畜禽粪污无害化处理和资源化利用新技术探讨

张书豪 龙东海 张英 张玉良

(长春市农业机械研究院，吉林 长春 130000)

随着我国经济的不断发展，我国畜禽养殖行业也在蓬勃发展，由原来的“散、乱、污”逐渐向“集、洁、净”的方向转变，行业发展前景也被看好。但是不得不面对的一个现实就是我国很多地区仍存在养殖规模大且分散养殖户多的现状，每年产生的畜禽粪数量惊人，处理难度较大。养殖户存在重视畜禽产量忽视粪便处理的思想，一些养殖场的布局很不合理，粪便处理设备落后，处理工艺不够先进，导致粪污的利用率很低，还田率不高。《农业农村部办公厅、生态环境部办公厅关于促进畜禽粪污还田利用依法加强养殖污染治理的指导意见》(农办牧〔2019〕84号)进一步明确了畜禽粪污还田利用有关标准和要求，对全面推进畜禽养殖废弃物资源化利用提供了政策性指导。因此，要结合目前我国畜禽粪污无公害化处理的具体情况，加快畜禽粪污资源化利用先进工艺、技术和装备研发，鼓励养殖户全量收集和利用畜禽粪污，提供畜禽粪污的资源化利用效率。本文结合我国畜禽粪污处理现状，探讨畜禽粪污无害化处理和资源化利用新技术，希望对畜禽粪污的处理带来帮助。

1 畜禽粪污处理现状分析

近期，国务院农业农村部启动畜禽粪污集中处理设施运行问题专项整治行动，将在全国范围内排查畜禽粪污处理设施的运行情况，对于发现的问题进行集中整改，建立起可持续发展的长效运行机制。我国畜禽粪污的处理现状不容乐观，相关统计数据显示，猪场粪便污染物进入水体的流失率在3.0%～6.2%，而液体排泄物可以达到50%左右。从不同的年份进行对比，随着养殖规模的不断扩大，畜禽粪便的年排放量在1988年只有18.8亿t，到了1998年增长到35亿t，到2020年这个数字已经涨到了42.44亿t，而且数值还一直在增长中。

畜禽粪污处理不及时会造成很多污染情况，动物的粪便中含有较多的细菌、病毒、寄生虫等，这些都是致病的病原体，传染能力很强，会造成人、畜传染病的蔓延。由于喂养的饲料中掺杂了一些人工合成饲料，粪便中的BOD、COD以及一些重金属如果进入水体中，会造成饮用水的污染，导致河水等富营养化。粪便处理不及时，在露天环境下也会散发氨气甚至是硫化氢，造成大气污染并影响人的安全，而CH4和CO2等进入大气中会产生温室效应。同时，一些没有进行无公害化处理的粪便进行农田的灌溉或者施肥，很容易造成土壤板结，使土壤的自修复能力变差，农作物产量减少。

2 畜禽粪污无害化处理技术

2.1 自然养殖法

随着畜禽养殖技术的不断发展，利用自然养殖法能够对畜禽的粪便进行简易化处理，同时不影响畜禽的正常发育。该种方法又称为发酵床养猪法或生态养猪法，是在养猪的过程中通过发酵床的作用对粪污进行处理。该种方法是利用植物秸秆、稻壳或者锯末作为发酵床的垫层原料，利用微生物处理污染物的特点，在发酵床垫层上均匀布控一定数量的微生物，猪粪尿等直接排泄到发酵床上，利用猪的拱撅习性，同时进行人工翻耙，猪粪就能与垫层充分混匀，在微生物的发酵作用下，氨气、二氧化碳的排放量就会减少，异味也会降低，猪的粪便中含有的有机物也会得到充分降解和转化，粪便能够作为农田的肥料使用，真正实现无公害处理。

发酵床养殖充分利用了微生物降解有机物的原理，在整个发酵床内，禽畜粪便、垫层、残余饲料、微生物会形成一个微生态系统，整个猪圈内不再存在废料和垃圾，整个发酵床中心的温度可以达到60～70℃，将粪便内产生的病菌和虫卵全部杀死，达到清洁卫生的目标。对于其它禽畜的养殖也可以利用发酵床，畜禽可以不在发酵床的上方养殖，而是建立一个专门的发酵床粪污处理场所，将粪污和饲料等进行集中运送和处理，利用机械对垫料进行翻耙，从而处理掉粪污。但是发酵床养殖也存在一些缺点，如成本高、需精细化管理等，如果维护不好很容易出现“死床”，在养殖过程中需要合理化维护。

2.2 雨污分离技术

禽畜粪便是农业生产中的宝贵资源，如果不加处理直接排放到周围环境中不仅会造成环境污染，而且也是资源的巨大浪费。《畜禽规模养殖污染防治条例》中明确规定，从事畜禽养殖活动，必须采取有效措施，以避免畜禽养殖产生的废弃物污染环境。对于一些中小型的养殖场来讲，可以建设一套由雨污分流、干粪发酵大棚、粪污(沼液)存储池、还田设施构成的畜禽粪污利用系统，对于禽畜粪便进行集中性的处理，减少环境污染。雨污分流是养殖场粪污处理的第1步，建设专门的雨水和污水收集管道(沟)，将雨水和污水进行分离。将收集的雨水直接排放到江河中，而污水集中收集和处理。污水收集可以砖砌明沟或铺设管道，砖砌明沟是明沟两侧及底部用水泥粉刷，防止污水外渗；明沟上面加盖盖板并将接口封堵，防止雨水和地表水流入；为了减少管道的堵塞，污水管道可以每隔一段距离设置一块可以掀盖的盖板，管道堵塞时就能疏通。养殖场采用雨污分流系统，可以降低养殖污水的排放，禽畜粪尿通过专门的污水管道收集后进入到沼气池，进行厌氧发酵处理，从而“变废为宝”。目前，我国很多地区的养殖场已经在雨污分离的基础上，构建了一套系统化的禽畜粪便处理工艺，如“两分三配套”(干湿分离、雨污分流、配套沼气池、沼液贮存池、堆粪场)、种养结合循环利用模式(沼气池加贮存池露天氧化加还田还土)，均取得了不小的成效。

2.3 沼气处理技术

在禽畜粪污处理技术中，沼气工程处理技术是一项发展较快的综合处理工艺。其原理是通过厌氧细菌的分解作用，将有机物(碳水化合物、蛋白质和脂肪)通过厌氧消化而转化为沼气和二氧化碳。沼气法的优势非常明显，具有生物多功能性，既可以营造良好的生态环境，同时又能将禽畜粪便综合利用，将其开发成可利用的再生能源，为养殖户提供无害的肥料，降低养殖成本，提高经济效益。根据沼气工程中厌氧发酵干物质含量的不同，沼气发酵又分为干法发酵和湿法发酵。湿法技术是常用的方法，属于液态有机物处理工艺，在处理的时候将固液进行混匀调浆，然后进入发酵装置。干法技术的底物干物质含量在20%以上，属于固态有机物的处理技术，在处理粪污的时候要将固体和液体分离，干物质进入发酵装置，液体进行好氧处理。由于干法发酵水分在装置中的停留时间很短，因此其体积约只有湿法发酵的1/2。目前欧洲的沼气技术较先进，已经完全采用了混合式厌氧反应器、推流式反应器。如，德国开发了高浓度废弃物联合消化工艺，在发酵装置中配备了热电联产系统，即便在冬季气温较低时，沼气池仍然能较好的工作，高温产气率可以达到2.0～3.0m3·d-1，经济效益比较显著。随着我国标准化养殖场的迅速发展，各种大中型的沼气工程也在建设之中，工艺也愈发成熟。沼气工程在发挥作用的过程中，要对相应的配套设施做好管理，如可以根据猪粪、鸡粪、牛粪等原料的不同，对相应的预处理系统、制肥系统等进行差异化设计。

2.4 好氧厌氧塘多级沉淀

在畜禽粪污处理工艺中，好氧厌氧塘多级沉淀是逐渐发展起来的一种新型粪污处理技术。通过多级厌氧塘、兼融塘、好氧塘和水生植物塘等对粪污进行多级联合净化，可以让排出的污水达到相应的要求。该无公害化处理具体过程：对养殖场产生的粪污进行固液分离，采用一种技术将粪污中的营养物保持，减少污水中有机物的浓度；先对分离出的污水进行厌氧消化，也就是沼气发酵，再通过氧化塘、人工湿地等自然生态系统对于厌氧消化后的液体进行深度处理，而干粪等可以进行堆肥处理。厌氧塘在使用中存在的主要问题就是产生臭气，可以利用具有一定回流作用的好氧塘出水布满厌氧塘的表面，从而防止臭味的溢出。保证稳定塘的性能是粪污处理的关键，要设计好阳光辐射值、温度、养料及毒物等，以达到较好的处理过程。在综合处理的过程中，主要可以采用物理法(过滤、沉淀、固液分离)，处理不到位的时候也可以采用一定的化学处理法(消毒剂、沉淀剂)等，将粪污中的有机物质通过固液分离和厌氧单位去除，而氮、磷等难以处理的物质则可以在之后的兼性塘以及人工湿地等去除，最大化提高处理的速度，降低污染物的浓度。

3 畜禽粪污资源化利用新技术

3.1 粪污全量收集还田利用

对于养殖场产生的各种污染物不进行分离，将粪便、尿液以及污水等集中收集起来，全部放入到厌氧塘中贮存，经过充分的厌氧发酵之后，在施肥季节将其放入农田之中，代替传统的有机肥。该种方式的主要优点在于粪污的收集和处理较为集中，减少粪污的来回运输，贮存设施的建设成本较低，处理费用不高。存在的主要不足之处就是粪污的贮存周期一般在0.5a以上，在施肥的时候需要配套专业的搅拌设备。主要适用于猪场水泡粪工艺或奶牛场自动刮粪回冲工艺。

3.2 干清粪加堆肥发酵加沼气处理加农田利用

该种粪污资源化利用技术可以将粪污与污水进行分离，实现粪污的综合利用。对猪舍等的粪便进行处理，采用自然干化、堆肥发酵、高温爆气等工艺，利用粪污的自然学特征和机械处理技术，在微生物的作用下能将粪污进行完全腐化，从而生产出有机肥。污水经过厌氧发酵产生沼气，沼液经过短暂的贮存净化后用于农田灌溉。在粪便堆积中，经过1～3d的自然发酵干化，肥料就可以利用。积肥棚的大小一般按照10头猪1m2的规模建设，四周设1m高的围墙，留下出口。发酵前要进行预处理，将粪污、辅料(木屑、谷壳)、发酵菌种等按照一定比例混合，一般为粪便85%～90%、辅料10%～15%、菌种0.01%，将物料的水分控制在60%左右。该种模式一般适用于较大的养殖场，可以根据实际情况，按照一定的比例参数进行设计。

3.3 尿泡粪加沼气处理加农田利用

将养殖场畜禽的粪污全部收集，放入沼气池进行处理，将产生的沼液和沼渣当作肥料放入农田之中。可以根据养殖场的具体情况，采用漏缝地板工艺，不需要养殖人员进行清粪，大大降低了劳动强度，同时也不需要进行干湿分离，粪尿全部进行了沼气处理，产气量较大。粪污收集可以在猪舍下方铺设漏缝地板，下面设置排粪沟，粪尿通过缝隙进入粪沟中，贮存15～30d后将粪水排走。粪沟排出的粪污进入沼气池厌氧发酵至少30d，期间产生的沼气用于发电，沼液存放3个月后就可以作为肥料使用。产生的沼渣用作肥料，沼液可以灌溉农田。该种工艺也适用于比较大的养殖厂，养殖户要注意猪舍卫生的控制，避免粪污停留时间太长导致有害气体污染舍内环境。

3.4 尿泡粪加干湿分离加农田利用

该种工艺类似于“干清粪加堆肥发酵加农田利用”工艺，利用漏缝地板收集粪尿，进行干湿分离，将分离出来的粪便进行堆积发酵，液体进入相应的贮存池中。该工艺强调粪污的干湿分离，分开收集和处理，将从粪沟排出的粪污放入调节池中搅拌均匀，利用一定的管道将其送入干湿分离机进行分离，分离出来的固体含水量在50%左右。堆积发酵得到的肥料可以作为农田的积肥，而液体直接用于灌溉，效果较为理想。该种工艺适用于中型养殖场，工艺的关键在于干湿分离，要做到粪污中营养物质的不流失。

4 结语

综上所述，随着我国禽畜养殖产业的不断发展，对畜禽粪污进行无害化处理和资源化利用的重视度越来越高。在传统的养殖技术中，养殖户忽视畜禽粪污的处理和资源化利用，不仅造成周围环境的污染，而且浪费可利用资源，不能满足当前社会发展的需要。下一步，要研究畜禽粪污无公害化处理和资源利用的新工艺，让粪污变废为宝，实现资源的可持续化利用，让生态畜牧业得到健康发展。