集约化猪场的污染物减量排放及无害化处理

杜忍让，冯兵健，李纪良,孙世铎

(1.西北农林科技大学 动物科技学院，陕西 杨凌 712100；2. 陕西省兴平市动物卫生监督所，陕西 兴平 713100；3. 陕西省洛川县畜牧兽医局，陕西 洛川 727400)

生猪产业的快速发展，在满足人们肉类食品需求的同时也带来了环境污染问题。随着规模化、集约化养猪生产的发展，其所产生的猪粪尿对环境造成了严重污染，这种污染直接影响到养猪业可持续发展。据统计，2012年末，我国生猪存栏4.73×108头，能繁母猪存栏量4.928×107头，出栏肉猪6.61×109头[1]。研究表明，1头猪日排粪尿6 kg。以全国养猪4.73×108头计,则日排粪量为283.8 t[2]，年排粪量在10.36×108t以上，如果不能有效减少排放、科学处理排泄物，将对环境产生极大地污染，因此，重视养猪生产中对环境造成的污染问题，分析其原因，寻求有效的解决方法，将有效地促进养猪可持续健康发展。

1 集约猪场污染物排泄及污染量

1.1 粪尿污水排泄数量

养猪生产是一种生物生产，通过新陈代谢完成生物产品的积累，即猪采食营养元素，经分解吸收并在体内合成人体所需要的蛋白质、脂肪，同时将一些不易消化的营养物质和代谢产物排出体外，可以说每头猪都是一个肉脂生产厂和污染生产源。据报道，每头成猪日排粪1.9 kg/d，排尿3.5 kg/d，合计5.4 kg/d；每头成年猪日排泄粪尿平均6 kg；按育肥期 4 个月计算，育肥期每头猪粪尿排泄可达 0.72 t[3]。也就是说年出栏 1 500 头猪养殖场，年排泄粪尿可达1 080 t[4]。若得不到有效处理，堆积增加了猪的发病率和造成环境污染。现代化集约化养猪，污水排放比传统养猪增加很多，特别是采取水冲清粪，一般情况每头猪平均日排放污水30 kg左右，按照2011年全国生猪存栏4.7亿头，出栏6.67亿头计算，假定有50%采用水冲清粪，每年养猪排出污水约36.9×109t。

1.2 主要有害气体排放量

猪场有害气体主要有：CO2、NH3、CH4、吲哚、H2S、粪臭素(3-甲基吲哚C9H9N)和有机酸类、酚等。猪舍排出的氨气约占整个养猪生产氨气排放量的50%；养猪生产中排放的氨气大约占全球家畜氨气排放量的15%，欧洲达到25%[5]。由猪肠道产生的甲烷，每年每头1.5 kg(发展中国家为1.0 kg)，由猪粪尿排泄物产生的甲烷，每年每头6～33 kg[6]。

1.3 氮、磷排泄数量

猪生理结构和生长阶段决定着猪对蛋白质的利用率，一般情况下摄入体内的氮和磷，约有65%的氮和70%的磷被排泄到体外，猪在育成期喂给谷物大豆型日粮，摄取的食物中约有 32%的氮被吸收。猪所排的粪便中氮的排泄量约占摄食量的 17%，这部分氮包括较少部分未被消化的食物、内源性损失氮、主要消化分泌物和肠细胞脱落物[7]。养猪废水(干清粪工艺)中平均每头每天排放氨氮18.7 g,总磷3.7 g，在一般营养水平下，一个年出栏万头肥猪的猪场全年氮、磷的排出量约45 t和17 t[8]。

1.4 微量元素污染及排泄数量

在动物饲料中添加含有微量元素的Cu、Zn、As、Se、Mn、Co等不仅可以预防疾病，而且还可以提高饲料转化率、增加畜禽体重和禽类的产蛋量[8]。在畜禽生长过程中使用添加含Cu的化合物如 CuSO4、Cu(OH)2，将会增加粪便中的Cu含量，猪日粮中铜的最高安全限量为250 mg/kg。郭小权等[9]在饲料中分别添加3 000、2 000、1 000、100 mg/kg氧化锌饲喂试验，结果前三组粪便中锌含量分别是100 mg/kg组的13. 6倍、9. 9倍和4. 6倍。说明动物仅能吸收利用满足正常生理需要的锌，剩下大部分未被吸收的锌是以粪便的形式排出体外。如果猪粪中的锌都停留在土壤中，锌含量将在17年内超标( 120 mg/kg )，被污染的土地将不再具有可耕性。据报道,一个万头猪场按美国FDA允许使用砷制剂用量测算，如连续使用含砷加药饲料，如果不在粪便处理方面采取相应有效措施， 5～8年之后将可能向猪场周围排出1 t砷(As)，16年之后土壤中含砷量可增1倍[10]。

1.5 病原微生物及抗菌药物污染及排泄量

养猪生产中排出的粪尿及污水不及时处理，将病原微生物如病毒、细菌、寄生虫等排出污染环境，已查明粪便中可引起寄生感染的(从动物到人)微生物有150种[11]，主要为大肠杆菌、沙门氏菌、贾第虫(鞭毛虫)、弯曲菌及原虫。畜牧场所排放的污水中平均 1 mL含 33万个大肠杆菌和 66万个肠球菌，沉淀池内污水中蛔虫卵和毛首线虫卵分别高达193和106个[10]；猪场工作人员，也会将病原微生物携带出猪场造成污染；猪场大量使用抗菌药物，50%～90%将以原形化合物或代谢产物进入粪 、尿等排泄物中，少部分药物以原形或代谢产物方式蓄积于组织 、器官以及蛋奶等产品中[12]。尽管目前具体数量难以确定，但是在生产中抗生素用量在标准给量1.5～2倍很普遍，其排出量也随之成倍增加。

2 集约化猪场污染物减量排放措施

2.1 合理供给营养

首先是准确测定猪营养需要和饲料营养含量，设计出营养水平与动物生理需要基本一致的日粮。其次是选择合适原料， 原料来源无污染，营养变异小，消化率高、不含有毒有害成分。第三是适当地饲料加工，适当地粉碎，膨化和制粒等，提高利用率。在育肥猪日粮中每千克粗蛋白减少10 g时猪舍的氨气排放量减少7%～15%[13]。日粮中粗纤维添加量由18.5%降到12.1%，猪场氨气的排放减少40%，减少量主要是尿氮，而粪氮的变化并不大[14]。

2.2 平衡日粮氨基酸

采用降低蛋白质，补充氨基酸的方法可以有效地减少氮的排出量，据刘刚等[15]报道将泌乳母猪日粮蛋白质由 18% 降至 14%，补充合成氨基酸，粪氮排泄量减少20.8% 。董志岩等[16]在保证满足猪营养需要前提下，将泌乳母猪日粮蛋白质降低 1%～3% ，粪氮排泄量减少10.18% ～15.71%。说明通过平衡氨基酸可以有效减少氮的排泄量。

2.3 有效利用添加剂

研究指出，益生菌可以减少抗生素使用，提高生产水平，减少氨气等排放。Wang等[17]在饲料中添加0.05%～0.2%含枯草杆菌、芽胞杆菌的益生素使氨气排放量减少50%。在饲料中加一定量的复合酶，猪的氮排出量可减少10%～15%[18]。不添加植酸酶时，猪对玉米中磷的消化率仅为16%，对豆粕中磷的消化率为38%。添加植酸酶后可显著提高植酸磷的消化利用率，减少无机磷的添加量，降低猪粪便磷排出。生物活性肽源于蛋白质的多功能化合物，可以通过肠道黏膜吸收，吸收速率高，用量小，作用大，并能够促进动物对矿物质的吸收利用，能有效减少高蛋白饲料造成的环境污染。

Canh等[19]报道日粮中添加CaSO4(1.7%)、苯甲酸(1%)或脂肪酸(1%)降低了动物尿中的pH，分别减少氨气排放5%、20%和25%。寡聚糖，可以促进双歧杆菌增殖，在肠道形成优势菌群，阻止病原菌附着肠黏膜，降低肠道病的发生，是取代抗生素的理想生态营养饲料添加剂，可以有效减少抗生素添加剂污染。研究发现，使用微量元素螯合物可以有效地提高微量元素的利用，饲喂NRC规定量的50%的微量元素螯合物，在保证猪正常瘦肉生长速率同时，粪便中微量元素的排泄量，铜减少75%，锌减少50%，铁减少14%[15]。饲料中添加膨润土、沸石、海泡石等非营养性添加剂可结合粪尿中氨，减少氨的散发量。研究者从丝兰中提取出两种活性成分，可以与氨、硫化氢及吲哚等有毒有害气体结合，控制粪便的恶臭。同时能有效抑制微生物区系尿素酶的活性，降低尿素的分解，使氨排放量减少40%～50%[17]。

2.4 采用科学饲养方式

氮排放随着猪年龄、性别、生理阶段及日粮含量不同而变化，种猪采用阶段饲养加科学合理日粮可以降低氮及污染物的排泄，根据妊娠母猪对氮的需要量远低于泌乳母猪的实际情况，通用科学配制的不同阶段母猪日粮可降低氮排出量15%～20%[17]；断奶仔猪及育肥猪采用阶段饲养技术可以减少氨气排放15%～20%[18]。

利用微生物发酵床进行自然生物发酵，通过利用适宜的菌剂，按一定比例混合秸秆、锯木屑、稻壳粉和粪便(或泥土)进行微生物发酵繁殖，形成一个微生态发酵床工厂，并以此作为猪圈的垫料。再利用生猪的拱翻习性作为搅拌加工，使猪粪、尿和垫料充分混合，微生物利用猪粪为食饵，繁殖滋生，分解发酵，使猪粪、尿中的有机物质得到充分分解和转化，同时繁殖生长的大量微生物又向生猪提供菌体蛋白质。相辅相成将猪舍垫料发酵床演变成微生态饲料加工厂，实现无臭、无味、无害化的目的。

3 猪场污物无害化处理方法

3.1 堆肥发酵处理猪粪

堆肥发酵处理猪粪技术，就是粪便在微生物作用下通过高温发酵，使有机物矿物质化、腐殖化和无害化，同时高温杀死存在于粪便中的微生物和寄生虫等，使其变成腐熟肥料的过程。通过堆积发酵过程中微生物分解和高温催化，不但生成大量可被植物利用的有效液态氮、磷、鉀化合物，而且产生新的高分子有机物腐殖质，这些腐殖质成为构成土壤肥力的重要活性物质。其方法是将猪粪收集到发酵槽内，自然发酵或者添加适量的通气材料进行发酵，待其腐熟后直接施入农田、果园等，这是无害化处理猪粪最简单最有效的方法。

3.2 粪污沼气化处理

猪粪尿制作沼气，收集猪生产中的粪尿，通过厌氧发酵产生甲烷等可燃气体，用于生活和发电，产气后所剩余的沼渣和沼液，作为有机肥的原料，生产有机肥。生产中注意生产沼气的残余物(沼渣、沼液)，有时比原来粪便的体积增加了3～5倍，含水量高和相对肥效低，同时含有很高的化学需氧量COD(chemicaloxygendemand)值，存在二次污染问题，生产中要合理利用。

3.3 有害气体的过滤消除

清除有害气体是一个相对困难的问题，可以通过空气过滤器阻止污浊、污染的空气进出入猪舍。污浊的空气通过充满填充物质的反应器将空气中的有害物质转化消除，反应器填充物质(生物过滤器)由惰性的或生物活性物质组成，(酸性过滤器)由木屑、沙土、矿石棉组成。在酸性过滤器中，通过添加酸使循环水的pH需要一直保持4以下，释放出的氨气被酸性溶液转变成NH4+。在生物过滤器中，填充媒介物质添加特定的好氧微生物，可以转化非有机物质或破坏有机复合物。因此，氨气被氧化生成NO2-和NO3-。经过反硝化作用使有害气体变成无污染的N2而减少了氨气的排放。研究发现，这两种类型的空气过滤器可以减少育肥猪舍内氨气排放量的65%～95%。当然，进气口处的氨气浓度、存留时间、湿度、温度、O2水平、pH以及填充媒介物质特性等将影响过滤效果。

3.4 废弃物的植物吸收消除

猪场种植树木及牧草，利用树木和牧草的光合作用吸收二氧化碳、氨气等，减少有害气体向大气中排放，由于树木具有遮荫效果，牧草可以吸收热源，所以树木茂密裸露土地较少的猪场温度比不具备树木和牧草的猪场低10%～20%，热辐射减少80%，细菌数量减少22%～79%、粉尘减少35%～67%、除臭50%、有害有毒气体含量降低25%[4]。一般要求猪场周边种植3～6行白杨树类树木，猪场内猪舍之间种植2～3行乔木，地面种植猪喜食的青绿牧草，主要道路两旁种植乔木和亚乔木。

3.5 猪场污水水生植物处理

通过污水处理用的“氧化塘+人工湿地”处理污水。湿地是经过精心设计和建造的,湿地上种有多种水生植物(如水葫芦、细绿萍、芦苇等)。水生植物根系发达，为微生物提供了良好的生存场所，而微生物的排泄物又成为水生植物的养料，收获的水生植物可再作为沼气原料、肥料或草鱼等的饵料。水生动物及菌藻，随水流入鱼塘作为鱼的饵料。通过微生物与水生植物的共生互利作用，使污水得以净化。该处理模式与其它粪便处理设施比较，具有投资少，维护保养简单的优点。

4 小 结

养猪生产应考虑人类健康和生态环境保护以及动物福利。为减少排泄物对环境的污染，须遵守相关法规和行业卫生标准，在法律规定的范围内开展生产活动；开展增量减排的研究工作，通过猪的遗传育种、饲料营养的合理搭配、无污染饲料原料及生物添加剂的研发和使用、改进饲料加工工艺、根据生理特点科学配制饲料、采用针对性的饲养方式、动物疫病的有效控制等方面研究，使养猪生产饲料转化率增加，减少污染物的排出；加强污染物的科学化处理，可以通过生物技术发酵和粪便合理利用等消除污染。减量排放和无害化处理对有效降低污染具有积极作用，但更重要的是要实现粪污的资源化利用，只有实现粪污的资源化利用才可实现养猪生产健康、环保、可持续发展。

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