规模化猪场粪尿的危害及处理技术研究现状

戴南朗，邓秋纯,2，高凤仙，※

（1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙410128；2.湖南正虹科技发展股份有限公司原种猪场，湖南岳阳414418）

规模养猪是专业化、集约化生产方式，也是农业产业化经营的发展趋势。 规模化猪场的建设和发展可以克服散户养殖的诸多弊端， 但猪粪尿及污水不及时处理或处理不当会恶化周边环境，不利于行业的健康发展。 文章阐述了目前我国规模化猪场粪尿处理存在的问题， 分析了规模化猪场粪尿对环境的影响， 并综述了近年来我国猪粪尿处理技术研究现状， 旨为养殖企业及督管机构制定相关防治措施提供参考。

1 目前我国规模化猪场存在的问题

目前， 集约化养殖场近80%集中分布在大中城市周围， 大量排放的粪便污水日积月累在各大城市周边地带形成了庞大的污染源， 有些地方已经严重影响到畜禽养殖业自身发展和当地人民群众生活，到了刻不容缓、必须加以治理的地步[1]。

1.1 对猪场粪尿污水排放的严重性认识不足

部分政府主管部门和养猪户对养猪场粪尿污水排放量之大和污染之严重缺乏足够的认识，以致只管养猪不管治污，先污染后治理[2]。 据统计[3]，一头猪从断奶到屠宰（100kg），需消耗氮8～9kg，只有不到3kg的氮被吸收到猪组织中， 其余部分以粪尿形式排出。 1个万头养猪工厂，每年排污量高达3～4万t，排出氮108t、磷30t，还有大量的重金属和病原菌，可造成严重的土壤和水体污染；每天向大气排放大量的有害气体、粉尘和菌体，可污染5km内的空气，被称环境污染的“ 巨无霸”。由于猪场污水的大量排放， 一些规模化养猪发展较快的地区， 已造成严重的水污染， 有的水体浑浊、变黄、变黑，有的藻类泛滥，导致江河水体污染告急，农田灌溉用水遭到破坏，甚至危及供水安全[4]。

1.2 猪场环保投资不足，工艺设施不完善

我国多数规模化猪场环保设施投资不足10%，而国外用于环保设施的投资一般占猪场总投资额的20%～25%。 投资不足必然导致工艺设施不完善，难以完全处理和利用粪尿及污水，更不用说达标排放了[2]。 目前，我国有80%的规模化畜禽养殖场缺乏必要的污染治理设施及投资[5]。

1.3 猪场场址选择错误

我国《 畜牧法》第四十条规定，禁止生活饮用水的水源保护区、风景名胜区、自然保护区的核心区及缓冲区，城镇居民区、文化教育科学研究区等人口集中区域，法律、法规规定的其他禁养区域内建设畜禽养殖场、养殖小区。该法于2006年7月1日开始施行。 但我国部分地区早期甚至目前都没有规划畜牧禁养区、限养区和适养区，以致有不少规模养猪场建在禁养区内[2]。

1.4 规模过大，超出周边环境负荷量

由于环境负荷量有限， 规模养猪场即使建设在适养区内，也会对周边环境造成污染。 而猪场粪尿污水处理后必须就近利用，否则运输成本太高。有些地方盲目扩大饲养规模，导致猪粪尿污水无法就近处理利用，激化了当地养殖与环保的矛盾[2]。

2 规模化猪场猪粪尿对环境的污染

随着中国畜牧业向集约化、规模化、专业化方向发展，养殖场的规模正在不断扩大，随之带来了大量的粪尿和污水。 养殖场畜禽排泄物含有大量的有机物、氮、磷、粪大肠菌群、蛔虫卵等。据测定[6]，畜禽排泄粪尿中氨氮(以N计)含量为800～1200 mg/kg，磷(以P计)含量为90～120mg/kg；养殖场未经处理的污水化学需氧量(COD)高达4000～5000 mg/L，氨氮含量为60～160mg/L，磷为7mg/L。 其中，猪场是畜牧业中粪尿排泄较大的养殖场之一，尤其是规模化猪场所产生的猪粪尿已远远超出周边环境自净能力， 如不加以合理利用将对猪场周围的大气、水、土壤、生物等自然环境造成严重污染[5]。 研究[7]表明，猪粪中的臭味化合物多达75种。猪粪尿的主要成分见表1[8]。

2.1 对大气的污染

猪场产生的废气中含有氨、硫化物、甲烷等成分，其中氨气和硫化物若未及处理，会产生氨、甲基硫醇、硫化氢等恶臭气体，造成空气中氧含量相对下降，污浊度升高，降低空气质量[5,7]。 研究[9]表明，氨气、硫化氢、挥发性有机酸、吲哚、甲基硫醇、二甲胺、粪臭素等具有恶臭的有害气体，是规模化畜禽养殖场造成大气污染的主要来源。1个万头养猪工厂，每天排放氨气35.3kg、硫化氢32kg、粉尘57.5kg，可污染5km内的空气[4]。

刘东等[10]研究发现，中国农户散养猪NH3排放因子，育肥猪在“ 沼气模式”（即将猪粪尿进行沼气池发酵处理）和“ 堆积模式”（即将猪粪尿进行露天堆积处理）下分别为4.75～4.93和7.36～7.50kg/(头·年)，成年母猪分别为8.64～8.97和13.38～13.64 kg/(头·年)；集约化养殖下，育肥猪、成年母猪、幼猪NH3排 放 因 子 分 别 为 3.13～3.29， 5.76～6.12，0.57～0.60kg/(头·年)。

2.2 对水体的污染

猪粪尿中含有许多未消化吸收的有机物、微量元素以及病原微生物。 未经处理的蓄禽粪便随意堆放，通过雨水冲刷和土壤毛细管作用，将会对水体造成严重污染，对生态环境危害极大。 而地下水污染通常需要300年才能自然恢复[5]。

刘东等[11]研究表明，来自集约化养殖过程的猪粪尿N产生量呈现逐年增大的趋势， 由过量N及其衍生物引起的水体富营养化、 土壤酸化以及森林退化等环境问题已越来越突出。

2.3 对土壤的污染

未经处理的畜禽粪便过量施用农田， 超过土壤本身的自净能力，会产生恶臭物质、亚硝酸盐等有害物质及磷、铜、锌等微量元素的富集，造成土壤成分和性状发生改变[5,7,12]。

2.4 生物污染

猪粪便中含有大量的致病菌和寄生虫， 如大肠杆菌、沙门氏菌、金色葡萄球菌、蛔虫卵、毛首线虫卵、口蹄疫病毒等。 在适宜条件下，或将成为某些疫病传染源。 此外，猪粪尿还会滋生蚊蝇，致使环境中的病原种类增多[3,5,9]。如不及时处理，将埋下疫病甚至人畜共患病传播的隐患。目前已发现的人畜共患疾病有90余种，其中有20余种是由猪引起的[13]。 据分析[13]，饲养场1mL污水中平均含33万个大肠杆菌和66万个肠球菌， 沉淀的污水中蛔虫卵和毛首线虫卵分别高达199个/L和106个/L。

此外， 饲养期间所使用的药物将以原形化合物或代谢产物的形式从猪粪、 尿等排泄物进入生态系统，并通过食物链对其它生物产生毒害作用，最终将影响人类的健康，其不良后果不容忽视[14]。

3 猪场粪尿处理技术研究现状

猪粪尿虽会引起环境污染， 但又不同于一般的工业废弃物，因其含有大量的有机物，若能合理利用，不仅可以减轻环境负荷，同时还可以带来巨大的经济效益。 因此，猪粪尿的开发利用研究受到了国内外学者的广泛关注。

3.1 沼气工程

沼气工程是治理畜禽粪便污染的主要方法，可提供清洁能源，减少温室气体排放，减轻环境污染，具有良好的环境效益[15]。 目前国内外猪粪尿的综合利用工程主要有物质循环利用型生态工程和健康与能源型综合系统两大类。 其中种植业—养殖业—沼气工程三联结的物质循环利用型生态工程运用最为普遍，效果最好[16,17]。

蒋昕[18]考虑环保及经济效益，建议对存栏量在5000头以下的中小型养猪场：采用猪场污水→集水池→固液分离机→厌氧沼气池→沉淀池→兼性塘→氧化塘（或鱼塘）模式；存栏量5000头以上的大型养猪场： 采用猪场污水→集水池→固液分离机→厌氧沼气池→好氧曝气池→沉淀池→氧化塘（或鱼塘）模式。 杨宏斌[19]研究表明，通过高温堆肥生物发酵、 厌氧消化和发酵技术解决粪尿及污水对环境的污染。

武深树等[20]以湖南省洞庭湖区为例，利用《 气候变化框架公约》 清洁机制执行理事会批准的方法(ACM0010)和环境成本估算方法，分析了沼气工程对畜禽粪便污染的环境成本的控制潜力。 结果表明， 在湖南省洞庭湖区的畜禽粪便均采用沼气项目进行污染治理条件下，年出栏5000头以上的生猪规模养殖场均进行沼气发电， 其他畜禽养殖场的沼气全部用于畜禽养殖场及周边居民的供热和照明使用， 则2006年可减排温室气体2891614tCO2当量，减少温室气体排放环境成本为4.52亿元；同时，可减排水体污染、土壤污染、微生物污染控制的环境成本分别为4.56，1.69，5.32亿元。

3.2 发酵床养猪法

发酵床养猪是通过参与垫料和牲畜粪便协同发酵作用，快速转化生粪、尿等养殖废弃物，消除恶臭，抑制害虫、病菌的生长繁殖，同时，有益微生物菌群能将垫料、粪便合成可供牲畜食用的糖类、蛋白质、有机酸、维生素等营养物质，增强牲畜抗病能力，促进牲畜健康生长[15]。 但由于发酵床养猪不能使用消毒剂和抗生素类药物， 造成疫病控制难度大，而且成本较高，因此推广难度很大[21]。

郭祥军[22]通过实践发现，单位面积饲养猪的头数过多，生物发酵床的发酵状态就会降低，不能迅速降解、消化猪的粪尿。一般7～30kg的猪0.8～1.2 m2/头，30～100kg的猪1.5～1.8m2/头。

3.3 养殖蝇蛆、蚯蚓

蝇蛆、蚯蚓均以畜禽粪便和有机垃圾为食，可有效减少粪臭素和有机污染物。 它们富含蛋白质、氨基酸以及其它生物活性成分， 是优质的蛋白饲料，其提取物还可用于医药、保健品、化工等领域。用蝇蛆、蚯蚓处理猪粪成本投入小，产物具有用途多且附加值高[15]。

蝇蛆处理猪粪具有提高生产利润、 净化生产环境等一系列经济效益、社会效益和生态效益，具有农业生态工程的特点[23]。 研究[24]表明，粪便经蝇蛆转化后重量大约减轻一半， 同时可得到高达鲜粪重量20%的蝇蛆饲料，其转化效率非常高。 薛纯良等[25]观察家蝇幼虫(蝇蛆)生态处理猪粪后，猪粪中粪臭素和排污量的变化。 发现，经蝇蛆处理后每千克猪粪中的3-MI、CODCr、BOD5和NH3-N分别为2.76×10-3、56.36、14.84和3.41g， 与未处理组相比分别减少了92.8%，54.2%，75.3%，6.3%。 刘亚纳等[26]对蚯蚓处理前、后猪粪的C/N值、NH4+-N和NO3--N含量进行了测定。结果表明：经蚯蚓处理后猪粪的C/N值和NH4+-N含量下降，NO3--N含量上升。 而且经处理的猪粪呈中性偏碱，肥效更好。但此类方法需要较大的场地，而且处理周期长，不适合用于规模化养殖场的粪便处理。

4 小结

规模化猪场的建设和发展可以克服散户养殖的诸多弊端， 但猪粪尿及污水不及时处理或处理不当会恶化周边环境，不利用行业的健康发展。 据统计[27]，2010年我国生猪出栏量达66686.43万头。 按1头猪年产粪尿约2.5t[2]计算，2010年我国猪粪尿排泄量高达16.67亿t。 而且我国的生猪养殖规模还在持续增长，其对环境的压力不容乐观。随着社会经济的发展， 用于消纳或处理粪便污水土地将越来越少， 加之还田与自然处理模式均会带来二次污染， 工业化处理模式必将成为今后的研究重点[28]。虽然国内已有部分大中型企业建立了相应的处理工程，也取得了一定的成果。 但目前多数已建成的粪污水处理系统运行成况并不理想，有些处理后水质不达标， 甚至有的因为运行成本过高根本就不启用处理设备[13]。 目前，利用猪粪尿进行厌氧发酵制备沼气成为规模化养殖业最常用的处理方式，而且已形成了一定的产业规模。

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