猪场废弃物的绿色资源化利用

程 燕

（湖北工程学院，湖北 孝感 432000）

猪场废弃物的绿色资源化利用

程 燕

（湖北工程学院，湖北 孝感 432000）

随着生猪养殖业的蓬勃发展，造成大量的生猪排泄物和各种废弃物的产生。其限制生猪养殖业的发展，并极度恶化环境。文内通过对猪场废弃物进行合理的绿色处理，构建“猪—沼—水葫芦/果树—鱼”的生物循环系统，达到变废为宝的资源化利用。

猪—沼—水葫芦/果树—鱼；绿色处理；资源化利用

中国的养殖业在经历了40来年的发展，特别是党的十一届三中全会后，其飞速发展，到2015年，养殖业产值占农业总产值的比重按当年价格计算已达到48.6%[1]。养殖业的范围十分广泛，主要包括牛、马、驴、骡、骆驼、猪、羊、鸡、鸭、鹅、兔、蜂等家畜家禽饲养业和鹿、貂、水獭、麝等野生经济动物驯养业[2]。它不但为纺织、油脂、食品、制药等工业提供原料，也为人民生活提供肉、乳、蛋等丰富食品，为农业提供役畜和粪肥。所以，原本的养殖业就是一个合理利用资源，维护生态系统平衡的农业行为。而在近年快速发展的进程中，养殖业中的弊端越来越凸显。我国每年因养殖业而产生的畜禽粪便量约为19亿t，其污染力相当于城市生活垃圾、工业废弃物的2.4倍以上[3-4]。传统处理方法是直接施肥或简单沤制[5]，肥效低、寄生虫卵含量高、存在致病菌，易造成二次污染。生猪养殖作为养殖业中的一部分，是家庭养殖业的重要组分，其生产规模大小不一，地域分布广泛，很难达到统一的合理管理，其造成的环境“三废”问题尤为严重。生猪排放的粪便堆积发酵后，会产生氨气（NH3）、二氧化硫（H2S）、硫醇和甲硫醇等有害气体，污染空气[6]。粪便液还能通过流动，侵入地表径流污染地表水和地下水，使水体变黑发臭，导致水中的鱼类或其他动植物死亡，直接威胁到人民群众的饮用水安全和饮食健康。这些废弃物中含有较高的有机物质和大量的作物生长所需要的氮、磷、钾等养分，具有生物可降解性[7-8]。经过微生物发酵等无害化处理可制成生物有机肥料，实现废弃物在种植业中资源化利用。文内通过“猪—沼—水葫芦/果树—鱼”的方法，在常温常压下生物发酵，杀死寄生虫、致病菌，增加有益菌和有机质，将污染严重的畜禽粪便转化为高效优质的生物有机肥[9]，为解决畜禽粪便污染源创出一条新路。猪场粪便的绿色处理对于推进我国的循环农业、促进经济可持续发展具有重要作用。

1 猪场废弃物污染

所谓的猪场废弃物，不是简单的仅仅是猪的粪便类排泄物，而是指整个生猪饲养过程中产生的粪、尿、污水、病死猪、垫料、组织留样、医疗废弃物和废弃饲料等[10]。生猪养殖一直是我国家庭农业生产的重要组成部分，随着现代绿色经济模式的发展，其对环境的污染越来越引起广泛关注，并是其发展的壁垒，急需解决。

1.1 空气污染

猪场废弃物中含有大量降解或者未降解的有机化合物，如猪场粪便废水原液的氨氮1 100～2 000 mg/L，总磷150～160 mg/L，生化需氧量（BOD）高达2 000～8 000 mg/L，化学耗氧量(CDDCr)高达5 000～20 000 mg/ L，且总固形物（SS）也超标数10倍[11-12]。这些物质堆积会迅速腐败发酵，有氧条件下，含碳水化合物会分解成二氧化碳（CO2）、水；无氧条件下，含碳水化合物会分解成NH3、H2S、硫醇和甲硫醇等[13]。这些物质进入大气后，直接污染空气，并带有臭气，让人感觉到不愉悦外，还会通过呼吸系统进入人体，进而影响人的消化系统、血液循环系统、内分泌系统，甚至是神经系统等，对人体造成极大的危害。

1.2 水污染

猪场废弃物主要以水体的形式排放，故其对水污染是极大的。猪场周围环境的水体往往会呈现发绿、发臭现象，这主要是猪场废水不达标排放的结果。猪场废水中携带的有机物含量非常高，会对水体造成富营养化，影响其水体生态系统，破坏其自洁净化能力，使水体遭受极大污染。若污染地表水侵入地下，则会对地下水造成污染，直接危害人体健康。

1.3 土壤污染

目前，针对猪场的固体废弃物最通用的方法依旧是填埋式处理[14]。无论是厌氧发酵，还是厌氧-有氧分解，都需要一定处理场所，也必然会对其造成极大污染。土壤作为重要的地下渗滤系统组成之一，猪粪水经过其时会被截留，通过物理截留、化学沉淀、氧化还原等方式并过滤净化。但是未经处理的猪场废弃物中，有机质含量高，且常常含有大量的病原微生物和寄生虫卵[15]，它们进入土壤后会继续繁殖，从而污染土壤和农作物，引起疾病的传播扩散。土壤的净化作用只能起到部分作用，过量的有机质使土壤无法容纳吸收，会随着水流下渗，导致地下水或者地表河流富营养化，藻类等浮游植物大量生长，使水生生物缺氧而死亡。

2 猪场废弃物的绿色处理

养猪业经过数10年的迅猛发展，依然处于一种“野蛮生长”的状态，其自身产业发展对环境造成了极大破坏。在一系列的环保管理条例和惩罚制度相继出台，当政府和社会号召“既要持续发展，又要环境友好”的形势下，其面临的压力越来越大。其产业模式所造成的污染已极大限制其发展，环保的绿色发展模式已是其必须进行的转型模式。肥料或者直接用作果树、水葫芦的肥料。水葫芦为多年生宿根浮水草本植物，其须根发达，分蘖繁殖快，管理粗放，是美化环境、净化水质的良好植物[16]。其可作为猪及鱼的饲料，提高生猪、鱼等产品的产量和质量。“猪—沼—水葫芦/果树—鱼”模式通过结合养殖规模的合理布局规划，进而获取最佳的生态和经济效益。

2.2 工艺流程

2.2.1 固液分离技术

2.1 “猪—沼—水葫芦/果树—鱼”模式

“猪—沼—水葫芦/果树—鱼”模式的技术流程如图1所示。标准化养猪场进行规模化的养猪生产，猪粪尿等废弃物通过管道等设施收集起来后进行固液分离。猪粪、病疫猪等固体污染物主要进行堆积腐化后生产有机肥；而猪尿及其冲洗液则可以通过厌氧发酵产生沼气、沼渣和沼液，其中沼气能源供猪场进行发电照明及设备用电，而沼渣和沼液同猪粪腐熟堆肥一样也可以生产有机

本项目中首先对畜禽粪便进行固液分离，分为两步：①利用格栅使粪便与猪尿及冲洗水分开；②对于浓度较低的粪便污水，先经过预沉降再分离。而猪场的病疫猪及固体组织等污染物从环保上来讲属于危废，先进行无害化处理。不添加辅料的病死猪，粗蛋白达到78%以上，氨基酸含量超过20%[17]，是非常好的氨基酸肥料，可以单独做无害化处理或者加入堆肥处理。

2.2.2 发酵处理

发酵处理有3种模式，分为厌氧发酵与好氧发酵、厌氧发酵+好氧发酵。

厌氧发酵是废物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被稳定氧化，同时伴有甲烷和CO2的产生[18]。其分为两个阶段，液化阶段主要是发酵细菌起作用，包括纤维素分解菌和蛋白质水解菌，产酸阶段主要是乙酸菌起作用，产甲烷阶段主要是甲烷细菌，他们将产酸阶段产生的产物降解成甲烷和CO2，同时利用产酸阶段产生的氢将CO2还原成甲烷[19]。厌氧方法虽然负荷高、去除有机物的绝对量与进液浓度高，但其出水COD浓度高于好氧处理方法，原则上仍需要后处理才能达到较高的排水标准。

堆肥是一种好氧发酵处理粪便、病疫猪及固体污染物的方法。好氧堆肥是在有氧条件下，好氧菌对废物进行吸收、氧化、分解。该分解物料中会产生50～70 ℃的高温[20]，将病原微生物、寄生虫及其卵等杀死。腐熟后的肥料无臭，且被降解为易被植物吸收、性质稳定、无害化的低分子有机肥料。

其工艺流程主要包括：前处理——主发酵——后发酵——后处理——贮存。原料的预（前）处理：包括分选、破碎以及含水率及碳氮比的调整。将固体猪粪物与谷壳、稻草等按1∶1比例混合发酵，含水率达60%～65%[21]，采用二次发酵方式，周期一般为20 d。二次发酵指物料经过一次发酵后，还有一部分易分解和大量难分解的有机物存在，需将其送到后发酵室，堆成1～2 m高的堆垛进行二次发酵并腐熟。当温度稳定在40 ℃左右时即达腐熟，一般需20～30 d。后处理阶段：是对发酵熟化的堆肥进行处理，进一步去除堆肥中前处理过程中没有去除的杂质和进行必要的破碎过程、经处理后得到的精制堆肥含水在30%左右，碳氮比为15～20[22]。贮存阶段：贮存是指堆肥处理前必须加以堆存管理，一般可直接存放，也可装袋存放。但贮存时要注意保持干燥通风，防止闭气受潮。分为3个过程：起始阶段——高温阶段——熟化阶段。

图1 “猪—沼—水葫芦/果树—鱼”模式示意图

3 资源化利用

在2015 年，“水十条”和“土十条”颁布，进一步规范了国家和各地方养殖污染物排放标准。在环保要求越来越严格的今天，如何转变产业发展模式，变废为宝才是可持续发展的绿色经济。

3.1 沼气的使用

沼气是各种有机物质在适宜的温度、pH下，经过厌发酵作用产生的一种可燃烧气体，属于二次能源，并且是可再生能源。作为绿色能源，每1 m3沼气可替代0.714 kg的标煤。沼气最传统的利用途径是照明、烧火做饭，现在已发展到沼气发电、集中供气、提纯制天然气以及车用燃料等。利用沼气发电有十分重要的意义，其可以代替化石燃料的燃烧，缓解能源紧张，减少温室气体排放，还可以获得较高的经济效益，抵消部分运营成本，实现节能减排。

3.2 沼渣和沼液的利用

沼渣和沼液是良好的有机肥料，除含有丰富的氮、磷、钾和大量的元素外，还含有对作物生长起重要作用的硼、铜、铁、锰、锌等微量元素。故其处置和利用得当，可以成为一种资源，给沼气工程带来客观的生态、环保和经济效益，否则会造成二次污染。

沼渣液主要是厌氧出水进贮液池后，一部分作液态有机肥用于果树的灌溉施肥，另一部分留在底部的浓度较高的沼渣液需流入水葫芦人工湿地进一步处理，去除其高浓度的氮、磷、钾等元素。一般情况下，厌氧出水作为果肥，只需进行简单的固液分离，去除掉其中较大的固形物即可。在厌氧消化的过程中，其超过95%的病原微生物、寄生虫卵都被发酵杀死，故分离后的沼渣可以直接用做基肥，而沼液则可以作为有机液肥喷施和灌溉。在使用的过程中，只需要依据果树需要的养分进行水肥配置，即可替代部分化肥和农药，形成良好的农业生态循环经济模式，从而达到降低猪场的排污成本，减少环境污染的效果，增加作物产量和质量，并有一定的经济效益。

3.3 产品收获

上一步的水葫芦人工湿地不仅可以进一步净化沼液、沼渣，还可以获得水葫芦产品。除了被垃圾渗滤污水毒害致死的个别报道外，水葫芦几乎在任何污水中都生长良好、繁殖旺盛。不仅如此，它还可以富集各种污染物质：从生活废水中的有机污染物，到工业废水中的重金属、稀土元素，到农田汇入的农药污染物，水葫芦几乎是来者不拒，一一吸纳。水葫芦除了良好净化水质作用，还可以作为生猪、鱼类养殖饲料的有机组成部分。此外，水葫芦发酵后可产生沼气，还可利用水葫芦来产沼气以缓解能源的短缺。

除了水葫芦，本模式可以直接收获水果、鱼等，在改善猪场环境的前提下，获得良好的收益，不失为一种绿色经济的生产方式。

4 总结

文内通过对“猪—沼—水葫芦/果树—鱼”猪场废弃物处理模式的讨论，

创造了健康、绿色的养殖基础条件，从而改善了猪场的整体健康状况，为建设资源节约型、环境友好型社会做出了积极的、有意义的探索性工作。构建了一条“排污减量、废弃物综合处理、资源化利用、循环受益”的符合可持续发展的健康养猪产业链。

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2017-01-24）

程燕（1987-），女，硕士，教师，研究方向为食品安全与加工，E-mail：1158046007@qq.com