規(guī)模兔場污液異位發(fā)酵處理技術(shù)應(yīng)用

張霞，李健，潘孝青，邵樂，秦楓，翟頻，楊杰

摘要：近年來，中國家兔養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；?、集約化程度越來越高，糞污尤其是污液的處理已成為制約家兔養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。本研究采用異位發(fā)酵技術(shù)處理兔場污液，通過測定墊料理化特性，評價應(yīng)用效果。結(jié)果表明，發(fā)酵床在停止添加污液后再持續(xù)發(fā)酵22 d，墊料中有機(jī)質(zhì)、全氮、五氧化二磷、氧化鉀含量，砷、鉻、鉛、汞及鎘的含量均符合《畜禽糞便堆肥技術(shù)規(guī)范》（NY/T 3442-2019）對堆肥產(chǎn)物質(zhì)量的要求。異位發(fā)酵與氧化塘處理相比，污液在集污池內(nèi)存儲時間縮短為21～28 d，周轉(zhuǎn)時間（21～28 d）遠(yuǎn)低于氧化塘法所需的90 d，且集污池容積僅為氧化塘容積的1/3，大幅減少了建造成本。發(fā)酵后的墊料便于堆放和進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，且在應(yīng)用中受作物種植季節(jié)與地域環(huán)境影響少，克服了規(guī)模養(yǎng)殖場需配備土地的限制。

關(guān)鍵詞：規(guī)模兔場;污液;異位發(fā)酵

中圖分類號：X713文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-4440（2021）06-1471-05

Application of ectopic fermentation technology for sewage treatment large-scale rabbit farm

ZHANG Xia，LI Jian，PAN Xiao-qing，SHAO Le，QIN Feng，ZHAI Pin 1，2，YANG Jie

（Institute of Animal Science， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop and Livestock Integrated Farming， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Nanjing 210014， China）

Abstract：In recent years， the scale and intensive degree of rabbit industry in China is getting higher and higher. The treatment of sewage has become an important factor restricting the sustainable development of rabbit industry. In this study， ectopic fermentation technology was used to treat sewage of rabbit farm. The physical and chemical properties of fermented bedding materials were measured， and the application effect of ectopic fermentation technology was evaluated. The results showed that the contents of organic matter， total nitrogen， P2O5， K2O， As， Cr， Pb， Hg and Cd in bedding materials， on 22 days after the last addition of sewage， met the quality requirements of compost products in NY/T 3442-2019. Compared with the treatment in the oxidation pond， the storage time of sewage collection pool in an ectopic fermentation system was shortened to 21-28 d， and the storage time of oxidation pond treatment was 90 days. The volume of sewage collection pool in an ectopic fermentation system was 1/3 of that in the oxidation pond system， so the construction cost was greatly reduced. The ectopic fermented bedding material is convenient for stacking and long-distance transport， and is less affected by crop planting season and regional environment in application. The ectopic fermentation system overcomes the limitation that large-scale farms need to be equipped with large area land.

Key words：large-scale rabbit farm;sewage;ectopic fermentation

近年來，中國家兔養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模化、集約化程度越來越高，顯著提高了養(yǎng)殖效益，有效促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展[1]。但家兔養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞污越來越集中，成為影響當(dāng)?shù)丨h(huán)境的重要污染源，對周邊居民的日常生活環(huán)境及身體健康帶來一定的危害和威脅[2]。規(guī)模兔場每只成年家兔每天產(chǎn)新鮮兔糞的質(zhì)量約為100～150 g，每天的排尿質(zhì)量約是排糞質(zhì)量的2倍，約200～300 ml[3]。中國家兔2020年出欄約3.19×108只，糞污綜合處理已逐漸成為制約家兔產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)境因素[1]。

目前，國內(nèi)規(guī)模兔場的兔糞主要通過堆肥發(fā)酵的方式處理，生產(chǎn)有機(jī)肥，技術(shù)較為成熟，已在大多數(shù)養(yǎng)兔場應(yīng)用[1-2]。針對兔場污液，大多數(shù)養(yǎng)殖場采用氧化塘處理方式，但修建氧化塘前期成本投入較高，占地面積大，而且周邊需要配套大面積的生產(chǎn)用地用以消納處理后的廢水[4-5]。異位發(fā)酵床是一種新的養(yǎng)殖業(yè)糞污處理模式，尤其是污水處理。將污液導(dǎo)入到異位發(fā)酵床，經(jīng)過墊料高溫發(fā)酵，將養(yǎng)殖場污水中的各種有機(jī)物進(jìn)行降解后消化成CO2和水，通過蒸發(fā)進(jìn)入大氣，從而將液體轉(zhuǎn)換成固體達(dá)到養(yǎng)殖場糞便污水零排放，該技術(shù)可以從源頭上控制規(guī)模養(yǎng)殖場造成的糞污污染[6-7]，是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2017年推薦的一種養(yǎng)殖糞污處理模式[8]。異位發(fā)酵床畜禽養(yǎng)殖糞污處理技術(shù)推廣以來，在不同的畜禽如蛋雞[9]、蛋鴨[10]、豬[6，11-16]、牛[7，17-19]等動物上均有應(yīng)用，尤其在中國南方水網(wǎng)地區(qū)應(yīng)用較多[20]。本研究采用異位發(fā)酵技術(shù)處理兔場污液，通過測定墊料理化特性，對應(yīng)用效果進(jìn)行評價，意在找到適合家兔養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)型污液處理方式，為解決兔場環(huán)境問題提供技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗基地與試驗材料

試驗基地位于江蘇省南京市六合區(qū)竹鎮(zhèn)鎮(zhèn)江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)基地實驗兔場（118.625 112°，32.488 821°），竹鎮(zhèn)鎮(zhèn)年平均降水量941.6 mm，平均氣溫15.6 ℃，最高氣溫36.0 ℃，最低氣溫零下8.2 ℃。試驗兔場為存欄1 000只能繁母兔規(guī)模兔場。

1.2異位發(fā)酵處理系統(tǒng)

異位發(fā)酵處理系統(tǒng)包括集污池、發(fā)酵床、發(fā)酵舍及翻拋設(shè)施等;墊料原料采用周邊含碳源成分較高的農(nóng)副產(chǎn)品，主要為菌糠、稻殼;污液為經(jīng)過雨污分流之后的污水，包含家兔養(yǎng)殖產(chǎn)生的尿液、飲水過程中產(chǎn)生的漏液及生產(chǎn)中少量的沖洗水等，經(jīng)由污水管道收集到集污池內(nèi)。異位發(fā)酵床墊料原料及污液基本性狀見表1。

1.3異位發(fā)酵床運(yùn)行過程

將墊料（菌糠、稻殼、玉米芯等）鋪置于異位發(fā)酵床內(nèi)，翻拋機(jī)運(yùn)行的同時噴灑稀釋后的微生物菌種，預(yù)發(fā)酵3 d。通過流量表精確控制每次污液添加量為墊料總質(zhì)量的2%～5%（體積質(zhì)量比），污液添加頻率為每7 d 2～3次，翻拋機(jī)運(yùn)行頻率為每7 d 4～5次，以確保墊料發(fā)酵溫度在50 ℃以上，水分含量在60%～65%，防止在運(yùn)行過程中死床（發(fā)酵床失去發(fā)酵能力或發(fā)酵能力不夠）現(xiàn)象發(fā)生。發(fā)酵床運(yùn)行120 d后，停止添加污液，保持定期翻拋，并在停止添加污液后的第7 d、第10 d、第13 d、第16 d、第19 d、第22 d采樣，樣品分為鮮樣與自然風(fēng)干樣，用于測定水分含量、有機(jī)質(zhì)含量、氮含量、磷含量、鉀含量、pH值及發(fā)芽率等指標(biāo)。

1.4測定方法

1.4.1基本理化性質(zhì)的測定墊料含水量按照GB/T 8576-2010的規(guī)定測定;墊料有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測定;全氮和全磷含量的測定：首先采用濃H2SO4與H2O2加熱消煮樣品，然后全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定，全磷含量采用鉬黃比色法測定;銨態(tài)氮含量測定：采用2 mol/L的KCl溶液浸提新鮮樣品，設(shè)定固液比為1∶10（質(zhì)量比），用流動分析儀測定銨態(tài)氮含量;pH值與電導(dǎo)率（EC）的測定：采用去離子水浸提新鮮的墊料樣品，墊料與水的固液比為1∶10（質(zhì)量比），在搖床上180 r/min振蕩30 min，靜置30 min。采用Mettler Toledo FiveEasy Plus型pH計測定pH，采用EC215 Conductivity Meter電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率;發(fā)芽指數(shù)（GI）測定：收集固液比為1∶10（質(zhì)量比）的浸提液過濾后的濾液，按照NY/T 3442-2019的規(guī)定進(jìn)行發(fā)芽測定，選20粒大小一致的黃瓜種子放入墊有濾紙的9 cm培養(yǎng)皿內(nèi)，然后加入5 ml浸提液，在25 ℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h后，統(tǒng)計發(fā)芽率和測量發(fā)芽種子的根長，同時用去離子水做空白對照培養(yǎng)種子，測發(fā)芽率和根長。GI=（浸提液培養(yǎng)種子的發(fā)芽率×浸提液培養(yǎng)種子的根長）/（去離子水培養(yǎng)種子的發(fā)芽率×去離子水培養(yǎng)種子的根長）×100%。

1.4.2重金屬含量的測定重金屬元素（Cr、As、Cd、Pb、Hg）及鉀元素等，使用硝酸∶高氯酸=4∶1（體積比）的混合液，在130～200 ℃條件下消煮，定容取上清液待測。采用江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中心實驗室的ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定。

2結(jié)果與分析

2.1異位發(fā)酵床發(fā)酵后墊料的理化性質(zhì)

發(fā)酵床在停止添加污液后的7～22 d內(nèi)繼續(xù)維持發(fā)酵，墊料含水量持續(xù)降低;墊料全氮含量呈下降趨勢;墊料五氧化二磷與氧化鉀含量則呈上升趨勢;墊料的發(fā)芽指數(shù)呈增加趨勢，由第7 d的73.79%增加到第22 d的93.80%;墊料內(nèi)糞大腸菌群的數(shù)量表現(xiàn)為下降趨勢（表2）。

2.2異位發(fā)酵床發(fā)酵后墊料重金屬含量

由表3可知，墊料砷、鉻、鉛、汞及鎘的含量分別為0.29 mg/kg、30.69 mg/kg、1.24 mg/kg、0.036 6 mg/kg與0.039 6 mg/kg，均遠(yuǎn)小于《畜禽糞便堆肥技術(shù)規(guī)范（NY/T 3442-2019）》對堆肥產(chǎn)物質(zhì)量的要求。

2.3規(guī)模兔場污液異位發(fā)酵床污液處理運(yùn)行情況

異位發(fā)酵系統(tǒng)處理1次污液運(yùn)行時間為120 d左右;運(yùn)行期間分2次添加墊料原料，第1次添加30 t含水量50%左右的菌糠、5 t含水量20%左右的稻殼，30 d后第2次補(bǔ)充添加15 t含水量50%左右的菌糠，2次共添加墊料原料50 t，墊料體積共100 m3，運(yùn)行期間消納污液量138 m3，發(fā)酵之后的墊料共53 t（含水量約為58%）。

2.4規(guī)模兔場污液異位發(fā)酵床污液處理對不同元素的截流情況

墊料體積為100 m3的異位發(fā)酵床可以消納138 m3污液，這些污液化學(xué)需氧量3 797.76 kg、氮77.67 kg、磷25.46 kg、鉀86.94 kg、汞0.19 g、砷4.13 g、鉻7.31 g、鉛3.05 g、鎘0.11 g，處理后可避免其進(jìn)入土壤環(huán)境。

2.5規(guī)模兔場污液處理模式比較

對于存欄1 000只能繁母兔的規(guī)模兔場，污液采用異位發(fā)酵系統(tǒng)與氧化塘處理相比，污液在集污池內(nèi)存儲時間縮短為21～28 d，周轉(zhuǎn)時間（21～28 d）遠(yuǎn)低于氧化塘法處理所需時間90 d;同時集污池容積僅為氧化塘容積的1/3，建造成本降低了2/3，即前期資金投入大大降低。異位發(fā)酵后的墊料便于堆放存儲和進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，且在應(yīng)用中受作物種植季節(jié)與地域環(huán)境的限制少，克服了規(guī)模養(yǎng)殖場需要配備大量土地用以消納污水的限制。而氧化塘處理后的污液需要專用車運(yùn)輸至周邊配套農(nóng)田，需要專用管道使污水流入農(nóng)田，不適宜遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，污液的利用需要配合農(nóng)田作物需肥規(guī)律，受季節(jié)影響較大。

3討論

3.1異位發(fā)酵床發(fā)酵后墊料特性

按《畜禽糞便堆肥技術(shù)規(guī)范（NY/T 3442-2019）》的規(guī)定，異位發(fā)酵床技術(shù)屬于連續(xù)動態(tài)槽式堆肥技術(shù)，異位發(fā)酵床發(fā)酵屬于一次發(fā)酵?！缎笄菁S便堆肥技術(shù)規(guī)范（NY/T 3442-2019）》對于堆肥產(chǎn)物的質(zhì)量要求為有機(jī)質(zhì)含量（按干基計）≥30%、水分含量≤45%、種子發(fā)芽指數(shù)≥70%、糞大腸菌群數(shù)量≤100（個，1 g）。本研究中異位發(fā)酵床墊料在最后一次加污液后的第7 d有機(jī)質(zhì)含量60.47 %、種子發(fā)芽指數(shù)73.79 %、糞大腸菌群的數(shù)量為4.1（個，1 g），均符合畜禽糞便堆肥技術(shù)規(guī)范對堆肥產(chǎn)物的質(zhì)量要求。墊料的養(yǎng)分（全氮+五氧化二磷+氧化鉀）含量均明顯高于有機(jī)肥料（NY 525-2021）的規(guī)定（≥5%）。最后一次添加污液后第22 d的墊料樣品重金屬砷、鉻、鉛、汞及鎘的含量均遠(yuǎn)小于國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《畜禽糞便堆肥技術(shù)規(guī)范（NY/T 3442-2019）》對堆肥產(chǎn)物的質(zhì)量要求。由于發(fā)酵后墊料的水分含量高于堆肥產(chǎn)物的規(guī)定，發(fā)酵后的墊料可以作為生產(chǎn)有機(jī)肥的原料再進(jìn)行二次發(fā)酵以生產(chǎn)有機(jī)肥或栽培基質(zhì)。

3.2適度規(guī)模養(yǎng)殖場污液處理方式

2018年開始在中國傳播的非洲豬瘟，對養(yǎng)豬業(yè)造成的沖擊極大[21]。規(guī)模化集約化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖必將成為中國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖的一種發(fā)展趨勢，養(yǎng)殖廢水的處理與排放問題愈發(fā)重要[21]。研究結(jié)果表明，養(yǎng)殖污水一旦處理不當(dāng)，就能夠?qū)Ξ?dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生很大的破壞，嚴(yán)重時還可能破壞地表水及地下水環(huán)境[22]。對于大型養(yǎng)殖場來說，其廢水處理系統(tǒng)更多地是多項技術(shù)的組合應(yīng)用[23-26]。大型養(yǎng)殖場處理廢水常用的方法是厭氧沼氣發(fā)酵[27]。由于大型的發(fā)酵罐前期投資較大，近幾年養(yǎng)殖場已改用成本相對較低的黑膜沼氣發(fā)酵，研究結(jié)果表明，黑膜沼氣前期投資成本為發(fā)酵罐的十分之一[25，28-30]。但是經(jīng)過厭氧沼氣發(fā)酵處理之后還會有大量的沼液、沼渣需要處理，不僅需要建設(shè)相配套的沉淀池、生化池，增加了前期的資金投入，還需要配套大量的土地以消納沼液[25，31]。適度規(guī)模養(yǎng)殖場常使用氧化塘處理養(yǎng)殖廢水，氧化塘更適用于缺水干燥地區(qū)的養(yǎng)殖場處理污水[32]，對于中國長江中下游等降水較多的地區(qū)，養(yǎng)殖場更多地采用黑膜沼氣處理廢水，即HDPE防滲膜把氧化塘底部做防滲和頂膜密封處理，既能阻擋臭味氣體的釋放，又能防止雨水進(jìn)入氧化塘內(nèi)，同時還能對產(chǎn)生的甲烷進(jìn)行收集儲存，但仍然需要配套大量的土地以消納處理后的污液[5]。本研究采用異位發(fā)酵床的方式處理養(yǎng)殖場的廢水，在異位發(fā)酵過程中，污液通過墊料吸附及微生物降解作用，喪失大量水分，部分營養(yǎng)物富集在墊料中，最終使液體變?yōu)楣腆w達(dá)到零排放。本研究針對存欄1 000只能繁母兔的規(guī)模兔場，采用異位發(fā)酵系統(tǒng)處理污液。與氧化塘處理相比，異位發(fā)酵后的墊料便于堆放存儲和進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，且在應(yīng)用中受作物種植季節(jié)與地域環(huán)境影響少，克服了規(guī)模養(yǎng)殖場需要配備大量土地的限制。異位發(fā)酵床污液在集污池內(nèi)貯留時間僅約為原來的1/3（21～28 d），意味著集污池的容積為氧化塘容積的1/3，其建造成本大大降低。在畜禽規(guī)模養(yǎng)殖中，依據(jù)養(yǎng)殖場污液產(chǎn)生量，建立容積匹配的集污池和異位發(fā)酵床，采用異位發(fā)酵技術(shù)，不僅在低成本條件下解決了養(yǎng)殖場污液治理難題，而且為構(gòu)建種養(yǎng)結(jié)合模式提供了新途徑和技術(shù)支撐。

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（責(zé)任編輯：陳海霞）

收稿日期：2021-06-30

基金項目：國家兔產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系-南京綜合試驗站項目（CAR-43-G-2）;江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新基金項目[CX（18）2001]

作者簡介：張霞（1976-），女，河南新鄉(xiāng)人，博士，副研究員，主要從事畜禽糞便綜合利用研究。 （E-mail）583765990@qq.com

通訊作者：楊杰，（E-mail）598320394@qq.com