畜禽糞污無害化處理和資源化利用新技術(shù)探討

張書豪 龍東海 張英 張玉良

(長春市農(nóng)業(yè)機械研究院，吉林 長春 130000)

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國畜禽養(yǎng)殖行業(yè)也在蓬勃發(fā)展，由原來的“散、亂、污”逐漸向“集、潔、凈”的方向轉(zhuǎn)變，行業(yè)發(fā)展前景也被看好。但是不得不面對的一個現(xiàn)實就是我國很多地區(qū)仍存在養(yǎng)殖規(guī)模大且分散養(yǎng)殖戶多的現(xiàn)狀，每年產(chǎn)生的畜禽糞數(shù)量驚人，處理難度較大。養(yǎng)殖戶存在重視畜禽產(chǎn)量忽視糞便處理的思想，一些養(yǎng)殖場的布局很不合理，糞便處理設(shè)備落后，處理工藝不夠先進，導(dǎo)致糞污的利用率很低，還田率不高。《農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳、生態(tài)環(huán)境部辦公廳關(guān)于促進畜禽糞污還田利用依法加強養(yǎng)殖污染治理的指導(dǎo)意見》(農(nóng)辦牧〔2019〕84號)進一步明確了畜禽糞污還田利用有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，對全面推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用提供了政策性指導(dǎo)。因此，要結(jié)合目前我國畜禽糞污無公害化處理的具體情況，加快畜禽糞污資源化利用先進工藝、技術(shù)和裝備研發(fā)，鼓勵養(yǎng)殖戶全量收集和利用畜禽糞污，提供畜禽糞污的資源化利用效率。本文結(jié)合我國畜禽糞污處理現(xiàn)狀，探討畜禽糞污無害化處理和資源化利用新技術(shù)，希望對畜禽糞污的處理帶來幫助。

1 畜禽糞污處理現(xiàn)狀分析

近期，國務(wù)院農(nóng)業(yè)農(nóng)村部啟動畜禽糞污集中處理設(shè)施運行問題專項整治行動，將在全國范圍內(nèi)排查畜禽糞污處理設(shè)施的運行情況，對于發(fā)現(xiàn)的問題進行集中整改，建立起可持續(xù)發(fā)展的長效運行機制。我國畜禽糞污的處理現(xiàn)狀不容樂觀，相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，豬場糞便污染物進入水體的流失率在3.0%～6.2%，而液體排泄物可以達到50%左右。從不同的年份進行對比，隨著養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴大，畜禽糞便的年排放量在1988年只有18.8億t，到了1998年增長到35億t，到2020年這個數(shù)字已經(jīng)漲到了42.44億t，而且數(shù)值還一直在增長中。

畜禽糞污處理不及時會造成很多污染情況，動物的糞便中含有較多的細(xì)菌、病毒、寄生蟲等，這些都是致病的病原體，傳染能力很強，會造成人、畜傳染病的蔓延。由于喂養(yǎng)的飼料中摻雜了一些人工合成飼料，糞便中的BOD、COD以及一些重金屬如果進入水體中，會造成飲用水的污染，導(dǎo)致河水等富營養(yǎng)化。糞便處理不及時，在露天環(huán)境下也會散發(fā)氨氣甚至是硫化氫，造成大氣污染并影響人的安全，而CH4和CO2等進入大氣中會產(chǎn)生溫室效應(yīng)。同時，一些沒有進行無公害化處理的糞便進行農(nóng)田的灌溉或者施肥，很容易造成土壤板結(jié)，使土壤的自修復(fù)能力變差，農(nóng)作物產(chǎn)量減少。

2 畜禽糞污無害化處理技術(shù)

2.1 自然養(yǎng)殖法

隨著畜禽養(yǎng)殖技術(shù)的不斷發(fā)展，利用自然養(yǎng)殖法能夠?qū)π笄莸募S便進行簡易化處理，同時不影響畜禽的正常發(fā)育。該種方法又稱為發(fā)酵床養(yǎng)豬法或生態(tài)養(yǎng)豬法，是在養(yǎng)豬的過程中通過發(fā)酵床的作用對糞污進行處理。該種方法是利用植物秸稈、稻殼或者鋸末作為發(fā)酵床的墊層原料，利用微生物處理污染物的特點，在發(fā)酵床墊層上均勻布控一定數(shù)量的微生物，豬糞尿等直接排泄到發(fā)酵床上，利用豬的拱撅習(xí)性，同時進行人工翻耙，豬糞就能與墊層充分混勻，在微生物的發(fā)酵作用下，氨氣、二氧化碳的排放量就會減少，異味也會降低，豬的糞便中含有的有機物也會得到充分降解和轉(zhuǎn)化，糞便能夠作為農(nóng)田的肥料使用，真正實現(xiàn)無公害處理。

發(fā)酵床養(yǎng)殖充分利用了微生物降解有機物的原理，在整個發(fā)酵床內(nèi)，禽畜糞便、墊層、殘余飼料、微生物會形成一個微生態(tài)系統(tǒng)，整個豬圈內(nèi)不再存在廢料和垃圾，整個發(fā)酵床中心的溫度可以達到60～70℃，將糞便內(nèi)產(chǎn)生的病菌和蟲卵全部殺死，達到清潔衛(wèi)生的目標(biāo)。對于其它禽畜的養(yǎng)殖也可以利用發(fā)酵床，畜禽可以不在發(fā)酵床的上方養(yǎng)殖，而是建立一個專門的發(fā)酵床糞污處理場所，將糞污和飼料等進行集中運送和處理，利用機械對墊料進行翻耙，從而處理掉糞污。但是發(fā)酵床養(yǎng)殖也存在一些缺點，如成本高、需精細(xì)化管理等，如果維護不好很容易出現(xiàn)“死床”，在養(yǎng)殖過程中需要合理化維護。

2.2 雨污分離技術(shù)

禽畜糞便是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的寶貴資源，如果不加處理直接排放到周圍環(huán)境中不僅會造成環(huán)境污染，而且也是資源的巨大浪費?！缎笄菀?guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》中明確規(guī)定，從事畜禽養(yǎng)殖活動，必須采取有效措施，以避免畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢棄物污染環(huán)境。對于一些中小型的養(yǎng)殖場來講，可以建設(shè)一套由雨污分流、干糞發(fā)酵大棚、糞污(沼液)存儲池、還田設(shè)施構(gòu)成的畜禽糞污利用系統(tǒng)，對于禽畜糞便進行集中性的處理，減少環(huán)境污染。雨污分流是養(yǎng)殖場糞污處理的第1步，建設(shè)專門的雨水和污水收集管道(溝)，將雨水和污水進行分離。將收集的雨水直接排放到江河中，而污水集中收集和處理。污水收集可以磚砌明溝或鋪設(shè)管道，磚砌明溝是明溝兩側(cè)及底部用水泥粉刷，防止污水外滲；明溝上面加蓋蓋板并將接口封堵，防止雨水和地表水流入；為了減少管道的堵塞，污水管道可以每隔一段距離設(shè)置一塊可以掀蓋的蓋板，管道堵塞時就能疏通。養(yǎng)殖場采用雨污分流系統(tǒng)，可以降低養(yǎng)殖污水的排放，禽畜糞尿通過專門的污水管道收集后進入到沼氣池，進行厭氧發(fā)酵處理，從而“變廢為寶”。目前，我國很多地區(qū)的養(yǎng)殖場已經(jīng)在雨污分離的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一套系統(tǒng)化的禽畜糞便處理工藝，如“兩分三配套”(干濕分離、雨污分流、配套沼氣池、沼液貯存池、堆糞場)、種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式(沼氣池加貯存池露天氧化加還田還土)，均取得了不小的成效。

2.3 沼氣處理技術(shù)

在禽畜糞污處理技術(shù)中，沼氣工程處理技術(shù)是一項發(fā)展較快的綜合處理工藝。其原理是通過厭氧細(xì)菌的分解作用，將有機物(碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪)通過厭氧消化而轉(zhuǎn)化為沼氣和二氧化碳。沼氣法的優(yōu)勢非常明顯，具有生物多功能性，既可以營造良好的生態(tài)環(huán)境，同時又能將禽畜糞便綜合利用，將其開發(fā)成可利用的再生能源，為養(yǎng)殖戶提供無害的肥料，降低養(yǎng)殖成本，提高經(jīng)濟效益。根據(jù)沼氣工程中厭氧發(fā)酵干物質(zhì)含量的不同，沼氣發(fā)酵又分為干法發(fā)酵和濕法發(fā)酵。濕法技術(shù)是常用的方法，屬于液態(tài)有機物處理工藝，在處理的時候?qū)⒐桃哼M行混勻調(diào)漿，然后進入發(fā)酵裝置。干法技術(shù)的底物干物質(zhì)含量在20%以上，屬于固態(tài)有機物的處理技術(shù)，在處理糞污的時候要將固體和液體分離，干物質(zhì)進入發(fā)酵裝置，液體進行好氧處理。由于干法發(fā)酵水分在裝置中的停留時間很短，因此其體積約只有濕法發(fā)酵的1/2。目前歐洲的沼氣技術(shù)較先進，已經(jīng)完全采用了混合式厭氧反應(yīng)器、推流式反應(yīng)器。如，德國開發(fā)了高濃度廢棄物聯(lián)合消化工藝，在發(fā)酵裝置中配備了熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，即便在冬季氣溫較低時，沼氣池仍然能較好的工作，高溫產(chǎn)氣率可以達到2.0～3.0m3·d-1，經(jīng)濟效益比較顯著。隨著我國標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖場的迅速發(fā)展，各種大中型的沼氣工程也在建設(shè)之中，工藝也愈發(fā)成熟。沼氣工程在發(fā)揮作用的過程中，要對相應(yīng)的配套設(shè)施做好管理，如可以根據(jù)豬糞、雞糞、牛糞等原料的不同，對相應(yīng)的預(yù)處理系統(tǒng)、制肥系統(tǒng)等進行差異化設(shè)計。

2.4 好氧厭氧塘多級沉淀

在畜禽糞污處理工藝中，好氧厭氧塘多級沉淀是逐漸發(fā)展起來的一種新型糞污處理技術(shù)。通過多級厭氧塘、兼融塘、好氧塘和水生植物塘等對糞污進行多級聯(lián)合凈化，可以讓排出的污水達到相應(yīng)的要求。該無公害化處理具體過程：對養(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞污進行固液分離，采用一種技術(shù)將糞污中的營養(yǎng)物保持，減少污水中有機物的濃度；先對分離出的污水進行厭氧消化，也就是沼氣發(fā)酵，再通過氧化塘、人工濕地等自然生態(tài)系統(tǒng)對于厭氧消化后的液體進行深度處理，而干糞等可以進行堆肥處理。厭氧塘在使用中存在的主要問題就是產(chǎn)生臭氣，可以利用具有一定回流作用的好氧塘出水布滿厭氧塘的表面，從而防止臭味的溢出。保證穩(wěn)定塘的性能是糞污處理的關(guān)鍵，要設(shè)計好陽光輻射值、溫度、養(yǎng)料及毒物等，以達到較好的處理過程。在綜合處理的過程中，主要可以采用物理法(過濾、沉淀、固液分離)，處理不到位的時候也可以采用一定的化學(xué)處理法(消毒劑、沉淀劑)等，將糞污中的有機物質(zhì)通過固液分離和厭氧單位去除，而氮、磷等難以處理的物質(zhì)則可以在之后的兼性塘以及人工濕地等去除，最大化提高處理的速度，降低污染物的濃度。

3 畜禽糞污資源化利用新技術(shù)

3.1 糞污全量收集還田利用

對于養(yǎng)殖場產(chǎn)生的各種污染物不進行分離，將糞便、尿液以及污水等集中收集起來，全部放入到厭氧塘中貯存，經(jīng)過充分的厭氧發(fā)酵之后，在施肥季節(jié)將其放入農(nóng)田之中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機肥。該種方式的主要優(yōu)點在于糞污的收集和處理較為集中，減少糞污的來回運輸，貯存設(shè)施的建設(shè)成本較低，處理費用不高。存在的主要不足之處就是糞污的貯存周期一般在0.5a以上，在施肥的時候需要配套專業(yè)的攪拌設(shè)備。主要適用于豬場水泡糞工藝或奶牛場自動刮糞回沖工藝。

3.2 干清糞加堆肥發(fā)酵加沼氣處理加農(nóng)田利用

該種糞污資源化利用技術(shù)可以將糞污與污水進行分離，實現(xiàn)糞污的綜合利用。對豬舍等的糞便進行處理，采用自然干化、堆肥發(fā)酵、高溫爆氣等工藝，利用糞污的自然學(xué)特征和機械處理技術(shù)，在微生物的作用下能將糞污進行完全腐化，從而生產(chǎn)出有機肥。污水經(jīng)過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，沼液經(jīng)過短暫的貯存凈化后用于農(nóng)田灌溉。在糞便堆積中，經(jīng)過1～3d的自然發(fā)酵干化，肥料就可以利用。積肥棚的大小一般按照10頭豬1m2的規(guī)模建設(shè)，四周設(shè)1m高的圍墻，留下出口。發(fā)酵前要進行預(yù)處理，將糞污、輔料(木屑、谷殼)、發(fā)酵菌種等按照一定比例混合，一般為糞便85%～90%、輔料10%～15%、菌種0.01%，將物料的水分控制在60%左右。該種模式一般適用于較大的養(yǎng)殖場，可以根據(jù)實際情況，按照一定的比例參數(shù)進行設(shè)計。

3.3 尿泡糞加沼氣處理加農(nóng)田利用

將養(yǎng)殖場畜禽的糞污全部收集，放入沼氣池進行處理，將產(chǎn)生的沼液和沼渣當(dāng)作肥料放入農(nóng)田之中?？梢愿鶕?jù)養(yǎng)殖場的具體情況，采用漏縫地板工藝，不需要養(yǎng)殖人員進行清糞，大大降低了勞動強度，同時也不需要進行干濕分離，糞尿全部進行了沼氣處理，產(chǎn)氣量較大。糞污收集可以在豬舍下方鋪設(shè)漏縫地板，下面設(shè)置排糞溝，糞尿通過縫隙進入糞溝中，貯存15～30d后將糞水排走。糞溝排出的糞污進入沼氣池厭氧發(fā)酵至少30d，期間產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電，沼液存放3個月后就可以作為肥料使用。產(chǎn)生的沼渣用作肥料，沼液可以灌溉農(nóng)田。該種工藝也適用于比較大的養(yǎng)殖廠，養(yǎng)殖戶要注意豬舍衛(wèi)生的控制，避免糞污停留時間太長導(dǎo)致有害氣體污染舍內(nèi)環(huán)境。

3.4 尿泡糞加干濕分離加農(nóng)田利用

該種工藝類似于“干清糞加堆肥發(fā)酵加農(nóng)田利用”工藝，利用漏縫地板收集糞尿，進行干濕分離，將分離出來的糞便進行堆積發(fā)酵，液體進入相應(yīng)的貯存池中。該工藝強調(diào)糞污的干濕分離，分開收集和處理，將從糞溝排出的糞污放入調(diào)節(jié)池中攪拌均勻，利用一定的管道將其送入干濕分離機進行分離，分離出來的固體含水量在50%左右。堆積發(fā)酵得到的肥料可以作為農(nóng)田的積肥，而液體直接用于灌溉，效果較為理想。該種工藝適用于中型養(yǎng)殖場，工藝的關(guān)鍵在于干濕分離，要做到糞污中營養(yǎng)物質(zhì)的不流失。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國禽畜養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對畜禽糞污進行無害化處理和資源化利用的重視度越來越高。在傳統(tǒng)的養(yǎng)殖技術(shù)中，養(yǎng)殖戶忽視畜禽糞污的處理和資源化利用，不僅造成周圍環(huán)境的污染，而且浪費可利用資源，不能滿足當(dāng)前社會發(fā)展的需要。下一步，要研究畜禽糞污無公害化處理和資源利用的新工藝，讓糞污變廢為寶，實現(xiàn)資源的可持續(xù)化利用，讓生態(tài)畜牧業(yè)得到健康發(fā)展。