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养猪企业环境污染治理方案技术经济比较分析
     -- 2006中国猪业发展大会
原发表日期: 2006-09-21  原作者: 中环恒远咨询(环境)公司 刘 昕  文章来源: 中国畜牧业协会猪业分会秘书处  

特别声明:转载文章需经中国畜牧业协会秘书处和作者本人同意!

    1 背景

    近年来,随着经济发展和人民生活水平的不断提高,为丰富城镇“菜篮子”,全国各大中城市和主要产区相继实施了一批“菜篮子”工程。“菜篮子”工程的实施,促进了我国禽畜饲养业向着规模化、集约化方向发展。养殖业的发展满足了人们不断增长的生活需求,并且为发展农村经济、提高城乡居民生活水平做出了贡献。但与之俱来的是大量粪便等有机废物的产生,由于他们的不合理堆放和处置,带来了一系列的环境问题。

    为此,国家有关部门制定了一系列针对畜禽养殖污染防治的规章制度,其中包括 2001年国家环境保护总局颁布的《畜禽养殖污染防治管理办法》以及配套的《畜禽养殖业污染物排放标准》和《畜禽养殖业污染防治技术规范》,但是由于养殖企业的环境意识还很薄弱,上述规章、办法仅仅是部门规章,因此,在法律效力方面还没有得到很好的发挥。

    最近,国家逐渐重视农村畜禽养殖业发展带来的环境问题,在中央提出的建设社会主义新农村内容中,着重强调了发展现代农业,改进畜禽饲养方式,提高规模化、集约化和标准化水平;新农村建设重点工程之一就是发展农村沼气,建设规模化畜禽养殖场和养殖小区大中型沼气工程;提出积极发展农村沼气、秸秆发电等可再生能源,改善农村面貌;明确提出加强规模化养殖场污染治理,加强农村环境保护;新修订的《畜牧法》第三十九条,明确了养殖企业必须建设粪便和污水处理设施,最近正在起草的《畜禽养殖污染防治条例》是在原来《办法》的基础上为了更好的解决养殖污染环境问题而制定的。《可再生能源法》从促进废弃物处理的产品市场方面给予了支持。

    2 畜禽养殖污染防治的思路

    虽然,在不同的文件和技术指南中规定了养殖企业环境污染治理的要求和思路,但是,这些文件从思路到具体条文和配套技术,都体现了养殖业污染防治的基本原则:减量化、无害化、资源化。

    2.1 减量化:要治理好粪便污染,必须从污染的源头抓起,必须有效的削减污染总量,节约用水,冲凉水减少到最低限度,从而减少治理经费,达到将污染源控制在最低限度的目的。从源头控制消减总量的方法也与清洁生产的核心理念一致。《畜禽养殖业环境管理技术规范》对生产过程中减少污染物的产生做了具体规定,如合理选择建场场址、合理规划和绿化场地、合理布局猪舍建筑等;提倡干清粪工艺;给排水设计必须做到雨水与污水分流等。

    2.2 无害化:选用先进工艺技术,所有粪便与尿全部送沼气池处理,经过封闭式的厌氧发酵工艺,可去除污水中的COD Cr 70%左右,总悬浮物(TS)分解率80%左右,致病菌杀灭率90%以上,无毒无味运行,切断寄生虫的生长周期,细菌指标达到卫生防疫要求,实现猪场固体粪便和污水的无害化处理。应强调的是,我国地域辽阔,各地、各场气候条件、自然和经济条件不同,必须因地制宜并考虑利用方向来选择处理工艺和设备。

    2.3 资源化:有害粪污经过治理,达到变废为宝的目的。粪污经过厌氧发酵产生的沼液和沼渣中富含溶解氮、磷、钾可作为肥料施用。将发酵后的沼肥施用于 树 木和田地,可节省大量农药和化肥。沼气池发酵后所产生的沼气,经过脱硫可作为炊用。如当地无多级利用条件时,可处理后作活性有机肥或做有机无机复合肥及液肥销售,效益可观;有条件的场可酌情做沼气、种植桑菜果、养鱼、养蚯蚓蝇蛆、蘑菇等,实现资源化多级利用和转化,取得更好的经济效益,并可进一步争取做到污染物的零排放,实现清洁生产,改善养猪环境,提高猪群生产力和健康水平,保障产品品质,这也是作为低效益行业的养猪场走生态猪场建设的必由之路。   

    3 畜禽养殖业废弃物处理的基本技术模式及技术经济分析

    3.1 由于各个养殖企业所处的地理位置不一样,气候条件和周边的环境千差万别,因此养殖企业的废弃物处理必循遵循因地制宜,实事求是的原则。根据养猪企业自身具体情况,结合周边的土地资源、种植业情况等,选择合理的技术路线。根据实践,我们总结了以下几种养猪企业环境污染治理模式。

    3.1.1 能源生态模式

    该模式依靠现代化的设备组成比较完善的处理系统,将猪粪便经过一系列的生物发酵处理,生产沼气,最大限度地回收能源,以能源开发(供热、发电)为核心,以沼渣、沼液的还田利用为纽带,以多种园艺种植利用为依托,大幅度提高养猪业废弃物综合利用效益,消除养猪业废弃物产生的环境污染。

    3.1.2 种养平衡模式

    在具有耕地较多的养猪企业,遵循生态学的原理,通过按土地规模确定养殖规模,以土地消纳猪粪便,制定并实施科学规划,用猪粪便作为种植业有机肥料供应源,将猪粪便密闭存放腐熟后就地还田。

    3.1.3 土地利用模式

    该模式是建立有机肥厂,依靠简单设备,将猪粪便干湿分离,将其中干物质进行堆肥发酵,生产商品有机肥,销售到更远的地区。实现在更大区域内的种养平衡。再利用天然或人工的湿地、厌氧消化系统对污水进行净化处理。通过资源化处理畜禽粪便和污水,实现畜禽养殖环境效益和经济效益的双赢。

    3.1.4 达标排放模式

    对于那些耕地少、土地消纳量小,又不具备沼气发电或生产有机肥条件的地方,而当地必须就地发展养猪业的区域,则须建设污水处理工程,对集约化养猪场产生的废水进行工程化处理,实现达标排放,产生的固体废弃物应按照有关法规、标准综合利用生产有机肥或进行减量化、无害化处理和处置。

    3.1.5 能源环保模式

    对于处在大城市周边,必须就地发展且规模很大的养猪场,则须对产生的粪便干湿分离,粪便进行微生物发酵制成沼气供热或发电,同时建设污水处理工程对污水进行工程化处理,实现达标排放;也可将固体粪便生产商品有机肥。

    3.1.6 不同模式的比较分析见表1

表1 不同企业环境污染治理模式的比较分析

类别

适用地区

优点

缺点

能源生态模式

周边有农田、果林、鱼塘或水生植物的畜禽场。

占地少、能源回收率和资源综合利用率高,经济效益较好,不产生环境污染。

前期投资较大,对操作人员技术要求高。

种养平衡模式

在远离城市、经济落后、有足够土地,常年种植施肥量大的作物(如蔬菜、瓜果等),养殖规模以猪出栏数计算在 2万头以下养殖场(区)。

投资少、无需专人管理。

需要大面积的土地,粪肥施于农田时要选择合适时机,且粪肥用量受到限制,可能污染地下水并对大气产生一定的污染,资金投入少。

土地利用模式

离城市较远,气温较高,有足够的土地,地价较低、有滩涂、荒地、林地或低洼地可作废水湿地处理系统的地区。一般要求养殖规模以猪出栏数计算在 5万头以下。

投资少、运行费用低、不耗能。

占地面积大,能源回收率低,可能污染地下水,资金投入相对较少。

达标排放模式

大中城市周围,经济比较发达,土地紧张,粪便产生量较大的养殖场(区)。

污水排放完全达到国家标准。

投资较大,运行费用高,经济效益低。

能源环保模式

大城市周边经济发达,土地紧张,养殖规模大,粪便产生量很大。

污水达标排放,可生产有机肥,又可生产沼气,供热或发电。

投资很大、运行费用高,对操作人员技术要求很高。

    3.1.7大中型畜禽养殖废弃物环境工程平均单位投资测算见表2

表2 大中型畜禽养殖废弃物环境工程投资测算

类别

投资总额 (万元)

沼气生态模式

130~175

种养平衡模式

40~50

土地利用模式

70~85

沼气环保模式

165~200

    3.2 养猪企业废弃物处理的基本技术模式的工艺流程

    3.2.1 沼气 生态模式流程示意图,见图1。


图1 沼气生态模式流程示意图

    3.2.2种养平衡模式工艺流程图,见图2。


图2 种养平衡模式工艺流程图

    3.2.3 土地利用模式流程示意图,见图3。


图3 土地利用模式流程示意图

    3.2.4达标排放模式流程示意图,见图4。


图4达标排放模式流程示意图

    3.2.5 沼气环保模式流程示意图,见图5。


图5 沼气环保模式流程示意图

    3.3 典型工程的成本收益分析

    “能环工程”不仅是一项推动地区经济发展、改善生态环境和治理污染的有效措施,同时也会给示范项目建设企业带来一定的经济效益。对于典型的“能环工程”项目,从经济上可以进行成本收益分析。

    年运行费用 =设备折旧+原料+燃料+动力+人工工资+维修费+税收等支出

    年收益=沼气收益+有机肥收益+避免排污罚款

    3.3.1 典型能源?环保工程成本收益分析

    基础参数:规模养猪场饲养规模年出栏商品猪 10,000头,粪水量60立方米/天,“能环工程”固定资产投资175万元,年产沼气7.2万立方米,年生产固体颗粒有机肥540吨。

    年运行费用27.58万元,其中;

    折旧费 :沼气工程生产期按15年计算,年折旧率为6.7%,15年后设备残值为5万元,年折旧费为(175-5)×0.067=11.4万元;

    修理费 :按折旧费的40%计算,年维修费=4.56万元;

    人工费估算 :工程运行约需6人,人均年工资7200元,年人工费=5×7200=4.32万元;

    管理费 :按工人工资的三分之一计算,金额=4.32/3=1.44万元;

    动力费 :5.2万元;

    原料(辅料)费:按每吨有机肥添加辅料费用为40元,则年原料费=40×540=2.1万元;

    因“能环工程”所获产品均属环保治理的副产品,属免税范围,不计算税金;

    年总收益39.7万元,其中:

    沼气:按每天产气200立方米,每立方米收费1.0元计算,则年沼气收益= 7.3万元;

    有机固体肥料:按每天产固体有机肥1.5吨,每吨售价500元计算,则年固体肥料收益=27.4万元;

    减少排污罚款费用:5万元;

    经计算,工程运行后每年净收入12.12万元,因此,项目的静态投资回收期为14.4年。

    3.3.2 典型能源?生态工程成本收益分析

    基础参数:规模养猪场饲养规模年出栏商品猪10,000头,粪水量60立方米/天,“能环工程”能源-生态模式工程的固定资产投资140万元,年产沼气7.2万立方米,年产液体有机肥1.8万吨,年生产固体有机肥3504吨(按万头猪场产粪12吨,收集系数为0.8计)。

    年运行费用21.52万元,其中:

    折旧费:沼气工程生产期按15年计算,年折旧率为6.7%。

    15年后设备残值为4万元,年折旧费为(140-4)×0.067=9.112万元;

    修理费:按折旧费的40%计算,年维修费=3.65万元;

    人工费估算:工程运行约需6人,人均年工资7200元,年人工费=6×7200=4.32万元;

    管理费:按工人工资的三分之一计算,金额=4.32/3=1.44万元;

    动力费:3.0万元;

    因“能环工程”所获产品均属环保治理的副产品,属免税范围,不计算税金;

    年总收益35.3万元,其中:

    沼气:按每天产气200立方米,每立方米收费1.0元计算,则年沼气收益=7.3万元;

    有机固体肥料: 按每年产固体有机肥3504吨,每吨售价40元计算,则年固体肥料收益=14万元;

    液体肥料:年产1.8万吨,每吨售价5元计算,则年液体有机肥料收益=9万元;

    减少排污罚款费用:5万元;

    经计算,工程运行后每年净收入13.78万元,项目的静态投资回收期约为10.2年。

    从以上分析可以看出,能环工程与其它纯环保项目相比,不仅能够解决由禽畜粪便造成的环境污染问题,同时工程还产出沼气、固态、液体高效有机肥料,为企业带来一定的经济效益。

    3.4 环境效益

    通过“能环工程”建设项目实施,主要的环境效益有以下几个方面:

    健康状况:减少疾病传播,降低人群的发病率和死亡率;减少饮用水的净化费用;沼气替代化石燃料;减少种植业和水产业的损失;有机肥替代一部分化肥,降低肥料使用中营养物的流失率;减少矿物的开采,有利于保持生态平衡;改良土壤。

    4 拓宽投融资渠道,实现污染治理

    由于规模化养殖企业的产权多样化,发展的历程不一样,养殖企业主对环境保护的认识也不一样,本身的投资效益相比之下比较低,企业对环境方面的投资意愿不足。加上本身农业企业的基础地位和弱势地位决定了他们依靠本的投资很难实现环境的目标。 在目前的技术经济条件下,企业完全依靠自身一次性筹集畜禽养殖废弃物治理资金,并承担日常的运行费用还相当困难。资金问题已经成为养猪行业污染防治和废弃物综合利用的最大制约因素,必须积极发挥政策性农村金融机构和有关能源、环保专项基金的作用,千方百计地拓宽融资渠道。并积极 利用市场化的手段进行治理,当前主要有以下的资金渠道:

    4.1 政府补贴

    中央财政从2003年开始每年安排专项资金1000万元,委托财政部和环保总局管理,用于补贴畜禽养殖业污染防治和废弃物综合利用项目,连续3年对40多家养殖企业的污染防治项目给予资金补贴。

    农业部沼气工程规划:社会主义新农村建设中确定的沼气工程每年国家拿出一部分的资金用于沼气工程的建设,力争在五到十年内完成全国规模化养殖企业的污染治理。

    由财政部和国家环境保护总局管理的中央环保专项资金:环境保护小康行动计划中确定的社会主义新农村建设的项目。

    地方政府的资金支持:上海、浙江、江苏等省地方的配套资金,

    4.2 国际援助资金:

    世界银行和亚洲开发银行正在规划中的两个贷款项目。在未来的五年内,计划建成 400家大中型沼气工程。全球环境基金关于生物质能可再生能源项目。

    4.3 市场化的融资渠道

    国家积极鼓励采取市场化的手段进行畜禽养殖废弃物的处理,主要指导思想就是将废弃物的处理单元与专业化的公司进行合作,生产有机肥料和沼气。双方根据合作的具体的内容签署协议,明确投资和运营的责权利。

    以现实的眼光分析CDM项目可能对养猪企业的机会

    为了应对全球气候变化,通过发达国家购买发展中国家温室气体的减排额度,从而实现双方的共赢,推动全球的可持续发展,随着中国政府制定的《清洁发展机制项目管理办法》颁布以来,中国与发达国家及组织进行的温室气体减排得交易日益活跃。

    甲烷是一种重要的温室气体。通过在畜禽养殖养殖场建设沼气工程,可以有效的减少养殖场由畜禽粪便等引起的甲烷排放,从而为全球的减排温室气体作出贡献。如果能够将这部分减排量在国际碳市场上出售,沼气工程还可以获得一定的额外经济收益,从而改善其内部经济效益。下面分析以参考文献 1中的研究结果为例说明沼气工程的效益。

    没有沼气工程时,畜禽养殖场排放的温室气体主要为甲烷。政府间气候变化专门委员会(IPCC)推荐了计算不同地区以及不同气候各种畜禽的甲烷排放因子,其中在亚洲的温暖地区(年平均气温高于15℃ 且低于25℃ 的区域),每头猪的甲烷排放因子为4千克/年。我国南方的大部分地区属于温暖地区,因此以一个建在我国南方的沼气工程为例进行计算。这样,一个年出栏万头猪的养殖场因为粪便和污水等导致的甲烷排放量约为24吨,相当于504吨的二氧化碳当量。

    这一规模的沼气工程每天的沼气产量约为 200立方米,全年则为73000 立方米。作为居民用燃料时,由于热值较高以及燃烧效率的提高,每立方米沼气可以替代2千克的煤炭。因此,一个沼气工程每年产生的沼气可以替代146吨煤炭。我国无烟煤的热值为24493吨焦/兆吨,碳排放系数为26.39吨碳/吨焦,民用部门的碳氧化率为80%,因此,甲烷作为燃料使用每年可以避免的因为煤炭使用而导致的二氧化碳排放量为:

    146吨×24494吨焦/兆吨×26.39吨碳/吨焦×80%×44/12 = 277吨

    因此,这一规模沼气工程的温室气体排放基准线为每年277+504=781吨二氧化碳当量。

    目前,中国政府对温室气体减排权交易的指导价格为每吨二氧化碳当量不能低于7美元。以7美元计,一个沼气工程每年出售温室气体减排权可以获得约4.4万元人民币的额外收益,在初始投资等其他条件不变的情况下,沼气工程每年的净经济收益提高到了16.52万元。可见,通过出售温室气体减排量所获得的这部分额外经济收益,可以使沼气工程完成从经济效益较差到的经济效益较好的临界转变,因而可以有效的促进沼气工程的发展。

    但是,针对规模化养殖企业进行清洁发展机制项目的开发在实践中还存在如下障碍:1)项目申报、批准、认证、交易的程序比较繁琐,资金投入比较大;2)由于养猪业的风险决定了未来核准减排额实施过程中的风险;3)核准的减排额出售的市场价格遵循市场供求规律,直接影响项目的效益。

    刘昕 中国人民大学环境经济研究所环境经济学博士, 先后在国家环境保护总局外经中心负责中国环境技术援助项目以及我国与挪威、加拿大、荷兰等国家环境治理的合作项目,作为亚行等机构的专家,具体参与了亚行“农村非点源污染控制与管理研究”;粮农组织“保护畜禽养殖场的环境”、国家发改委“国家沼气行动计划”等多个环境项目、环境政策的研究与制订,现任北京中环恒远咨询(环境)有限公司总经理。

 
 
 
 
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