规模化猪场粪污资源化利用方式探究

赵艳

摘  要：目前规模化猪场的粪污处理设施和技术已经难以处理日益增加的粪污排放量，会对猪群自身、人员健康和周边生态环境产生难以消除的影响。本文阐释了规模化猪场粪污资源化利用的必要性，探究了异位发酵床、厌氧发酵沼气、粪污堆积制肥等技术在规模化猪场粪污资源化利用中的应用，旨在促进粪污资源化利用技术升级，提高规模化猪场生产效益，降低粪污环境污染。

关键词：资源化利用；异位发酵床；厌氧发酵沼气；粪污堆积制肥；粪污

近年来，我国养猪业快速发展，规模化程度不断提高，养猪生产效益显著提高。但是，随着饲养规模的扩大，规模化猪场会产生大量的粪污，严重威胁生态环境。根据《第二次全国污染源普查公报》，全国畜禽规模化养殖场粪便资源化利用率为85％，尿液资源化利用率为78％[1]。虽然相比于2007年的粪污资源化利用率得到了明显的提高，但是所采用的粪污处理方式较为传统，很多规模化养殖场仍然采用厌氧堆肥（俗称“沤肥”）方式，已不适合规模化养殖场应用。因此，开展规模化猪场粪污资源化利用，需要形成废物资源化利用标准化模式，提高能量利用率，减少污染。本文阐释了国内外规模化养殖场粪污资源化利用技术，以期为改进规模化猪场的粪污资源化处理技术提供积极参考。

1  规模化猪场粪污资源化利用的必要性

粪污是畜禽养殖业产生的粪、尿及冲刷水等混合废弃物，主要成分为粗蛋白、粗纤维、无氮浸出物、微量元素、抗生素、残留的药物、寄生虫、病原微生物以及水，由于组成成分复杂，很难将粪污分开处理[2]。随着近年来规模化猪场不断增多，粪污排放量加大，粪污处理配套设施不完善，养猪生产者的环境意识薄弱，再加之存在治理成本高、处理模式滞后等问题，因而对粪污进行治理难度较大。随着规模化猪场的增多，传统的粪污还田模式已经无法消化产量巨大的粪污，一旦粪污排放量超出水体的自净能力，便会造成永久的环境污染。开展规模化猪场粪污资源化利用能有效提高猪场的粪污处理能力，减少粪污排放量，降低对生态环境的污染。粪污中除了含有寄生虫、病原微生物等有害物之外，还有丰富的蛋白质、氨基酸、矿物质和微量元素，通过合理的加工能进一步挖掘粪污的利用价值，变废为宝，提高资源化利用效率。如粪污处理加工后可变成有机肥料，为农业生产提供养分[3]。此外，粪污污染问题是影响畜牧业可持续发展的重要因素之一，开展粪污资源化利用能实现粪污的无害化处理，将污水排放量降到最低，不但能降低生产成本，而且对于促进健康养殖，维护人与自然和谐发展具有十分重要的意义。

2  规模化猪场粪污资源化利用模式

2.1 异位发酵床模式

異位发酵床是在猪舍外建设独立的发酵槽，通过铺设垫料对收集的粪污进行连续发酵，异位发酵床技术能实现养殖和发酵的完全分离，有效避免了传统发酵方式温度过高对畜禽造成不良的影响。异位发酵床技术对粪污具有明显的消纳效果，而且重金属和残留抗生素的含量低。李路瑶等[4]的研究表明，异位发酵床对猪污水和粪便的消纳系数分别可达到1.96和1.24。董丽婷等[5]研究发现，在运行异位发酵床时，粪便中的砷、汞、铅、镉和铬等重金属含量均超过标准。李艳苓等[6]在猪粪污中加入浓度为60 mg/kg的土霉素，结果经异位发酵床处理2个月后，土霉素浓度降为5 mg/kg。此外，在处理畜禽粪便时，异位发酵床模式具有较好的生物安全性，处理产生的垫料均符合NY/T 525-2021《有机肥料》标准规定。但目前的研究对异位发酵床技术在抗生素及抗性基因残留方面的机制尚不明确，在实际应用中受温度、湿度等因素影响，缺乏针对性的精细化操作。发酵床废弃垫料在使用过程中的安全性评价仍是一项动态化、持续性的工作，需要进一步探讨制定科学的评价标准。

2.2 厌氧发酵沼气模式

厌氧发酵生产沼气技术是在厌氧环境下液体粪污含有的有机碳被厌氧微生物分解，产生生产、生活所需的沼气，而发酵产生的沼渣可作为肥料还田，大大提高废物资源化利用效率。但是粪污含有大量的含氮化合物，单纯发酵会造成氨氮抑制，需要在发酵过程中添加相应的添加物来增强发酵效果。陈芬等[7]的研究表明，在猪粪中以2∶1的粪秆比加入玉米秸秆进行粪污发酵，能取得明显的发酵效果，甲烷产生量大幅提升。刘春软等[8]通过在猪粪中添加2.5％生物炭、粉煤灰，结果显示沼气总产量可提升5％以上，甲烷产量提升4％以上。此外，粪污在经过发酵池发酵后重金属的含量有所降低，还田后能提升农产品的产量。额尔和花等[9]将发酵后的猪粪沼液施入蔬菜田，蔬菜的产量明显提升。厌氧发酵生产沼气技术能有效解决规模化猪场粪污排放的问题，还能产生多样化的产品，增加猪场的经济效益。但是该模式在推广中存在种养分离、部分粪污重金属难以去除、液体粪污生产有机肥技术不达标等问题，规模化猪场大规模推广还需要进一步强化技术升级。

2.3 粪污堆积制肥模式

规模化猪场粪污堆积制肥技术改变了传统粪尿混合堆肥的方式，在粪污固液分离后进行无害化、资源化处理，让固体粪污堆积后在好氧菌和厌氧菌的共同作用下，高温发酵杀灭有害病原体，形成有机肥料。目前，在实际生产中常用的堆积制肥模式有条垛式、槽式和封闭仓式。条垛式具有资金投入少，技术简单的特点，但反应条件不好控制；槽式虽然能有效控制反应条件，但是投资成本较高；封闭仓式采用现代化技术，能精准控制反应过程，但是普及推广率不高。目前，对于粪污堆积制肥技术的研究主要集中在堆肥后抗生素、氮、磷等含量的变化方面，武晋萍等[10]在粪污中加入中药渣进行共堆肥，发现喹诺酮类对细菌的抗生素耐药性基因降低率达99.89％；王砚等[11]在猪粪中加入用腐熟处理的秸秆进行共堆肥，能有效提高堆肥的效率，缩短堆肥进程，堆肥后的有效磷达14.44 g/kg；曹云等[12]采用超高温对猪粪进行堆肥发酵，发现氮的损失率明显下降，与常温堆肥发酵相比下降幅度达33.3％。此外，规模化猪场采用粪污堆积制肥技术要改变清粪方式，变水冲粪为干清粪。同时，猪场液体粪污和雨水收集要分开处理，液体粪污经沉淀进行厌氧发酵，堆肥还田实现粪污资源化利用。

3  存在的问题与展望

畜禽粪污既是污染源，又是宝贵的可利用资源，通过科学利用能为农业生产提供必要的生活资料。规模化猪场常用的废物资源化利用方式有异位发酵床、厌氧发酵沼气和粪污堆积制肥等，这些技术有别于传统的“沤肥”方式，能在大中型规模化猪场实施，显著提高规模化猪场的粪污资源化利用能力。但是，粪污资源化利用方式也存在如下问题：异位发酵床技术对抗性基因残留的机制研究不明确，发酵床废弃垫料在使用过程中的安全性评价不完善，部分系统在翻堆通氧中存在臭气等；厌氧发酵生产沼气技术存在种养分离、部分粪污重金属难以去除、液体粪污生产有机肥技术不达标等；粪污堆积制肥技术存在生产成本高、堆肥后有机肥质量难以提高、堆肥过程缺乏相应规程标准等，上述问题需要再进一步的研究，探讨解决方法。

此外，现有的废物资源化利用方式重点关注技术和模式的创新，较少关注适应性、经济效益等实质操作问题。因此，要增强规模化猪场高效使用模式的探究力度，目前主要依靠厌氧发酵生产沼气来实现能源转化，但受资金的制约，利用率较低，未来要强化无氧条件下粪污降解技术研究，拓宽粪污能源转化方式[13]。同时猪场应主动加强与第三方合作，以降低粪污处理成本，提高粪污资源化利用的效率。

参考文献

[1] 孙薇．畜禽粪污资源化利用及养殖污染防治措施[J]．兽医导刊，2021（23）：85，144.

[2] 刘浩．畜禽粪污资源化利用的问题与措施[J]．农业工程技术，2019，39（26）：57．

[3] 蒋洪杰．我国大型畜禽规模养殖场全部配套粪污处理设施装备[J]．乡村科技，2021，12（8）：1．

[4] 李路瑶，王汉清，李艳苓，等．原位和异位发酵床控制生猪养殖废弃物污染对比[J]．农业环境科学学报，2021，40（10）：2208-2216．

[5] 董立婷，朱昌雄，张丽，等．微生物异位发酵床技术在生猪养殖废弃物处理中的应用研究[J]．农业资源与环境学报，2016，33（6）：540-546．

[6] 李艷苓．微生物发酵床中土霉素降解及其抗性基因丰度变化规律[D]．北京：中国农业科学院，2019．

[7] 陈芬，余高，武春燕，等．外源 Cu、Zn对猪粪与玉米秸秆混合物料产甲烷特性影响机理分析[J]．环境科学学报，2016，36（12）：4428-4436．

[8] 刘春软，童巧，汪晶晶，等．不同添加剂对猪粪厌氧发酵的影响[J]．中国沼气，2018，36（5）：30-35．

[9] 额尔和花，丁伟．黄灌区畜禽规模化养殖污染控制技术模式探讨[J]．现代农业科技，2010，36（23）：265-266．

[10] 武晋萍，陈建文，刘勇，等．鸡粪与中药渣共堆肥对抗生素抗性基因的影响[J]．环境科学，2019，40（7）：3276-3284

[11] 王砚，李念念，朱端卫，等．稻秸秆预处理对猪粪高温堆肥过程的影响[J]．农业环境科学学报，2018，37（9）：2021-2028．

[12] 曹云，黄红英，孙金金，等．超高温预处理对猪粪堆肥过程碳氮素转化与损失的影响[J]．中国环境科学，2018，38（5）：1792-1800．

[13] 张蕾．综述当前畜禽粪便资源化利用技术模式[J]．畜牧业环境，2020（11）：21．