畜禽粪污处理利用不同模式简析

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(重庆市畜牧科学院，重庆 荣昌 402460)

0 引言

近十年来，我国畜禽业快速发展，畜禽养殖方式加速向规模化、集约化方向转变，逐渐取代了农村家庭散养模式，畜禽数量增长的同时，畜禽粪污也大量产生。我国每年产生约38亿吨畜禽粪污，然而经无害化处理的仅1亿吨左右，比例相差悬殊。畜禽粪污用则利、弃则害。在欧美国家肥料结构中，有机肥的地位举足轻重，美国有机肥料占比46%、英国占57%、德国占60%、法国占37%、澳大利亚占55%、加拿大占60%、韩国占48%、日本更是达到非常高的76%，而中国的有机肥比重只有20%左右。

在当前我国农业向优质安全、高效生态转型的历史关键时期，畜禽粪污的有效处理成为了党中央、国务院高度关注的问题，我国于2014年1月施行了《畜禽规模养殖污染防治条例》，养殖环保问题是目前养殖业发展要解决的头等大事。在当前我国乡村振兴、绿色发展的大背景下，畜禽粪污不但要得到高效治理，更是发展绿色农业不可缺少的宝贵有机肥资源，畜禽粪污利用大有可为。近年来，我国政府高度重视养殖业绿色发展，制定了严格的环保政策，对于养殖场来说，顺应产业发展的大方向，严格执行政策标准，才能在这个行业继续生存下去，如果粪污滥排或处理不达标，不但会被处以巨额罚款，甚至面临关、停、拆的命运。

在近年来的畜禽养殖环保大潮下，养殖环保压力倒逼养殖业转型。经过近几年的发展，我国规模化畜禽养殖场的粪污处理利用主要形成了以下5种模式，现简析如下。

1 三分离、一净化模式

主要是建设一套包括雨污分离、干湿分离、固液分离和污水净化的基建和机械设备处理系统。

1.1 雨污分离

雨污分离是将雨水和养殖场所排污水分开收集。雨水的排放可在畜禽舍四周修建明渠，雨水经明渠直接流入一级生态塘。粪污采用管道输送，在畜禽养殖房的污水直接排放口或集污池的排放口，铺设污水输送管道，污水收集到厌氧发酵系统的进料池中进行后续的厌氧发酵再处理。

1.2 粪与尿、水分离

将畜禽粪便先收集到圈外防渗、防漏、防溢、防雨的干粪贮粪池中；然后再用水冲洗猪舍，冲洗水收集到粪水池中，再经管道输送到厌氧发酵系统进行厌氧发酵，这样使粪便与尿液、冲圏水等养殖废水分开收集。收集起来的畜禽粪便，经过后续的固液分离可再次降低其含水率，便于再利用。

1.3 固液分离

对干清粪过程所收集的畜禽粪便，可使用固液分离机或格栅、筛网等机械、物理的方法再次脱水，获得含水率更低的粪渣，此粪渣可收集于贮粪池中堆沤发酵，在施肥季节作有机肥施于农田，也可以卖给有机肥厂，或自己生产有机肥；分离出来的粪水排往沼气池的进料池，进行发酵处理，这样经过分离出固体物质可进一步减轻污水处理压力。

1.4 污水净化

将所有污水收集输送到厌氧发酵系统，进行厌氧发酵处理，即沼气工程处理。这种利用模式需要养殖场周围有大量土地来消纳沼液，一般千头猪场至少需要6.667 hm2土地消纳。

沼液等污水也可以进入自然处理系统——氧化塘、土地处理系统或人工湿地等，通过在生态净化塘周边种植湿生树种、塘内配置水生植物、藻类等。沼液的自然处理模式在冬天受到局限。氧化塘处理后的污水，可用于农业灌溉，也可用于水生蔬菜和水产的养殖。

2 高温堆肥生产有机肥模式

高温堆肥技术是一种为世界各国普遍采用的畜禽粪便处理方法。好氧高温堆肥在发酵的过程中，通过好氧微生物的繁殖、分解作用，使堆体产生高温从而使畜禽粪便降解达到一种稳定状态，同时能杀死粪便中的一些病菌和寄生虫卵，从而使粪便无害化。完整的堆肥发酵包括升温期、高温期、降温腐熟期三个阶段，经过此过程的堆肥可以达到三个目的，一是无害化；二是腐殖质化；三是大量微生物代谢产物如各种抗生素、蛋白类物质等。

如果堆肥发酵时间过短，则会导致粪便未充分腐熟，如高温期维持时间较短或未经过降温期的充分腐熟，未腐熟的堆肥产品对植物的生长有抑制作用甚至毒害作用。对堆肥进程影响较大的因素主要有温度、初始C/N比、堆体含氧量、有机质含量、水分含量，其中最重要的指标是C/N比。研究表明，碳氮比为20～30比较适宜。刘超等[1]对不同碳氮比下牛粪高温堆肥腐熟进程研究，结果表明：C/N=25时堆肥效果最佳。王若斐等[2]对不同碳氮比猪粪堆肥及其产品肥效进行了研究，结果表明：C/N为25是堆肥适宜的C/N初始设定值,有利于堆体的快速腐熟和养分保持,其堆肥产品肥效优异。由于畜禽粪便的碳氮比一般都低于15，因此在制作堆肥时要加入稻壳、锯末、各类秸秆等碳氮比高的调节剂进行调节。堆肥的起始含水率应为50%～60%，对于不同的堆肥系统，含水率都不能小于40%，如果水分含量过低，不利于微生物的生长；水分过高，阻塞堆料空隙，影响通风，导致厌氧发酵，会延长堆肥发酵的时间。通气是好氧堆肥成功的重要因素之一，通气良好才能给微生物供氧，避免微生物厌氧发酵。堆肥的pH值范围比较广，一般堆肥的pH值不会刻意调节。堆肥的温度是堆肥进程一个宏观标志，不同国家对堆肥化温度的要求与高温持续时间的要求不同。

目前我国高温好氧堆肥生产商品有机肥主要集中在专门的有机肥生产企业，一些较大的畜禽养殖场也有自建的有机肥生产车间。为了加快发酵进程，会加入专用微生物菌种和酶制剂，并配备专用设备，进行匀质、发酵、翻抛、干燥，最后包装出售。我国有机肥行业刚刚迈入成长期，未来发展前景可观。

3 生物发酵床模式

最初的生物发酵床养殖技术是10多前从日本、韩国等国家引进的一项养殖技术，是一项可有效控制畜禽饲养环境、有效处理畜禽粪污、控制养殖环境污染的新技术，又称“零排放养殖技术”等。发酵床养殖的原理是选用锯木屑、稻壳、米糠等通透性和吸水性较好的原料配以专门的微生态制剂(益生菌)作为垫料床来养殖畜禽。畜禽一直在垫料上生活，畜禽每天排泄出来的粪尿被垫料里的特殊有益微生物迅速降解，因此，不需要冲洗养殖圈舍，从而没有任何粪污排出养殖场，养殖场也无臭味。发酵床在使用过程中，需要不定期的补充垫料和微生物菌种，每周翻耙垫料一次。养殖一定批次畜禽出栏后，垫料即可全部清出圈舍成为优质固态有机肥，因此，发酵床养殖是一种零排放、无污染、无臭味的生态环保养殖技术。这是一项集粪污减量化、无害化和资源化利用为一体的综合技术。目前我国发酵床生态养殖技术主要有3种模式，即接触式发酵床、不接触式发酵床、异位发酵床(独立发酵床)，这3种模式是一个技术不断改进、升级的发展过程。

3.1 第一代接触式发酵床

接触式发酵床是最初的发酵床，是这个技术刚刚在我国起步时出现的最初形式的发酵床技术，即畜禽一直生活在发酵床的垫料上，并需要定期喷洒发酵菌种和翻耙垫料。由于发酵床维护难度大，实际情况大多使用1～3年。因所养畜禽品种不同，垫料的厚度有所不同，养家禽的垫料厚度在35～40 cm，养猪的垫料厚度在60～80 cm，由于垫料在开始使用后都会被压实厚度会降低，因此施工装填时的厚度要提高20%。

垫料选择的原则：以惰性原料为主，不易被分解；有一定的硬度或刚性，不易板结；要粗细搭配，不能全部用细锯末，也不能全部用谷壳，既要保证透气性，又要保证吸水性；加入适量的营养饲料如玉米粉、麦麸在内。

接触式发酵床又分为湿式发酵床、干撒式发酵床。湿式发酵床是最早一代也就是最早的Em菌引进过来的发酵床，是液体型的菌种，制作发酵床时首先需要将菌种扩繁，扩大菌种数量后，再将菌种与垫料混合好，调节好水分，堆积发酵好后再使用，使用期限一般1～2年。由于垫料里已经提前加了水，所以如果后期动物粪便尿液较多，气候潮湿或者管理不善等情况，容易致使发酵床湿度过大，造成死床。在实际应用中失败的较多。

干撒式发酵床是从湿式发酵床改进过来的发酵床，相当于第二代接触式发酵床，在养殖上也应用了很多年。首先以金宝贝干撒式发酵床为首的菌种厂家为主，干撒式发酵床的原理与湿式发酵床一样，只不过是直接将菌种与垫料混合后即可铺入圈舍，铺设完成后即可立即开始养殖，无需加水，无需等待，不用扩繁，不用提前接种发酵，所以用起来比较方便，对于大部分养殖户来说容易接受。如果维护得当，干撒式发酵床可以使用2年以上。垫料选择范围广，可以使用锯末也可以使用稻壳、木屑等多种原料，可以只用一种，也可以使用多种垫料混合使用。

接触式发酵床经过国内10多年的实践应用，虽然有许多优点，比如省去冲圈用水，可以把粪尿发酵，减少污染，无臭气，达到零排放，但也存在着许多无法克服的缺点。其缺点是发酵床不好掌控，容易死床，又不能消毒，定期翻耙也是一大难题。特别是在养猪上，疾病频发并不可控制，问题太多。主要存在的缺陷如下。

(1)夏季使用此养殖模式易使畜禽特别是猪产生发热应激，特别是在我国气温较高的南方地区。热应激易诱发猪丹毒、湿疹、链球菌病、呼吸道疾病等各类疾病的发生，易造成急性死亡，发病率非常高。猪只生长速度缓慢、饲料报酬有所下降。

(2)发酵床的温、湿度适宜寄生虫及其卵囊生存，一旦发生寄生虫病，很难根除。由于发酵床不能使用化学消毒药品和抗生素类药物，一旦畜禽间发生疾病，则病菌、病毒、寄生虫相互感染，很难控制。

(3)垫料以惰性原料为主，不能用秸秆之类有营养但容易发霉的垫料。垫料选择受到严重限制，长期使用，垫料用量也非常大，木屑来源受限，价格也较高，增加了养殖成本。

(4)垫料定期深翻是个难题，人工翻耙工作强度大。

因此，接触式发酵床养殖法值得探讨，目前已在许多地方逐渐被淘汰。客观地说,接触式发酵床养殖法比较适合我国北方地区规模较小的养殖户(场)应用。

3.2 不接触式发酵床

不接触式发酵床是在接触式发酵床基础上发展起来的，是吸取了接触式发酵床的教训和缺点而加以改进发展而来的。不接触式发酵床采用漏缝地板将畜禽和发酵床隔离开，在畜禽舍的漏缝板下方设置发酵床垫料区，垫料厚度在40 cm以上，并设置有自动机械翻耙机，可以翻耙1～2次/d，漏缝板距离地面至少1 m，以方便操作。

3.2.1 不接触式发酵床相对于接触式发酵床优点

(1)可以直接采用自动化的翻耙机械将粪污与垫料均匀翻耕混合，畜禽排泄物能被均匀分解，由于翻耙机系统是与动物隔开的，所以，操作方便并且不会影响到畜禽，噪音影响也不大，不会引起畜禽产生应激反应。由于实现了机械化作业，在操作上更省工省力，垫料达到使用寿命后，出料也非常方便。

(2)由于畜禽不接触发酵床、不接触粪便，所以细菌、病毒和寄生虫相互感染的机率大大降低。

(3)垫料的选择范围更加广泛，垫料只要有吸附性就可以，甚至可以选择使用更广泛的玉米秸秆、麦秸秆等农作物秸秆粗粉，以及棉籽壳粗粉、木屑、玉米芯粗粉等。可以根据当地材料情况灵活选择，什么料容易收集就用什么料，以降低发酵床制作成本。

(4)不接触式发酵床的养殖密度比接触式大一倍，生产效益更高。

3.2.2 不接触式发酵床的缺点

(1)由于发酵床在畜禽舍垂直下方，距离仍较近，仍存在通过空气、气溶胶传播病原体。

(2)热气以及当发酵不好时产生的氨气臭味仍然影响动物健康。

(3)无法人为掌控粪污进入发酵床的量和发酵床垫料的湿度、死床仍然会发生等诸多问题。

(4)成本投入提高。不接触式发酵床要架空栏舍，增加了漏粪地板、漏粪板支撑材料、自动翻耙机，这些设施的成本会比使用第一代接触式发酵床高出30%～40%的成本，因此栏舍前期投入偏高。

不接触式发酵床使用时间可达1～2年，但平时也要根据情况经常补充新鲜垫料和发酵床益生菌，避免死床。控制发酵床的水分很关键，如果湿度太大，开始有氨味和臭味产生时，就有可能造成死床，需要及时补充菌种和新鲜干垫料来吸附多余的水份。如果水分超过60%，则基本上就是死床的状态，管理不到位，会比传统猪舍更臭。

3.3 高床非接触式发酵型生态养殖模式

近年来，一些有实力、有财力的养殖企业又将第二代不接触式发酵床升级为高床发酵型生态养殖模式，即是在不接触式发酵床的基础上，将漏缝地板与下层发酵垫料之间的高度进一步拉高，高度为2.5～2.8 m，即直接建成两层楼结构。这种高空间更利于空气流通，减少疾病传播机率，同时更有利于自动化机械对垫料的翻堆处理。有的养猪场还采用了全自动喂料系统、通风和温控系统。主要做法是采用两层结构的高床猪舍养猪，第二层养猪，采用温控通风设备，全漏缝地板，养猪生产过程中不冲水，猪产生的粪尿通过漏缝板落入第一层垫料中；猪舍第一层高度为2.5～2.8m，为有机肥发酵车间，地面先铺设厚度为70～80 cm的垫料，并添加微生物制剂以降解猪粪。采用机械每天或隔天对垫料进行翻堆处理，通过翻堆将粪尿与垫料混合均匀，并为发酵床提供氧气，保证微生物的好氧发酵作用，有效降解猪粪尿。经过半年到一年的好氧发酵腐熟可转变成有机肥料。

该模式的技术核心和先进性在于高床猪舍上下两层均安装通风系统，上层猪舍采用纵向通风，安装湿帘、风机及温度控制器，保证舍内的温湿度处于最佳范围；猪舍下层安装通风系统主要是要排除垫料发酵产生的水汽和气味，这就有效地避免了发酵床通过气溶胶和空气传染病菌。这种高床发酵床模式既极大地节约了土地，又避免了病原菌的传播感染。

由于高床发酵型养殖是采用双层猪舍，建筑成本相当高，包括自动喂料设备、温控设备等，造价接近2 400元/m2。该养殖模式高规格、高起点，适用于有实力的大型养殖企业，广东省的世行项目即农业面源污染治理项目之牲畜废弃物管理示范工程就是采用这种先进的高装备高床养殖模式。吕晓春等[3]报道缙云县在新建的养猪场推广使用“楼式非接触发酵床养猪模式”。也有一些中小规模的养殖场采用高床发酵型养殖，只是上下两层没有安装温控系统和全自动喂料系统，建造相对简单，造价也就低很多，每年将下层的发酵床垫料进行两三次大清理即可。发酵床养护较好的可在使用2年后全部更换。

3.4 异位发酵床

异位发酵床又称独立发酵床，也是在不接触式发酵床的基础上发展起来的，属于最新一代发酵床处理技术，是一种最新的生态环保型养殖粪污处理工艺，是起步不久的新技术。该技术将养殖粪污处理与发酵床堆肥生产有机肥结合为一体，其实就相当于一个有机肥生产车间，也适合于传统猪舍的粪尿处理。技术核心就是将粪污发酵场所与养殖舍分开设立，发酵床单独建造于离养殖场不远的大棚中。这种模式下，猪场不用改建，只是在距离猪舍不远处设定粪污发酵区，也就是建造一个又一个的发酵槽，将粪污均匀喷洒在这些发酵槽中的垫料上，不仅能通过微生物发酵降解粪污，实现粪尿的零排放，并且最终还能获得有机肥，如此，猪场的粪污污染问题不仅得到解决，而且还能将有机肥出售，降低养殖成本，一举两得。

该模式需要在养猪场的旁边建设一个大棚和集污池，通过管道将粪污收集在集污池中，然后再输送到喷淋池，由污泥泵将粪污打入自动喷淋装置，该装置将粪污均匀地喷洒在预先铺设好垫料(混有发酵菌种)的发酵槽中，槽中安装有反复式自动翻耙机，通过翻堆，增加好氧菌的活性，加速堆肥腐熟时间。粪污与发酵垫料混合后的含水量以45%～50%为宜。异位发酵床垫料原料选择与不接触式发酵床相同，选择面非常的广泛。

发酵床垫料厚度要求在1.2～1.5 m，在北方越厚越好，有自我保温性能。使用过程中及时补充垫料和发酵菌种，当发酵池内发酵垫料的高度沉降至1.2 m以下时，应及时补充，以维持池内发酵垫料的总量。

异位发酵床解决了前面两代发酵床存在的所有问题，不仅解决了接触式发酵床面临的夏季高温产热致圈舍过高、消毒和养殖密度低等难题，还节省劳动力，并解决了通过气溶胶、空气传播病原菌的问题，特别是可以人为掌控进入垫料中的粪污量，更规范，更自动化。通过良好的管理，死床的现象不会出现。目前已经被大量的大型养殖公司使用，消纳地紧张的规模养殖场(户)均可采用该模式。异位发酵床模式特别适合南方较热地区(云南、贵州、重庆、广东、广西、福建等)。

异位发酵床也存在局限和缺点，其最大的弊端就在于需要更多的土地来建粪污发酵车间。

4 沼气工程模式

除了发酵床养殖模式外，其他的不论是采用水冲粪、水泡粪还是干清粪的养殖场，都面临着养殖污水的处理问题，特别是采用水冲粪、水泡粪的养猪场，粪污压力巨大。为了使这些畜禽粪污使用更安全，我国一般采用厌氧消化产沼气后再还田利用，产生的沼气，可作为能源用于发电、照明或燃料。

现有的资料表明，在我国采用水冲式和水泡式清粪工艺的万头猪粪污水处理工程的投资和运行费用比采用干清粪工艺的多一倍[4]，而且污水消纳压力也非常大。因此我国现在的养殖场大多采用干清粪、雨污分流、干湿分离，然后将污水排入厌氧发酵系统，进行发酵处理，处理后的沼渣、沼液用于还田。

沼气工程处理粪污模式不足之处：一是如果大中型养殖场附近没有足够量的消纳地，就会造成沼液蓄积过量出现泄漏，造成对农田及周围环境的污染。据笔者了解，在实际养殖生产中，就有养猪企业因为沼液蓄积过量出现泄漏，造成对农田的污染，在当前环保高压政策下，最后又逼迫改用异位发酵床来处理。

5 种养结合模式

种养结合是实行畜禽粪便“资源化、生态化”利用的最佳模式，成本最小化，利益最大化。

目前我国种养结合主要有以下两种模式。

5.1 粪污堆沤发酵、还田

这种处理方式成本最低，没有什么投资，只需修一个够大的贮粪池即可。

目前加拿大和美国多数大型农场均采用这种模式，这些农场均为农牧结合型农场，政府要求合理协调种植与养殖的比例关系。由于这些国家土地辽阔，养殖场远离民居，为节约成本，养殖场没有对猪粪进行处理，粪便会在贮粪池存放很长时间，但养殖场就会面临处理猪粪臭味的压力，这迫使他们想办法采取措施以减少臭味的挥发与扩散。

我国一些规模不大的养殖户也仍然采用这种最原始的贮粪池堆沤发酵方式，贮存一定时间后用于施肥。这种处理方式需要有相当面积的农田来消纳粪污。

实例[5]：江苏宿迁市鱼樵生态农业合作社有一个年出栏5 000头的育肥猪场，没有昂贵的治污设备，却用水生蔬菜解决了畜禽粪污。该合作社采用安徽省安庆市山泉水生蔬菜研究所的水生蔬菜技术用于粪污处理，仅一年时间就解决了年出栏5 000头猪的粪水排放难题，又创造40余万元的经济收入。

该养猪场采用水冲粪，将粪污导入收集池，然后通过加压泵，将粪污水抽到田边2个贮粪发酵池。通过耗肥量大的水生蔬菜来消耗粪水。合作社拥有20亩(1亩≈667 m2)菱角，10余亩的重瓣子莲，30余亩莲藕，还有面积最大的无土水芹浮床种植区。这样规模的养猪场，按照常规粪污处理思路，至少需要投资150万元左右，而目前采用水生蔬菜方法治理，竟将污水处理于无形、无声之中。

5.2 “畜+沼+种”模式

我国规模化的种养结合的养殖场大多采用此模式。

实例[6]：河南康龙实业集团就是一家集养殖、种植、饲料加工、农产品销售为一体的典型的生态循环型农业产业化龙头企业，该集团依托康龙生猪养殖基地，发展种养结合的现代生态循环农业，主要采用“养殖—沼气—种植”的生态循环生产模式。集团独创了“百亩单元千头生猪生产线”，所谓千头线就是建在麦田边的两座大棚式猪圈，每座大棚容纳500只育肥猪，以两座大棚为一个单元，成为一条饲养1000头生猪育肥生产线。即是在100亩地里，利用2～3亩建设1000头生猪的猪舍，在养殖场周围种植农作物，以沼气工程为纽带，将养殖场的粪污无害化处理后的沼渣作为底肥，沼液作为追肥，通过管道输送到农业生产基地，用于万亩示范区绿色粮菜的种植。

6 结语

综上所述，无论采用哪种粪污处理模式，粪污的最终产品大都是要作为有机肥料还田。因此，我国要以种植业为依托，以有机肥、沼气为纽带，以实施生态农业项目为契机，积极引导畜禽养殖业主和种植户建立紧密结合、互惠互利的合作方式，或通过土地流转的方式建立“种植+养殖+加工”一体化的农业综合实体，推广生态农业循环模式，以全面推广有机肥加工、“干清粪+污水沼气池发酵处理+还田利用”、生物发酵床零排放等粪污资源化利用模式和“猪(牛、羊、禽)-沼-菜(蔬、果、粮、药材)”等种养结合模式[13]。这样通过种养结合、综合利用，一方面可彻底处理畜禽粪污，解决畜禽粪污造成的面源污染问题，另一方面可有效解决我国农业化肥过量施用造成土壤板结、土地肥力下降等现实问题。另外，值得重视的是，由于我国畜牧业规模化发展日益迅速，畜禽粪便中的有害物质(重金属和抗生素)含量过高问题普遍存在，因此，国家应严格把关饲料添加剂的标准，并规范有机肥行业标准，加强质量监管，这是打造绿色生态农业的重要前提。否则又会造成土壤环境的二次污染。