沼气项目开发指南(中文稿).doc
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1、第二章 沼气项目开发的前期工作第一章 沼气项目开发背景第一节 中国畜禽粪便资源状况一、中国养殖业发展状况90年代以来,随着中国经济的迅猛发展和人民生活水平的提高,以及政府制定的“菜篮子”工程的顺利实施,中国的养殖业得到了快速发展。其发展呈现两大趋势,一是其在农业总产值中所占比例增大,二是向集约化、规模化和现代化方向发展,规模养殖占总量的比例上升,规模越来越大,分布趋于集中。据统计,1999年中国肉、蛋、奶的总产量分别达到了5950万吨、2080万吨和782万吨。肉类总产量比1978年增长6倍,禽蛋总产量比1978年增长10倍,居世界第一位。人均肉类消耗量47公斤,超过世界平均水平10多公斤,是
2、世界平均水平的2倍。从产值情况分析,1998年全国畜牧业总产值达4000多亿元,占农业总产值的32。从经济发达国家的情况分析,畜牧业占农业总产值的比重,荷兰接近70,瑞典接近80,而英国早在80年代就超过了50,因此,与这些发达国家相比我国畜牧业还有很大的发展潜力。就养殖业的结构而言,规模化养殖场占了相当大比重,规模化养殖场的养殖量约占全国养殖总量的10,规模化奶牛场的养殖量约占全国养殖总量的43,规模化养鸡场的养殖量约占全国养殖总量的20。从地域分布来看,规模化养殖场主要分布在人口稠密的沿海地区,如山东、江苏、浙江、上海、广东、辽宁等地区。这一带靠着中国的东海岸,城市集中,人口密度大,工业化
3、程度高,对肉、蛋、奶的需求量高,约占全国总需求量的50以上。为了及时满足城市居民对肉、蛋、奶的需求,同时也为了减少运输所造成的损耗,这些地区的养殖场主要分布在城市与农村结合地带。总的来看,中国大中型养殖场分布状况是:近80集中在北京和东部沿海城市周围,中部不到20,西部地区仅占1左右。中国近10年来畜禽的养殖量及其发展情况参见表1-1和表1-2。表1-1 牛、猪、鸡饲养量平均年增长情况单位:年份牛猪鸡19851998 3.38.548.4198519893.85.019.819901998 6.58.022.9表1-2 19851998年中国畜禽饲养情况年 份牛(万头)肉猪出栏数(万头)商品鸡
4、出栏数(万只)19858682.123875.252369.119869166.725721.565586.719879465.116177.178777.519889794.827570.394290.0198910075.829023.3107790.9199010288.430991.1122880.3199110459.232897.1161019.9199210784.135169.7200183.5199311315.737823.8239315.5199413221.842103.2280505.2199513206.048051.0305750.7199611031.84122
5、5.1-199712175.746483.7-199812435.450215.1- 从表1-1可以看出,从1985到1998的13年间鸡和猪的平均增长速度大大高于牛的增长速度,这是因为建立大、中型牛场一般投资大,工期长,进口奶牛价格高,千头以上的牛场运行成本大,农村使用的役牛劳作已部分由农用机械所代替,肉牛的发展一直趋于平缓。从1985到1990的五年间由于人民生活质量正处于变革时期,城市居民对各类肉蛋需求量增大,但广大农村的生活水平还未提高,大型饲养场在这个时期还为数不多。但从1990到1998的八年间,由于政府制定的“菜篮子”工程的顺利实施,农村向城镇化逐步发展,人民物质需求发生了质的变
6、化。牛奶不再是奢侈食品,因而扩大了奶牛业的发展;瘦型猪肉作为城镇居民喜爱的肉类食品,其需求也促进了机械化和现代化养猪事业的发展;鸡的需求和生产量也明显增加,使众多的大、中型养殖场应运而生。畜禽养殖场的发展趋于集约化和大型化。据预测到2010年,中国主要畜禽牛、猪和鸡的养殖量将分别达到23783.3万头、99894.6万头和843575.8万只。二、主要畜禽粪便资源量及特征1. 主要畜禽粪便资源量随着畜牧业的快速发展,畜禽粪便的产量也在不断增加。据有关部门研究, 1995年中国猪、牛、羊及家禽产生的粪便量约为17.3亿吨,而到了1999年,仅规模化养殖场排放的粪便量就已接近17亿吨。从畜禽粪便的
7、可获得性来分析,可以用于沼气开发的畜禽粪便量也是相当大的。例如,根据中国主要的畜禽种类牛、猪、鸡的粪便排放特征估算的1995年可获得资源的实物量为8.5亿吨(见表1-3)。表1-3 牛、猪、鸡排粪量及1995年可开发资源量项 目牛猪肉鸡蛋鸡体重(Kg)500501.51.5饲养(出栏)周期(d)36515060365一昼夜排粪量(Kg/头)2040.10.1一年排粪量(t/头)7.30.60.0060.0365年饲养(出栏)数量(亿头)1.34.81218粪便资源量(亿t/a)9.652.880.070.66粪便收集系数0.61.00.60.6粪便可开发量(亿吨)5.782.590.010.1
8、3*中国农业部/美国能源部 中国生物质资源可获得性评价但是,实际上由于大中型养殖场粪便一般采用水冲式进行收集,所以粪便污水的量要远远高于粪便量。如1999年中国规模化养殖场的粪便的排放量不足17亿吨,而实际排放的粪便污水总量却超过200亿吨,其数量是粪便量的10多倍。表1-4 列出了中国1995年大中型养殖场粪便污水的可获得量情况。表1-4 1995年大中型养殖场粪便污水可获得量项 目奶牛猪肉鸡蛋鸡饲养数量(万头,亿只)17148002.43.6一昼夜单位粪便污水量(kg/头只)50200.31.2一昼夜可获粪便污水量(万t)8.55967.243.2饲养周期36515060365年可获粪便污
9、水资源量(万t)31201440043215768*中国农业部/美国能源部 中国生物质资源可获得性评价2. 畜禽粪便的资源特征禽畜粪便是一种有价值的资源,它富含农作物所必须的氮、磷、钾等多种营养成分,还含有75 的挥发性有机物,其中蛋白质含量为23.515.8,维生素B12为17.6g/g(干重),是一种优质的有机肥料和营养源,经过处理后亦可作为再生饲料,具有很大的经济价值。施于农田则有助于改良土壤结构,提高土壤的有机质含量,促进农作物增产。畜禽粪便污水含有浓度很高的有机物,易于生化处理并产生价值很高的沼气。表1-5列举了几种典型养殖业废弃物的养分数据。表1-5 几种禽畜粪便的养分含量粪便种类
10、干物质含量()可利用氮(kg/t)总磷(kg/t)总钾(kg/t)肉鸡粪2710.025.018.0蛋鸡粪305.013.09.0牛 粪183.81.83.2猪 粪204.12.37.5由表1-5可以看出,养殖业产生的禽畜粪便具有很高的利用价值。第二节 中国畜禽粪便的污染状况养殖业的发展在改善人们的生活,促进经济发展的同时,也带来了严重的污染问题。畜禽粪便对环境的污染主要表现在三个方面,即水体污染、大气污染和土地污染。一、水体污染畜禽粪便每年向水体排放的污染物的量是非常大的。据国家环保总局南京环科所和上海市对上海集约化畜禽养殖场粪便进行的调查,畜禽粪便进入水体的流失率高达2530,据此保守估算
11、1995年中国主要畜禽粪便污染物COD、BOD、NH3-N、TP和TN的流失量分别为728.26、498.83、132.20、41.95、和245.50万吨。而同期工业废水的COD的排放量为768.57万吨,由此可以看出中国畜禽行业的COD排放量已接近全国工业废水的COD排放量。另外,中国氮肥的正常流失率在820,磷肥的正常流失率为5,按此计算,畜禽粪便氮、磷的流失量大于化肥的流失量,约为化肥流失量的122和132。因此,可以说,畜禽养殖污染正日益成为中国水体污染的主要因子。大量的氮、磷等营养元素排入水体后,会造成严重的水体富营养化问题。水体富营养化的危害主要表现在以下几个方面。1 对农作物危
12、害 用富营化的水灌溉农作物,特别是水稻,会抑制稻根伸长,能使育秧期发生倒苗、腐烂,易被水冲走,在稻田产生大量水绵,缠绕稻株,直接影响水稻生长发育。水稻生育期中用富营养化水灌溉,会造成水稻由于氮过量,而出现倒伏、徒长、病虫害增多和成熟不良等现象。另外,水中含有机质过高,会使土壤还原性过强,硫化氢、甲烷和有机酸产生过多,造成水稻的生理障碍,影响水稻对养分吸收。 2 对水源的危害 在水源中,若植物营养元素氮的含量较高会使水中NO2N、NO3N相对增加,而水中NO2N、NO3N对人畜是有害的,尤其可导致婴儿、胎儿变性血红蛋白增高,丧失输氧能力。同时NO2N对人畜有致癌作用。就富营养化对自来水及工业用水
13、源的影响而言,富营养化水影响水厂供水能力,造成沉淀池的污泥激增,沉淀效果降低,PH值上升,可使PH高达9以上,供水厂中的凝聚处理较为困难,必须增加凝聚剂用量,从而增大供水厂的成本。富营养化水由于含有大量浮游生物,有的浮游生物能直接产生臭气,或待其死亡后,由微生物分解其残体而产生臭味,不宜作为饮用水,这样造成供水困难。富营养化的水由于生长有大量的藻类,这些藻类残体沉入水底,分解时造成底层的无氧状态,而使水体底层中的铁和锰被还原,溶解增加,在氧化条件下水显红色,对自来水及工业用水源产生严重影响。3 破坏水产资源,造成鱼类窒息或中毒死亡 在适宜的气温与阳光下,富营养化的水体中便会发生以蓝藻和绿藻为主
14、的藻类的大量繁殖生长,此时水面上出现一片片“水花”,或叫“藻花”,若发生在海洋称为“赤潮”。发生水花的水域和发生赤潮的海域往往伴随有死鱼事件。水花和赤潮发生过程中,产生的主要的生物毒素之一房蛤毒素能毒死鱼和家畜。若水库、河湖、海湾等水体富营养化时,就会使藻类过量繁殖生长,这些藻类在白天进行光合作用,使上层水溶解氧大大增加,可能达到饱和的水平,但是到了晚上藻类要通过呼吸作用消耗水中的溶解氧被,加上浮游生物残体的分解消耗,水中的溶解氧迅速降低,从而导致鱼类缺氧窒息死亡4促使湖泊老化 在富营养化的湖泊中,由于大量繁殖生长浮游藻类,造成一些以食用浮游植物为主的水生原生动物、贝类等大量增殖生长。这些水生
15、原生动物、贝类的排泄物、残体和过剩的浮游植物残体伴随着流入湖泊的泥沙一起不断在湖底堆积,使湖床逐渐增高,湖水变浅,这样造成湖泊老化,向沼泽转化。5富养化对水体的感官性状的影响 富营养化的湖泊、河、水库等水体,由于磷、氮的增多,藻类大量繁殖生长,直接使感官性状恶化,主要表现为:l 透明度降低。l 水体变为绿色(或红色),表面有“水华”现象,藻体成片或成团地飘浮水面,有时色彩纷呈。l 溶解氧不足情况下,有机质在缺氧条件下分解,能产生大量的CH4、H2S和NH3等气体,散放出难闻的腥臭味。6富营养化水对家畜健康的影响富营养化水往往携带许多病原菌,会导致家畜传染病流行。当水源被病源微生物污染后,可引起
16、某些传染病的传播与流行。例如猪丹毒、猪瘟、副伤寒、马鼻疽、口蹄疫、结核、布氏杆菌病、炭疽、钩端螺旋体病、土拉伦斯菌病等。水源受到大量的或经常性的污染时,就极易造成传染病的介水流行。例如水禽的传染病发生,常是急速传播,全群几乎同时发生。二、大气污染畜禽养殖场刚排出的禽畜粪便含有NH3、H2S、胺等有害气体,在未能及时清除或清除后不能及时处理时其臭味将成倍增加,产生甲基硫醇、甲硫醚、二甲胺及多种低级脂肪酸等有恶臭的气体,不仅危及周围居民的健康,而且也会影响场内禽畜的生长。同时养殖业还排放有大量的温室效应气体CH4。作为温室效应气体的主要成分致意,其对全球气候变暖的贡献率大约为15,其中70来自于农
17、田土壤活动、农作物秸杆燃烧及禽畜养殖业等三方面。根据IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)所推荐的温室气体排放清单编制方法,浙江省农业厅对浙江省畜禽养殖业的甲烷排放总量进行了估算(见表1-6)。表1-6 1997年畜禽养殖业CH4排放总量项 目乳牛(头)水牛(头)黄牛(头)绵羊(万只)山羊(万只)猪(万头)家禽(万羽)兔(万只)饲养量26691148213288647109.1105.5410109195.8364.0CH4排放系数反刍56554485粪便7.951.280.660.10.131.492.410.0150.018CH4排放量0.1710.8341.2900.8840.541
18、1.512.430.1380.007合计5.376.30注:排放系数单位为kg/头或只.a;排放量单位为万t/a。由表1-6可以看出,目前浙江省畜禽养殖业甲烷气体释放总量在5.376.30 万t/a,约占整个农业生产活动甲烷排放量132.10181万t/a的2.974.77。其中养猪业对甲烷气体排放贡献最大,占整个畜禽养殖业甲烷气体排放总量的2838。按目前浙江省畜禽养殖业发展状况分析,未来几年内畜禽养殖业甲烷释放量仍将呈增长趋势。三、土地污染由于大量的畜禽粪便得不到及时有效的处理,所以很多粪便被堆放在养殖场附近的土地上,长时间的堆放就会对土地造成污染。据资料报道,北京有大中型畜牧场2500家
19、,蛋鸡场901个,因堆粪占据土地1200hm2。多个堆粪场附近的农田由于粪水的直接侵蚀使数千公顷的农田失去生产价值。此外粪尿中大量氮、磷渗入地下,使地下水中硝态氮、硬度和细菌总数超标。土地对畜禽粪便的承载能力可利用土地畜禽粪便负荷量这一指标进行衡量。表1-7是以浙江省为例做的一些统计分析。表1-7 1997年浙江省禽畜粪便猪粪当量负荷量地 区猪粪当量(万t)耕地面积(万hm2)负荷量(t /hm2.a)警报值*r杭州市534.0918.9928.120.65宁波市340.7721.6315.570.35温州市289.7617.0117.030.38嘉兴市655.1420.7831.530.70
20、湖州市245.3212.9918.880.42绍兴市344.1416.7220.580.46金华市361.2616.8021.510.48衢州市305.539.7831.240.69舟山市29.051.8915.470.34台州市273.7115.1118.110.40丽水地区234.599.5524.560.56浙江省334.81161.2420.760.46预计2010年47686005161.4429.5437.200.660.83*警报值r=q/p q=各地畜禽粪便猪粪当量负荷,p=农田以猪粪当量的有机肥最大适宜施用量(45t/hm2a)由表1-7可以看出,浙江省禽畜粪便猪粪当量负荷量
21、在15.4731.53 t /hm2a之间,平均为20.76 t /hm2a。预计2010年浙江省禽畜粪便猪粪当量负荷量将达到29.5437.20 t /hm2.a。以产粮区为例,在化肥习惯施用量每hm2225kg纯氮的基础上,猪粪当量用量以1530 t /hm2a为宜,最大施用量以45t /hm2a为上限,全省畜禽粪便负荷量警报值平均为0.46,与表1-8所列的畜禽粪便负荷量警报值分级标准相比,畜禽粪便负荷量已部分超出了农田的消纳能力,对周围环境造成了一定程度的污染。表1-8 畜禽粪便负荷量警报值分级警报值r0.40.40.70.71.01.01.51.52.52.5分级级数对环境威胁性无稍
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