畜禽養(yǎng)殖廢棄物污染防治與資源化循環(huán)利用

郭 珺，龐金梅

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西 太原 030006）

隨著我國養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，養(yǎng)殖污染問題日益嚴(yán)重，由此產(chǎn)生了大量固體廢棄物、廢水和惡臭氣體，成為我國農(nóng)村污染的主要來源，嚴(yán)重為害人類健康。因此，如何科學(xué)解決養(yǎng)殖污染，推廣健康養(yǎng)殖技術(shù)，加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物污染防治與資源化循環(huán)利用技術(shù)研究，已成為我國乃至全球環(huán)境保護(hù)的迫切需要[1-5]。

1 畜禽廢棄物污染現(xiàn)狀

近年來，我國養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，肉、蛋、禽總產(chǎn)量連續(xù)保持世界第一，為改善我國人民生活水平，調(diào)整人們膳食結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)民收入作出了巨大的貢獻(xiàn)。但同時也不可避免地產(chǎn)生了大量的“畜產(chǎn)公害”，畜禽糞便和養(yǎng)殖污水任意堆棄、排放現(xiàn)象普遍存在，畜禽糞便已成為環(huán)境的重要污染源，造成惡臭氣體污染、有害病源生物污染、藥物和添加劑污染、金屬元素污染、氮磷污染等環(huán)境問題，使養(yǎng)殖場集中地區(qū)環(huán)境惡化，并對水源、土壤等產(chǎn)生污染[6]。

對于1個年出欄10000頭豬的豬場來說，平均每天的糞便排放量達(dá)l7.5t，其中氮和磷的排放量分別達(dá)105，70 kg；年飼養(yǎng)10000只產(chǎn)蛋雞的雞場平均每天的糞便排放量達(dá)1.5t，其中氮和磷的排放量分別達(dá)24.5，23.1 kg[7]。按糞便排泄量計算，1頭豬的排糞量相當(dāng)于2個人的排糞量，而按生化需氧量（BOD）計，1頭豬則相當(dāng)于13個人的排泄量。

目前，山西省養(yǎng)殖業(yè)的現(xiàn)狀可從表1中初步體現(xiàn)，表1中的畜禽數(shù)量僅統(tǒng)計了有規(guī)模的養(yǎng)殖場的總數(shù)。從表1可以看出，一年內(nèi)山西省畜禽糞便的排放量達(dá)26.85億t，由此會產(chǎn)生對土壤、水源、空氣以及動物環(huán)境的污染。

據(jù)統(tǒng)計，我國每年產(chǎn)生畜禽糞便約1.1億t標(biāo)煤的資源量[8]，其中，除少部分作為肥料還田外，大部分被堆放棄置，其潛能不僅白白丟失，而且還成為農(nóng)村的主要污染源。因此，畜禽養(yǎng)殖廢棄物污染已經(jīng)成為目前我國畜牧業(yè)發(fā)展的主要問題。

對此，國家環(huán)?？偩质种匾?，相繼頒布了《畜禽養(yǎng)殖污染防治管理辦法》、《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18596—2001）和《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范》等文件，標(biāo)志著畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物的控制進(jìn)入了一個規(guī)范化、科學(xué)化、法制化的時代。

表1 山西省畜禽養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)狀

2 畜禽廢棄物處理的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 畜禽糞便無害化處理技術(shù)[9]

從目前畜禽廢棄物污染現(xiàn)狀看，如何減少污染、防治污染，探索養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化的新方向，使養(yǎng)殖廢棄物的處理能夠?qū)崿F(xiàn)收支平衡或盈利，推動養(yǎng)殖廢棄物的處理，解決養(yǎng)殖污染難題，成為目前研究的重點(diǎn)。本著畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治遵循“資源化、生態(tài)化、無害化、減量化”的原則，探討了畜禽廢棄物處理關(guān)鍵技術(shù)，力求從源頭減少污染，最大限度地實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)廢棄物的資源化和綜合利用，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念治理畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染，推動新型生態(tài)養(yǎng)殖模式的健康發(fā)展。

眾所周知，動物養(yǎng)殖過程中所產(chǎn)生的環(huán)境污染對水源、土壤和人類健康都有很大的影響。飼料中的氮被動物排出體外，大部分被氧化成硝酸鹽后滲入地下或隨地表水流失，造成硝酸鹽在土壤中不斷累積，破壞了土壤結(jié)構(gòu)和地表植被。飼料中的磷被動物排出體外，可造成江河池塘的藻類和浮游生物大量繁殖，威脅魚類的生長并產(chǎn)生大量有害物質(zhì)。另外，由于我國動物疫病防治水平較低，長期使用的疫苗、藥物以及添加劑等所含的重金屬元素在動物體內(nèi)蓄積，使豬肉、牛、羊肉、雞肉等出現(xiàn)安全問題。殘留在動物體內(nèi)的抗生素對人體也會有副作用，即使排出體外，經(jīng)其他作物吸收后，也可能危害人和其他動物。

飼料中添加微生態(tài)制劑（酶制劑）的情況下，每頭豬氮排出量可減少10%～15%，若1頭豬自出生到100 kg為止，其糞便排泄量可減少15～20kg，或者說少排放5kg干物質(zhì)；當(dāng)豬的日糧干物質(zhì)消化率由85%提高到90%時，隨糞便排出的干物質(zhì)則可減少33%[7]。因此，飼料中加入微生態(tài)制劑，可幫助畜禽更好地消化利用飼料中的營養(yǎng)物質(zhì)[10]，減少糞便排出量，提高畜禽對蛋白質(zhì)和磷等的消化率。動物糞便中磷的含量降低了，產(chǎn)生的氮磷比將更符合作物和植物的需要。此外，通過飼喂微生態(tài)制劑可提高奶牛產(chǎn)奶量[11]和動物免疫力，加快增加質(zhì)量速度，增強(qiáng)抗病力，減少抗生素的使用，提高食品的安全性。而且給畜禽飼喂酶制劑后糞臭明顯減輕，從而減少了空氣污染。

2.2 畜禽糞便微生物除臭技術(shù)[12]

惡臭污染是一種大氣污染，惡臭物質(zhì)種類繁多，來源廣泛，對人體呼吸、消化、心血管、內(nèi)分泌及神經(jīng)系統(tǒng)都會造成不同程度的毒害，其中，芳香族化合物如苯、甲苯、苯乙烯等還能使人體產(chǎn)生畸變、癌變。因此，消除空氣、水、土壤中的有毒氣體和有害物質(zhì)、保護(hù)人類健康顯得尤為重要。

微生物除臭技術(shù)是將特殊的微生物菌群噴灑到畜禽糞便表面，通過微生物的作用將臭味物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化，在短時間內(nèi)即可完全除臭，且處理過的糞便肥效更高。生物除臭方法投資少、運(yùn)營成本低、技術(shù)簡單、便于推廣，因此，其比較適合我國大中型養(yǎng)殖場[13]。

2.3 生物有機(jī)肥無害化處理技術(shù)[14-15]

生物有機(jī)肥是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ奈⑸锓柿?。有機(jī)肥是作物需要養(yǎng)分的倉庫。據(jù)研究，我國農(nóng)田投入的養(yǎng)分約有35%的N，50%的P和90%的K及大部分微量元素要靠有機(jī)肥料提供。以畜禽糞便、作物秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物為原料，通過微生物高溫發(fā)酵等無害化處理，殺滅病蟲卵，配制具有吸附特性和生態(tài)培肥地力與定向改善作物品質(zhì)作用的生物有機(jī)肥料。對充分利用農(nóng)業(yè)可再生資源，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的意義。

應(yīng)用無害化活菌制劑處理畜禽糞便，在多種有益微生物作用下進(jìn)行生物發(fā)酵，能充分分解其中的有機(jī)質(zhì)，釋放出養(yǎng)分，所形成的生物熱和高溫發(fā)酵過程，能殺死病菌、蟲卵，除毒去臭，凈化環(huán)境，生產(chǎn)出高效優(yōu)質(zhì)生物有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，形成產(chǎn)業(yè)化[16]。發(fā)酵后的生物有機(jī)肥具有改土作用，有利于提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，適用于生產(chǎn)無公害農(nóng)產(chǎn)品和綠色食品。

2.4 利用畜禽廢棄物生產(chǎn)食用菌循環(huán)技術(shù)[17]

我國是食用菌生產(chǎn)大國，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%。食用菌大多數(shù)為腐生真菌，其子實(shí)體的食用和藥用價值很高，是人類宜膳宜藥的保健食品。食用菌適于生長在植物殘體及其他有機(jī)廢棄物上，不僅能使廢料化害為利、變廢為寶，而且還能建立一個多層次的生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，食用菌作為主要的鏈接者，既能循環(huán)利用農(nóng)牧產(chǎn)品廢棄物和凈化環(huán)境，又能作為產(chǎn)業(yè)鏈推動生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。由于食用菌的作用，可使種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)有機(jī)地結(jié)合起來，并且在這個結(jié)合過程中，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益。養(yǎng)殖業(yè)是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，畜、禽等排泄出大量糞便，如果通過添加特定的材料和微生物菌種，將畜禽糞便用來生產(chǎn)栽培食用菌的專用料，將發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益。

此外，生產(chǎn)食用菌的廢料也是目前我國較難解決的一個問題，由于沒有合適的利用和處理技術(shù)，在食用菌產(chǎn)區(qū)，食用菌廢料污染嚴(yán)重。目前，有研究者將食用菌廢料快速發(fā)酵轉(zhuǎn)化成有機(jī)肥，也可通過生物發(fā)酵技術(shù)提取生物質(zhì)能（沼氣）產(chǎn)熱，為生產(chǎn)提供能源，沼渣、沼液則生產(chǎn)成生物有機(jī)肥，還田給作物[18]。食用菌生產(chǎn)用原料和廢料的利用及處理方法是一種典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，不但可降低工業(yè)化肥的施用量，有效提升果菜產(chǎn)品的無公害與綠色程度，還可有效地提高食用菌生產(chǎn)用原料——畜禽糞便的無公害程度，從而提升食用菌產(chǎn)品本身的質(zhì)量安全，形成了良性循環(huán)。

隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的興起和發(fā)展，食用菌以生產(chǎn)周期短、投入少、產(chǎn)出多、效益好而越來越多地引入到生態(tài)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)中，成為物質(zhì)能量良性循環(huán)的主要環(huán)節(jié)。在生態(tài)農(nóng)業(yè)中，將畜禽養(yǎng)殖、食用菌生產(chǎn)、環(huán)境治理有機(jī)地結(jié)合起來，對構(gòu)筑大農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)具有重大意義。

2.5 沼氣化處理技術(shù)

沼氣產(chǎn)業(yè)在我國已經(jīng)發(fā)展了幾十年，通過發(fā)酵作用達(dá)到消滅糞污中有害微生物和有機(jī)物中病原物的目的，不僅可以對糞便等廢棄物進(jìn)行無害化處理，產(chǎn)生的沼氣還可用于供暖、照明、炊事。制約國內(nèi)外沼氣產(chǎn)業(yè)的主要問題是沼氣池堵塞及低溫天氣中的保溫問題。目前，山西省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所正在研究的自增溫型節(jié)能沼氣池解決了以上問題，在沼氣池的頂端或周邊建造一個或多個可堆放有機(jī)原料的容器或池體（固態(tài)原料預(yù)分解池）。將待發(fā)酵的有機(jī)原料堆放至預(yù)分解池中，可直接利用有機(jī)原料中自身含有的天然分解菌群，也可人為添加可分解有機(jī)原料的微生物菌群，控制發(fā)酵條件，讓有機(jī)原料分解產(chǎn)生的熱量直接傳熱給沼氣池，該有機(jī)原料層既可以自身產(chǎn)熱，同時又可保溫。根據(jù)沼氣池甲烷菌產(chǎn)氣條件的變化適時用沼氣液或水淋洗有機(jī)原料發(fā)酵層，將分解后的小顆粒有機(jī)固態(tài)原料、溶于水的營養(yǎng)成分通過分級過濾后流入沼氣池中。這樣既可增加沼氣池中甲烷菌發(fā)酵所需的營養(yǎng)成分，又可以給沼氣池增溫，還可以降低有機(jī)原料發(fā)酵層中過高的溫度，促進(jìn)有機(jī)原料的再次分解發(fā)酵。通過固液分離后，沙石和植物纖維等不能進(jìn)入沼氣池中，就不需機(jī)械攪拌，這樣也就不必在池中加裝攪拌裝置和升溫裝置。通過比較充分的預(yù)分解后，這些分解產(chǎn)物對沼氣池中產(chǎn)甲烷菌群的發(fā)酵產(chǎn)氣更有利。

沼氣化處理技術(shù)使畜禽養(yǎng)殖廢棄物通過有益微生物的處理，經(jīng)過除臭、腐熟、脫水等一系列化學(xué)反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)變成沼氣和活性生物有機(jī)肥，使之無害化、資源化[19]。

3 小結(jié)

我國養(yǎng)殖廢棄物的處理一直是一個沒有解決的問題，目前，一方面是通過自然或添加微生物堆腐生產(chǎn)有機(jī)肥。但因有機(jī)肥的肥效低、體積大，運(yùn)輸成本高，作為糧食作物肥料的市場不大，這是我國目前有機(jī)肥銷路普遍較差的主要原因之一。有機(jī)肥銷路不暢，進(jìn)一步影響利用養(yǎng)殖廢棄物生產(chǎn)有機(jī)肥的推廣。另一方面是通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。但由于投入等各種原因，真正利用厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣還不普遍。因此，通過畜禽養(yǎng)殖廢棄物污染防治與資源化循環(huán)利用技術(shù)模式使種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)有機(jī)地結(jié)合起來，并且在這個結(jié)合過程中，可創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益，促進(jìn)綠色、有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

［1］劉東生.農(nóng)業(yè)廢棄物資源化處理技術(shù)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)出版社，2006.

［2］張克強(qiáng).畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物處理與處置[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［3］望凱軍.畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)與政策[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［4］張穎.農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［5］ Gross R，Leach M，Bauen A.Progress in renewable energy[J].Environment International，2003，29（1）:105-122.

［6］國家環(huán)境保護(hù)部自然生態(tài)保護(hù)司.全國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)污染情況調(diào)查及防治對策[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

［7］黃炎坤.應(yīng)用酶制劑減輕畜禽糞便對環(huán)境的污染[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，2000，17（2）:39-41.

［8］ Yusuke，Kuzuhara.Biomass Nippon Strategy-Why“Biomass Nippon”now[J].Biomass and Bioenergy，2005，29:331-335.

［9］馬強(qiáng)，白獻(xiàn)曉，魏鳳仙，等.畜禽糞便無害化處理技術(shù)探討[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（1）:109-111.

［10］梁改梅，龐金梅，郭君，等.酶解條件對幾種植物性飼料降解效果的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34（2）:62-65.

［11］龐金梅，梁海玉，楊慧玲，等.“增奶威”飼喂奶牛的效果試驗(yàn)[J].中國奶牛，2002，20（3）:20-21.

［12］楊晶秋，周運(yùn)寧，陶運(yùn)平，等.微生物除臭劑在畜禽糞處理中的作用[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，33（4）:83-84.

［13］王巖，霍曉婷，楊志丹，等.畜禽糞便堆肥化過程中的生物除臭及展望[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，36（4）:374-379.

［14］潘瓊.畜禽養(yǎng)殖廢棄物的綜合利用技術(shù)[J].畜牧獸醫(yī)雜志，2007，26（2）:49-51.

［15］孫曉華，羅安程，仇丹.微生物接種對豬糞堆肥發(fā)酵過程的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2004，10（5）:557-559.

［16］楊竹青，何迅.應(yīng)用無害化菌劑處理畜禽糞便生產(chǎn)生物有機(jī)肥探討[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2008，37（6）:167-168.

［17］潘慧鋒，陳青.浙江省食用菌循環(huán)生產(chǎn)模式剖析[J].中國食用菌，2010，29（3）:60-62.

［18］王世強(qiáng)，楊敏，葉長林.食用菌廢料快速發(fā)酵轉(zhuǎn)化有機(jī)肥條件的探討[J].中國食用菌，2008，27（6）:21-23.

［19］徐芹選，鄭西來.用循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念治理畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染[J].家畜生態(tài)學(xué)報，2006，27（2）:109-112.