池;厌氧(沼气发电)及曝气池;沉淀池等,再放流。以水冲洗猪栏粪污,再经污水处理程序,此举不但不环保且为错误作法。试想:一公斤猪粪,必须消耗大量人工与至少十数公升的水资源冲洗,而制造出十数公升的污水源,再以耗能、耗时、低效率,占地面积广泛(大体积污水处理池)的方式治理,且更甚者,此方法还往往难达放流水环保标准。

在我国台湾地区猪场也多数以水冲栏方式,惟数十年前便研发、推行三段式猪场粪污水处理技术:第一段,以水冲洗猪栏的粪污水,经过固液分离机,收集固体粪污;第二段,污水进入厌氧发酵系统;第三段,再利用曝气系统处理,最后放流。这套处理系统耗费台湾当局不斐经费及一群高级科研人才多年的精力与时间。十余年前笔者也参与技术提升,除硬件改善,如增加曝气效果、降低能耗等,同时也加入微生物(益生菌群)处理系统,并得良好成效。一般这样的处理系统,若要达到环保要求,除需要厌氧及曝气系统相互搭配外;还须利用外源微生物(额外添加商品发酵剂),且也必须经历至少十二天以上的处理时程(场内污水处理池至少能容纳十二天污水量)。虽此法若严格执行,尚可达环保标准,惟耗时、耗地、耗成本,故仍难彻底推行。且,环顾内地猪场,哪场能够做到这样的标准? 当然,事实也证明,以污水处理猪粪污方式,在国内更是不可行。


国内禁养区政令只是当下迫于污染严重,且业界无可行治污技术,而亟须及时改善的「治标」方案。但与此同时,各地政府与业界也不断寻求更理想的治污技术或解决方案。以目前趋势来看,「禁止以水冲洗猪栏」已逐渐得到共识并实施。有些环保意识与执行力度较高的地区,已明订禁止以水冲栏,要求新设猪场必须建设双层高架猪栏,上层有漏缝板,粪污漏至下层,再利用刮板刮出后集中到集粪池,再每天由装粪车运往他处,除却以水冲洗浪费水资源的极不环保做法。可是即便如此,环保问题也没能解决,仅稍微改善罢了。

(三)国内现况猪场粪污治理方案分析

目前中央政府在畜禽粪(猪粪)资源化指示中,建议转化成两项产品–液体肥料及有机肥料。然而,产业首重追求利润,因此创造最大利润(生态循环农业产业,还着重生态环境与食品安全),便是应该发展努力的方向。而以畜禽粪资源化指示的两项产品,液体肥料及有机肥料,何者较具商业利益?

若以现阶段产业价值而论,畜禽粪制成液体肥之经济价值远不及有机肥料,其理由如下:

(1)改善土壤质量功能–我国耕地数十年来因长期大量使用化肥,导致土壤质量恶化,严重影响作物质量与产量,而此严重问题,液体肥却使不上力或效果微乎其微,唯一改善之道便是长期大量使用有机肥。

(2)养分提供–有机肥国家技术指标要求氮磷钾总养分必须在5%以上,然而液体肥料总养分往往不及1 %,且庞大的体积与重量,若要运往他处使用便未能符合经济效益,而仅能供畜禽场周边设置农厂,就地使用。

(3)水资源浪费–液体肥主要来至粪便加上冲洗用水。传统粪便以水清洗方式,一公斤猪粪便约需要 10~20公升以上用水,不仅造成水资源浪费,更甚者,扩大了污水污染源。

(4)畜禽场为使用液体肥,必须扩充经营范围跨足农业–如此不仅增加使用土地面积,同时也增添农业人才、农业技术及资金等需求,提高经营难度与风险。

(5)畜禽粪沼气发电利用无经济效益–绝大多数畜禽养殖场沼气工程规模都不大,以万头猪场为例,依据其沼气池产气量可配备50千瓦发电机组(按每天发电500千瓦时,工作时间10小时配备),远远低于地方电网企业的要求,所发电力不能入网销售,自然实现不了收益。即便发电能上网,由于发电成本偏高,大多数情况下,销售额加上电价补贴都不能与成本相抵,更谈不上利润了。

(6)有机肥市场价值–相较于畜禽粪(猪粪)液体肥,有机肥便有明显市场价值。以国内目前行情,符合国家技术指标的有机肥料,一吨价值约600~800元之间,以我国每年产生约2亿吨(平均四头出栏生猪一生产生一吨猪粪)的猪粪便,则制成有机肥,产值高达一千亿元以上。

由以上分析,便得如下结论:畜禽粪生产液体肥比例越低,生产有机肥比例越高,则产生的经济效益也就越高。但现阶段,却无法实施,国家出台畜禽粪(猪粪)资源化指示中仍建议两者并行实施。为何目前国内畜禽粪(猪粪),无法有效全面实施猪粪污制成有机肥料?其原因及解决之道如下: 

(1)现阶段问题–由于初期猪场粪便处理几乎是在猪栏就地以水冲洗,收集以沼气发电,再放流。这是当时环保问题尚不明显、环保意识不够、技术水平不足的社会背景下的处理方式,而数十年的实施后证明此方法不但无经济效益,并造成环境(水源、空气、土壤)之严重污染问题。

(2)解决之道(硬件改造)–以水冲洗粪便的做法无法彻底收集畜禽粪便,为能达到有效收集粪便之目的,则必须进行猪栏改建(或新建)高架网床方式(这也是目前逐渐被接受,较环保的设计方式)。其设计,上层有漏缝板结构或者钢筋网的孔状结构,能够使得大部分猪粪从猪体排出后直接落入网床下层的收集床,且下层有斜坡设计,可将落入的粪便与尿液再分离。粪便用电动刮板,刮出猪栏,再集中就近场内设置的有机肥厂处理。另外,场内水污染的处理必须做到,尿液、雨水、及生活污水分离,分开收集与处理。

(四)高效有机肥治污技术

(1)技术介绍

本高效有机肥发酵技术为返原农科集团研发之专利制程与设备。源自于台湾研发团队,团队由各相关领域,包括,机械、环保、微生物学家、植病专家(植物医生)及生化学家等所组成。我公司致力于「高效有机肥」与「畜禽养殖场治污」技术已逾十余年,目前在广东、江西及湖南等各省的畜禽养殖场内建立逾十座高效有机肥厂(日产能由三吨至五十吨)及配套技术,彻底展现我方就地解决粪污能力。我方畜禽养殖场治污程序:首先,技术团队至现场,了解及诊断粪污问题,提出针对该厂之方案;进一步与场方沟通,依其需求、意愿,修改实施方案;双方签订合同,保障双方权利与明确责任,继而施工实施。本有机肥技术与同业比较如下表:

(2)实施例 

高效有机肥厂规模可处理三场猪场(年出栏共约5~7万头)之粪污液。选定一猪场为主场,设置包含前发酵及主发酵系统;另两场仅设置前发酵系统,再将经前发酵处理之原料运送至主场,统一进行主发酵,规划图示及说明如下:

1.有机肥厂规划图(日产40~50吨有机肥,每日150立方粪污液)

◎主场平面图示(含前发酵及主发酵系统)。 

◎前发酵场平面图示:存栏1.2万头及存栏8千头。 

2.生产流程(发明专利技术):

〇前发酵(除臭及初步发酵功能)

a.粪污池之污水 (水泡粪,水含量达80%)加入发酵剂后,均匀洒布在前发酵区(四条翻抛槽,每条宽4米)。前发酵区内先堆放辅料如谷壳、木屑、粉碎农业废弃物等。

b.调整水含量后,进行 7~10天前发酵(以前发酵机每日翻动数趟)。

c.至原料半发酵状态,水含量约45~55%。

〇主发酵(完成发酵,制成品)

a.半发酵原料入主发酵系统(专利设备,通气、控温等功能,加速发酵反应),经过约2~4小时反应。

b.再经粉碎机均质,即得发酵后,粉末状有机肥。

c.经包装机,包装储存。

(3)有机肥技术指标检验(新余市综合检验检测中心,2018.4.19)

1.检验结果与国家有机肥技术指标比较

说明:由检验结果得知,受检有机肥之有机质与总养分成分比例远超过国家技术指标,且重金属限量均达标,显示经高效有机肥发酵技术制成之产品为高质量优质有机肥。

 2.田间试验(幼苗生长)

说明:种子直播种植,生长30天之玉米植株。实验组土壤施用(与土表混合)经高效发酵之自制有机肥;对照组未施用有机肥。结果证明,试验之有机肥具有高肥效功能,实验组的作物生长状态远优于对照组(实验组株高及茎圆周分别为对照组的2.09倍及3.25倍)。

(五)高效有机肥发酵技术市场价值

由以下几个问题与分析,显示了现今中国高效有机肥发酵技术的高度商业潜力,及有机肥市场的乐观前景:

(1)耕地质量问题-我国近60年来化肥用量已增百倍,在仅仅占全球7%的耕地上消耗了占世界总量的30%以上的化肥,化肥一年的施用量已超过6千万吨。然而,化肥的利用率却仅为40%,未利用的化肥,最终变成了污染源。长期、大量使用化肥的结果,造成土壤酸化、盐害及导致土壤板结,破坏了土壤的肥力结构,而使得原本普遍质量不良的耕地更为贫瘠、恶化,严重影响了作物的产量与质量。有机肥不仅可提供植物多样、综合的元素,使作物能够得到均衡完整的营养外;同时能有效改善土壤物理、化学及生物性质。因此如此严重的土壤问题,惟有大量,加上长期使用有机肥,才是目前唯一能够解决耕地质量问题的方案。



(2)有机废弃物环保问题-我国仅猪、牛、鸡三大类畜禽粪便年总排放量已超过40亿吨,而其中被资源利用的还不及30%。未经处理粪便直接排放或施洒在耕地上,成为污染源,造成严重的空气、水源及土壤污染问题。另一方面,我国每年产生超过7亿吨的作物秸秆,有六成以上未能利用,恣意大面积堆放于田间、沟渠,污染环境;甚或就地放火焚烧,造成了空气污染。我国畜禽粪及作物秸秆问题严重,长期困扰着农民与政府相关部门,却始终一筹莫展,苦无对策。然而,高效有机肥技术主要以禽畜粪、作物秸秆及农业或食品加工业有机废弃物为原料(如上表所列),能将其迅速转化成可利用的有机肥资源,是目前最有效、也是唯一能同时解决这几种大量有机废弃物所造成的环保问题之产业。

◎秸秆处理方案分析

(3)粮食不足问题-我国耕地仅占全球耕地面积的7%,却要养活22%的人口;再加上耕地质量普遍不良,并随着人口逐年增加,及耕地逐年减少(建设用地争地结果),我国将很快面临严重基本民生粮食不足的问题;更甚者,我国人口庞大,若面临缺粮,世界上将不会有任何国家有能力供应我国粮食。此粮食不足问题,惟有国人发展现代农业科技,以大大提升单位面积产量,才得以解决。而在众多的现代农业科技产业中,惟有高效有机肥发酵技术,能在短时间内提供大量高质量、低价位的有机肥,改善土壤成沃土,以增加作物品质与产量,才是当前最简单、有效,并可普遍实施的可行之策。 

(4)食品安全与生态污染问题-近代农业过于依赖化学肥料与化学农药的化学农法。然而,长期实施化学农法的结果,不但使土壤恶化,导致作物生长不良(或无法生长);环境和生态亦遭到污染与破坏;且作物残留有毒化学药剂,危及人类的食品安全与健康。我国有鉴于此,近年来积极推行「能兼顾生产、生态与人类食物安全」的绿色与生态农业,鼓励使用大量有机肥取代化肥,以维持大自然生态平衡、保障地球与人类的生命安全健康。

(5)盐碱地问题-盐碱地是一种因含盐量过多或强碱性而丧失(或严重影响)作育植物的能力,无法生产符合人类需求的作物。我国盐碱地面积共约5.2亿亩:内陆盐碱土主要分布在东北、华北、西北等地;滨海盐碱地主要分布在1,800公里海岸线,特别是天津、辽、鲁,苏,浙,闽等地沿海区;城市盐碱区,主要有天津、东营、滨洲、德州、聊城、沧州、黄骅、任丘、大庆、盘锦等市。盐与碱的并存大大增加了此类土地改良的困难与复杂性,尽管全国各地持续不断推出方案,如水利改良,洗盐及排盐;物理改良,添以客土;或化学改良,混合可溶性钙盐类、酸类和成酸类化学物质,或改碱肥料等。但改良效果往往不尽人意,多事倍功半,而经常陷入困境。以大量施用有机肥(尤其是含益生菌相的)为主,并因地制宜以上述方法为辅,才能够显出其治理效果与经济利益。

我国有着庞大的有机肥市场需求与发展前景,然而,国内有机肥产业是否能够跟上市场需求与要求?

目前国内有机肥产业仍普遍以仰赖人工、耗人力的方式生产,整个制造过程往往需耗时2~3个月之久,如此不仅产能低、成本高(包括时间成本、场地成本及环保成本),同时制造环境脏乱与空气污染源。而在这样的产业技术水平下,纵使我国的有机肥市场庞大,并有乐观的产业前景,仍使产业发展滞碍难行,并因此连带也阻碍了有机农业及绿色农业的发展。国内现今约仅有近三千家有机肥场,平均每年提供不及三千万吨有机肥,然而我国耕地面积达18亿亩,若以每亩每年需200斤有机肥改善恶质土壤需求(实际需求远大于此量),则我国一年有机肥的需求量便达1.8亿吨。如此计算,我国整个有机肥产业仅仅能够供应16.7%,其产能与质量远不及市场要求与需求。


现阶段我国有机肥产业迫切需要短时程(数天内)、低污染的高效有机肥发酵技术,才能迅速提供大量、质量好且低价的有机肥,使其普及施用,以提升我国产业水平,并解决棘手的耕地质量问题、有机废弃物环保问题、粮食不足问题、食品安全、生态污染、绿色农业发展及盐碱地修复利用等问题。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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