猪粪固形物饵料化试验研究

2016-12-03江华明李仁全彭万仁谢玉英

四川职业技术学院学报 2016年5期

关键词：中温猪粪固液

江华明，李仁全，彭万仁，谢玉英

(1.四川职业技术学院建筑与环境工程系，四川遂宁 629000；2.四川省遂宁市畜牧局,四川遂宁 629000）

猪粪固形物饵料化试验研究

江华明1，李仁全1，彭万仁1，谢玉英2

(1.四川职业技术学院建筑与环境工程系，四川遂宁 629000；2.四川省遂宁市畜牧局,四川遂宁 629000）

养殖场新鲜猪粪添加适量盐酸酸化，采用固液分离技术分成液体和固形物两部分，液体部分进入进行厌氧沼气发酵，固体物料采用“两段式发酵”处理后，添加辅料经膨化处理后制成鱼类颗粒饵料.结果表明，固液分离后的猪粪固形物中C u、Z n离子浓度明显下降，为60.8mg k g-1，64.1mg k g-1，分别降低了78.84%、12.21%；经高温好氧、中温发酵处理后，按鱼类饵料配方标准添加辅料制成颗粒鱼饵料，C u、Z n含量分别为30.1mg·k g-1、72.6mg·k g-1，达到了鱼类饵料标准要求.接种耐高温除臭细菌进行高温好氧处理，再接种啤酒酵母发酵，再添加鱼粉5%，豆粕20%，菜籽饼14%、复合维生素1%，食盐0.5%；充分混匀后，经烘干、膨化、成形制成颗粒饵料.结果表明，上述处理杀菌效果好，鱼饵料中未检出粪大肠菌群，饵料含粗蛋白25.4%，粗脂肪6.8%、粗纤维9.2%，钙1.2%、磷0.7%、灰分8.1%，达到鱼饲料营养要求.该技术很好地实现了猪粪固形物的资源化利用.

猪粪；生物质；固液分离；鱼类饵料；试验

随着养殖业集约化发展，我国生猪养殖规模快速增加，养猪产业年排放的粪便数量巨大，这些粪便若不经过有效处理而直接排放，既浪费资源，又污染环境，人们为此对猪粪的综合处理和利用途径作了有益探索，已形成了相应的利用模式，包括肥料化、饲料化和能源化[1~4].由于生猪是杂食性单胃动物，因此猪粪还残留丰富的营养，尤其含氮量较高，据测定，猪粪干物质中粗蛋白19%，粗纤维17%，钙3.5%，磷2.6%，灰分17%[5].另一方面，猪粪中也含有许多有害物质，如病原微生物、寄生虫，以及Cu、Z n等重金属离子，消除猪粪中的有害成分，实现猪粪资源化利用是确保生猪产业健康发展的重要课题.

基于此，本研究采用无机酸处理和固液分离技术对新鲜猪粪进行前处理，形成液体和固形物两部分，以降低猪粪固形物中重金属离子含量.固液分离的液体采用沼气池厌氧发酵产生沼气，同时杀灭病原菌；猪粪固形物采用“两段式发酵”，第一阶段为高温好氧发酵，混合物料接种耐高温复合菌，利用堆肥化过程中产生的高温杀灭病原菌，同时分解物料中的腐败物；第二阶段为酵母菌发酵阶段，接种酿酒酵母进行常温发酵；最后根据鲤鱼、草鱼和鲫鱼的营养特性配制鱼饵料，经干燥、膨化成形等加工过程制成颗粒饵料.

1 材料与方法

1.1 试验原料及设施

1.1.1 发酵原料及菌种

主料为取自四川省蓬溪华亨泰丰农牧发展有限公司种猪场的新鲜猪粪，包括妊娠舍成年猪（120 d）、产仔舍仔猪（40 d）和保育舍生长猪（80 d）的新鲜猪粪.辅料为玉米秸秆粉、麸皮、豆粕，从农贸市场购买.

发酵菌剂包括高温复合菌和酵母菌.高温复合菌剂由3株高温芽孢杆菌(Bacillus sp.)组成，不产N H3和H2S[6]；酵母菌剂为酿酒酵母（Saccharomvces cerevisiae）.菌剂由四川农大资源学院微生物系提供.

1.1.2 设施设备

猪粪饵料化设施主要包括预处理池、发酵池.预处理池为砖砌，边长为2m的立方体，预处理池底部及四周用水泥抹密，防止泄漏，新鲜猪粪其中进行固液分离.发酵池规格为长宽高=2.0m1.0m1.0m，砖混结构.固液分离机为龙岩市顺添环保科技有限公司生产（龙岩顺添牌，SFL-I B型）.

1.2 试验方法

1.2.1 前处理

将新鲜猪粪置于预处理池，按1:1加入自来水，充分搅拌，用固液分离机进行第一次固液分离，控制固形物含水量50%左右；然后排净预处理池污水，加入适量自来水，添加0.2%（v/v）浓盐酸，放入一次分离的猪粪固形物，充分搅拌10min，第二次固液分离，控制固形物含水量在50%左右.将固形物摊晾1h，按10%玉米秸秆粉、5%麸皮或米糠和1.5%天然沸石粉添加辅料，用10%石灰水调节混合物料p H7.0，含水量55%~60%，充分混匀备用.

1.2.2 好氧发酵处理

（1）高温好氧发酵处理

称取550kg第二次固液分离的猪粪固形物，加入55 kg玉米秸秆粉、27.5 kg米糠，8 kg鱼用沸石粉，按发酵物料湿重0.5%接种高温复合菌，充分拌匀后转入发酵槽，薄膜覆盖、保温发酵，每隔12h测定堆料温度，当堆料15~20 cm温度升至55℃以上，维持36h后进行第一次翻堆；随后继续发酵，同上法进行第二次翻堆，继续发酵48h结束高温好氧发酵过程.本阶段旨在消除物料中易腐败物质、高温杀死物料中的大肠杆菌和病原细菌.

（2）中温发酵处理

以高温发酵后的物料为基料，添加5%麸皮，接入0.3%酵母菌剂，调整含水量45%~50%，充分拌匀后堆成高15~40 cm的条垛形，25~35℃维持2~3d，料温超过35℃及时翻堆，发酵结束物料带有酒香气味.

1.3 测定项目及方法

主要测定项目包括发酵料温度、水分、p H以及初始、发酵过程中各阶段物料的粗蛋白、粗纤维、灰分、钙、磷等营养成分及重金属Cu，Z n含量.

发酵温度从发酵开始，每12h用温度仪测定料堆5cm、10cm、15cm、20 cm、25cm、30 cm等部位左、中、右三个点的温度，并计算平均值，同时记录到达高温期（＞55℃）的时间和高温持续时间.发酵料Cu、Z n含量采用原子吸收分光光度法测定（GB/T13885-1992）；发酵料浸提液p H采用p H计测定；发酵料中粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、灰分、钙、磷等养分检测分别按照 GB/T6432-1994、GB/T6433-2006、GB/T6434-1994、GB/T6438-2007、GB/T6436-2002、GB/T6437-2002等标准和方法进行；粪大肠菌群按照GB4789.3-94测定.

2 结果与分析

2.1 高温堆肥化过程中物料温度及物料表观变化

分别记录发酵起始温度，并每隔12h测定料堆5cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm和30 cm处温度，取平均值作温度变化曲线（图1）.结果表明，物料不同深度发酵温度随时间变化逐渐升高，根据温度变化情况，整个发酵过程分为3个阶段：0-12h为初始阶段，物料温度上升幅度小（<10℃）；12~36h为中温阶段，期间温度快速上升，温度上升了10-20℃；36h后逐渐进入高温阶段，物料温度维持在50-55℃，维持24h后，进行第一次翻堆；同法进行第二次翻堆后继续发酵，达到55℃时继续维持48h，随后结束高温好氧堆肥化处理.

图1 高温发酵初期堆体不同深度的温度变化

在高温好氧通气发酵过程中，物料表观特征逐渐发生变化，第一次翻堆时，0~40 cm处物料呈褐色，臭味消失，有淡淡酸香味；40~70cm处物料呈淡黄色，香味较淡，少量臭味残留；经过第二次翻堆及发酵处理，物料呈均匀的黄褐色、臭味完全消失，物料酸香味较浓.

2.2 前处理后猪粪固形物中重金属含量变化

畜禽粪便重金属离子主要来源于饲料和生长促进剂[11]，采取相应措施可以降低含量，研究表明，用40目筛网进行筛分可将猪粪中82%~85%的颗粒去除；固液分离可降低新鲜猪粪固形物中Cu、Z n、As等重金属含量的17.9%、47.8%和3.1%[7].

本文采用二次固液分离技术以减少猪粪固形物中Cu、Z n含量，结果表明，第一次固液分离后，猪粪固形物Cu、Z n分别降低了3.03%和7.96%；采用盐酸溶液调节溶液p H、再固液分离，固形物中的铜离子含量下降明显，由初始287.4mg·kg-1降为60.8mg·kg-1，减少了78.84%；Z n离子含量下降了12.21%（表1）.

表1 不同前处理方式对猪粪固形物中重金属含量的影响

2.2 猪粪固形物饵料化过程中重金属含量的变化

将猪粪固形物进行高温发酵（包括两次人工翻堆）、中温发酵和用物料形成颗粒鱼饵料的过程中，各主要阶段重金属的含量变化见表2.

表2 不同样品C u、Z n含量(mg·k g-1)

注：Sm1妊娠舍鲜猪粪；Sm2产仔舍鲜猪粪；Sm3保育舍鲜猪粪；Sm4固液分离后的固形物；Sm5第一次翻堆后物料；Sm6第二次翻堆后物料；Sm7中温发酵结束后物料；Sm8颗粒饵料.

如表3所示，Sm1-Sm3为处理前样品，其Cu2+含量较高；经过两次固液分离处理后猪粪固形物Sm4中，Cu、Z n均有降低，尤其Cu浓度降低明显.在固液分离过程中添加适量盐酸调整溶液酸度，有利于降低猪粪固形物中Cu、Z n浓度.高温好氧发酵阶段，由于添加辅料，物料Cu、Z n含量进一步降低；尽管经过第一次、第二次翻堆处理后，物料中Cu、Z n含量有所增加，但变幅不大；在中温发酵阶段，添加了5%麸皮，接种了0.3%酵母菌剂，以及制成颗粒饵料时，添加了鱼粉、豆粕、菜籽饼等辅料，制成的颗粒饵料（Sm8）产品中，Cu离子显著降低，Z n2+含量也低于初始原料.

2.3 粪大肠杆菌数量测定

采集不同阶段发酵物料，称取25g装入备有225mL无菌水的三角瓶中，充分振荡均匀后取上清液按照饲料中大肠菌群的测定 (GB/T18869-2002)规定的方法测定.测定结果表明，物料中粪大肠菌群含量逐渐降低，猪粪固液分离固形物含量为2.8106 cfu100g-1；第一次翻堆后物料下降为4.6102 cfu100g-1，随后其含量进一步下降，第二次翻堆后发酵处理结束，物料粪大肠菌群含量为52 cfu100g-1，中温发酵结束后物料粪大肠菌群含量30 cfu100g-1，在经过加工的颗粒饵料中未检出大肠菌群，较好地保证了鱼饵料的生物安全性.

2.4 猪粪固形物饵料化过程中营养成分的变化

猪粪固形物经高温好氧发酵处理，其养分会发生改变[8~10].本研究所处理的猪粪固形物饵料化过程中各主要阶段物料营养成分含量见表3.结果表明，不同时期猪粪样品养分存在差异，以粗蛋白含量为例，妊娠舍鲜猪粪的最高（15.6%），而保育舍鲜猪粪最低（8.8%）.将三种猪粪样品混合，经固液分离处理后的固形物（Sn4）的营养成分中，粗脂肪和粗蛋白含量分别为2.2%和10.1%；经高温发酵后的物料（Sn8）中，粗纤维含量由9.3%减少至

8.2 %，粗蛋白由10.1%增加到11.3%，灰分含量明显增加.

饵料配制试验中，鱼饵料级配方为：二次发酵物料60%，鱼粉5%，豆粕20%，菜籽饼14%、复合维生素1%，食盐0.5%；上述物料充分混匀后，经烘干、膨化、成形制成颗粒饵料，其营养成分组成为粗蛋白25.4%，粗脂肪6.8%、粗纤维9.2%，钙1.2%、磷0.7%、灰分8.1%（表3），符合鱼饲料营养配方要求[17~20].

表3 不同物料样品的营养成分(%)

3 讨论与结论

3.1 讨论

随着规模化生猪养殖的发展，如何处理粪便，消除污染，是确保我国养殖业健康发展的重要课题。铜、锌是动物生长发育必需的元素，猪饲料中多添加Cu、Z n元素，因此猪粪固形物中残留有一定量的上述元素，成为其资源化利用的主要影响和限制因素.由于不同动物需要标准有差异，生猪饲料标准中的Cu、Z n含量高于鱼类饵料标准，因此，要实现猪粪固形物的饵料化，必须先降低其含量.本研究中采用固液分离和添加适量盐酸（与加水体积比0.38%～0.76%）处理相结合的“理化沥浸法”，猪粪固形物中Cu、Z n含量大幅度降低；在物料高温好氧、中温发酵阶段，通过微生物的作用，产生的有机酸类物质与重金属络合，可降低其有效性[11,12]；生产饵料产品阶段，添加辅料可进一步减少其含量，因此制成的颗粒鱼饵料中，Cu、Z n含量分别为30.1mg/kg、72.6mg/kg（表2），符合鱼类饵料中重金属含量标准.

由于动物肠道中含有大量细菌，包括有益和病原细菌，杀死病原菌，是猪粪饵料化的关键，本文接种有益发酵细菌，很好地促进了物料好氧发酵过程中快速升温至最高温度，高温好氧发酵过程中，55℃以上高温阶段持续了72h以上，既有效地杀灭有害细菌，又可以加快物料中生物毒性物质和易降解物质的分解，促进猪粪固形物成分的稳定，降低产品重金属含量[13~16].进而，在颗粒饵料成型加工阶段，物料经过高温烘干和高压膨化，残留的有害细菌和虫卵均被杀死，确保了产品安全.

3.2 结论

本研究通过对猪粪固形物进行发酵生产鱼类饵料的工艺，最终实现养猪场废弃物的资源化利用，获得了以下结论：

（1）采用酸化处理再进行固液分离的“理化沥浸法”技术可较好地去除猪粪固形物中Cu、Z n含量，尤其是Cu2+含量，较好地实现猪粪固形物中重金属的减量化.再经高、中温发酵并按鱼类饵料添加辅料，经过膨化、成形、烘干等加工工艺制成的颗粒饵料中，Cu、Z n的含量分别为 30.1mg/kg、72.6mg/kg，基本达到了鱼类饵料对重金属盐分的要求.

（2）采用高温细菌好氧发酵处理—酵母菌中温发酵—膨化成型，将猪粪固形物转化为鱼类饵料的工艺中，55℃以上高温维持72h左右，可以杀灭病原菌和虫卵；接种酵母菌中温发酵，可将猪粪固形物转化为饲料蛋白，同时产生少量酒精，改善了猪粪固形物的风味；膨化干燥处理杀灭残留的部分耐干燥细菌，达到彻底灭菌，有实现了产品成型要求.

（3）以猪粪固形物为基础制成的颗粒饵料，粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、钙、磷等营养元素均符合草鱼配合饲料的要求.

[1]刑廷铣.畜牧业生产对生态环境的污染及其防治[J].云南环境科学,2001,20(1):39-43.

[2]林代炎,叶美锋,吴飞龙,等.规模化养猪场粪污循环利用技术集成与模式构建研究[J].农业环境科学学报，2010，29(2)：386-391.

[3]高增月,杨仁全,程存仁,等.规模化养猪场粪污综合处理的试验研究[J].农业工程学报,2006,.22(2): 198-200.

[4]程文定,郜敏.奶牛粪便饲料资源化试验研究[J].中国奶牛,2007,7:46-49.

[5]张克强,高怀友.畜禽养殖业污染物处理与处置[M].北京:化学工业出版社(环境科学与工程出版中心).2004. (20):20.

[6]欧亚玲,陈强,邹宇,等.接种高温细菌复合菌剂对鸡粪堆肥的影响研究[J].四川农业大学学报,2008(1): 89-93.

[7]郑国砥,陈同斌,高定,等.高温好氧堆肥处理对猪粪中重金属形态的影响[J].中国环境科学2005,25(1):6~9.

[8]杨国义,夏钟文,李芳柏,等.不同通风方式对猪粪高温堆肥氮素和碳素变化的影响[J].农业环境科学学报, 2003,22(4):463-467.

[9]刘克锋,刘悦秋,雷增谱,等．不同微生物处理对猪粪堆肥质量的影响[J].农业环境保护,2003,22(3)：311-31．

[10]高伟,郑国砥,高定,等．堆肥处理过程中猪粪有机物的动态变化特征[J]．环境科学，2006,27(5):986-990.

[11]宁志刚，王维，刘畅.复合微生物菌剂在猪粪堆肥中的试验研究[J].安徽农学通报,2010，16(1):59-62.