1、第27卷第1期农业工程学报Vol.27No.12011年1月TransactionsoftheCSAEJan.2011303畜禽养殖业产污系数和排污系数计算方法董红敏，朱志平，黄宏坤，陈永杏，尚斌，陶秀萍，周忠凯（中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业部畜牧环境设施设备质量监督检验测试中心（北京），农业部农业环境与气候变化重点实验室，北京，100081）摘要：畜禽养殖业产污系数与排污系数是畜牧环境研究和粪便处理工程设计的基础指标，但由于中国畜牧业环境工作起步晚，还没有根据中国畜牧业生产特性确定的产污系数和排污系数。该文根据中国畜禽养殖业的特点，提
2、出了畜禽养殖业产污系数和排污系数的定义、计算方法，并结合典型猪场进行了案例分析。对于北京市某养猪场进行分析，结果表明：该猪场保育、育肥和妊娠母猪3个阶段的COD产污系数分别为每头252.8、479.6、493.4g/d，全氮分别为每头20.4、33.2、43.7g/d，全磷分别为每头3.48、6.06、9.93g/d，在该猪场废弃物处理系统的运行情况下，计算得出了该场保育、育肥和妊娠母猪3个阶段的COD排污系数分别为每头44.9、64.1、22.5g/d，全氮分别为每头14.1、20.9、36.3g/d和全磷分别为每头1.0、1.8、0.4g/d。研究结果为畜禽养殖业污染源普查
6、污染源产排污系数测算项目，国家生猪现代产业技术体系建设（nycytx-09），公益性行业（农业）科研专项（200803036）和动物营养学国家重点实验室自主研究课题（2004DA125184（团）0808）作者简介：董红敏，博士，研究员，博士生导师。主要研究方向：畜牧环境工程。北京中关村南大街12号中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，100081。Email:Donghm数，吴义千根据实测、经验估算和公式计算相结合的加权法研究了有色金属工业产品的产污系数和排污系数5,藏曙光等人根据玻璃行业的发展现状，综合考虑企业工艺、规模、原料、燃料等因素的差异，研究获得了该行业的产污系数和排放系
7、数，并与国外同行业系数进行了比较分析6，任叙合等人报道了海洋石油开发工业污染物产生系数和排放系数研究7，林秀丽根据中国机动车的污染物排放特点，研究给出了中国机动车污染物排放系数8，程紫华和卢建敏根据铁路运输企业的特点研究了铁路运输企业污水主要污染物产排污系数9。与工业行业相比，尽管关于畜牧业环境和污染防治对策方面做了大量研究10-11，也在家畜粪便学12和全国规模化畜禽养殖业污染情况调查与防治对策13等著作中给出了有关的粪便特性参数，但迄今为止，还没有对畜禽养殖业的产污系数和排污系数的定义、计算方法等进行科学的研究，也没有进行系统的测试，对中国这样一个品种多样、饲料特性和饲养方式差异较大的国家
11、2d，其中前7d为预饲期，后5d为正式采样期，在正式采样期，每天定时收集每头试验猪只产生的粪便和尿液，称量其产生量后分别采样。为了采样的代表性，将每天上下午分别收集的猪鲜粪便和尿液称重和记录后，混合均匀取3个样品（其中固体粪便2个，尿液1个），每个样品约0.5kg或0.5L。采集的样品及时送至农业部畜牧环境设施设备质量监督检验测试中心（北京），对各种原始污染物浓度进行测试分析，测定的污染物参数及测定方法如表1和表2。表1粪的检测指标、检测方法和方法标准Table1Analysisparameters,methodandstandardsforsolidmanure项
12、目含水率有机质全氮全磷铜、锌钾测定方法复混肥料中游离水含量测定真空烘箱法有机肥料（有机质测定）有机肥料（全氮含量测定）有机肥料（全磷含量测定）土壤质量铜、锌的测定火焰原子吸收分光光度法土壤全钾测定法方法标准号GB8576-88NY525-2002NY525-2002NY525-2002GB/T17138-1997NY/T87-1988式中，FPi,j,k为每头产污系数，mg/d；QFi,j为每头粪产量，kg/d；CFi,j,k为第i种动物第j生产阶段粪便中含第k种污染物的浓度，mg/kg；QUi,j为每头尿液产量，L/d；CUi
13、,j,k为第i种动物第j生产阶段尿中含有第k种污染物的浓度，mg/L。从公式（1）可以看出，畜禽原始污染物主要来自畜禽生产过程中产生的固体粪便和尿液两个部分，为了能够准确的获得各种组分的原始污染物的产生量，首先需要测定不同动物每天的固体粪便产生量和尿液产生量，同时采集粪便和尿液样品进行成分分析，分析固体粪便含水率、有机质、全氮、全磷、铜、锌、铅、镉等浓度，以及尿液中的化学需氧量、氨氮、总氮、全磷、铜和锌铅、镉等浓度，再根据产污系数计算公式就可以获得粪尿中各种组分的产污系数。为了便于统计和分析比较，建议生猪分为保育、育成育肥和繁育母猪3个阶段，牛分为出生犊牛、育成牛和成乳母牛3个阶段，蛋
16、、厌氧沼气发酵、好氧处理、氧化塘及人工湿地等方式进行处理后利用或者排放。不同养殖场的处理方式和工艺组合不表2尿的检测指标、检测方法和方法标准Table2Analysisparameters,methodandstandardsforurine项目pHCODCr氨氮凯氏氮总磷铜、锌测定方法水质pH值的测定玻璃电极法水质化学需氧量的测定重铬酸盐法水质铵的测定蒸馏和滴定法水质凯氏氮的测定水质总磷的测定钼酸铵分光光度法水质铜、锌、铅、镉的测定原子吸收分光光度法方法标准号GB6920-86GB11914-89GB7478-87GB1189
17、1-89GB11893-89GB7475-87第1期董红敏等：畜禽养殖业产污系数和排污系数计算方法305猪的生长和饲料特性是影响产污系数的主要参数，为了了解不同季节和饲养阶段猪的特性，本文还对猪的体重和饲料特征进行了测定。猪的体重在试验前后用地磅分别进行测定，猪的采食量则通过称量饲喂前后料槽中饲料的变化确定，每天采集各阶段饲料样品1个，连续采样5d，采集样品送中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所实验室进行分析，饲料分析指标和方法标准如表3。表3饲料的检测指标、检测方法和方法标准Table3Analysisparameters,methodandstandardsf
21、利用量通过测定分别设定在进口和排水口的量水槽测量水位变化得到污水产生量和排放量。污水处理效率则通过测定污水在处理系统进口和排水口取样分析获得，为了考虑季节和稳定运行的影响，该实验在试验场分4个季节采样，每个季节连续采样35d，保证3d有效采样。上午和下午各采样一次。每次采集2个样品，每天共采集4个样品，2个送样分析，2个作为备用。采集的污水样品送农业部畜牧环境设施设备质量监督检验测试中心（北京），对各种原始污染物浓度进行测试分析。污水测定的污染物参数及测定方法与表2中所列的测定方法一致。2.2猪的生长和饲料特性每次试验前后对实验猪只进行称重，分析其体重和日增重情况，并记录实验猪的采食量
22、，采集饲料样品进行分析，表4给出了3个饲养阶段猪只的平均体重、日增重、采食量及采食的饲料中各种组分的情况，从表中可以看出，由于饲养阶段不同，猪只的体重差别较大，采食量也不同，各个饲养阶段中饲料组成也不相同，其中育肥猪采食量和摄入的粗蛋白最高，其次是妊娠母猪，妊娠母猪摄入的磷最高，其次育肥猪，保育猪摄入的铜和锌最高，其次育肥猪，测定结果为不同饲养阶段产污系数提供分析依据。2.3产污系数的结果与分析通过4个季节的测定，按照产污系数计算公式（1）获得的平均结果如表5所示。从表中可以看出，生猪不同阶段粪尿产生量及各种原始污染物产生量不同，育肥猪由于生长速度快，采食量高，除尿液产生量比妊娠母猪低外，粪
29、便能够收集完全。表7生猪不同生产阶段粪便收集率Table7Manurecollectionrateindifferentfeedingstage%阶段保育育肥妊娠春夏秋冬平均值SD100.087.145.540.068.229.984.078.2100.070.783.212.4100.0100.0100.0100.0100.00.0排污系数定义排出场外的污水就认为是排放，本案例中猪场的污水在经过厌氧处理后就排放出场外的污水沟中贮存，污水没有利用，同时，固体粪便经过堆肥和贮存后直接进入农田利用，固体粪便流失率为0，根据以上管理方式，以及
33、固体粪便堆肥处理利用和污水厌氧处理后，COD、全磷、Cu和Zn的排放系数与产生系数的比例都在30%以下，由于厌氧处理无法去除全氮，全氮的排放量较高，不同阶段的排污系数占产污系数的比例为63%83%。图1不同季节厌氧处理污水去除效率Fig.1Wastewaterremoveefficiencyindifferentseason图2排放系数与产生系数比例Fig.2Dischargecoefficientandgenerationcoefficientratio第1期董红敏等：畜禽养殖业产污系数和排污系数计算方法3073结论与讨论通过分析首次提出了畜禽养殖业产
35、4.1、22.5g/d，全氮分别为每头14.1、20.9、36.3g/d和全磷分别为每头1.0、1.8、0.4g/d。北京典型猪场产排污系数结果表明，COD、全磷、Cu和Zn排放系数占产污系数比例都低于30%，全氮排污系数占产污系数的比例为63%83%，说明猪场氮污染应引起重视。研究给出的产排污系数计算方法主要是针对固体废弃物和污水，没有考虑气体排放。随着气候变化等全球环境问题的重视，建议尽快开展气体尤其是畜禽养殖业排出的CH4、N2O等温室气体和氨气的产生和排放系数研究与测定。参考文献1ASAEStandards,51thed.2004.D384.1:M
36、anureProductionandCharacteristicsM.2004:666669.St.Joseph,Mich.:ASABE.2农文协.畜产环境对策大事典M，1995，日本：东京农山渔村文化协会出版社.3HanneDamgarrdPoulsen,VernerFriisKristensen.StandardValuesforFarmManure-ARevaluationoftheDanishStandardValuesConcerningtheNitrogen,PhosphorousandPotassiumcontent
37、ofmanureM,DIASreport.No7.AnimalHusbandry,1998.12,pp167.4国家环境保护局科技标准司工业污染物产生和排放系数手册M1996，北京：中国环境科学出版社.5吴义千.加权法计算有色金属工业主要产品的产污和排污系数的研究J.矿冶，1995，4(4：101107.WuYiqian.Studyoncalculationoffactorsofproductionanddischargeofpollutantswithweightedmethodformainproductsproducedi
38、nnonferrousmetalsindustryJ.Miningandmetallurgy,1995,4(4:101107.(inChinesewithEnglishabstract6藏曙光，庞坤，马振珠，等.国内平板玻璃行业产排污染系数核算及与国外产排污系数比较J.建筑玻璃与工业玻璃，2009(10：1013.7任叙合，程建军，张海娟，等.海洋石油开发工业污染物产生系数和排放系数研究J.中国海上油气，2006，18(2：141144.RenXuhe,ChengJianjun,ZhangHaijuan,etal.Studyonthe
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43、ntanddischargecoefficientinanimalproductionDongHongmin,ZhuZhiping,HuangHongkun,ChenYongxin,ShangBin,TaoXiuping,ZhouZhongkai(InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,ChineseAcademyofAgriculturalSciences;AnimalEnvironmentalFacilitySurveillance,InspectionandTe