规模兔场污液异位发酵处理技术应用

张霞，李健，潘孝青，邵乐，秦枫，翟频，杨杰

摘要：近年来，中国家兔养殖业规模化、集约化程度越来越高，粪污尤其是污液的处理已成为制约家兔养殖业可持续发展的重要因素。本研究采用异位发酵技术处理兔场污液，通过测定垫料理化特性，评价应用效果。结果表明，发酵床在停止添加污液后再持续发酵22 d，垫料中有机质、全氮、五氧化二磷、氧化钾含量，砷、铬、铅、汞及镉的含量均符合《畜禽粪便堆肥技术规范》（NY/T 3442-2019）对堆肥产物质量的要求。异位发酵与氧化塘处理相比，污液在集污池内存储时间缩短为21～28 d，周转时间（21～28 d）远低于氧化塘法所需的90 d，且集污池容积仅为氧化塘容积的1/3，大幅减少了建造成本。发酵后的垫料便于堆放和进行远距离运输，且在应用中受作物种植季节与地域环境影响少，克服了规模养殖场需配备土地的限制。

关键词：规模兔场;污液;异位发酵

中图分类号：X713文献标识码：A文章编号：1000-4440（2021）06-1471-05

Application of ectopic fermentation technology for sewage treatment large-scale rabbit farm

ZHANG Xia，LI Jian，PAN Xiao-qing，SHAO Le，QIN Feng，ZHAI Pin 1，2，YANG Jie

（Institute of Animal Science， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop and Livestock Integrated Farming， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Nanjing 210014， China）

Abstract：In recent years， the scale and intensive degree of rabbit industry in China is getting higher and higher. The treatment of sewage has become an important factor restricting the sustainable development of rabbit industry. In this study， ectopic fermentation technology was used to treat sewage of rabbit farm. The physical and chemical properties of fermented bedding materials were measured， and the application effect of ectopic fermentation technology was evaluated. The results showed that the contents of organic matter， total nitrogen， P2O5， K2O， As， Cr， Pb， Hg and Cd in bedding materials， on 22 days after the last addition of sewage， met the quality requirements of compost products in NY/T 3442-2019. Compared with the treatment in the oxidation pond， the storage time of sewage collection pool in an ectopic fermentation system was shortened to 21-28 d， and the storage time of oxidation pond treatment was 90 days. The volume of sewage collection pool in an ectopic fermentation system was 1/3 of that in the oxidation pond system， so the construction cost was greatly reduced. The ectopic fermented bedding material is convenient for stacking and long-distance transport， and is less affected by crop planting season and regional environment in application. The ectopic fermentation system overcomes the limitation that large-scale farms need to be equipped with large area land.

Key words：large-scale rabbit farm;sewage;ectopic fermentation

近年來，中国家兔养殖业规模化、集约化程度越来越高，显著提高了养殖效益，有效促进了产业发展[1]。但家兔养殖产生的粪污越来越集中，成为影响当地环境的重要污染源，对周边居民的日常生活环境及身体健康带来一定的危害和威胁[2]。规模兔场每只成年家兔每天产新鲜兔粪的质量约为100～150 g，每天的排尿质量约是排粪质量的2倍，约200～300 ml[3]。中国家兔2020年出栏约3.19×108只，粪污综合处理已逐渐成为制约家兔产业可持续发展的重要环境因素[1]。

目前，国内规模兔场的兔粪主要通过堆肥发酵的方式处理，生产有机肥，技术较为成熟，已在大多数养兔场应用[1-2]。针对兔场污液，大多数养殖场采用氧化塘处理方式，但修建氧化塘前期成本投入较高，占地面积大，而且周边需要配套大面积的生产用地用以消纳处理后的废水[4-5]。异位发酵床是一种新的养殖业粪污处理模式，尤其是污水处理。将污液导入到异位发酵床，经过垫料高温发酵，将养殖场污水中的各种有机物进行降解后消化成CO2和水，通过蒸发进入大气，从而将液体转换成固体达到养殖场粪便污水零排放，该技术可以从源头上控制规模养殖场造成的粪污污染[6-7]，是农业农村部2017年推荐的一种养殖粪污处理模式[8]。异位发酵床畜禽养殖粪污处理技术推广以来，在不同的畜禽如蛋鸡[9]、蛋鸭[10]、猪[6，11-16]、牛[7，17-19]等动物上均有应用，尤其在中国南方水网地区应用较多[20]。本研究采用异位发酵技术处理兔场污液，通过测定垫料理化特性，对应用效果进行评价，意在找到适合家兔养殖产业发展的经济型污液处理方式，为解决兔场环境问题提供技术支撑。

1材料与方法

1.1试验基地与试验材料

试验基地位于江苏省南京市六合区竹镇镇江苏省农业科学院动物科学基地实验兔场（118.625 112°，32.488 821°），竹镇镇年平均降水量941.6 mm，平均气温15.6 ℃，最高气温36.0 ℃，最低气温零下8.2 ℃。试验兔场为存栏1 000只能繁母兔规模兔场。

1.2异位发酵处理系统

异位发酵处理系统包括集污池、发酵床、发酵舍及翻抛设施等;垫料原料采用周边含碳源成分较高的农副产品，主要为菌糠、稻壳;污液为经过雨污分流之后的污水，包含家兔养殖产生的尿液、饮水过程中产生的漏液及生产中少量的冲洗水等，经由污水管道收集到集污池内。异位发酵床垫料原料及污液基本性状见表1。

1.3异位发酵床运行过程

将垫料（菌糠、稻壳、玉米芯等）铺置于异位发酵床内，翻抛机运行的同时喷洒稀释后的微生物菌种，预发酵3 d。通过流量表精确控制每次污液添加量为垫料总质量的2%～5%（体积质量比），污液添加频率为每7 d 2～3次，翻抛机运行频率为每7 d 4～5次，以确保垫料发酵温度在50 ℃以上，水分含量在60%～65%，防止在运行过程中死床（发酵床失去发酵能力或发酵能力不够）现象发生。发酵床运行120 d后，停止添加污液，保持定期翻抛，并在停止添加污液后的第7 d、第10 d、第13 d、第16 d、第19 d、第22 d采样，样品分为鲜样与自然风干样，用于测定水分含量、有机质含量、氮含量、磷含量、钾含量、pH值及发芽率等指标。

1.4测定方法

1.4.1基本理化性质的测定垫料含水量按照GB/T 8576-2010的规定测定;垫料有机质含量采用重铬酸钾容量法测定;全氮和全磷含量的测定：首先采用浓H2SO4与H2O2加热消煮样品，然后全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定，全磷含量采用钼黄比色法测定;铵态氮含量测定：采用2 mol/L的KCl溶液浸提新鲜样品，设定固液比为1∶10（质量比），用流动分析仪测定铵态氮含量;pH值与电导率（EC）的測定：采用去离子水浸提新鲜的垫料样品，垫料与水的固液比为1∶10（质量比），在摇床上180 r/min振荡30 min，静置30 min。采用Mettler Toledo FiveEasy Plus型pH计测定pH，采用EC215 Conductivity Meter电导率仪测定电导率;发芽指数（GI）测定：收集固液比为1∶10（质量比）的浸提液过滤后的滤液，按照NY/T 3442-2019的规定进行发芽测定，选20粒大小一致的黄瓜种子放入垫有滤纸的9 cm培养皿内，然后加入5 ml浸提液，在25 ℃的培养箱中培养48 h后，统计发芽率和测量发芽种子的根长，同时用去离子水做空白对照培养种子，测发芽率和根长。GI=（浸提液培养种子的发芽率×浸提液培养种子的根长）/（去离子水培养种子的发芽率×去离子水培养种子的根长）×100%。

1.4.2重金属含量的测定重金属元素（Cr、As、Cd、Pb、Hg）及钾元素等，使用硝酸∶高氯酸=4∶1（体积比）的混合液，在130～200 ℃条件下消煮，定容取上清液待测。采用江苏省农业科学院中心实验室的ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪测定。

2结果与分析

2.1异位发酵床发酵后垫料的理化性质

发酵床在停止添加污液后的7～22 d内继续维持发酵，垫料含水量持续降低;垫料全氮含量呈下降趋势;垫料五氧化二磷与氧化钾含量则呈上升趋势;垫料的发芽指数呈增加趋势，由第7 d的73.79%增加到第22 d的93.80%;垫料内粪大肠菌群的数量表现为下降趋势（表2）。

2.2异位发酵床发酵后垫料重金属含量

由表3可知，垫料砷、铬、铅、汞及镉的含量分别为0.29 mg/kg、30.69 mg/kg、1.24 mg/kg、0.036 6 mg/kg与0.039 6 mg/kg，均远小于《畜禽粪便堆肥技术规范（NY/T 3442-2019）》对堆肥产物质量的要求。

2.3规模兔场污液异位发酵床污液处理运行情况

异位发酵系统处理1次污液运行时间为120 d左右;运行期间分2次添加垫料原料，第1次添加30 t含水量50%左右的菌糠、5 t含水量20%左右的稻壳，30 d后第2次补充添加15 t含水量50%左右的菌糠，2次共添加垫料原料50 t，垫料体积共100 m3，运行期间消纳污液量138 m3，发酵之后的垫料共53 t（含水量约为58%）。

2.4规模兔场污液异位发酵床污液处理对不同元素的截流情况

垫料体积为100 m3的异位发酵床可以消纳138 m3污液，这些污液化学需氧量3 797.76 kg、氮77.67 kg、磷25.46 kg、钾86.94 kg、汞0.19 g、砷4.13 g、铬7.31 g、铅3.05 g、镉0.11 g，处理后可避免其进入土壤环境。

2.5规模兔场污液处理模式比较

对于存栏1 000只能繁母兔的规模兔场，污液采用异位发酵系统与氧化塘处理相比，污液在集污池内存储时间缩短为21～28 d，周转时间（21～28 d）远低于氧化塘法处理所需时间90 d;同时集污池容积仅为氧化塘容积的1/3，建造成本降低了2/3，即前期资金投入大大降低。异位发酵后的垫料便于堆放存储和进行远距离运输，且在应用中受作物种植季节与地域环境的限制少，克服了规模养殖场需要配备大量土地用以消纳污水的限制。而氧化塘处理后的污液需要专用车运输至周边配套农田，需要专用管道使污水流入农田，不适宜远距离运输，污液的利用需要配合农田作物需肥规律，受季节影响较大。

3讨论

3.1异位发酵床发酵后垫料特性

按《畜禽粪便堆肥技术规范（NY/T 3442-2019）》的规定，异位发酵床技术属于连续动态槽式堆肥技术，异位发酵床发酵属于一次发酵。《畜禽粪便堆肥技术规范（NY/T 3442-2019）》对于堆肥产物的质量要求为有机质含量（按干基计）≥30%、水分含量≤45%、种子发芽指数≥70%、粪大肠菌群数量≤100（个，1 g）。本研究中异位发酵床垫料在最后一次加污液后的第7 d有机质含量60.47 %、种子发芽指数73.79 %、粪大肠菌群的数量为4.1（个，1 g），均符合畜禽粪便堆肥技术规范对堆肥产物的质量要求。垫料的养分（全氮+五氧化二磷+氧化钾）含量均明显高于有机肥料（NY 525-2021）的规定（≥5%）。最后一次添加污液后第22 d的垫料样品重金属砷、铬、铅、汞及镉的含量均远小于国家农业行业标准《畜禽粪便堆肥技术规范（NY/T 3442-2019）》对堆肥产物的质量要求。由于发酵后垫料的水分含量高于堆肥产物的规定，发酵后的垫料可以作为生产有机肥的原料再进行二次发酵以生产有机肥或栽培基质。

3.2适度规模养殖场污液处理方式

2018年开始在中国传播的非洲猪瘟，对养猪业造成的冲击极大[21]。规模化集约化的现代农业养殖必将成为中国现代化农业养殖的一种发展趋势，养殖废水的处理与排放问题愈发重要[21]。研究结果表明，养殖污水一旦处理不当，就能够对当地的生态环境产生很大的破坏，严重时还可能破坏地表水及地下水环境[22]。对于大型养殖场来说，其废水处理系统更多地是多项技术的组合应用[23-26]。大型养殖场处理废水常用的方法是厌氧沼气发酵[27]。由于大型的发酵罐前期投资较大，近几年养殖场已改用成本相对较低的黑膜沼气发酵，研究结果表明，黑膜沼气前期投资成本为发酵罐的十分之一[25，28-30]。但是经过厌氧沼气发酵处理之后还会有大量的沼液、沼渣需要处理，不仅需要建设相配套的沉淀池、生化池，增加了前期的资金投入，还需要配套大量的土地以消纳沼液[25，31]。适度规模养殖场常使用氧化塘处理养殖废水，氧化塘更适用于缺水干燥地区的养殖场处理污水[32]，对于中国长江中下游等降水较多的地区，养殖场更多地采用黑膜沼气处理废水，即HDPE防渗膜把氧化塘底部做防渗和顶膜密封处理，既能阻挡臭味气体的释放，又能防止雨水进入氧化塘内，同时还能对产生的甲烷進行收集储存，但仍然需要配套大量的土地以消纳处理后的污液[5]。本研究采用异位发酵床的方式处理养殖场的废水，在异位发酵过程中，污液通过垫料吸附及微生物降解作用，丧失大量水分，部分营养物富集在垫料中，最终使液体变为固体达到零排放。本研究针对存栏1 000只能繁母兔的规模兔场，采用异位发酵系统处理污液。与氧化塘处理相比，异位发酵后的垫料便于堆放存储和进行远距离运输，且在应用中受作物种植季节与地域环境影响少，克服了规模养殖场需要配备大量土地的限制。异位发酵床污液在集污池内贮留时间仅约为原来的1/3（21～28 d），意味着集污池的容积为氧化塘容积的1/3，其建造成本大大降低。在畜禽规模养殖中，依据养殖场污液产生量，建立容积匹配的集污池和异位发酵床，采用异位发酵技术，不仅在低成本条件下解决了养殖场污液治理难题，而且为构建种养结合模式提供了新途径和技术支撑。

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（责任编辑：陈海霞）

收稿日期：2021-06-30

基金项目：国家兔产业技术体系-南京综合试验站项目（CAR-43-G-2）;江苏省农业科技自主创新基金项目[CX（18）2001]

作者简介：张霞（1976-），女，河南新乡人，博士，副研究员，主要从事畜禽粪便综合利用研究。 （E-mail）583765990@qq.com

通讯作者：杨杰，（E-mail）598320394@qq.com