堆肥技术在粪污资源化利用中的应用

魏兆堂

（山东省莒县畜牧兽医局陵阳畜牧兽医站 276521）

随着我国经济的稳步发展，畜禽养殖业的生产规模和经济效益随之快速增长，畜禽养殖规模化程度不断提高，但畜禽养殖生产过程中产生的粪污含有大量重金属、抗生素和病原微生物残留，给生态环境和人类健康带来极大危害，而畜禽粪污本质是一种放错地方的资源，畜禽粪污中含有大量矿物质、粗纤维、氨基酸、蛋白质、维生素等营养物质，将其作为有机肥料还田后不仅可以改善土壤质量，还可以大大提高农产品的产量和质量[1]。我国对畜禽粪污的无害化处理和资源化利用提出了一系列操作方法，就当前研究与应用现状来看，堆肥技术是最简单、最经济、最可行的有效方式。但受养殖基础设施建设、环境因素、技术操作水平等方面的限制，目前堆肥技术在畜禽粪污资源化利用方面还存在诸多问题，笔者全面介绍了我国畜禽粪污对生态环境的污染现状，分析了堆肥技术的影响因素，并阐述了堆肥技术在粪污资源化利用中的应用，为堆肥技术的推广应用提供支持，为提高我国畜禽粪污处理效率和资源化利用程度提供参考，为促进畜禽养殖业的健康、快速、可持续发展提供保障。

1 畜禽粪污对生态环境的污染

1.1 重金属污染

动物饲料中添加铜、锌等重金属元素可以提高动物采食量，提高动物的生产性能和抗病力，增加畜禽养殖经济效益，但畜禽机体对重金属的有效吸收和利用率一般较低，重金属的过量添加及畜禽机体自身的富集功能将导致排放到环境中的畜禽粪污中重金属严重超标，超标的重金属元素在生态环境中不断蓄积，对土壤、水质、农作物、农产品造成严重污染，危害人类健康。当前，畜禽粪污中的重金属污染较为普遍，是造成养殖生态环境污染的主要因素之一。

1.2 抗生素污染

抗生素的应用对提高动物生产性能和动物疫病防治发挥了不可磨灭的重要作用，但畜禽摄入的抗生素大部分以原药或代谢产物形式随畜禽粪污排出体外，导致环境抗生素污染，甚至多种抗生素之间通过协同、拮抗等交互作用产生多种抗生素复合污染，对生态系统的各个环节均造成严重威胁。当前抗生素在畜禽养殖中大量滥用导致的耐药菌株和药物残留问题日益突出，抗生素污染造成的潜在危害越来越明显，畜禽粪污成了生态环境中抗生素污染的主要来源。

1.3 病原微生物污染

健康畜禽消化道内栖息着大量病原微生物，这些微生物对维持动物肠道菌落平衡和消化代谢发挥重要作用，但可导致排出的畜禽粪污中含有大量病原微生物，这些微生物一般无致病性，但在畜禽感染疫病后，致病源可在畜禽体内大量繁殖，此时畜禽粪污中携带了大量有害微生物，具有高度的致病性，成为疫病的传染源，对生态环境造成污染，对公共卫生安全造成潜在威胁。

2 堆肥技术

2.1 堆肥技术的原理与分类

堆肥是指在人工控制温度、水分、碳氮比、通风等条件下，依靠细菌、放线菌、酵母菌等微生物的高温发酵作用，将畜禽粪污中的重金属、抗生素、病原体等废物降解为腐殖质的生物学过程。该过程中，畜禽粪污中的可溶性有机物可被微生物直接吸收入细胞，畜禽粪污中的固体有机物和不溶胶体可附着在微生物体表，微生物的胞外酶可将其分解为溶性有机物。畜禽粪污经过前处理、发酵、后处理、脱臭、贮存等系列物理、化学、生物化学变化，最终趋于稳定化和腐殖化，形成无臭无毒并含有大量氮、磷、钾化合物的有机肥料。根据堆肥过程中使用微生物菌种的生活习性不同，可将堆肥技术分为好氧堆肥技术和厌氧堆肥技术。其中，好氧堆肥技术相对于厌氧堆肥技术来讲，具有降解快速且充分、发酵温度较高且较稳定、操作相对较简单、利于机械化操作、成本较低等优点，这些优势奠定了好氧堆肥技术的优势地位，使其成为当前广泛采用的堆肥技术。

2.2 堆肥技术的影响因素

2.2.1 通风

通风的主要作用就是提供氧气，堆肥过程中一般氧的适宜浓度应为14%～17%，通风过慢时，氧气含量不足可导致堆肥过程中发生厌氧反应，产生硫化氢等有害气体，污染环境。通风过快时，氧气含量过多可导致堆肥过程中水分大量流失，并减弱微生物的降解活性。

2.2.2 温度

微生物的发酵过程是一个不断产热的过程，若不采取及时的降温和保温措施，发酵温度可高达80℃以上，在此温度下，放线菌等有益菌微生物将会被杀死，呈孢子状态，其降解活性急速降低。如温度过低，将减弱有益菌微生物的降解速率，且无法杀灭畜禽粪污中的病原菌、寄生虫等。一般畜禽粪污堆肥发酵的温度控制在55～60℃时最为适宜。

2.2.3 水分

水分是有益微生物发酵活动的基础，一般有益微生物在发酵过程中最适含水率为50%～60%，但值得注意的是，不同养殖动物的粪污中水分含量不同，所以在堆肥处理过程中应根据发酵对象的含水量控制含水率。

2.2.4 pH

有益微生物在中性或弱碱性条件下发酵活性最高，畜禽粪污在堆肥过程中保持pH 在7.5～8.5 时可获得最大的堆肥效率。

2.2.5 碳氮比

碳氮比直接决定堆肥过程有益微生物的生长趋势，直接影响畜禽粪污中有机物的降解速率，一般畜禽粪污在堆肥过程中最适的碳氮比为25:1。

3 堆肥技术在畜禽粪污资源化利用中的应用

3.1 堆肥对畜禽粪污中重金属污染的影响

重金属残留一直是畜禽粪污资源化利用的难点，堆肥技术可使畜禽粪污中的重金属在堆肥过程中可逐步被螯合，最终形成有机质或碳酸盐结合态，降低重金属的有效性。郑国砥等[2]研究表明，堆肥处理能钝化猪粪中的重金属，降低猪粪中重金属的有效性，有效缓解猪粪中重金属残留对环境的污染。

3.2 堆肥对畜禽粪污中抗生素污染的影响

抗生素残留是畜禽粪污无害化处理的难点和热点，堆肥技术可去除畜禽粪污中抗生素残留，并对抗性基具有一定的削减效果。研究表明，堆肥技术对四环素类抗生素的去除率可达到80%以上，对于喹诺酮类抗生素的去除率在30%～70%[3]。

3.3 堆肥对畜禽粪污中病原微生物污染的影响

堆肥过程中的高温可将有害微生物杀灭，达到去除畜禽粪污中病原微生物污染的目的。王洪志等[4]对规模猪场的135份猪粪便进行堆肥处理，检测发现，堆肥前粪便中蛔虫、鞭虫、球虫、结节虫子、小袋虫的阳性率分别为 65%、60%、95%、30%、100%，而堆肥处理后粪便中各种寄生虫及虫卵的阳性率均在1%以下。韩战强等[1]研究表明，堆肥处理可使羊粪便中蛔虫卵的死亡率达到100%，堆肥处理对粪便中的寄生虫体和虫卵具有良好的杀灭效果。

4 结语

畜禽粪污不但环境污染，还易造成疾病传播，如何进行资源化利用已成为亟须解决的技术难题。堆肥技术具有处理规模大、时间短、处理效果好、成本低等优点，成为畜禽粪污无害化处理和资源化利用的首选方法。相信随着堆肥技术工业化程度的不断提高，国家政策的不断扶持，有机肥评价标准的不断完善，堆肥技术在畜禽粪污中的资源化利用中将会越来越受到重视，保障畜禽养殖业和生态环境的和谐、健康、可持续发展。