異位發(fā)酵床豬糞尿處理技術(shù)綜述

顧洪如　楊杰　潘孝　張霞

摘要：畜禽規(guī)模養(yǎng)殖中糞尿產(chǎn)生的環(huán)境污染問題嚴(yán)重。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，農(nóng)業(yè)面源COD和總氮排放量分別占全國排放量的437%和572%，生豬養(yǎng)殖污染占畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染的80%～90%。大量未經(jīng)處理的生豬糞尿所造成的環(huán)境污染已威脅到農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。本文介紹了一種新型養(yǎng)豬糞尿處理設(shè)施技術(shù)——異位發(fā)酵床的原理、處理工藝、結(jié)構(gòu)、運行管理、存在問題及建議，以期能夠為畜禽糞便污染治理提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：異位發(fā)酵床；豬；糞尿；處理技術(shù)

中圖分類號： X713文獻標(biāo)志碼： A[HK]

文章編號：1002-1302（2017）21-0006-04[HS）][HT9SS]

收稿日期：2017-08-17

基金項目：江蘇省農(nóng)業(yè)三新工程項目（編號：SXGC[2016]331）；農(nóng)業(yè)部種養(yǎng)結(jié)合重點實驗室項目（編號：32103020）。

作者簡介：顧洪如（1963—），男，江蘇鹽城人，研究員，主要從事畜禽生態(tài)健康養(yǎng)殖研究。Tel：（025）84391223；E-mail：guhongrujs@163com。

利用發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)控制和降低糞尿?qū)Νh(huán)境的污染近年來得到了較為廣泛的研究和應(yīng)用。利用如谷殼、木屑、秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物作墊料，添加微生物菌劑，對豬糞尿進行原位發(fā)酵降解，并形成有機肥的發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)，是一種將畜禽飼養(yǎng)及糞尿處理統(tǒng)一在養(yǎng)殖舍內(nèi)完成的環(huán)保型飼養(yǎng)方式，免去沖洗豬舍產(chǎn)生的大量污水，達到無臭味、無排放、豬糞尿資源化利用的目的。但該技術(shù)在實際生產(chǎn)應(yīng)用中遇到一些問題，如發(fā)酵床制作對墊料原料的需求量非常大，導(dǎo)致原料成本較高；傳統(tǒng)豬舍改造成本高及養(yǎng)殖業(yè)者對技術(shù)接受度低等。而豬糞處理池與發(fā)酵床結(jié)合形成異位發(fā)酵床是一種新型養(yǎng)豬糞尿處理設(shè)施技術(shù)，適合于傳統(tǒng)豬舍的糞尿處理[1-3]。

養(yǎng)豬生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量糞尿如缺少治理設(shè)施，則污染環(huán)境，但通過恰當(dāng)技術(shù)手段加以利用，則可實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益三贏。異位發(fā)酵床是一種新的豬糞尿排泄物處理模式，該技術(shù)從源頭上能夠控制傳統(tǒng)規(guī)模化豬場造成的糞尿處理，是農(nóng)業(yè)部推薦的養(yǎng)殖糞污處理模式[4]。董立婷等通過對微生物異位發(fā)酵床豬熟化墊料的養(yǎng)分含量、主要重金屬含量、種子發(fā)芽率指數(shù)、蛔蟲卵死亡率、糞腸大腸桿菌進行試驗分析得出：發(fā)酵處理過后的墊料營養(yǎng)物質(zhì)豐富，總養(yǎng)分含量、重金屬含量均符合農(nóng)業(yè)部有機肥料標(biāo)準(zhǔn)（NY525—2012）[5]。該項試驗研究結(jié)果與Guo等通過研究嗜高溫的菌種異位發(fā)酵牛糞污墊料含有高含量的營養(yǎng)物質(zhì)，可作為農(nóng)作物生物有機肥的結(jié)論[6]類似。因此，異位發(fā)酵床在處理家畜糞尿并將其轉(zhuǎn)化為有機肥過程中起重要作用[7-9]。

異位發(fā)酵床技術(shù)具有以下3方面的特點：（1）系統(tǒng)解決豬糞尿污染問題。利用干清糞，將豬舍內(nèi)生豬糞通過人工收集后集中處理并進行有機肥生產(chǎn)，剩余部分豬糞尿通過管道進入污水池后，再抽排至場外發(fā)酵池，利用專用微生物迅速有效地降解、消化污水中的有機化合物，最終分解為CO2和水，通過蒸發(fā)排入大氣，從而達到養(yǎng)豬零排放的目的。（2）技術(shù)易為業(yè)者接受。異位發(fā)酵床技術(shù)不改變豬的飼養(yǎng)技術(shù)，不要對豬舍結(jié)構(gòu)作較大的改變。主要在減少污水方面完善設(shè)施結(jié)構(gòu)。（3）資源循環(huán)高效利用。墊料一般可連續(xù)使用1～2年，熟化后的墊料是優(yōu)質(zhì)有機肥，對土壤改造有良好的作用，加工后可獲得額外收益；從社會效益來看，豬糞尿經(jīng)發(fā)酵床墊料發(fā)酵后能提高肥效，還田后還能增加土壤的有機質(zhì)，減少了化肥的使用，提升了農(nóng)作物的安全，養(yǎng)殖場周邊環(huán)境得到凈化，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)走向綠色、可持續(xù)發(fā)展之路。

1異位發(fā)酵床處理糞尿的原理

異位發(fā)酵床是為適應(yīng)傳統(tǒng)養(yǎng)豬糞尿治理需要而建立的，異位發(fā)酵床是相對于原位發(fā)酵床而言的。在處理豬糞尿方面，異位發(fā)酵床與原位發(fā)酵床及堆肥的原理相似，只是異位發(fā)酵床不作為豬舍養(yǎng)豬，而作為集中處理豬糞尿的固體發(fā)酵池。異位發(fā)酵床由發(fā)酵槽、墊料、發(fā)酵微生物接種劑、翻堆裝備、糞污管道、防雨棚等組成。異位發(fā)酵床利用谷殼、木屑、菌糠等作原料，加入微生物發(fā)酵劑，混合攪拌，鋪平在發(fā)酵池內(nèi)，將豬糞尿直接導(dǎo)入到發(fā)酵床上，利用自動翻堆機翻堆，使糞污和墊料充分?jǐn)嚢杌旌?，調(diào)整墊料濕度在40%～60%，通過攪拌增加墊料通氣量，有利于發(fā)酵微生物充分發(fā)酵，分解糞污等有機物質(zhì)，同時，產(chǎn)生較高的溫度（50～60 ℃）將水分蒸發(fā)，多次導(dǎo)入糞尿循環(huán)發(fā)酵，最終轉(zhuǎn)化產(chǎn)生有機肥。異位發(fā)酵床的建設(shè)和管理決定了污染治理效率和效益[13-16]。

異位發(fā)酵床功能的發(fā)揮主要依賴于微生物的作用，而微生物的群落結(jié)構(gòu)變化可以反映出發(fā)酵床的運行情況。發(fā)酵過程中填料的營養(yǎng)成分、pH值、溫度等的變化都會影響微生物群落的變化[2]。發(fā)酵床發(fā)酵初期微生物數(shù)量較低，隨著發(fā)酵床內(nèi)不斷添加養(yǎng)殖廢棄物，填料中可直接利用的養(yǎng)分增多，微生物迅速繁殖，此時細(xì)菌、真菌數(shù)量快速增加，同時，大量微生物分解糞尿及填料中的有機物釋放的熱量導(dǎo)致床體溫度迅速升高。初期床體中的大量微生物分解能力較強，床體持續(xù)高溫使得水分蒸發(fā)較快，填入的豬糞和廢水被微生物快速分解和消耗。15～20 d以后，床體內(nèi)含水量持續(xù)下降，并且pH值持續(xù)升高且處于堿性的環(huán)境中，此時不利于微生物的生長繁殖，這個階段細(xì)菌和真菌的數(shù)量均下降[10]。此時通過添加糞尿的方式進行填料，隨著填料過程完成，床體內(nèi)含水量和養(yǎng)分含量逐漸上升，細(xì)菌和真菌數(shù)量升高。進入發(fā)酵后期，床體主要營養(yǎng)成分含量逐漸降低，可直接被微生物利用的養(yǎng)分迅速減少，微生物的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，此時則需要通過翻堆、添加新鮮墊料及補充菌劑的方式調(diào)整微生物群落結(jié)構(gòu)，使床體恢復(fù)分解能力，提高糞尿降解的效率，降低“死床”風(fēng)險[11-12]。

異位發(fā)酵床的技術(shù)包括：（1）微生物發(fā)酵：利用糞尿提供微生物以營養(yǎng)，促進微生物生長，在墊料中加入能促進糞尿分解和墊料發(fā)酵的有益菌，使有益菌成為優(yōu)勢菌群，形成阻擋有害菌的天然屏障，消除臭味，分解糞污，從而達到處理糞污的效果。（2）空氣對流蒸發(fā)水分：因地制宜建設(shè)異位發(fā)酵床，充分利用不同季節(jié)空氣流向，輔助以卷簾機等可調(diào)節(jié)通風(fēng)的設(shè)施，用于控制發(fā)酵床空氣的流向和流速，將異位發(fā)酵床蒸發(fā)出來的水分排出[17]。endprint

2異位發(fā)酵床場址選擇與處理工藝

21異位發(fā)酵床場址選擇

異位發(fā)酵建筑施工主要含有異位發(fā)酵舍（噴淋池、發(fā)酵槽、移位軌道）、集污池、頂棚等的構(gòu)建。異位發(fā)酵利用耐高溫微生物對豬糞進行好氧發(fā)酵降解，故在構(gòu)建建筑物上需要將通氣量、陽光入射角納入設(shè)計范疇內(nèi)。由于異位發(fā)酵均為半自動設(shè)備參與整個作業(yè)流程，設(shè)備主要包含糞污切割泵、糞污攪拌機、糞污自動噴淋機、槽式墊料翻堆機及移位機等。故對場址及設(shè)備提出以下建議：（1）異位發(fā)酵舍應(yīng)選擇地勢平坦、空氣易對流、具備良好的水電供應(yīng)并且符合村鎮(zhèn)建設(shè)及畜牧環(huán)保業(yè)發(fā)展規(guī)劃的場地；（2）糞污切割泵、攪拌機能正常運轉(zhuǎn)作業(yè)，噴淋機能夠?qū)崿F(xiàn)糞污均勻噴灑至發(fā)酵槽中并實現(xiàn)自動化，翻堆機能將發(fā)酵槽中墊料有氧均勻翻堆；（3）異位發(fā)酵過程選用的菌種為嗜熱型微生物菌種，劉波等研究發(fā)現(xiàn)，嗜熱微生物生長溫度最低為45 ℃，最適溫度為55～65 ℃，最高耐熱80 ℃[8]。

22異位發(fā)酵床糞尿處理工藝

由圖1可見，豬舍內(nèi)產(chǎn)生的糞污通過尿泡糞，經(jīng)過排糞溝進入集糞池，在集糞池內(nèi)通過切割攪拌機攪拌防止沉淀，糞污切割泵打漿并抽送到噴淋池，噴淋機將糞污漿噴灑在異位發(fā)酵床上，添加微生物發(fā)酵劑，行走式翻堆機翻堆，將墊料與糞污混合發(fā)酵，分解豬糞，消除臭味。噴淋機往返式噴淋糞污，翻堆機往返式翻耕混合墊料，如此往復(fù)循環(huán)，完成糞污的處理，最終墊料作有機肥利用。

3異位發(fā)酵床結(jié)構(gòu)

31異位發(fā)酵床結(jié)構(gòu)

典型的異位發(fā)酵床由發(fā)酵池、翻堆機、噴淋泵等構(gòu)成。發(fā)酵池寬度為4～6 m，深度為15 m，長度為40 m（可根據(jù)需處理[CM（25]糞尿量而定），一般由4個發(fā)酵池組成，以提高處理效率，

降低處理設(shè)施成本。異位發(fā)酵床中央設(shè)噴淋池，寬度為1 m，深度和長度與發(fā)酵池相同（圖2）。另為防雨水等進入發(fā)酵床，需要建設(shè)防雨鋼構(gòu)房或增溫大棚。

發(fā)酵池上配有依軌道行走的翻堆機。翻堆機可升降的高度為10～15 m，行走速度為4 mmin，10 min完成40 m往返行程，發(fā)酵床的兩頭有變池軌道裝備，可以橫向運動，翻堆機通過變池軌道從一個池變軌到另一個池，繼續(xù)作業(yè)。配合翻堆機的作業(yè)，在噴淋池上方配有依軌道運行的糞污漿噴淋機，進漿管口潛入噴淋池，出漿噴頭安裝在橫跨發(fā)酵池的水管上，每個噴頭對準(zhǔn)1個發(fā)酵池，噴淋機邊行走邊把噴淋池中的糞污噴淋在發(fā)酵床墊料上，噴淋機與翻堆機共享同一套行走軌道，噴淋機行走速度為4 mmin，1次作業(yè)完成1個來回的糞污漿噴淋后，噴淋機返回發(fā)酵床一端的噴淋機架上，而后翻堆機開始作業(yè)，如此往復(fù)循環(huán)，完成糞污的噴淋、翻堆混合作業(yè)。

32異位發(fā)酵床翻堆機選擇及操作規(guī)范

市售翻堆機種類很多，但多為非標(biāo)產(chǎn)品。選用翻堆機時要注意以下幾點：（1）適用于畜禽糞便及其他有機廢棄物的發(fā)酵翻堆，并盡可能與塑料大棚等增溫發(fā)酵室等配套使用，提高發(fā)酵溫度。（2）翻堆機要配有刀犁液壓升降系統(tǒng)，以適應(yīng)不同高度的物料翻堆。（3）翻堆機刀犁應(yīng)選用彎式刀片，以利于墊料翻堆均勻充分膨松通氣。（4）其他如條件允許，應(yīng)選用自動控制功能好的配置，如配有軟啟動器，限位行程開關(guān)等，保證安全作業(yè)。如福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院和福建省農(nóng)業(yè)公司生產(chǎn)的FJNK型翻堆機，適合于3～6 m寬的發(fā)酵槽使用，翻堆能力1 080～2 160 m3h。

適當(dāng)增加通風(fēng)量，才能夠更有效地持續(xù)好氧堆肥的高溫階段，多認(rèn)為墊料中氧含量保持在5%～15%之間比較適宜，當(dāng)氧氣含量低于5%會導(dǎo)致厭氧發(fā)酵，而氧氣含量高于15%時則會使堆體墊料溫度降低，降低異位發(fā)酵微好氧發(fā)酵菌種的活性[18]。在異位發(fā)酵實際應(yīng)用操作中，當(dāng)發(fā)酵床墊料平均溫度高于55 ℃時，若情況許可，每天可以增加翻堆次數(shù)，不必等到24 h后；在由于若干狀況導(dǎo)致發(fā)酵床低于55 ℃時，則需要在規(guī)定的時間內(nèi)繼續(xù)翻堆。翻堆能進一步增加發(fā)酵槽中墊料與糞污均勻度，并且能夠增加墊料與氧氣的接觸量，給微生物菌種提供良好的有氧環(huán)境。

4異位發(fā)酵床的運行管理

41異位發(fā)酵床墊料配方

異位發(fā)酵墊料應(yīng)選用通透性、吸水性較好的載體，各地可因地制宜選擇來源廣泛的墊料資源，如谷殼、木屑、菌糠、秸稈粉等，可單一或混合使用。如采用木屑、谷殼各12，或木屑、谷殼和菌糠各13比例等，其他填充料可選用不易降解或降解后不會產(chǎn)生二次污染的填充物。發(fā)酵墊料應(yīng)該被攪拌均勻，混合鋪平，構(gòu)成發(fā)酵床墊料主體，輔料的添加主要用以調(diào)節(jié)墊料水分、CN、CP、pH值、通透性、高度等。墊料高度通常由設(shè)計的墻體、翻堆機決定。加入微生物發(fā)酵劑，填入發(fā)酵池鋪平。異位發(fā)酵床添加墊料可連續(xù)使用，連續(xù)產(chǎn)出有機肥[19-20]。

42異位發(fā)酵床面積與糞尿處理能力

1 t墊料約3 m3，每個月可以吸納處理糞污30 t。第一次可以吸納糞污量為墊料干物質(zhì)量的10%。每天翻堆2～3次，1 t墊料吸收污料中可蒸發(fā)水分10%。按母豬平均糞污產(chǎn)生量10 kg（頭·d）計，每頭母豬每個月的糞污量300 kg，即1 t墊料每個月可以吸納處理3頭母豬產(chǎn)生的糞污；育肥豬排泄量為6 kg（頭·d），為母豬排泄量的60%。

異位發(fā)酵床設(shè)施總面積估算方程：

[JZ]y=（078x-9183）45。

式中：y為面積（m2），x為豬頭數(shù)。

43異位發(fā)酵床菌劑選擇

目前，異位發(fā)酵床菌劑主要由具有較高蛋白酶活性以及代謝生豬養(yǎng)殖排泄的臭味物質(zhì)的枯草芽孢桿菌、放線菌和光合細(xì)菌及霉菌混合制成的復(fù)合菌制劑，此類制劑可以有效轉(zhuǎn)化養(yǎng)殖廢物中的臭味物質(zhì)[21-22]，并將不易消化的成分降解為易于吸收的小分子，此外還能產(chǎn)生菌體蛋白[13]和抗病毒、抗菌物質(zhì)[23-24]。畜禽糞便中含有一定量的蛋白質(zhì)、脂肪、無機鹽和大量未被消化的纖維素等大量有機物，而養(yǎng)殖場中臭味物質(zhì)主要由這些有機物發(fā)酵分解產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)（包括胺類物質(zhì)），還有糞便中的臭味化合物甲酚、糞臭素和吲哚等[25]，因此在選擇菌種時應(yīng)挑選耐高溫、微好氧菌種，且自我繁殖力強、退化慢、纖維素酶含量低的多菌種復(fù)配產(chǎn)品，才能更好地實現(xiàn)異位發(fā)酵床優(yōu)良的功能，提高消納轉(zhuǎn)化糞污的能力[26-31]。初次添加使用建議參照菌種說明書，添加使用量為 50～1 000 gm3。一些堆肥發(fā)酵菌劑也可以選擇使用。endprint

5異位發(fā)酵床技術(shù)在應(yīng)用中存在的問題及建議

異位發(fā)酵床是獨立于豬舍而建造的豬糞污處理設(shè)施，適用于面積大小不同的傳統(tǒng)豬舍，豬群不與墊料直接接觸，在豬場的外圍建立異位發(fā)酵床，將各個豬舍的糞污通過管道，送到異位發(fā)酵床，統(tǒng)一發(fā)酵處理。墊料選擇范圍大，發(fā)酵處理周期靈活，如需要生產(chǎn)有機肥，發(fā)酵時間可以控制在45 d左右，將有機肥取出后，補充墊料，繼續(xù)運行[16]。如果不急需有機肥，墊料可使用1年以上。由于該技術(shù)處于示范應(yīng)用階段，一些問題需要引起重視，以保證技術(shù)實施的效果。

51源頭污水減量化

由于異位發(fā)酵床是適應(yīng)于傳統(tǒng)豬舍，又獨立于豬舍而建造的豬糞污治理裝備，原有水沖舍方式產(chǎn)生的污水量過大，而發(fā)酵床處理糞污的容量有限。因此必須對原有豬舍進行改造，最大程度從源頭減少污水產(chǎn)生量：（1）實行完全的雨污分離，在南方多雨地區(qū)尤顯重要；（2）收集分離豬飲水灑落水。豬飲水過程中可產(chǎn)生比飲水需要量多3～4倍的灑落水，是污水增量的重要來源之一。（3）糞污收集管路和收集池防滲化。老舊豬舍糞污收集管路和收集池多簡易、開放，防滲效果差。一方面長時間糞污滲漏，會影響豬場周邊土壤和水環(huán)境，同時地下水位高的地區(qū)及多雨季節(jié)也會產(chǎn)生反滲，顯著增加污水產(chǎn)生量[16]。據(jù)估算，上述措施的綜合應(yīng)用，可減少污水產(chǎn)生量70%～90%。

52發(fā)酵池建設(shè)的規(guī)范科學(xué)化

發(fā)酵池是異位發(fā)酵床的重要設(shè)施，一定程度上決定了糞污處理的效率。目前發(fā)酵池以自行建設(shè)為主，缺少科學(xué)性。（1）發(fā)酵池的容積與深度。發(fā)酵池的大小要與豬場需處理的糞污產(chǎn)生量相匹配。發(fā)酵池深度單池以70～100 cm、多池式以150 cm左右為宜。（2）發(fā)酵池底固化、導(dǎo)流溝和集液池。前期建設(shè)的單池異位發(fā)酵床池底固化的少，極易引起污水向環(huán)境土壤下滲，所以必須對發(fā)酵池底固化。同時要在池底設(shè)導(dǎo)流溝，導(dǎo)出多余污水，以利于墊料發(fā)酵。池底要有微坡度，并在池前端設(shè)小集液池。（3）通氣設(shè)置。通氣設(shè)置可以增加墊料的透氣性，提高糞污處理效率。通氣設(shè)置可結(jié)合導(dǎo)流溝設(shè)置同時建設(shè)，也可單獨設(shè)置。

53異位發(fā)酵床管理

發(fā)酵床墊料管理仍然是異位發(fā)酵床管理的核心，但與原位發(fā)酵床不同的是，異位發(fā)酵床利用翻堆機進行墊料翻堆。而影響墊料發(fā)酵的糞污的添加常是影響發(fā)酵效果的重要原因，主要是缺少與墊料處理能力相適應(yīng)的糞污添加量的控制，多見過量添加的情況出現(xiàn)，造成發(fā)酵床變成濾床，喪失發(fā)酵功能[32-33]。因此科學(xué)制定異位發(fā)酵床的管理規(guī)程，使用者明白簡單化迫在眉睫。

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