规模化养猪场粪污的危害及治理措施

陈立军

(甘肃省张掖市高台县南华镇畜牧兽医工作站，甘肃 高台 734300)

0 引言

根据相关资料统计，每头成年母猪粪便排泄量约为4 t/年，育肥猪出栏前所有的粪便排泄量约为1.1 t，养猪过程中粪便排泄的总量超过了全国工业固体废物的总量，而其中造成污染面积最广的养殖废水污染尚未计算在内；同时养殖过程中猪群排出的CO2、NH3对空气造成的污染也越来越严重，对人们的身体健康和生命安全造成威胁，对养猪业的健康发展也带来不利影响[1]。中国是养殖大国，养殖业是农民经济发展的重要支柱产业，随着人们生活水平不断提高，对猪肉的需求量逐年增加，而传统的以农户散养为主的养殖模式逐渐被淘汰，改为集约化、规模化的现代养殖模式。该养殖模式的转变造成的粪污问题会更加突出，也是目前大家关注的问题，而这种污染在短时间内是无法彻底处理的，从而会引起一系列严重的环境问题。

1 规模化养猪场粪污产生的不良影响

1.1 对大气造成的影响

目前，畜禽养殖业是造成空气污染的主要来源，畜禽生产过程中会产生如NH3、H2S、C9H9N等大量的恶臭气体，同时还有CO2、SO2等温室气体。据研究，生猪粪便在自然状态下可产生160多种恶臭气体，这些有害气体对猪群的免疫力和抵抗力造成不利影响，同时对周边居民身体健康造成严重威胁，其中NH3和H2S对机体的损伤尤为严重。粪污中的NH3由细菌和酶分解形成氮气化合物，具有强烈的刺激气味，进入呼吸道遇水形成氨水，透过黏膜、肺泡上皮侵入黏膜下、肺间质和毛细血管，轻者出现声带痉挛、喉头水肿、组织坏死，有时脱落的坏死物会引起窒息，损伤支气管、气管黏膜，影响支气管的通气功能，肺泡表面活性物质减少，严重者出现全身缺氧。H2S是新鲜粪便、含硫有机物厌氧降解的产物，轻度中毒会出现畏光、流泪、眼刺激、异物感，伴有头昏、头痛；中度中毒出现乏力、恶心、呕吐、呼吸困难、喉部发痒、胸部压痛；重度中毒行动迟缓，烦躁、意识模糊、甚至脑水肿，最后因呼吸麻痹死亡[2]。有研究报道，目前国内畜禽养殖过程中产生的NH3占总排放量的54%，其中养猪场粪便占粪便总排放量的51%，规模化养猪过程中产生的NH3占所有NH3排放的一半以上，这些粪污造成的大气污染长期持续会造成人和动物慢性中毒[3]。

1.2 对水体造成的影响

对规模化养猪场来说，除了粪尿，每日产生的污水量也非常大。相关数据显示，每头猪每天的粪尿量和体重的比例为1:20～9:100，在我国东南沿海规模化养猪业高度发达的地区，生猪废弃物中的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)占总排放量的84%，氨氮占所有畜禽废弃物排放总量的97%。养猪场产生的废水中含有非常丰富的氮、磷、钾等，排出时如果不经过有效处理，流入河流、鱼塘会造成水体富营养化，藻类加速生长，对水生动植物的安全造成威胁，同时破坏河流两岸的生态环境；此外养殖废水中含有大量的病原微生物或寄生虫，会随地表径流进入含有水生生物的水体中，造成疾病传播甚至物种死亡和灭绝，严重者水体失去正常的功能，可能导致周边人类食物中毒、感染疾病。目前畜禽养殖粪污引起的水体污染已经成为继工业污染、生活污染之后的第三大污染源[4]。

1.3 对土壤造成的影响

畜禽粪污中富含钾盐和钠盐，过量堆积在土壤中会出现诸多环境问题。此外猪的粪便中含有镉、铜、锌等金属元素，也会随着粪污的堆积逐渐渗入到土壤中，逐渐形成生物浓缩(biological concentrations)问题。相关调查显示，规模化养猪场粪污中重金属残留的含量明显高于散养户，在生猪养殖过程中部分数养殖户为了补充日粮中的营养，在日粮中添加饲料添加剂或抗病药物，这些添加的物质通过动物机体代谢后以原形或中间、终末代谢产物的形式随粪便或尿液排出体外，大部分会对环境造成不良影响。相关调查显示，在规模化养猪场周围的土壤环境中四环素、土霉素、磺胺间甲氧嘧啶、氧氟沙星、诺弗沙星等多种抗生素水平比较高。当前用于生产的常规污水处理工艺对这些抗生素类药物的消除效果非常有限，即使经过处理，这类粪污中的抗生素水平仍然非常高，在粪污还田之后，检测土壤中的抗生素水平，结果虽然比粪便低，但与粪便中抗生素的组成成分高度一致，浓度水平呈典型的正相关性[5]。

2 粪污治理现状

2.1 国外畜禽粪污治理

目前国外应用于畜禽粪污处理的成本相对较低，大多数农场为农牧结合的模式，在生产中重视种、养殖业有机结合，而且多数会根据养殖业的模式调整种植业的生产结构，养、种植业从饲草、饲料、肥料三个方面进行相互促进和协调。养殖场的粪便会通过专门的运输管道或直接干燥固化成有机肥还田处理，有效避免了环境污染，同时提高了土壤的肥力；粪污处理采用厌氧消化塘工艺，利用沼气工程的环境治理功能构建生态农场，在有效处理粪污的同时达到节能的目的；此外，通过立法进行畜禽养殖业污染的防治和管理，保障养殖业的健康发展，减少粪污对环境造成的不良影响。

欧盟一些国家通过立法严格控制排污标准，严格限制了畜禽养殖场的规模，政府出面从源头上控制全国畜禽的生产量，这个生产量是根据国土承载力、环境承载力、消费水平、养殖技术水平等多个方面综合考虑后制定的，具有较高的稳定性；再者，排污要有接收方的证明，如荷兰规定养殖场排污必须还田，由作物或牧草种植户用专车将畜禽粪污运走，埋入30 cm深的土壤内，经发酵后还田；此外在申办猪场时必须要出具销售订单，而且办场必须在制定的区域内[6]。

2.2 我国养猪业粪污治理现状

我国对于养殖业造成的粪污污染处理和相应的环保工作基础相对薄弱，和发达国家之间存在一定的差距。目前我国养猪业造成的环保问题缺乏“顶层设计”，养猪业发展存在盲目扩张的现象，并没有根据国土资源与其他资源的承载力进行设计，脱离了社会生活需求、猪业生产潜力等规划，发展有一种无序感。在21世纪初期，政府逐渐认识到养殖业对环境的危害后，陆续出台了《畜禽养殖污染防治管理办法》《畜禽养殖业污染物排放标准》《畜禽养殖业污染防治技术规范》等一系列相关标准，对养殖场建设、废弃物堆放、粪污处理和排放做出了具体要求，但是由于缺乏相关的立法，管理规范尚未上升到法律的高度，自觉遵守相关行政法规和标准的养猪场数量非常少。

3 粪污治理措施

目前，规模化养猪场粪污治理按照粪污最终的流向和用途可分为工业化处理、生态型处理和农牧结合循环利用三个方面。在实际生产中可根据实际情况，在保障利益的同时进行相应的排污处理。

3.1 粪污工业化处理

工业化处理是按照常规的物理、化学等方法对粪污进行处理，以便其达到排放标准，在地域影响小、环境保护政策执行严格和土地承载能力小的地区，养殖场多推荐这种治理措施。经该方法处理后能有效除去养殖废水中的COD、氮磷、悬浮物，同时能实现沼气、沼液、沼渣的资源化利用，但缺点是投资成本巨大，受到技术限制。粪污工业化处理一般可采用以下方法。

3.1.1 厌氧-好氧联用法

对于大中型规模化养猪场，一般采用厌氧-好氧联用的方法，能够同时避免厌氧和好氧处理的缺点，在有效去除污水中高氨氮物质、COD的同时降低投入成本。其中最新研发的上流式厌氧污泥床-好氧/缺氧(Up-flow Anaerobic Sludge Bed，UASB)开始被应用于生产，其核心技术就是将厌氧、好氧工艺有机结合，养猪产生的粪污经水解酸化处理单元、厌氧处理后，沼液可制成沼气用于生产养殖区和办公区的照明用电，沼渣可以堆肥。在处理过程中，厌氧阶段可将粪污中的大部分有机物处理掉，但是出水可生化性比较差，因此，在有机质含量较低时，好氧处理过程中可适度补充碳源、葡萄糖、乙酸等物质，经过联合处理后既能达到降解污染物的目的，又实现了总量减量化，沼液储存后直接还田，形成综合性利用。但是“三沼”还田并无标准，利用后有可能造成二次污染，成本较高，实际利用价值不高[7]。

3.1.2 堆肥发酵+干清粪处理

堆肥发酵+干清粪处理最终还田是传统粪污处理的模式，尤其适用于场地宽阔，远离人口密集区的中小型农场，在处理过程中不需要在粪便中添加菌种，利用自然界中本身就存在的微生物进行高达70℃的发酵，发酵过程中粪便中的有机物被降解，形成肥力较好的肥料。其优点是成本低、省时省力、就近取材，但是并不适合规模化养殖和城郊养殖。猪场进行粪污处理主要使用人工干清粪工艺，在很大程度上减少了废水的产生，但会增加劳动量。

3.1.3 黏土吸附技术处理

目前投入生产的凹凸棒黏土是一种含水富镁硅酸盐的非金属黏土矿物质，具有价格低廉、pH适用范围广、效率高、投入量小等诸多优点，成为猪场优先选用的废水处理剂，其对养猪过程中产生的废水中的重金属、抗生素、高氨氮等吸附性能较强，对COD的去除率高达88%，随着水溶液pH值的升高，其对四环素类抗生素的吸附作用也会逐渐增强。

3.1.4 电化学法处理

电化学法处理粪污污染时用到的电解反应，如电凝聚作用、电气浮作用、电氧化还原作用等来处理污染，缺点较为明显，如消耗电能，成本较高，电极容易钝化，在实际应用过程中受到很大的限制。目前其研究主要倾向于与其他工艺联合使用，如电解法联合生物法能够有效地处理硝酸盐，脱硝率接近100%，COD和NH3-N的去除率超过90%；电解法联合光催化法可处理亚甲蓝废水，COD去除率87%以上；电解法联合超声波法可处理酸性染料废水，其比单独的电解法去除率提高20%。电化学法在处理养猪过程中产生粪污污染时，能够有效去除高氨氮有机物、重金属、抗生素、激素类物质。

3.2 生态型处理

主要通过生物法来治理畜禽粪污，在控制成本的同时产生经济效益，但是该技术对猪场周边的环境要求较高，如较高的土地保有量和充分的农田来消纳粪污等。主要有以下3种技术。

3.2.1 微生物巢技术

该技术是基于生物发酵的原理，利用锯末、稻壳、作物秸秆等做出蜂巢似的基本模型，将其作为碳源，粪水发酵作用氮源，虽然处理粪污的能力有限，但是富含肥效物质的垫料可作为有机肥的原料来生产有机肥，安全无害，利用度比较高。和其他传统处理方法相比，该技术可直接进行处理，免去了粪污固液分离的步骤，同时消除恶臭的效果十分明显，在反应堆饱和后可将模型和粪便稍作处理后用作生物有机肥处理，具有投资少、效益高、无二次污染等优点，也能从根本上改善生态环境。

3.2.2 复合微生物菌剂处理

通过国内外大量研究，针对猪场粪污的特点，提出复合微生物制剂净化修复技术，并且得到广泛关注，可利用放线菌、光合细菌等多种功能菌株复配成复合微生物制剂，在堆肥发酵过程中能促进污泥堆体升温的速度和最高温度，同时加快水分散发及有机质分解，对猪粪污堆肥作用的效果产生积极的影响[8]。

3.2.3 人工湿地处理技术

通过人为设计、建设模仿湿地的生态系统，在处理床上铺设适当的人工基质种植水生植物，利用粪污和污水，结合生物学、化学、物理学等综合技术手段，发挥类似于或强于自然湿地净化功能的作用，可做污水的2级或3级处理。

3.3 农牧循环利用处理

农牧结合循环利用是指将养殖业作为核心，其生产的废弃物通过资源化、无害化处理，与林业、渔业、农业中的一项或几项相关联，形成一条完整的农业产业链，最终实现污染的生态治理和零排放，这也是目前使用的成本最低、同时还能回收效益的处理方法。

3.3.1 传统近零排放模式

将养猪场的粪尿污水收集、处理后进入厌氧高温发酵装置产生沼气，后者经净化处理后装入贮气柜，一部分可转化为电能用于生产或生活照明，另一部分用于保育舍供暖等生产用电，沼液沼渣运输至种植基地。根据沼液处理工艺的差异，将规模化养猪场的粪污综合利用分为沼气工+还田、沼气工程+自然生态处理/好氧处理，但是大量生产实践证实，这两种模式存在产气量少、沼气利用率低、投资回报率低等缺点。

3.3.2 农牧结合模式

这种模式的技术要点在于将猪粪经高温发酵垫料中的功能菌群降解发酵，在使用2年左右后将垫料作堆肥处理，进一步高温杀菌和腐熟后，作为农作物或树木的肥料。该模式安全、环保、健康、节水，能在一定程度上解决规模化养殖场产生的粪污。但是从发展情况来看，近年来这种模式在生产中呈倒退和萎缩的趋势，主要是由于垫料原料紧张，价格偏高，采购困难，生产成本增加，而且对处理技术要求较高，容易出现发酵床死亡的现象，进一步增加了养殖户的资本投入。

4 结语

规模化养猪业日益发展使得猪场粪污处理问题对环境造成的不良影响非常严重，已经成为全社会关注的重点，养猪场粪污进行科学、有效的处理十分必要。处理应立足于农业和畜牧业有机循环产业链中，将源头控制、中间处理和末端治理技术进行有机结合，整合污水治理、沼气工程和有机肥产业链，全面实现污水零排放、沼气全利用、粪渣全肥化还田等。目前农牧业结合循环利用已经成为猪场粪污及废弃物处理的主要方式，同时应做到预防为主，将污染尽可能地控制在生产之前，从根本上减少对环境的污染。