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资源循环利用,荷兰人这次把脑筋动在了畜禽粪污上

荷兰在线特约专栏  文 | 岳韬​

近几十年来,中国的畜禽业高度发展。从1980到2010的30年间,中国人均肉产品、奶制品和蛋类产品的消费量就分别增长了4倍、10倍及7倍之多。2010年至今的不到10年间,畜禽产品的总需求量又翻了一番。高需求和高产量带来的是畜禽粪污量的激增。 

据中国农业部数据显示,2017年一年的畜禽粪污排放量就达到了38亿吨,是造成农业面源污染的重要原因,所产生的甲烷的温室效应还是二氧化碳的23倍。  

然而,在另一个方面,中国农业的发展以及绿色农业的增长让有机肥料的需求大增,畜禽粪污便是天然的好肥料。除此之外,畜禽粪污还能变成生物能源,或用作基础原料加工成化合物。 

因此,粪污虽然脏,却是极有利用价值的好东西。如果能通过粪污资源化利用来清洁和改善环境,同时生产出肥料、能源及其它附产品,不是一举多得吗?  

有了“便便”,我们就有了电、肥料、汽车燃料……

粪污资源化利用并不是新鲜事,很早以前农民们便开始用粪污浇灌菜地了。那么粪污究竟是什么呢?从化学成分上来说,它是水、微量元素和微生物的组合。当提纯后,我们可以从粪污中获取氮,磷,钾、钙、镁、蛋白质、脂肪酸等营养物质。  

 

▲ 猪、奶牛、肉牛、禽类粪污所含带的元素种类和比例,图片来源:美国大豆协会

▲ 猪、奶牛、肉牛、禽类粪污所含带的元素种类和比例,图片来源:美国大豆协会

用粪浇地还是处于很低级的资源化利用阶段。粪污横流不仅不卫生,还会造成水流污染。将粪污分解利用在中国产生于上世纪二三十年代。那时南方农村开始建造土法沼气池,村民们把收集来的人和畜禽的粪便放在池中等它分解,然后用产生的沼气来做饭和照明,剩余的沼渣和沼液则可用来浇灌菜地。 

六七十年代由于燃料缺乏,沼气池的数量猛增。然而这些沼气池技术落后,效率低,后来很多都废弃了。中国真正利用现代工艺和设备建造大中型的沼气工程还是从90年代才起步的,2000年后开始发展能源和环境一体化的综合大型利用工程。

无论是土法沼气还是现代工艺,粪污资源化的基本原理和过程都是类似的,包括固液分离、厌氧消化(即沼气发酵)和沉淀这几个主要单元。如下图所示,在一个现代化的工程中,畜禽粪污和农业有机废物被收集起来,经过浸渍进入厌氧消化器,通过加热来发酵,分解成沼气泡和固体与液体的混合物。这些沼气泡就是甲烷气体,可以经过热电装置后发电、供热,也可经升级改质后为车辆提供燃料、代替煤气来做饭,剩余的固体和液体被过滤后被加工成种花的纤维肥料或浇田的液体肥料。 

 

▲ 畜禽粪污的厌氧再利用过程,图片来源:KQED Science

▲ 畜禽粪污的厌氧再利用过程,图片来源:KQED Science

为了让“便便”发挥作用,种植业与畜牧业得“配对”

在畜禽粪污资源化利用上,现代与土法工程的区别不仅在于技术,也在于整个价值链的设计、管理和运营。 

发达国家的畜牧农场一般都是与种植业配套的。在西欧国家典型的农场内,粪污进入自动化程度较高的沼气装置处理后,贮存在数个500至1000立方米的钢制罐里,待需要时用粪车运至农田作肥料,产出的沼气作为农场的电力和热源,从而形成一个生物质多层次利用的良性循环的生态农场。 

良好的畜禽粪污资源化利用是循环农业重要的组成部分,也构成循环经济的一部分。在循环农业的图景中,不适合人类使用的农作物可用来喂养畜禽(目前只有30%的农作物适合人类使用),人类食物的残余也可以部分用来喂养畜禽,这样就大量减少了对人工饲料的需求,而且这些天然饲料的营养价值还高,不含激素和其它化学物质。 

畜禽粪污可用于生产能源、浇灌农作物,减少我们对传统能源的依赖,并减少二氧化碳排放。用粪污浇灌过的土壤更加肥沃、富含营养,能提高作物的产量。循环农业强调地区内的循环,因为只有这样才能改善当地的生态系统,减少进口或长途运输,间接减少排放,直接创造当地就业。 

▲ 图片来源网络▲ 图片来源网络

荷兰最大的乳制品生产商之一皇家菲仕兰公司(FrieslandCampina)目前就在尝试循环农业。该企业位于荷兰北部的畜牧业大省弗里斯兰省(Friesland),每年有九百万吨的牛粪产生。由于近年来牛奶产量增加,需求却有所下降,企业便需要通过资源循环利用来降低成本。 

皇家菲仕兰公司启动了一个牛粪资源化利用的项目,将牛粪发酵成沼气来发电,并从中回收营养物。他们的目的是建立一个最佳的养分循环系统,维持土壤肥力水平,将来就不需要进口肥料了。 

不是简单地“西学东渐”,而是因地制宜 ​

中国目前的畜禽粪污资源化综合利用率不足60%,畜禽粪污仍是农业面源污染的主要原因。正因如此,国务院办公厅明发文规定要在2020年将全国畜禽粪污综合利用率提高到75%以上。并且,国家已开始用补贴的方式在全国推进畜禽粪污资源化,并鼓励本地企业和地方政府与国外的先进企业和科研机构进行交流与合作。  ​

在这个大环境下,10月29日至11月3日,荷兰畜禽粪污资源化代表团来到山东和湖北进行商务考察和洽谈。代表团里的企业有做农业废弃物处理的、生产肥料的、设计制造粪污处理系统的、提供系统硬件和软件的、研发再生能源的、培育肥料中微生物菌种的,以及在循环农业方面做管理和战略咨询的。 

然而,将荷兰的技术和管理经验搬到中国却没有那么容易。由于畜禽粪污资源化是整个价值链的问题,因此涉及到技术、经济、交通等方方面面。荷兰的自然生态相对单一,各地区的发展程度平均,而中国却幅员广阔、地形和气候变化极大,各地域的经济发展极不均衡,不同地区企业的管理观念也差别很大。 ​

▲ 图片来源网络

▲ 图片来源网络

中国新疆、内蒙古、宁夏、黑龙江、吉林、辽宁、河北、山东、河南等是地形相对平坦的畜牧大省,有大量的畜禽粪污产生,农业和畜牧业较为集中、规模大,为畜禽粪污资源化利用提供了良好条件。 

比如,正大集团在内蒙古的全封闭绿色循环生产体系(100万头生猪全产业链项目)就是全国的畜禽粪污资源化利用示范基地。而中国长江中下游地带,降雨多、水系多,以水稻为主要作物,像北方那种大型机械化粪污资源化方式便不适用了,需要寻求别的方式来一方面减少粪便污染,另一方面来提高资源化利用。 

再如四川、福建、广东等省份山地多,运输不便,大型机械化方式也不适用,固液分离、发酵、生物处理、反渗透等技术却适用。但在考虑应用创新技术时,地方企业是否能够并愿意承担成本投入也是需要考虑进去的。

中国农业一改原先的农业模式,走上了循环农业之路 

长久以来,全球农业一直注重于用最低的投入、最高效的方式来增加产量。这样做虽然喂饱了快速增长的人口,但也造成耕地贫瘠、生态系统遭到破坏,并消耗大量能源,加剧全球变暖。  

从八九十年代起,西方国家开始将重点转移到生产营养价值高、健康无污染的农作品和畜禽产品;而修复耕地和生态系统、构建循环农业则是近一二十年来才得到广泛重视的。 

中国目前也开始注重推行循环农业,因此出台了明确的政策并提供补贴,为发展包括畜禽粪污资源化利用在内的循环农业带来有力推动。然而,要提升畜禽粪污资源化利用,不仅要提高科技配置和经济支持,也要改变人们对粪污的认识,并调整价值链上所有的环节,使物流、销售等都能与之匹配,这样才能将畜禽粪污资源化持续发展下去,最终建立起循环农业系统。 

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