猪场废弃物处理技术研究进展

解玉怀 ，尚庆辉，张桂国，杨维仁，杨在宾

(山东农业大学动物科技学院，山东 泰安 271018)



猪场废弃物处理技术研究进展

解玉怀 ，尚庆辉，张桂国*，杨维仁，杨在宾

(山东农业大学动物科技学院，山东 泰安 271018)

随着养猪业向规模化、集约化的快速发展，猪场产生的废弃物越来越多，如果得不到及时有效的处理，不仅会对环境造成严重的污染，而且会影响到畜产品的安全生产。论文总结了当前国内外猪场常用的处理病死猪、废水、粪便等废弃物的常用方法和技术，存在的问题及今后发展的方向，为规模化猪场采取合理有效措施进行废弃物处理提供参考。

猪场；废弃物；处理技术

近年来，畜牧业的快速发展，使我国成为世界上最大的养猪生产国[1]，规模化程度的增大，大型猪场的增多成为一种发展趋势，这必然使得猪场产生大量的废弃物。据测算，每年我国规模化猪场产鲜粪尿约3.9～4.0×108t，一个万头猪场采用水冲式清粪法，仅废水量每天高达150～250 m3[2]。废水和粪尿等排泄物排放量大、有机质浓度高、含氮量高，有资料表明，废水中生化需氧量(BOD)高达2000～8000 mg/L，化学耗氧量(COD)高达5000～20000 mg/L，悬浮物(SS)浓度超标数10倍[3]，这对我国城市环境、饮用水以及农业生态造成了直接的危害。一方面，废弃物被直接排放到自然环境，在土壤中富集，对土壤、地表、地下水、农作物造成污染；另一方面，病死猪处理不当，若流入消费市场，将直接带来食品安全问题。因此，在养猪业快速发展的同时，减少污染物的排放，实现废弃物的无害化处理是现代养猪业健康可持续发展的前提。

1 猪场废弃物来源

猪场废弃物主要是指整个生猪饲养过程中产生的病死猪、粪尿、污水及垫料等污染物，其特点是产量大、污染重、处理难。据调查，我国规模化猪场的废弃物处理设施建成率不足，且绝大部分还是不达标的简易处理装置。废弃物在污染程度、治理难度以及监管难度上都不容小觑，应该引起高度警惕。

1.1 病死猪

导致病死猪产生的因素很多，总的看来有以下几种主要原因：(1)疾病或重大疫情所致病死猪。(2)生产过程中的死猪。主要有出生时产生的木乃伊胎、流产死胎、因损伤造成的死猪、因弱小而人工致死的猪以及不明原因而死亡的猪。(3)灾害死猪，主要是水灾、火灾、中毒等造成的死亡猪。

1.2 猪场废水

猪场废水是饲养过程中生猪排放的液体代谢物及冲洗固体粪便和残余饲料所产生的高浓度有机液。其特点：①瞬间排放量大，冲击负荷大；②富含氮磷、有机物和悬浮物；③固液混杂，是典型的高浓度难降解有机废水，处理不好将造成严重的水环境污染。有研究资料表明，一个年产万头的猪场，年粪污水排放量高达100～150 t，BOD和COD高达7000～8000 mg/L以上[4]。

废水的产生与猪场的生产方式直接相关，废水量大，原因主要有：大多数猪场采用漏缝板式的栏舍，水冲式清粪，污水量大，且冲舍时间相对集中，短时间排放量大；废弃液有机质浓度高，粘稠度大，常年均衡排放，而农业生产是季节性的，周围农田无法按时均衡消纳；猪场废水处理工艺技术不成熟，处理费用高。因此，要使废水得到科学有效的处理，必须寻求经济、高效、便于生产实施推广的技术方法。

1.3 猪场粪便及垫料

猪场排泄物产量巨大，主要是指猪场产生的粪便及其生产中的副产品垫料。其特点是产量大，有机质含量高。

据报道，一头育肥猪从出生到出栏，排粪量在850～1 050 kg，猪粪便中干物质含量占23 %，其中粗蛋白占12 %，粗纤维占19 %，氮磷含量高[5]。并且每1 g猪粪污中大约含有80×104个大肠杆菌、70×104个肠球菌以及一定量的寄生虫卵等[6]。此外有些小型猪场或农户，常常在猪舍中应用垫料，粪便与垫料的混合必然使得污物量大幅增加。

2 猪场废弃物处理方法

2.1 病死猪的处理

病死猪常是疫病传播和扩散的重要传染源，它不仅给养猪业带来重大的经济损失，还严重威胁人畜健康。自然状态下，动物尸体在微生物作用下分解，逐渐变成土壤中的有机质。但自然状态下，尸体分解受到温湿度影响较大，降解速度很慢，有的地区甚至达半年以上；同时存在对环境污染的威胁。集约化养殖下的无害化处理是通过加强物理、化学或生物的方法来加快尸体降解与转化；消灭病原微生物以降低对环境和人畜的威胁。

2.1.1 尸体焚烧法 焚烧法是一种高温热处理技术，通过对尸体进行氧化燃烧，使有毒有害物质及病原微生物在高温下氧化、热解而被破坏，以达到杀死病原微生物，将动物尸体变成灰渣的效果。我国《病害动物和病害动物产品生物安全处理规程》规定“对确认患口蹄疫、猪瘟、传染性水泡病、猪密螺旋体痢疾、急性猪丹毒等烈性传染病的病死猪须采用焚烧法进行无害化处理”。

常用焚化炉有两种。一种是小型简易焚化炉，通过燃料或燃油直接对动物尸体进行焚烧处理，此设备具有投资小、简便易行、焚烧效果较好的优点，被目前小型养殖场广泛采用。另一种是无害化焚烧炉，该设备由助燃系统、焚烧系统、集尘器系统和电控等系统组成。设备投资大，处理量在50～100 kg的设备需7～8万元，焚烧100 kg的猪，耗费的油、电费大约需100元。无害化焚烧炉的优点是彻底、减量。

焚烧法是比较简单方便的处理方法，但处理中存在较多的缺点，总体表现为：处理成本高；焚烧尸体需肢解，防疫要求高，过程繁琐；处理过程中产生较多污染物，包括灰尘、一氧化碳、硫化氢等酸性气体，严重污染环境。

2.1.2 深埋法 深埋法是处理病死猪的一种常用、简单、有效的方法，将病死猪或解剖脏器进行深埋，利用微生物降解以达到消灭病原体的目的。深埋法不适用于患有炭疽等芽孢杆菌类疾病，以及牛海绵状脑病、痒病的染疫动物及产品、组织的处理。具体深埋地点应远离居民区、交通要道，要选择地下水位较低、处于下风向的地点。掩埋坑要尽可能的深(2～4 m)，掩埋物的顶部距离地表不得少于1.5 m，同时在坑底铺2～5 cm厚的生石灰或固体消毒剂，然后放入病死猪，并将污染的土层及用具等一起埋入坑里，再铺2～5 cm厚消毒剂，填土夯实便可。对于规模化养殖场而言，此方法的缺点：一是大批处理病死猪，自然降解速度慢；其次处理地点难寻；三是掩埋不充分易造成疫情扩散；四是挖掘、掩埋耗时耗工，成本较高。

2.1.3 发酵法发酵法 是将病死猪尸体抛入坑内，利用生物热的方法将尸体发酵分解，以达到杀灭病菌的目的。尸体坑应选在远离农牧场、住宅、水源、草原及道路的僻静地方。坑设置为圆柱形，深8～10 m，直径3 m，坑底及坑壁用不透水的材料制成，坑高出地面约30 cm，坑上有盖，盖上有小的活动门，坑内有气管。如有条件，可在坑上修一小屋，坑内尸体可以堆到距坑口1.5 m处[7]。平时投放病死猪时可拌入适量稻壳、麦秸、发酵菌种等，经3～5个月后，尸体完全腐败分解，此时便可挖出做肥料。同时注意运输病死猪尸体的用具、车辆，尸体躺过的地方，工作人员的手套、衣物、鞋等均要进行严格的消毒。此方法的缺点是腐败时间长，腐败产生的气味较多。

2.2 废水的处理

养殖废水成份复杂、COD浓度较高且存在部分有机氮，此类物质的有效降解和转化是脱氮、除磷等处理工艺的前提和关键。国内外对猪场废水无害化处理已进行大量的研究，开发经济、高效的猪场废水处理技术是研究新热点。目前规模化养猪废水处理模式主要有三种：还田模式、自然处理模式和工业化处理模式。

2.2.1 还田模式 粪便废水还田用作肥料是一种传统、经济有效的方法，可使畜禽粪尿不排向外界环境，实现养分循环利用，达到污染物零排放。粪尿、冲洗水施于土壤中，在土壤微生物和植物的作用下，有机物质被分解转化成腐殖质和植物生长因子，有机氮磷转化成无机氮磷，供植物生长利用，可减少化肥的使用，维持并提高土壤肥力，改善土壤通透性，促进有益微生物生长。该模式适用于远离城市，土地宽广，有足够的农田来消纳粪便废水的规模化养猪场。

该模式主要存在以下问题：①需要有大量农田土地利用粪便污水，万头猪场至少需要6.67 hm2土地消纳粪污[8]；②受时节限制，雨季及非用肥季须考虑废水其他出路；③存在传播畜禽疾病与人畜共患病的威胁；④不合理的施用方式会导致硝酸盐、磷及重金属沉积，对地表水和地下水造成污染；⑤降解过程中产生的硫化氢和氨等有害气体污染大气[9]。

2.2.2 自然处理模式 自然处理模式主要采用人工湿地、稳定塘或土地处理系统等自然系统对养殖场废水进行处理。该法适用于离城市较远，经济欠发达，气候温和，土地宽广，有滩涂、荒地、林地或低洼地等可用作废水自然处理系统的地区。多用于年出栏万头以下，废水适中的猪场。

人工湿地法是自然处理猪场废水模式中效果最好的一种方法。该技术是始于1953年德国的Seidel对芦荟去除有机、无机物和细菌的发现[10]，并逐渐发展起来。该技术主要有预处理单元和人工湿地两部分组成，综合物理、化学和生物三种作用，通过过滤、沉淀、吸附等方面去除污水中的SS，而且通过合理设计可将废水中BOD、COD、金属离子以及其他物质达到高效处理水平。具备处理效果好，费用低，除氮、磷能力强以及负荷变化适应力强等优点。

稳定塘旧称氧化塘或生物塘，是一种利用天然净化能力对污水进行处理的构筑物的总称。通常是将土地进行适当的人工修整，建成池塘，并建围堤和防渗层，依靠塘内生长的微生物来处理污水。国外往往采用多级厌氧塘、好氧塘、兼性塘和水生植物塘进行处理。

自然处理模式处理猪场废水具有以下优点：①投资少，运行费用较低，能耗低；②工艺简单，污泥量少，不需复杂设备与污泥处理系统。③管理方便，无噪音，对周围环境影响较小。但同时自然处理模式也存在占地面积大；容易污染地下水；处理易受季节、温度变化的影响。

2.2.3 工业化处理模式 对于规模较大，距离大城市又比较近，经济比较发达，没有足够土地来进行还田处理或自然处理的猪场，只能采用工业化处理模式来处理粪污。该方法主要包括物理-化学处理法和生物处理法，处理过程需要较复杂的工艺设备，设备及运行均需专业技术人员来执行。系统构成和工艺流程如图1所示。

物理-化学处理法是综合格栅沉淀、固液分离、混凝和气浮法等技术，去除废水中细小悬浮物和胶体物质而达到固液分离和净化污水的目的。固体悬浮物是COD的主要来源之一，固液分离可去除悬浮物，减轻处理负荷，利于后续处理的进行。废水中的营养物质和细菌，多采用聚丙烯酰胺(PAM)与CaO或Al2(SO4)3的配合使用来处理，可使总大肠杆菌减少30%～50%，降低TP与NH3-N含量[12]。氮、磷的去除常采用磷酸铵镁(MAP)结晶法，回收到的MAP产品可用作磷矿石的替代品应用于工业生产或作为缓释肥使用[13]，同时Lee等[14]报道盐卤可加速MAP结晶，提高废水中氮、磷去除率。

生物处理技术是运用微生物将废水中有机物转化成无机物或细胞结构的方法，主要分厌氧和好氧两种处理。目前主要的生物处理工艺有厌氧折流板反应器(ABR)、上流式厌氧污泥床(UASB)、序批式活性污泥法(SBR)等。Bachmann等[15]在ABR反应器中使用折流板将产酸与产甲烷两部分分开，实现了一器多相的构想。杨朝晖等[16]研究固液分离-UASB-SBR工序表明，UASB反应器中有机负荷为8～10 kg /(m3·d)时，COD去除率可达75%～85%。SBR工艺是好氧处理中研究最多的技术[17-18]，该技术的反应池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体，按间歇曝气方式运行，对废水中有机物及氮磷有较好去除效果。Bernet等[19]对SBR反应器中厌氧、好氧和缺氧阶段进行时间调节，提高了有机物及氮磷的去除率。由于受废水中有机物的量、氮磷去除的不同步性等工艺参数影响，SBR技术表现为除磷的不稳定，近年学者对SBR工艺进行改进，总结出化学强化SBR生物除磷技术[20]和反硝化聚磷SBR与微动力曝气组合技术[21-22]，既实现了脱氮和除磷的同步进行，又提高了除磷效果。

厌氧与好氧处理各有利弊，在工业化处理高浓度有机废水时，可采用厌氧-好氧联合处理技术，这既可解决厌氧处理不达标的问题，又可克服好氧处理能耗大、占地大的缺陷，达到高效、经济的处理目的，具有投资少、能耗低、效果好等优点。

2.3 粪便及垫料的处理

猪场的规模化使得猪粪大量蓄积，粪尿液散发出甲烷、氨气和硫化氢等气体，不可避免的对空气造成污染[9]。同时猪粪中大量病原微生物及氮磷容易对水源造成污染，粪便中的Cu、Zn、Fe等矿物质容易造成土壤板结、肥力下降、重金属污染等。

图1 工业化处理模式工艺流程[11]

2.3.1 干燥法 干燥法是在常温或高温条件下，对猪粪便进行脱水以达到干燥的目的。处理后的粪便利用价值高，可用于生产有机肥。常用的干燥法有自然干燥法、高温干燥法和机械干燥法。

自然干燥法多用于中小规模猪场，一般在场内平铺粪便，在日光照射下自然干燥，干燥期为25～45 d。该法易滋生蚊蝇，散发臭味大、易受气候条件影响。高温干燥法是以油、煤或天然气等燃料在干燥机中干燥粪便的技术，该法容易破坏粪便中有机植物营养源，导致肥效变差。机械脱水多采用离心机或压滤机进行粪便强制脱水，但成本较高，达不到除臭的理想效果。

2.3.2 生物法 生物法处理猪粪便、垫料是目前应用最广的方法，具有运行成本低，处理效果好，产品成型快等优点，主要有堆肥、厌氧发酵等技术。其中堆肥技术是利用含有机成分的猪粪及垫料混上泥土、矿物质等，在自然条件或高温等通风、多湿的条件下利用微生物降解、发酵、腐热而生产有机肥的方法。影响堆肥的因素包括温湿度、含氧量、菌种搭配、C/N比以及pH等[23]。在堆肥初期，生物菌种的加入可有效促进微生物繁殖，增加有益代谢菌数量，缩短堆肥腐熟周期[24]。王卫平等[25]利用复合菌制剂对猪粪和木屑进行好氧堆肥，发现添加0.3 %的剂量能够缩短堆肥发酵周期，加快腐熟，缩短堆肥约10 d。日本则广泛采用好氧发酵处理技术，产品腐熟度高，易于贮存。据不完全统计，美国约有5700个猪场应用堆肥技术处理粪便[26]，可见堆肥技术应用的广泛性。

此外，猪场粪便、垫料处理还有化学法等技术，但存在二次污染的威胁，处理技术还需进一步完善。

3 当前国内外高效废弃物处理模式

3.1 国内高效废弃物处理方法和模式

对猪场废弃物处理的方法和模式研究较多，其中病死猪处理的研究较为突出，集中体现在无害化发酵池处理技术和台湾病死猪化制处理模式。

3.1.1 无害化发酵池病死猪处理技术 该技术是将一定比例农作物秸秆、锯末和微生物菌种拌匀后用作发酵池原料，病死猪在微生物作用下自然降解成腐殖质，从而有效解决焚烧深埋等处理方式的成本高、费时费力等问题。该发酵处理技术具有4个优点：一是一次投资，长期受益。一般万头猪场建100 m2的发酵池，投资7～8万元，可使用20年以上，发酵原料约2万元左右，一批原料可使用2～3年。二是处理彻底，一般经14～21 d便可完成，且高温发酵后，病原微生物全部被杀死，处理彻底，不留隐患，避免掩埋法尸体被刨出的现象。三是成本低，省时省力，该技术只需将病死猪投入池中发酵即可，处理每100 kg尸体大约需成本2～3元，节省人工与机械投入。四是生态环保，良性循环，避免焚烧时产生的烟气和臭味。实现零排放、无污染，同时发酵后的腐殖质可用作有机肥料，既生态环保，又促进了农牧业良性循环。

3.1.2 台湾地区病死猪化制处理模式 台湾地区病死猪化制处理模式是比较系统的病死猪处理模式，该模式由政府鼓励并支持，在处理病死猪上取得较好的效果。运行10多年来，已形成较为成熟的机制[27]。该处理模式是一项系统工程，包括生猪投保、养殖户养殖登记与动态管理、保险的理赔确认、病死猪的运输、化制厂的设立和化制处理等环节。模式的核心是为生猪投险，只有当对病死猪的保险赔偿额超出其违法上市销售所得时，养殖户才会投保，该模式才会生存。据统计，台湾地区绝大部分猪场的生猪被要求参加保险，目前投保率已达90 %以上，每头猪投保费32.4元新台币(合约7.5元人民币)，其中农户仅承担30 %，政府补助70 %。

化制厂的运输车辆由政府注资购买，或自行购买，由政府每年对每台车补贴12万元。厂内维护费主要来源于签约养殖户每千头250元人民币的保费，和每千克0.3元人民币的油费补贴；同时病死猪经过化制处理后大约可获得30 %的肉骨粉和0.05 %～0.08 %的油脂作为化制厂利润来源。病死猪化制处理的运行还需法律的保障。目前台湾出台《畜牧法》、《废弃物清洁法》等相关法律保障化制模式的进行。同时为防止病死猪非法处理，政府成立稽查机构，依法监督管理，对非法处理病死猪的养殖户进行制裁[28]。

3.2 国外废弃物处理先进技术

在欧美等发达国家，政府非常重视畜牧生产环保工作，将环保工作视为改善人民生活环境条件和畜牧业可持续发展的重要工作，粪便等废弃物处理也始终遵循生态可持续发展道路。

以北美地区为例，根据地区、猪场规模的不同，粪便也以不同的要求进行处理，但农田是消化粪便的最直接、最经济的途径，也是最终去路。政府通常采用计算机技术来配比粪便总量与土地面积的平衡，一般要求每公顷土地粪尿用量为57～114 t。对于过量的粪便，多采用堆肥技术，应用农作物秸秆作为吸收粪便的载体，混合均匀后进行有氧发酵。发酵在混凝土沟槽中进行，沟槽一般长70～80 m、宽2～4 m、高1.5～2 m，沟边设有通风孔，可用风机通入空气，以调节温度，保持有氧发酵。填充粪便前，先在槽内铺上秸秆等载体，然后一边用粪便罐装车灌入粪液，一边翻腾秸秆，使其充分混合，并保持粪液与秸秆比例为3～6∶1[29]。采用这种槽沟内有氧发酵法一般经40 d便可完成腐熟，变成商品肥。该法即可减少臭气的散发，控制对大气的污染，又可防止养分散失，生产较高质量的商品肥；同时也遵循了生态可持续发展理念。

4 小 结

随着规模化养猪业的快速发展，养猪所带来的环境污染越来越严重，对养殖废弃物污染减量化、无害化和资源化处理利用技术需求迫切。各个地区猪场应根据各自猪场条件及废弃物的成分和特点，选择适宜的废弃物处理模式，综合处理。

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Advances in Waste Processing Technology for Pig Farms

XIE Yu-huai, SHANG Qing-hui, ZHANG Gui-guo*, YANG Wei-ren, YANG Zai-bin

(CollegeofAnimalScienceandTechnology,ShandongAgriculturalUniversity,Taian,Shandong,271018,China)

With the rapid development of the (scale and intensive) pig-raising industry,more and more waste are produced from pig farms. If the waste were not disposed timely and effectively, it would not only pollute the environment, but affect the livestock products safety. This paper summarized the generally utilized methods and technologies in disposing waste such as dead pigs by disease, wastewater and excrements, the existing problems and development in future,providing a reference for scale pig farms waste processing by rational and effective measures.

pig farms; wastes; processing technology

2014-08-06，

2014-10-31

国家公益性行业(农业)科研专项(No. 201403047)；山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(BS2013NY007)；山东省现代农业产业技术体系生猪创新团队建设项目

解玉怀(1991-)，男，山东泰安人，硕士研究生，主要从事单胃动物营养研究。E-mail：yuhuai12@163.com

*[通讯作者] 张桂国(1977-)，男，山东泗水人，副教授，硕士生导师，主要从事动物营养与饲料科学研究工作。 E-mail：zhanggg@sdau.edu.cn

S811.6

A

1005-5228(2015)01-0006-06