畜禽糞污資源化利用方式研究進(jìn)展

牛統(tǒng)娟，王 智，胡建宏

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 動物科技學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

我國是世界上畜牧業(yè)生產(chǎn)和消費大國。近年來，我國畜牧業(yè)快速發(fā)展，在散養(yǎng)戶退出、規(guī)?；瘮U(kuò)大的根本變化影響下，養(yǎng)殖水平得到不斷改善和提高。然而，規(guī)?；B(yǎng)殖所產(chǎn)生的大量糞污影響?zhàn)B殖場周邊的生態(tài)環(huán)境，危害畜禽本身以及人們的生活環(huán)境?！兜谝淮稳珖廴酒詹楣珗蟆繁砻?，禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中糞便產(chǎn)生量為2.43億t，尿液的產(chǎn)量達(dá)到1.6億t，主要水污染物中排放量中總氮和總磷達(dá)到102.48 t和16.04 t，造成了一定程度的環(huán)境污染問題。畜禽糞污污染成為制約我國畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸之一，所以畜禽養(yǎng)殖場糞污處理的資源化利用勢在必行。

2017年12月1日，《陜西省畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用工作方案》指出，要加快建立畜禽糞污等農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物收集、轉(zhuǎn)化、利用網(wǎng)絡(luò)體系；鼓勵沼液和經(jīng)無害化處理的畜禽養(yǎng)殖廢水作為肥料科學(xué)還田利用；加強糞肥還田技術(shù)指導(dǎo)，確保科學(xué)合理施用；支持采取政府和社會資本合作(PPP)模式開展畜禽糞污處理；實行專業(yè)化生產(chǎn)、市場化運營。為響應(yīng)陜西省政府號召，切實解決畜牧業(yè)中存在的嚴(yán)重污染問題，實現(xiàn)健康養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植的資源循環(huán)利用，全國各地應(yīng)積極推廣畜禽糞污處理產(chǎn)業(yè)模式，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的生態(tài)農(nóng)業(yè)，有效保證農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全和人民的身體健康。因此，進(jìn)行畜牧場糞污資源化利用，并進(jìn)行集成與示范，形成畜牧場糞污資源化利用標(biāo)準(zhǔn)化模式，不僅能夠?qū)嵤┬竽翗I(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，而且能夠提高能量利用率，減少污染，具有非常重要的意義。本文以畜禽糞污的成分和特點為切入點，討論國內(nèi)外常用的畜禽糞污資源化處理技術(shù)，并對目前取得的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為畜禽糞污資源化處理技術(shù)的改良提供參考依據(jù)。

1 畜禽糞污及其成分

1.1 畜禽糞污的概念

畜禽糞污主要是指畜禽養(yǎng)殖業(yè)中產(chǎn)生的一類糞、尿、沖洗水等廢棄物，包括畜禽糞便和養(yǎng)殖廢水，其中畜禽糞便主要指畜禽養(yǎng)殖業(yè)中產(chǎn)生的一類農(nóng)村固體廢物，包括豬糞、牛糞、羊糞、雞糞、鴨糞等。養(yǎng)殖廢水指畜禽養(yǎng)殖場產(chǎn)生的尿液、沖洗水、工人生活用水及生產(chǎn)中其他途徑產(chǎn)生的廢水等。畜禽糞污處理即為通過使用一定的方法，對畜禽糞污進(jìn)行處理后使其對環(huán)境的污染降低，并將其轉(zhuǎn)換成有用資源的一種方式。

1.2 畜禽糞污的主要成分

畜禽糞污的主要成分有粗蛋白、粗纖維、粗脂肪、水分、無氮浸出物、來源于飼料和飲水的各種微量元素、抗生素及獸藥殘留物、寄生蟲及其卵以及一些病原微生物。畜禽糞污中既含有農(nóng)業(yè)肥料養(yǎng)分，也有動物性有機(jī)質(zhì)生物成分，還有部分由于動物飼料中過量存在而殘留的有害物質(zhì)。

1.3 養(yǎng)殖場糞污的特點

1.3.1 糞污成分較復(fù)雜 畜禽糞污的成分極其復(fù)雜，主要包括畜禽產(chǎn)出的糞便和尿液、病畜禽的尸體、剩余的飼料、廢棄墊料、養(yǎng)殖場生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的污水等，且這些污染成分不容易將其分開后分別進(jìn)行處理，這就造成了畜禽糞污難以處理的主要原因之一。

1.3.2 治理難度較大 近年來，隨著人們對畜禽產(chǎn)品需求量的增加以及規(guī)?；潭鹊牟粩鄶U(kuò)大，許多養(yǎng)殖場糞污排放量大幅增加，對水體、土壤、大氣等造成了污染，而當(dāng)下的基礎(chǔ)設(shè)施以及處理技術(shù)與發(fā)展形勢不配套，且養(yǎng)殖場因為資金問題不能投入大量經(jīng)費治理帶來的環(huán)境問題，還有部分養(yǎng)殖場未意識到環(huán)境問題的重要性，沒有主動處理糞污，從而造成養(yǎng)殖場的糞污處理難度較大。所以，養(yǎng)殖場糞污的資源化處理利用的實施需要各方互相協(xié)調(diào)才能進(jìn)行。

1.3.3 造成一定危害 原來農(nóng)戶散養(yǎng)家畜家禽所產(chǎn)生的糞污基本都能通過傳統(tǒng)的堆肥方式返回農(nóng)田進(jìn)行循環(huán)利用，而畜牧業(yè)在向現(xiàn)代規(guī)?；s化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變的過程中，糞污的產(chǎn)生量快速增長，使現(xiàn)有的農(nóng)田無法全部消化，從而出現(xiàn)了類似工業(yè)污染的大型環(huán)境污染。液體糞污排入河湖中，當(dāng)污染的程度較輕時，水體因其具有自凈能力而降低其污染，然而水體的自凈能力是有一定限度的，與其環(huán)境容量有關(guān)。當(dāng)液體糞污的排放量超過了水體的最大承受量，就形成了永久的污染，對居民的生活造成了影響。另外，畜禽生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量有害氣體，如硫化氫、氨氣、二氧化硫等，對畜禽和人類的呼吸道產(chǎn)生危害，大量致病菌等微生物可引發(fā)傳染病，有時會引起各種人畜共患病，危害畜禽及人類健康。

1.3.4 南北方的差異 我國地域廣，南北跨越多個緯度，具有多種氣候類型，特別是以秦嶺為界分出的南方和北方，氣候條件差異大，所以對于畜禽糞污的處理就會有所不同。南方氣溫較高，糞污發(fā)酵生產(chǎn)沼氣可以在一年中都進(jìn)行，但是這種技術(shù)在北方只能在天氣較熱時使用，每年的使用率較南方就會大幅降低，特別是東北地區(qū)，利用率更低，可能就無法使用沼氣生產(chǎn)技術(shù)，所以需要使用其他技術(shù)來發(fā)揮作用。

2 糞污資源化利用方式國內(nèi)研究進(jìn)展

我國的養(yǎng)殖業(yè)在機(jī)械化的過程中向規(guī)模化的方向發(fā)展，產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)步提升的同時也帶來了污染的問題。對于養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞污，傳統(tǒng)的糞污處理的方式是將糞污進(jìn)行厭氧堆肥，即漚肥，但這種方式不適合在現(xiàn)代大型集約化畜牧場中應(yīng)用。目前我國對糞污的處理首先做固液分離，在分離的基礎(chǔ)上分別進(jìn)行固體糞污和液體糞污的資源化利用。

2.1 厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣技術(shù)

厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣技術(shù)是在厭氧條件下，有機(jī)碳被種類繁多的厭氧微生物，如產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、耗氧產(chǎn)乙酸菌、食乙酸產(chǎn)甲烷菌等分解，轉(zhuǎn)化為沼氣的過程。沼氣可以作為生活染料使用，可維持場內(nèi)供暖、食堂等熱量需要，也可用于滿足場內(nèi)用電，但目前支持發(fā)電的畜牧場少。另外，發(fā)酵后剩余的沼渣還可以重復(fù)利用，作為肥料施入農(nóng)田。

畜禽糞污中含有大量含氮化合物，含碳量低，若單獨發(fā)酵易導(dǎo)致氨氮抑制，所以近年來很多學(xué)者在糞污發(fā)酵研究中加入添加物配合發(fā)酵，并取得了一定成效。陳芬發(fā)現(xiàn)，分別在雞糞、豬糞和牛糞中加入玉米秸稈，使糞稈比分別為3∶1、2∶1、1∶1，能夠取得最好的發(fā)酵效果，可產(chǎn)生6 000～8 000 mL甲烷。劉春軟等在豬糞厭氧發(fā)酵時分別添加了2.5%粉煤灰、生物炭、磁性粉煤灰、磁性生物炭，結(jié)果表明添加粉煤灰、生物炭、磁性粉煤灰均使產(chǎn)氣總量提高5%～12%，甲烷產(chǎn)量提高4%～10%。

暢蕭等厭氧發(fā)酵上清液，采用鳥糞石沉淀法回收磷，表明反應(yīng)條件控制在pH為10.5、溫度為35°C時，磷和氮的回收率在第5天時最高。且處理后的發(fā)酵液可直接排放進(jìn)入污水處理場，對環(huán)境無磷污染。糞污在發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液在重金屬等指標(biāo)降低至標(biāo)準(zhǔn)以下，即可作為有機(jī)肥料施入農(nóng)田，額爾和花等將沼液施入番茄田，能夠在提高番茄產(chǎn)量的同時，降低果實中的總酸含量。

但是，在我國畜牧場推廣起來并不容易，一是種養(yǎng)分離。隨著規(guī)模養(yǎng)殖比例的不斷提高，養(yǎng)殖的只養(yǎng)殖，種植的只管種植，種養(yǎng)分離，種養(yǎng)脫節(jié)的現(xiàn)象比較突出，造成養(yǎng)殖場自身沒有足夠的消納農(nóng)田面積進(jìn)行農(nóng)田利用；二是液肥使用不方便。由于液體肥料施用困難，一定程度上制約了液肥的推廣應(yīng)用；三是液體糞污中所含的重金屬難去除，不經(jīng)處理還田，造成土地重金屬富集，農(nóng)作物重金屬超標(biāo)；四是液體糞污生產(chǎn)有機(jī)肥，技術(shù)要求較高，目前應(yīng)用的養(yǎng)殖場不多但卻是發(fā)展趨勢。

2.2 糞污堆肥技術(shù)

糞污堆肥技術(shù)是在固液糞污分離的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，改變以往糞尿混合、隨意堆肥的做法，將固體和液體糞污分別進(jìn)行相適應(yīng)的處理，使其無害化、資源化水平達(dá)到最高。固體糞污在堆肥過程中通過好氧菌和厭氧菌的共同作用，高溫發(fā)酵使有機(jī)物礦質(zhì)化，并殺滅糞污中的活動生物，最終形成有機(jī)肥料，為土壤增加肥力。根據(jù)《畜禽糞便無害化處理技術(shù)規(guī)范》，常規(guī)的堆肥技術(shù)分為條垛式堆肥技術(shù)、槽式堆肥技術(shù)和封閉倉式堆肥技術(shù)。條垛式堆肥技術(shù)簡單，所需的設(shè)備和資金投入少，但是不易控制溫度等反應(yīng)條件；槽式堆肥技術(shù)對反應(yīng)條件的控制較好，但技術(shù)投資較高，占地面積也較大；封閉倉式堆肥技術(shù)可以通過現(xiàn)代化技術(shù)對各個條件進(jìn)行精準(zhǔn)控制使反應(yīng)效果最好，但是所需的技術(shù)、設(shè)備和資金的投資也較高，目前普及率不高。

武晉萍等在雞糞中加入中藥渣進(jìn)行了共堆肥，發(fā)現(xiàn)抗生素抗性基因和移動基因元素的相對豐度都顯著降低，其中喹諾酮類抗性基因的降低率為99.89%。王硯等將水稻秸稈用腐熟劑預(yù)處理后與豬糞共堆肥，結(jié)果表明腐熟劑可縮短堆肥高溫期，加快堆肥進(jìn)程，堆肥后植物有效磷可達(dá)到14.44 g/kg。曹云等發(fā)現(xiàn)豬糞的超高溫堆肥發(fā)酵有利于堆肥過程的保氮，氮損失率為18%，與正常高溫發(fā)酵的氮損失率(27%)相比顯著降低。

糞污堆肥技術(shù)下首先要盡量減少液體糞污的生產(chǎn)，無論豬場、牛場還是雞場，應(yīng)選擇合適的清糞方式，在條件允許的情況下，盡量改水沖糞為干清糞，或者少用水沖。另外，在分離后需要注意雨污的分離。畜牧場應(yīng)將雨水收集系統(tǒng)與液體糞污的收集系統(tǒng)分開，雨水應(yīng)從明渠排出，液體糞污不能明渠排放，也不能直接排出，應(yīng)經(jīng)過沉淀、過濾、厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)化等處理后施入農(nóng)田，作為農(nóng)田肥料使用，實現(xiàn)無害化、資源化利用。

2.3 畜禽糞污資源化利用方式基本思路

我國是畜牧業(yè)大國，地域廣闊，氣候差異大，在畜牧業(yè)的發(fā)展過程中形成了多元化的畜禽糞污資源化利用方式。我國南方地區(qū)常年氣候溫暖，人口密度大，可使用的資源化利用方式較多，主要有種養(yǎng)結(jié)合、生產(chǎn)有機(jī)肥料、清潔回用、達(dá)標(biāo)排放等。而在我國北方地區(qū)，尤其是東北地區(qū)，氣候寒冷，沼氣投入后使用的時效短，不宜使用沼氣發(fā)酵技術(shù)，在北方使用較廣泛的資源化利用方式主要有好氧堆肥、生產(chǎn)生物有機(jī)肥料等?？傊?，制定我國畜禽糞污資源化處理模式，需要考慮以下四點基本思路，第一是從源頭減少畜禽糞污的產(chǎn)生和排放量，減少污染形成；第二是畜禽糞污優(yōu)先利用，優(yōu)先進(jìn)行糞污的資源化利用；第三是因地制宜，采取合理有效的方式；第四是完善法律法規(guī)，嚴(yán)格把控糞污的排放。

3 國外糞污資源化利用方式

國外畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國家，對于畜牧場的糞污污染問題高度重視，也研發(fā)了適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件的資源化利用方式。

3.1 美國

美國是農(nóng)業(yè)高度機(jī)械化的國家，主要通過農(nóng)牧結(jié)合的方式來對液體糞污進(jìn)行資源化利用。美國的畜牧場大多將畜禽液體糞污長期儲存在豬舍下層的糞坑中，到了農(nóng)田施肥的季節(jié)，才會定期將液體糞污轉(zhuǎn)移到農(nóng)田中直接施肥利用。美國的大多數(shù)農(nóng)場屬于農(nóng)牧結(jié)合型農(nóng)場，可以有機(jī)調(diào)節(jié)種植和養(yǎng)殖的比例，形成生態(tài)良性循環(huán)，從而降低養(yǎng)殖對環(huán)境造成的污染。

3.2 英國

英國與美國類似，養(yǎng)殖場都在遠(yuǎn)離都市的鄉(xiāng)村地區(qū)，以農(nóng)牧結(jié)合的方式對糞污進(jìn)行無害化處理和資源化利用。英國重點實施種養(yǎng)結(jié)合模式，畜禽糞污經(jīng)無害化處理后生產(chǎn)作物肥料，進(jìn)行循環(huán)利用。這種利用方式既緩解了畜牧業(yè)對生態(tài)環(huán)境的壓力，又可作為可利用的肥料提高作物的生產(chǎn)力。另外，英國法律嚴(yán)格控制場內(nèi)禽畜數(shù)量的最大限度，規(guī)定種豬場內(nèi)種豬不超過500頭，育肥場內(nèi)育肥豬的數(shù)量不得超過3000頭，蛋雞不得超過7000只。這樣可以使畜禽污染從源頭得到一定的緩解。

3.3 意大利

意大利的畜禽糞污資源化利用在長期發(fā)展中形成了較完善的模式，根據(jù)不同地區(qū)的具體條件形成了適宜的資源化利用方式。與美國和英國相比，意大利探索了沼氣發(fā)電模式，既能解決畜禽糞污污染問題，還能用于小規(guī)模的電力供應(yīng)。意大利的糞污處理不進(jìn)行固液分離，大致有三種模式，第一種是厭氧發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行液體糞污處理，當(dāng)?shù)氐鸟R卡農(nóng)場根據(jù)自身條件，探索了兩種沼氣發(fā)電模式；第二種是倫巴第地區(qū)中小牧場沼氣發(fā)電，有研究者調(diào)查發(fā)現(xiàn)僅倫巴第大區(qū)有多家沼氣發(fā)電企業(yè)，能很好地解決養(yǎng)殖場的糞便污染問題；第三種是中小牧場固液糞污不進(jìn)行分離，將其直接還田，當(dāng)?shù)卣?guī)定液體糞污在還田前必須將糞尿和飼養(yǎng)、生活、生產(chǎn)用水等首先排放到糞溝中，然后在儲糞池中進(jìn)行2個月的厭氧發(fā)酵，殺滅其中的有害微生物，最終才能還田。

3.4 德國

德國作為世界畜禽養(yǎng)殖大國，制定了較完善的糞污資源化利用方式。德國同意大利一樣，也采用了沼氣工程發(fā)電的資源化利用方式。畜禽糞污由地漏排出后，進(jìn)入管道輸送到化糞池，經(jīng)過處理后主要用作肥料和生物質(zhì)能發(fā)電，發(fā)電量達(dá)到546千瓦。德國政府致力于推廣能源再生理念，鼓勵采用沼氣工程處理畜禽糞污，在政府的倡導(dǎo)下，德國使用全混合發(fā)酵法處理畜禽糞便的比例為94%。另外，德國通過改善飼料營養(yǎng)配方，在滿足畜禽生產(chǎn)營養(yǎng)需求時降低了飼料中氮、磷含量，降低了微量元素對環(huán)境的影響。德國雖在畜禽糞污處理和利用方面的起步與美國、法國等相比較晚，但其專利申請量以30余項居于歐美國家的首位。

3.5 其他國家

法國和荷蘭等發(fā)達(dá)國家，大多都將處理過的畜禽糞尿用作肥料或作為能源發(fā)電，將固體部分儲存堆肥，液體部分直接用作肥料輸送到附近的農(nóng)田。荷蘭于1971年起禁止將糞污直接排放至地表水中，1984年起不批準(zhǔn)從業(yè)者擴(kuò)大養(yǎng)殖規(guī)模，規(guī)定載畜量標(biāo)準(zhǔn)為小于等于2.5畜單位/hm2。大部分國家都有相關(guān)法律限制養(yǎng)殖場的飼養(yǎng)量，不能一味擴(kuò)大飼養(yǎng)，而是在土地和環(huán)境可接受的范圍內(nèi)進(jìn)行飼養(yǎng)，飼養(yǎng)量與糞污的利用達(dá)到平衡。加拿大政府對畜禽糞污的管理十分細(xì)致，各地都針對當(dāng)?shù)貙嶋H情況制定了詳盡的管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，要求養(yǎng)殖場必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理。

4 展 望

在目前農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主導(dǎo)推進(jìn)畜禽糞污資源化利用背景下，國家將整合各種養(yǎng)業(yè)循環(huán)一體化項目、規(guī)?；笮驼託夤こ痰葘ｍ椡顿Y，支持200個以上畜牧大縣整縣推進(jìn)畜禽糞污資源化利用，糞污的資源化利用已經(jīng)是大勢所趨。要想做到畜禽糞污的資源化利用，首先要種養(yǎng)結(jié)合、因地制宜，根據(jù)國辦意見中提出的“以地定畜”為指導(dǎo)思想，促進(jìn)農(nóng)業(yè)“轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)”的發(fā)展和畜牧業(yè)生產(chǎn)布局的進(jìn)一步優(yōu)化；其次要推行畜禽糞污綜合養(yǎng)分管理計劃，畜禽糞污無害化處理后作為肥料利用時，糞污施肥量應(yīng)該在滿足作物養(yǎng)分需求的同時不造成環(huán)境污染；最后是沼氣能源化利用，通過提高厭氧發(fā)酵的沼氣和生物天然氣轉(zhuǎn)化效率，減少沼渣沼液體積，降低沼渣沼液肥料化利用的運輸和利用成本，促進(jìn)畜禽糞污的能源化利用。