豬場(chǎng)廢棄物資源化利用及環(huán)境友好型養(yǎng)殖技術(shù)探討

陳社新

(山東省陽(yáng)谷縣畜牧獸醫(yī)事業(yè)發(fā)展中心，山東聊城 252300）

隨著我國(guó)畜牧業(yè)的快速發(fā)展，生豬養(yǎng)殖業(yè)在滿足人類對(duì)肉類食品需求的同時(shí)，由于養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大也帶來了一系列環(huán)境問題。如生豬養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢棄物--糞便、尿液、廢水等大量增加，如果不進(jìn)行妥善處理，會(huì)嚴(yán)重影響豬場(chǎng)周邊水質(zhì)、土壤及空氣質(zhì)量，進(jìn)而對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽健康和環(huán)境產(chǎn)生不良影響。因此，研究豬場(chǎng)廢棄物資源化利用和環(huán)境友好型養(yǎng)殖技術(shù)成為當(dāng)前畜牧業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。豬場(chǎng)廢棄物資源化利用是指將廢棄物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的資源，如將糞便轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料、生物質(zhì)能源等，從而減少?gòu)U棄物直接排放對(duì)環(huán)境的污染。環(huán)境友好型養(yǎng)殖技術(shù)則是指在生豬養(yǎng)殖過程中采取一系列技術(shù)措施，合理利用廢棄物資源并降低對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)生豬養(yǎng)殖與環(huán)境保護(hù)的和諧發(fā)展，包括飼養(yǎng)管理、飼料配方調(diào)整、疫病防控以及廢棄物處理等。本文旨在綜述豬場(chǎng)廢棄物資源化利用及環(huán)境友好型養(yǎng)殖技術(shù)的研究進(jìn)展，總結(jié)了廢棄物處理技術(shù)、資源化利用途徑及環(huán)保養(yǎng)殖措施等方面的研究。通過對(duì)現(xiàn)有研究成果進(jìn)行梳理和分析，為實(shí)現(xiàn)豬場(chǎng)廢棄物資源化利用和環(huán)境友好型養(yǎng)殖的目標(biāo)提供理論支持和實(shí)踐參考。

1 豬場(chǎng)廢棄物資源化利用的意義

豬場(chǎng)廢棄物處理不當(dāng)，會(huì)給豬場(chǎng)帶來嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)對(duì)環(huán)境和人畜健康造成危害。據(jù)王博[1]研究報(bào)道，我國(guó)每年因豬場(chǎng)廢棄物造成的土壤污染面積超過1 億畝，每年因養(yǎng)豬業(yè)造成的水體污染面積超過100 萬(wàn)畝。我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)每年排放的氨氣、硫化氫等氣體總量分別達(dá)到1 300 萬(wàn)噸和40 萬(wàn)噸。未經(jīng)處理的豬場(chǎng)廢棄物中含有病原菌、病毒等病原體，若不及時(shí)處理，會(huì)導(dǎo)致病原微生物傳播和流行，如非洲豬瘟、豬藍(lán)耳病、豬流行性腹瀉等疫病的發(fā)生[2]。因此，豬場(chǎng)廢棄物資源化利用具有重要的意義，主要包括以下4 個(gè)方面：①節(jié)約資源：豬場(chǎng)廢棄物包括豬糞、尿液、飼料殘?jiān)?，這些廢棄物中含有大量的養(yǎng)分和有機(jī)物質(zhì)。通過資源化利用這些廢棄物，可以節(jié)約大量的資源，減少浪費(fèi)。②環(huán)境保護(hù)：豬場(chǎng)廢棄物中含有大量的微生物和氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。通過發(fā)酵或沼氣處理等資源化利用后，可以降低對(duì)環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。③經(jīng)濟(jì)效益：通過將豬場(chǎng)廢棄物轉(zhuǎn)化為可利用的產(chǎn)品，如有機(jī)肥料、飼料、生物質(zhì)能源等，可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。④循環(huán)利用：豬場(chǎng)廢棄物資源化利用可實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合的循環(huán)經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)實(shí)現(xiàn)“綠色農(nóng)業(yè)”具有重要的意義。

2 豬場(chǎng)廢棄物資源化利用技術(shù)

2.1 豬糞生物質(zhì)能源化利用

2.1.1 生物氣體生產(chǎn)

生物氣是一種可通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的可再生能源，主要由甲烷和二氧化碳組成。豬糞中含有豐富的有機(jī)物，適宜作為生物氣的原料。1 頭成年豬每天生產(chǎn)豬糞約2～4 kg，利用豬糞生產(chǎn)生物氣，不僅可以有效處理豬場(chǎng)廢棄物，降低環(huán)境污染，還能提供清潔能源，降低化石能源的消耗。豬糞生物氣生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)包括：預(yù)處理、厭氧發(fā)酵和生物氣收集與利用。預(yù)處理主要是為了去除豬糞中的雜質(zhì)、調(diào)節(jié)水分和碳氮比例，以提高厭氧發(fā)酵的效率。厭氧發(fā)酵過程中，微生物將有機(jī)物分解為甲烷、二氧化碳和其他氣體，而發(fā)酵溫度、pH 值和微生物菌種等對(duì)生物氣產(chǎn)量和質(zhì)量有顯著影響。生物氣收集與利用系統(tǒng)主要包括氣體收集設(shè)備、儲(chǔ)氣設(shè)備和氣體凈化設(shè)備，以確保生物氣的安全、有效地利用。Doreswamy 等[3]研究發(fā)現(xiàn)，利用豬糞進(jìn)行厭氧消化后可得到純度為89.59%的生物乙醇。此外，Duan 等[4]報(bào)道，目前專家已開發(fā)出了不同類型的厭氧發(fā)酵裝置，如固定床發(fā)酵器、UASB 反應(yīng)器和CSTR 反應(yīng)器等，以適應(yīng)不同規(guī)模豬場(chǎng)的需求，并通過優(yōu)化發(fā)酵條件和菌種篩選，可進(jìn)一步提高生物氣產(chǎn)量和質(zhì)量。豬糞生物氣生產(chǎn)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，有助于實(shí)現(xiàn)豬場(chǎng)廢棄物資源化利用，促進(jìn)養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2.1.2 生物柴油生產(chǎn)

生物柴油是一種通過對(duì)豬糞進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)化為可替代化石柴油的生物燃料[5]。這種方法不僅能實(shí)現(xiàn)豬場(chǎng)廢棄物的有效利用，還可以緩解柴油機(jī)等對(duì)化石柴油的依賴，降低環(huán)境污染。豬糞生物柴油生產(chǎn)主要包括以下6 個(gè)步驟：①預(yù)處理：豬糞經(jīng)過固液分離，去除雜質(zhì)、異物和多余的水分。②脫水與干燥：使用糞便脫水干燥機(jī)將預(yù)處理后的糞便進(jìn)一步脫水和干燥，降低水分含量，以便于后續(xù)處理。③提取油脂：將干燥的豬糞進(jìn)行油脂提取，通常采用溶劑提取法或者超臨界流體提取法，提取豬糞中的油脂成分。④酯交換反應(yīng)：將提取出的油脂與醇（如甲醇或乙醇）在催化劑（如堿性催化劑）作用下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生成生物柴油（豬糞生物酯）和甘油副產(chǎn)品。⑤分離與提純：通過分離、脫水和脫色等工藝對(duì)生物柴油進(jìn)行提純，以達(dá)到滿足燃料使用要求的生物柴油產(chǎn)品。⑥生物柴油產(chǎn)品的應(yīng)用：經(jīng)過提純的豬糞生物柴油可作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，直接替代或與化石柴油混合使用，降低對(duì)化石柴油的依賴和溫室氣體排放。豬糞生物柴油生產(chǎn)技術(shù)有助于推動(dòng)豬場(chǎng)廢棄物的資源化利用，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6]。這種技術(shù)的推廣應(yīng)用還需要克服一些技術(shù)難題，如提高油脂提取效率、降低生產(chǎn)成本等，以使其具有更好的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.2 豬糞肥料化利用

2.2.1 制造有機(jī)肥

豬糞肥料化利用是將豬糞轉(zhuǎn)化為對(duì)農(nóng)作物有益的有機(jī)肥料，從而實(shí)現(xiàn)資源化利用的過程。豬糞作為一種天然的有機(jī)物來源，富含氮、磷、鉀等農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，具有很高的利用價(jià)值。將豬糞生產(chǎn)成有機(jī)肥，既能降低豬場(chǎng)廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，又能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)的肥料資源[7]。有機(jī)肥生產(chǎn)主要有5 個(gè)步驟：①預(yù)處理：將豬糞進(jìn)行固液分離，去除雜質(zhì)和過多的水分。②堆肥發(fā)酵：將預(yù)處理后的豬糞與其他農(nóng)業(yè)廢棄物（如秸稈、樹葉等）混合，進(jìn)行厭氧或好氧發(fā)酵。在此過程中，微生物分解豬糞中的有機(jī)物，產(chǎn)生熱量，使堆肥溫度升高，同時(shí)將豬糞中的有害物質(zhì)（如致病菌、寄生蟲卵等）消除或降低至安全水平。③成熟與穩(wěn)定：經(jīng)過一定時(shí)間的發(fā)酵，堆肥的肥料逐漸成熟穩(wěn)定，具備較高的肥效和良好的農(nóng)作物適應(yīng)性。成熟的堆肥呈黑褐色，氣味較小。④有機(jī)肥生產(chǎn)：將成熟的堆肥肥料進(jìn)行造粒、干燥等處理，生產(chǎn)出有機(jī)肥產(chǎn)品。這些有機(jī)肥產(chǎn)品可直接用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2.2 豬糞生物活性物質(zhì)提取

豬糞肥料化利用不僅可以應(yīng)用于堆肥與有機(jī)肥生產(chǎn)，還可以從中提取生物活性物質(zhì)。由于豬糞中含有多種生物活性物質(zhì)，如植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、抗氧化劑、抗菌肽等。這些物質(zhì)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[8]。生物活性物質(zhì)提取主要有4 個(gè)步驟。①預(yù)處理：對(duì)豬糞進(jìn)行固液分離、去除雜質(zhì)和多余水分。②提?。豪糜袡C(jī)溶劑、水提取或超臨界流體萃取等方法，從預(yù)處理后的豬糞中提取生物活性物質(zhì)。③分離純化：對(duì)提取液進(jìn)行色譜分離、離心、膜過濾等操作，分離純化出目標(biāo)生物活性物質(zhì)。④應(yīng)用：將提取出的生物活性物質(zhì)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)，抗氧化劑和抗菌肽可用于農(nóng)作物抗病或產(chǎn)品貯存。豬糞生物活性物質(zhì)提取有助于提高豬糞的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)，這些提取物質(zhì)也有助于推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。

2.3 豬糞飼料化利用

2.3.1 豬糞蛋白飼料

豬糞蛋白飼料是一種飼料化利用的方式，主要通過發(fā)酵、蛋白水解等工藝處理豬糞，提高其蛋白質(zhì)含量，生成適用于畜禽養(yǎng)殖的飼料[9]。包括5 個(gè)步驟：①預(yù)處理：對(duì)豬糞進(jìn)行固液分離、去除雜質(zhì)和多余水分。②發(fā)酵處理：將預(yù)處理后的豬糞與發(fā)酵菌種（如酵母菌、曲霉等）混合，通過好氧或厭氧發(fā)酵工藝，使微生物將豬糞中的有機(jī)物質(zhì)分解成蛋白質(zhì)，以提高蛋白質(zhì)含量。發(fā)酵過程可以消除豬糞中的有毒物質(zhì)、抑制因子等，提高飼料的安全性。③蛋白水解：對(duì)發(fā)酵后的豬糞進(jìn)行蛋白水解處理，可以采用化學(xué)法（如酸堿水解）或酶法（如蛋白酶水解）。水解過程中，大分子蛋白質(zhì)被分解為小分子肽和氨基酸，提高動(dòng)物對(duì)飼料的消化吸收率。④制粒與干燥：將水解后的豬糞進(jìn)行制粒，制成顆粒狀飼料，并通過干燥設(shè)備降低其水分，以提高飼料的貯存穩(wěn)定性。⑤配合飼料：將豬糞蛋白飼料與其他飼料原料（如玉米、豆粕等）按一定比例混合，制成全價(jià)配合飼料，用于畜禽養(yǎng)殖。

2.3.2 豬糞菌草飼料

豬糞菌草飼料的生產(chǎn)過程包括預(yù)處理、菌種接種、發(fā)酵培養(yǎng)、收獲與加工以及配制飼料等步驟。通過將豬糞與菌草混合培養(yǎng)，利用菌草的分解和吸收作用，可以生產(chǎn)出高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的菌草飼料。在生產(chǎn)過程中，需要注意控制生產(chǎn)條件和菌種的選擇，確保飼料的安全性和有效性。

3 環(huán)境友好型養(yǎng)殖技術(shù)

3.1 豬舍環(huán)境改善技術(shù)

3.1.1 豬舍通風(fēng)與氣流調(diào)控

豬舍通風(fēng)與氣流調(diào)控是豬舍環(huán)境改善的關(guān)鍵技術(shù)[10]，可以有效調(diào)節(jié)豬舍內(nèi)的溫度、濕度、氣體濃度和氣流速度，提高生豬的生產(chǎn)性能和健康水平。其中，通風(fēng)包括自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)，自然通風(fēng)能源消耗低，但受氣候和建筑結(jié)構(gòu)影響較大；機(jī)械通風(fēng)效果較好，但能耗較高。通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮豬舍建筑結(jié)構(gòu)、氣候條件和養(yǎng)殖密度等。氣流調(diào)控[11]通過調(diào)節(jié)豬舍內(nèi)的氣流速度、方向和分布，從而提高豬舍空氣質(zhì)量和舒適度。

3.1.2 豬舍溫濕度調(diào)控

豬舍溫濕度調(diào)控關(guān)乎生豬生產(chǎn)性能與健康[12]，包括保溫、降溫與濕度調(diào)節(jié)。依據(jù)豬舍建筑材料選擇保溫材料和隔離簾；通過通風(fēng)、水噴霧及屋頂噴灑等方式實(shí)現(xiàn)豬舍降溫調(diào)節(jié)；通過通風(fēng)、鋪設(shè)干燥材料與地面排水的方式進(jìn)行豬舍濕度調(diào)節(jié)。

3.2 豬場(chǎng)污水處理技術(shù)

3.2.1 分流與沉淀處理

分流與沉淀是處理豬場(chǎng)污水常用的方法[13]，分流是將豬場(chǎng)產(chǎn)生的固態(tài)和液態(tài)廢棄物分開，通常采用斜篩、格柵或滾筒篩等設(shè)備。此過程可減輕后續(xù)處理設(shè)備的壓力，提高處理效率。沉淀處理是利用重力作用，讓較重的固態(tài)顆粒在水中沉降，形成污泥。沉淀池的設(shè)計(jì)需考慮固體廢物停留時(shí)間、有效容積和沉淀速度。

3.2.2 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)包括好氧處理（如活性污泥法）、厭氧處理（如厭氧消化法）以及微生物菌劑處理等。好氧處理指微生物在氧氣充足的條件下，將污水中的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的降解和無害化處理。厭氧處理指厭氧微生物在無氧環(huán)境下分解有機(jī)物，產(chǎn)生沼氣等可利用產(chǎn)物。微生物菌劑處理則通過在污水中接種特定的功能性微生物菌劑，提高污水處理效率。

3.2.3 化學(xué)處理技術(shù)

化學(xué)處理技術(shù)包括絮凝、沉降、中和和氧化還原等方法，可有效去除豬場(chǎng)污水中的污染物[14]。主要是通過在豬場(chǎng)污水中加入特定的化學(xué)物質(zhì)，使污染物形成懸浮物、膠體顆粒等，并使其聚集沉降；通過調(diào)整pH 值和有害物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)，對(duì)污水中的有害物質(zhì)進(jìn)行降解和處理。

3.3 豬場(chǎng)廢氣治理技術(shù)

當(dāng)前，豬場(chǎng)廢氣治理技術(shù)主要包括以下6 種：①生物濾器處理技術(shù)：通過填充物、微生物群落和過濾床來降解豬場(chǎng)廢氣中的有機(jī)物質(zhì)，減輕惡臭和污染?？赏ㄟ^選擇填充物類型、微生物種類，優(yōu)化過濾床厚度和控制適宜的溫度、濕度條件等方法來提高處理效率。②生物技術(shù)：包括生物過濾技術(shù)、生物脫臭技術(shù)、生物吸附技術(shù)等，可利用微生物的降解作用將廢氣中的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。生物技術(shù)具有成本低、效果好、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。③物理吸附技術(shù)：使用活性炭、沸石等吸附材料吸附豬場(chǎng)廢氣中的有機(jī)物質(zhì)和惡臭氣體，降低廢氣對(duì)環(huán)境的污染。但需定期更換吸附材料，增加了養(yǎng)殖成本。④化學(xué)處理技術(shù)：通過化學(xué)氧化、中和等反應(yīng)來去除廢氣中的有害成分。雖然處理效果較好，但可能會(huì)造成二次污染，且處理成本高。⑤光催化氧化技術(shù)：利用光催化劑在光照下催化氧化廢氣中的有機(jī)物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)；該技術(shù)具有處理效果好、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但所需要的技術(shù)設(shè)備成本較高。⑥植物凈化技術(shù)：通過種植具有吸附、降解惡臭物質(zhì)功能的植物，達(dá)到凈化豬場(chǎng)廢氣的目的。這種方法具有成本低、環(huán)保、美觀等優(yōu)點(diǎn)。

4 小結(jié)

豬場(chǎng)廢棄物資源化利用技術(shù)已逐步成熟，且具有廣闊的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)也是綠色養(yǎng)殖的重要舉措之一。未來，需要進(jìn)一步推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新，提高豬場(chǎng)廢棄物資源化利用的經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)性，加強(qiáng)政策的支持和引導(dǎo)，構(gòu)建廢棄物資源化利用的市場(chǎng)體系和產(chǎn)業(yè)鏈，從而實(shí)現(xiàn)綠色養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。