畜禽糞污資源化利用國內(nèi)外研究進展

毛同輝 羅 杰 吳光松 羅曉玲

（1 銅仁市畜牧技術(shù)推廣站，貴州銅仁 554300；2 銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州銅仁 554300；3 農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用工程技術(shù)研究中心，貴州銅仁 554300；4 開陽縣畜禽品種改良站，貴州貴陽 550300；5 國家民委中獸藥重點開放實驗室，貴州銅仁 554300）

1 畜禽糞污成分及危害

畜禽糞污是指畜禽養(yǎng)殖業(yè)中產(chǎn)生的畜禽糞便和養(yǎng)殖廢水，這些糞污既含有營養(yǎng)成分，也含有殘留藥物、病原微生物等有害成分。畜禽糞污是養(yǎng)殖場的污染源，一方面，因其含有較多的病原體[1]，處理不及時可能造成疫病傳播；另一方面，未經(jīng)處理的糞便直接排入環(huán)境中，會造成環(huán)境嚴重污染，影響土質(zhì)、危害農(nóng)作物生長，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化；而且在露天環(huán)境下還會釋放有害氣體，易造成大氣污染并影響環(huán)境安全。畜禽糞污污染會嚴重影響畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展，因此，畜禽養(yǎng)殖場糞污處理的資源化利用很有必要。

2 畜禽糞污資源化利用技術(shù)

2.1 好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)

好氧堆肥法利用需氧微生物的氧化效應(yīng)，將畜禽糞污中的有機物分解、礦化，并經(jīng)過腐化轉(zhuǎn)變?yōu)楦迟|(zhì)的生物化學(xué)反應(yīng)過程。好氧堆肥過程中存在局部高溫環(huán)境，能夠殺滅活性種子及病原微生物，將糞污轉(zhuǎn)化為有機肥。常見的好氧堆肥模式有靜態(tài)垛式、條垛式、反應(yīng)器式和槽式，其中，反應(yīng)器式處理周期短、堆肥占地面積小、產(chǎn)能高，是較好的堆肥模式之一。經(jīng)堆肥后得到的有機肥產(chǎn)品能夠作為肥料，改善土質(zhì)、促進植物生長、促進產(chǎn)能提升，實現(xiàn)種養(yǎng)循環(huán)[2]。

傳統(tǒng)的好氧堆肥處理技術(shù)目前仍存在許多不足，如有害氣體排放量大、重金屬殘留、腐殖化程度較低、抗生素和獸藥殘留、養(yǎng)分損失過大等[3]。針對這些問題，學(xué)者們進行了很多相關(guān)參數(shù)優(yōu)化研究。周海賓等[4]研究了筒倉式反應(yīng)器，可提升堆肥中氮養(yǎng)分含量。李開發(fā)[5]研究發(fā)現(xiàn)堆肥過程中添加微生物菌劑，能夠加快堆肥各個階段的反應(yīng)進程，同時改變不同時期菌落的組成結(jié)構(gòu)和數(shù)量，進而影響整個堆肥過程。為解決傳統(tǒng)的好氧堆肥處理技術(shù)中氮素損失及二次污染，功能膜法好氧堆肥技術(shù)近年來受到關(guān)注。孫曉曦等[6]研究發(fā)現(xiàn)功能膜法好氧堆肥技術(shù)作為一種改良型的強制通風(fēng)、靜態(tài)垛式好氧堆肥模式，解決了傳統(tǒng)條垛式、槽式發(fā)酵空間不均勻、產(chǎn)排大量臭氣等問題，相較傳統(tǒng)技術(shù)，具有能耗低、有害氣體逸散少、發(fā)酵程度高和周期短、效率高等優(yōu)點，成為越來越重要的發(fā)展方向。同時，近年還研究出超高溫好氧堆肥、分子膜堆肥、智能分子膜覆蓋堆肥技術(shù)等新型工藝[7]。

2.2 異位發(fā)酵床技術(shù)

異位發(fā)酵床技術(shù)相較于傳統(tǒng)接觸式發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)，在技術(shù)上可實現(xiàn)糞污“零排放”。其原理是通過人工構(gòu)建的高效發(fā)酵系統(tǒng)，利用活性微生物復(fù)合菌群，長期、持續(xù)、穩(wěn)定地將集中收集的畜禽糞尿在發(fā)酵床中完全降解為有機肥和能量，從而達到糞污無害化處理的目的[8]。該方法將畜禽養(yǎng)殖和糞污處理有效分開，在實現(xiàn)養(yǎng)殖糞污持續(xù)消納的同時，可高效轉(zhuǎn)化氮、磷等營養(yǎng)元素為可利用的有機肥，實現(xiàn)糞污的資源化利用[9,10]。

李念等[11]以蜂窩體的概念為基本模型，以木屑、稻殼和秸稈殘渣為基質(zhì)，添加復(fù)合微生物菌劑制成微生物反應(yīng)堆。將適量的糞水噴灑到微生物反應(yīng)堆中，糞水中所包含的氮和碳大分子有機物都會被微生物菌群循環(huán)分解，慢慢轉(zhuǎn)化成一些易被植物吸收的物質(zhì)，如氨態(tài)氮、腐殖酸、硝酸鹽氮等，并且在發(fā)酵過程中還會釋放大量熱能。整個反應(yīng)堆存在大量微生物，將糞水固形物連續(xù)分解消納吸收，同時產(chǎn)生熱量，在高溫下實現(xiàn)液體蒸發(fā)，適時補充墊料和微生物菌劑，從而實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖糞水循環(huán)清理。

2.3 厭氧發(fā)酵沼氣技術(shù)

厭氧發(fā)酵沼氣技術(shù)是畜禽糞污資源化利用的主要途徑。它是將多種有機物質(zhì)（如糞污、植物殘渣等）經(jīng)厭氧消化，獲得沼氣、沼液和沼渣的技術(shù)[12]。目前，國內(nèi)厭氧發(fā)酵技術(shù)的推廣和應(yīng)用符合我國國情，發(fā)展迅速。該技術(shù)能實現(xiàn)農(nóng)作物廢物與畜禽糞污的高效、綠色、安全綜合利用，成為當(dāng)前的重點研究與應(yīng)用技術(shù)熱點之一。而且，農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)廢棄物等通過發(fā)酵形成的副產(chǎn)品，含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)及活性物質(zhì)，成為了可直接還田的有機肥[13]。

2.4 水熱碳化技術(shù)

水熱碳化是將適當(dāng)比例的糞污和水置于密閉的反應(yīng)器中，在一定的溫度和壓力下生成富碳固體產(chǎn)物的過程[14]。畜禽糞污經(jīng)水熱碳化后，原料中的無機成分主要存在于液相中，具有較高的應(yīng)用潛力，可應(yīng)用在土壤改良、生物能源、功能型材料輔料，吸附除雜等方面；但水熱碳化技術(shù)也存在重金屬含量高的缺點，會影響應(yīng)用前景，要解決這一難題，需要利用微波爐快速加熱，使重金屬快速反應(yīng)分解，達到降低重金屬含量，提高畜禽糞污資源化利用的目的[15]。

2.5 熱解技術(shù)

生物質(zhì)熱解是指在缺氧或者低氧狀態(tài)下，通過高溫將生物質(zhì)分解為焦炭、生物油、可冷凝液體和氣體產(chǎn)物的反應(yīng)過程，具有周期短、效率高、抗病原能力強等特點。王立華等[16]以畜禽糞污為原料，對熱解工藝進行了優(yōu)化研究，提升了熱解技術(shù)的應(yīng)用程度。但該技術(shù)由于能耗較高，對推廣應(yīng)用造成了一定的限制。

2.6 氧化塘技術(shù)

氧化塘技術(shù)是利用水中的微生物、藻類對畜禽污水進行生物處理，以實現(xiàn)污水凈化。此方法具有使用成本低、投資價格少及副產(chǎn)物種類少等優(yōu)點，具有良好的經(jīng)濟效益。畜禽污水經(jīng)過此方法處理后，可用于水肥一體化施用，可實現(xiàn)糞污全量還田，還可利用處理后的廢水養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨等，具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，通過氧化塘技術(shù)改進，調(diào)整氮磷添加量、光照時長和強度、氧化池結(jié)構(gòu)、曝氣設(shè)備、攪拌方式、增加水體微生物活性等方法，氧化塘處理糞污技術(shù)也得到了較大的發(fā)展，糞污處理效率也得到了較大提升，在實踐中的應(yīng)用得到較大發(fā)展，養(yǎng)殖主體的接受程度也越來越高。近年來，針對不同的糞污，已有4 種氧化塘類型，分別為好氧塘、厭氧塘、兼性塘、曝氣池[17]；根據(jù)不同技術(shù)處理，氧化塘可分為高效藻類塘、超深厭氧塘、移動式曝氣塘、水生植物塘等[18]，其中屬高效藻類塘發(fā)展優(yōu)勢最大，高效藻類塘是利用好氧細菌將池塘中的有機物進行降解，產(chǎn)生二氧化碳，進而促進池塘中藻類進行光合作用吸收養(yǎng)分，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的過程。反應(yīng)過程中，配合紫外線照射，菌藻介導(dǎo)的pH 值環(huán)境與氧氣濃度可高效殺滅病原體，產(chǎn)生藻類生物，提升凈水效果[19]。其具有占地面積少、凈水效果好、運行費用低等優(yōu)勢，同時還能對藻類進行二次利用，深受廣大養(yǎng)殖主體青睞。但氧化塘技術(shù)也存在一些問題，如塘內(nèi)微藻、微生物、植物等受環(huán)境影響較大，易造成水分丟失、微生物流失等問題。

2.7 生態(tài)處理技術(shù)

昆蟲可高效轉(zhuǎn)化畜禽糞便，同時消減溫室氣體排放，并產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的蟲體蛋白、脂肪和蟲沙，實現(xiàn)養(yǎng)分流動循環(huán)和畜禽糞便資源化利用。以黑水虻為代表的昆蟲生物轉(zhuǎn)化畜禽糞便具有低耗能、低排放，保護社會生態(tài)環(huán)境、提高經(jīng)濟效益的優(yōu)勢，是治理畜禽糞便污染最有潛力的策略之一。黑水虻營腐生生活，幼蟲階段可利用糞污中的有機物，實現(xiàn)對畜禽糞污快速無害化處理，轉(zhuǎn)化為蛋白、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)，黑水虻的幼蟲可作為動物飼料原料，有效提升了糞污的資源化利用效率[20]。已有較多的研究顯示了其價值，王小波等[21]發(fā)現(xiàn)黑水虻在將豬糞轉(zhuǎn)化為蟲糞的過程中，畜禽糞污中重金屬含量顯著降低。Beskin 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻減少畜禽糞污中揮發(fā)性廢棄物產(chǎn)量達87%以上。由于黑水虻的繁殖對光照和溫度要求較高，目前對其生長繁殖技術(shù)掌握不全[23]，此外，黑水虻蛹中含較多不飽和脂肪酸、幾丁質(zhì)，降低了其營養(yǎng)價值，因此，對黑水虻的養(yǎng)殖和利用技術(shù)有待完善[24]。

2.8 厭氧氨氧化技術(shù)

厭氧氨氧化技術(shù)是在厭氧條件下，以氨為電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體，將氨氧化為氮氣的一個化學(xué)反應(yīng)過程，具有高效低耗的特點，比硝化（氨氧化為硝酸鹽）處理糞污節(jié)省60%以上的供氧量，還可節(jié)省生物脫氮工藝中所需的碳源，對環(huán)境體系中碳氮循環(huán)尤為重要[25]。影響厭氧氨氧化工藝處理效果的因素有很多，例如污水的pH 值、厭氧反應(yīng)容器體積、氧含量、溫度、基質(zhì)濃度等。對處理養(yǎng)殖糞水而言，糞水中的氮濃度、氧含量對厭氧氨氧菌活性影響最大。Pekyavas 等[26]運用厭氧氨氧化技術(shù)對雞場污水進行處理時發(fā)現(xiàn)，碳氮比對微生物組成影響較大。Miao 等[27]發(fā)現(xiàn)污水碳氮比從1.1 調(diào)高到1.5 時，厭氧氨氧化細菌脫氮能力增強，而碳氮比高于2.5 時，會抑制厭氧氨氧化細菌，促進反硝化細菌的生長。Meng 等[28]發(fā)現(xiàn)水溫在15℃以上，脫氮效果較好。Deng 等[29]用厭氧氨氧化菌與新型復(fù)合式厭氧—好氧折流板反應(yīng)器（HAOBR）處理豬場廢水，發(fā)現(xiàn)可以有效去除其中的氨氮、總氮，實現(xiàn)對污水的凈化。

2.9 飼料化利用技術(shù)

飼料化利用技術(shù)是指將畜禽糞便和飼料按照一定比例混勻后，使用青貯發(fā)酵的一種技術(shù)，該技術(shù)將糞便中的病原微生物殺死，能夠改善飼料的適口性和提高飼料的粗蛋白水平。此技術(shù)在禽類糞便處理中被廣泛使用，尤其是在雞糞處理中尤為常見，將雞糞經(jīng)過處理后，制作成顆粒飼料，能夠顯著降低飼料成本。佟艷妍[30]研究表明，以雞糞、豆秸、酒糟、花生秧等為原料，發(fā)酵處理后可作為精飼料飼喂肉牛。祁成年等[31]用發(fā)酵雞糞飼料代替部分精料飼喂肉羊，發(fā)現(xiàn)可提高料肉比。

3 結(jié)論

目前，畜禽糞污資源化利用技術(shù)相關(guān)研究逐漸增多，但多數(shù)處于研究階段，未投入應(yīng)用。持續(xù)推進畜禽糞污治理，是我國畜牧業(yè)健康發(fā)展的必然要求，也是保障農(nóng)產(chǎn)品供給的必然選擇，是我國由農(nóng)業(yè)大國邁向農(nóng)業(yè)強國的必由之路。新時代引領(lǐng)新方向，需要優(yōu)化好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)、沼氣工程等主流技術(shù)，關(guān)注氧化塘、生態(tài)處理技術(shù)、水熱碳化技術(shù)等應(yīng)用前景較好的技術(shù)，因地制宜選擇畜禽糞污治理路徑，科學(xué)推進畜禽糞污資源化利用，使有限的資源得到充分的利用。