畜禽养殖粪污处理生态工程与循环经济示范研究
项目名称：畜禽养殖粪污处理生态工程与循环经济示范研究
完成单位：河南省科学院地理研究所、郑州市天园农业生态循环有限公司
完成人员：周文宗、王水章、董建国、张硌、高红莉、周岩、王世衡、李洪涛、郝民杰、冯福锁、倪慎军、赵风兰、余春林、朱培健、戴永志
项目背景：
随着我国畜禽养殖业的迅猛发展，养殖业生产规模的日益扩大，畜禽废弃物的产量剧增，对环境的污染也日趋严重，大量畜禽排泄物的处理已成为一个亟待解决的新问题。据统计，每年由畜禽养殖场排放的废水，其 COD 总量已接近工业废水的 COD 排放总量， N 、 P 流失量大于化肥流失量，排放的固体物是工业固体废弃物的 4 倍，达 19 亿吨。过去一些地方将规模化畜禽养殖作为产业结构调整、增加农民收入的重要途径加以鼓励，却忽视了污染防治工作，致使畜禽养殖产生的污染已成为中国农村地区污染的主要来源。畜禽场大量的粪便和垫料分解产生的 H 2S 、 NH 3 等有害气体不仅影响人畜健康，而且污染大气、水和土壤环境。中国畜禽粪便的总体土地负荷警戒值（家畜粪便猪粪当量负荷同当地农田以猪粪当量计的有机肥理论最大适宜施肥量的比值）以小于 0.4 为宜，河南省及北京、上海、山东、湖南和广东等地已经超过 0.49 ，达到较严重的环境压力水平。
河南省地处中原，是农业大省，也是畜禽养殖大省，该产业产值已占全省农业总产值的 35% 。随着养殖业产业化的快速发展，规模化、集约化生产日趋扩大，由畜禽场产生的大量污水、粪便和废弃物对环境造成的污染也日渐严重。据调查，全省近六千家规模化畜禽养殖场目前多数所排出的粪便和废水，均未经妥善利用与处理，即直接排放，从而对环境造成严重污染。随着人们环境意识的增强，养殖场污染越来越为社会所关注。根据国务院颁发的有关环境保护与治理等方面的指导精神，从保障人民健康和畜牧业可持续发展的长远利益出发，今后畜禽养殖业，特别是规模化、集约化养殖业的发展，必须将畜禽生产、粪尿与污水处理、能源与环境工程，以及种植业、水产业等统一进行考虑，结合起来发展，将由于畜禽养殖生产而导致的环境污染减少或控制到最低限度。在现实生活中，许多养殖场已为环境的严重污染所困扰，不少被迫搬迁或关闭。其实，畜禽废弃物既是污染源又是良好的有机肥资源。畜禽粪便中含有氨、胺、硫化氢、吲哚、尿酸盐、致病菌及虫卵等臭味物质 , 它是造成空气污浊度升高、影响人类和牲畜健康的主要因素。同时畜禽粪便也含有大量的碳、氮、磷、钾和多种微量元素等植物营养成分，又是一种宝贵的资源，如何合理地利用这些资源同时又防止环境污染，是我国众多养殖企业都面临而必须解决的一个问题。畜禽粪便的资源化、无害化处理和综合利用是今后畜禽粪便处理利用的方向，将对我国农业可持续发展、提高农产品产量与品质和防止环境污染产生良好的效果。了解、熟悉、探索经济有效的处理办法，以实现畜牧养殖业的可持续发展 ，实施畜禽废弃物的无害化治理和资源化与产业化利用迫在眉睫。该问题已引起各级政府、科研部门、种养企业以及肥料企业的广泛关注，并进行了多种尝试。
2006 ～ 2008 年，我们与郑州市天园农业生态循环有限公司合作，在郑州市黄河滩地建立 13hm 2 的示范基地，研究肉牛养殖粪污处理的技术和方法，旨在为我国的畜禽粪污资源化利用探索出一条可行的道路和提供较好的技术模式。示范基地以循环经济为理念，以生态工程理论为指导，以节能减排为途径，在技术上利用以沼气、蚯蚓和食用菌养殖为纽带的三条生态链实现粪污无害化处理。在工程实践中，充分发挥河南省科学院生态环境工程技术中心多学科的交叉优势，将环境工程、生态工程、生物技术与农业工程技术有机融合，在畜禽绿色生态养殖技术、废水厌氧生物处理技术、蚯蚓生物分解处理技术、无土生态养殖技术、功能食品的绿色生产技术、植物操纵技术和环境除臭技术等方面进行技术创新。污染物通过资源化利用，变害为利，变废为宝，不仅完全实现了 “ 零排放 ” ，并且通过生态链延伸增值，将生物质能利用和生态种养殖相结合，最终以特种水产品和有机畜禽产品为主体，取得较好的经济效益。
技术原理：
本项目在畜禽粪污生态处理与农牧渔业复合生态工程方面进行了研究，其应用领域为畜禽养殖粪污处理与农业生态循环工程设计。项目以循环经济为理念，以生态工程理论为指导，以节能减排为途径，通过食物链加环技术，设计了以沼气、蚯蚓和食用菌养殖为纽带的三条生态链，将畜牧业、种植业、养殖业以及加工业联系在一起，通过增加畜禽饲养、特种养殖和沼气池厌氧发酵，将传统的单一种植和高效饲养以及废弃物综合利用有机地结合起来，优化农业整体资源，在农业系统内做到能量多级利用，物质良性循环，达到高产、优质、高效、低耗的目的。
循环经济，本质上是一种生态经济，它要求运用生态学规律来指导人类社会的经济活动。随着上个世纪 50 、 60 年代以来生态学的勃兴，使人们产生了模仿自然生态系统的愿望，按照自然生态系统物质循环和能量流动规律重构人类的经济系统，使得经济系统和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程中，建立起一种新形态的经济。
传统经济与循环经济的不同之处在于：传统经济是一种由 “ 资源 — 产品 — 消费 — 污染排放 ” 所构成的物质单向流动的线形经济。在这种经济中，人们以越来越高的强度把地球上的物质和能源开采出来，在生产加工和消费过程中又把污染和废物大量地排放到环境中去，对资源的利用常常是粗放的和一次性的，通过把资源持续不断地变成废物来实现经济的数量型增长，导致了许多自然资源的短缺与枯竭，并酿成了灾难性环境污染后果。与此不同，循环经济倡导的是一种建立在物质不断循环利用基础上的经济发展模式，它要求把经济活动按照自然生态系统的模式，组织成一个 “ 资源 — 产品 — 消费 — 再生资源 ” 的物质反复循环流动的过程，使得整个经济系统以及生产和消费的过程基本上不产生或者只产生很少的废弃物，其特征是自然资源的低投入、高利用和废弃物的低排放，从而根本上消解长期以来环境与发展之间的尖锐冲突。
从提倡一些废弃资源回收和综合利用到循环经济的提出，是经济发展理论的重要突破，它打破了传统经济发展理论把经济和环境系统人为割裂的弊端，要求把经济发展建立在自然生态规律的基础上，促使大量生产、大量消费和大量废弃的传统工业经济体系转轨到物质的合理使用和不断循环利用的经济体系，为可持续发展的经济提供了新的理论范式。
在西方国家，循环经济已经成为一股潮流和趋势，有些国家甚至以立法的方式加以推进。循环经济是实施可持续发展战略必然的选择和重要保证，而在世界上呼声很高的清洁生产，则是实现循环经济的基本形式。
生态农业是以物质循环和能量转化规律为依据，以科学技术为支撑，以经济、生态、社会效益有机统一为目标的良性循环的新型农业综合系统。发展生态农业，一是抓好无公害农产品生产基地建设。应通过科学规划、突出重点、成片开发、综合治理，把农业产业化基地建成农业生态园；二是积极发展有机农业；三是积极探索循环农业。根据生态循环再利用、再生产的循环链原理发展农业，不仅可以净化生活环境，解决能源与照明问题，而且还可以有效转化利用废弃物，促进种养业的良性循环，实现农业生产无害化。
为实现养殖发展与环境保护的协调发展，本工程建设中引进能源生态工程思想，利用生态食物链技术设计多条以沼气、蚯蚓为纽带的生态链条，组成一个复合的生态循环模式。在该模式中，我们同时利用沼气工程技术与蚯蚓生物处理技术治理养殖场粪污，其优点在于可以大大降低粪污处理的建设投资与处理成本。单纯利用沼气工程处理粪污，虽然产生的大量沼气可以作为能源加以利用，但是存在多余沼气无法利用的问题（沼气发电上网尚未开通）；在处理过程中所产生的大量沼液、沼渣也需要有足够的土地和鱼塘加以消化。在以上两个条件尚不具备的情况下，选择利用蚯蚓处理部分粪污，不但可以解决以上两个矛盾，而且还可以将粪污转化为优质养殖饲料添加剂 — 蚯蚓生物体与有机生物肥料 — 蚓粪。在转化过程中不仅不需要消耗过多能源，而且也不产生二次污染，非常符合本工程的设计思想。
畜禽粪污通过资源化利用，变害为利，变废为宝，可以实现固废、污水的 “ 零排放 ” ，并且通过生态链延伸增值，循环利用，以特种水产品和有机农产品为主体，将生物质能利用和生态种养殖相结合，超过畜禽养殖的利润，取得较好的经济效益。
本项目是一项综合性集成技术，在国内外已有应用模式中尚未见到相关报道。本项技术通过更加完备的食物链条，使物质能量得到了更加有效的利用，在技术整体方面具有先进性。
项目将牛粪厌氧发酵生产沼气、沼液沼渣培养蚯蚓及其高效分离处理技术、独具特色的黄鳝、泥鳅等水生经济动物生态养殖技术与优势种植物生态调控技术集成配套，构建了畜禽养殖粪污处理的复合生态工程及循环经济模式，是一项具有创新性的综合集成技术。该项目已得到实际应用，在郑州市黄河滩地建立占地 13hm 2 的示范基地，实现了粪污的无害化处理，并且取得了较好的社会、生态和经济效益。
鉴定及应用：
自 2006 年以来，本项目组就针对畜禽养殖粪污的无害化生态处理进行了一系列的研究，通过 2 年的科学试验与工程实践，由本项目组承担的 “ 畜禽养殖粪污处理生态工程与循环经济示范研究 ” 项目已经于 2008 年 11 月 6 日 进行了科技成果鉴定。由金鉴明院士及国内知名专家组成的鉴定委员会对本项目组所做的工作给予了高度评价。认为该项目 “ 研究意义重大， 贯彻了 “ 十七大 ” 提出的科学发展观和生态文明建设的精神，是转变传统农业生产方式、建设资源节约、环境友好型现代农业的具体实践。对于河南农业大省的畜牧业发展及其废弃物资源化利用具有重大意义。 ” 该项目 “ 将畜禽粪污厌氧发酵生产沼气、沼液沼渣培养蚯蚓及其高效分离处理技术、独具特色的黄鳝、泥鳅等水生经济动物生态养殖技术与优势种植物生态调控技术集成配套，构建了畜禽养殖粪污处理的复合生态工程及循环经济模式， 是一项具有创新性的综合集成技术。并 在畜禽粪污生态处理与农牧渔业复合生态工程的研究方面取得了显著突破，与国内同类技术相比，整体达到国内先进水平。 ”
郑州市天园农业生态循环有限公司通过沼气建设和生态养殖， 利用生物学及生态学方法，综合治理环境污染，这是一种生态工程模式， 既对养殖粪便污水进行了无害化处理，又可提供清洁能源，减轻了养殖场周围异味的产生和对周围环境产生的压力，同时借助产业链条的拉长，实现经济效益的最大化，不失为一项解决畜禽养殖企业污染问题，实现企业可持续发展的切实可行的方案。 采用这种生态工程模式，不仅能明显减少环境污染，而且能取得良好的生态效益。 目前公司的黄河滩地肉牛场已成为郑州市生态养殖示范园，农村养殖循环经济发展试点，其技术可靠，易于操作，便于推广，对周边农户的发展具有较强的辐射性和示范性。