集約化豬場(chǎng)的污染物減量排放及無害化處理

杜忍讓，馮兵健，李紀(jì)良,孫世鐸

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2. 陜西省興平市動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所，陜西 興平 713100；3. 陜西省洛川縣畜牧獸醫(yī)局，陜西 洛川 727400)

生豬產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，在滿足人們?nèi)忸愂称沸枨蟮耐瑫r(shí)也帶來了環(huán)境污染問題。隨著規(guī)模化、集約化養(yǎng)豬生產(chǎn)的發(fā)展，其所產(chǎn)生的豬糞尿?qū)Νh(huán)境造成了嚴(yán)重污染，這種污染直接影響到養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年末，我國(guó)生豬存欄4.73×108頭，能繁母豬存欄量4.928×107頭，出欄肉豬6.61×109頭[1]。研究表明，1頭豬日排糞尿6 kg。以全國(guó)養(yǎng)豬4.73×108頭計(jì),則日排糞量為283.8 t[2]，年排糞量在10.36×108t以上，如果不能有效減少排放、科學(xué)處理排泄物，將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生極大地污染，因此，重視養(yǎng)豬生產(chǎn)中對(duì)環(huán)境造成的污染問題，分析其原因，尋求有效的解決方法，將有效地促進(jìn)養(yǎng)豬可持續(xù)健康發(fā)展。

1 集約豬場(chǎng)污染物排泄及污染量

1.1 糞尿污水排泄數(shù)量

養(yǎng)豬生產(chǎn)是一種生物生產(chǎn)，通過新陳代謝完成生物產(chǎn)品的積累，即豬采食營(yíng)養(yǎng)元素，經(jīng)分解吸收并在體內(nèi)合成人體所需要的蛋白質(zhì)、脂肪，同時(shí)將一些不易消化的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物排出體外，可以說每頭豬都是一個(gè)肉脂生產(chǎn)廠和污染生產(chǎn)源。據(jù)報(bào)道，每頭成豬日排糞1.9 kg/d，排尿3.5 kg/d，合計(jì)5.4 kg/d；每頭成年豬日排泄糞尿平均6 kg；按育肥期 4 個(gè)月計(jì)算，育肥期每頭豬糞尿排泄可達(dá) 0.72 t[3]。也就是說年出欄 1 500 頭豬養(yǎng)殖場(chǎng)，年排泄糞尿可達(dá)1 080 t[4]。若得不到有效處理，堆積增加了豬的發(fā)病率和造成環(huán)境污染?，F(xiàn)代化集約化養(yǎng)豬，污水排放比傳統(tǒng)養(yǎng)豬增加很多，特別是采取水沖清糞，一般情況每頭豬平均日排放污水30 kg左右，按照2011年全國(guó)生豬存欄4.7億頭，出欄6.67億頭計(jì)算，假定有50%采用水沖清糞，每年養(yǎng)豬排出污水約36.9×109t。

1.2 主要有害氣體排放量

豬場(chǎng)有害氣體主要有：CO2、NH3、CH4、吲哚、H2S、糞臭素(3-甲基吲哚C9H9N)和有機(jī)酸類、酚等。豬舍排出的氨氣約占整個(gè)養(yǎng)豬生產(chǎn)氨氣排放量的50%；養(yǎng)豬生產(chǎn)中排放的氨氣大約占全球家畜氨氣排放量的15%，歐洲達(dá)到25%[5]。由豬腸道產(chǎn)生的甲烷，每年每頭1.5 kg(發(fā)展中國(guó)家為1.0 kg)，由豬糞尿排泄物產(chǎn)生的甲烷，每年每頭6～33 kg[6]。

1.3 氮、磷排泄數(shù)量

豬生理結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)階段決定著豬對(duì)蛋白質(zhì)的利用率，一般情況下攝入體內(nèi)的氮和磷，約有65%的氮和70%的磷被排泄到體外，豬在育成期喂給谷物大豆型日糧，攝取的食物中約有 32%的氮被吸收。豬所排的糞便中氮的排泄量約占攝食量的 17%，這部分氮包括較少部分未被消化的食物、內(nèi)源性損失氮、主要消化分泌物和腸細(xì)胞脫落物[7]。養(yǎng)豬廢水(干清糞工藝)中平均每頭每天排放氨氮18.7 g,總磷3.7 g，在一般營(yíng)養(yǎng)水平下，一個(gè)年出欄萬頭肥豬的豬場(chǎng)全年氮、磷的排出量約45 t和17 t[8]。

1.4 微量元素污染及排泄數(shù)量

在動(dòng)物飼料中添加含有微量元素的Cu、Zn、As、Se、Mn、Co等不僅可以預(yù)防疾病，而且還可以提高飼料轉(zhuǎn)化率、增加畜禽體重和禽類的產(chǎn)蛋量[8]。在畜禽生長(zhǎng)過程中使用添加含Cu的化合物如 CuSO4、Cu(OH)2，將會(huì)增加糞便中的Cu含量，豬日糧中銅的最高安全限量為250 mg/kg。郭小權(quán)等[9]在飼料中分別添加3 000、2 000、1 000、100 mg/kg氧化鋅飼喂試驗(yàn)，結(jié)果前三組糞便中鋅含量分別是100 mg/kg組的13. 6倍、9. 9倍和4. 6倍。說明動(dòng)物僅能吸收利用滿足正常生理需要的鋅，剩下大部分未被吸收的鋅是以糞便的形式排出體外。如果豬糞中的鋅都停留在土壤中，鋅含量將在17年內(nèi)超標(biāo)( 120 mg/kg )，被污染的土地將不再具有可耕性。據(jù)報(bào)道,一個(gè)萬頭豬場(chǎng)按美國(guó)FDA允許使用砷制劑用量測(cè)算，如連續(xù)使用含砷加藥飼料，如果不在糞便處理方面采取相應(yīng)有效措施， 5～8年之后將可能向豬場(chǎng)周圍排出1 t砷(As)，16年之后土壤中含砷量可增1倍[10]。

1.5 病原微生物及抗菌藥物污染及排泄量

養(yǎng)豬生產(chǎn)中排出的糞尿及污水不及時(shí)處理，將病原微生物如病毒、細(xì)菌、寄生蟲等排出污染環(huán)境，已查明糞便中可引起寄生感染的(從動(dòng)物到人)微生物有150種[11]，主要為大腸桿菌、沙門氏菌、賈第蟲(鞭毛蟲)、彎曲菌及原蟲。畜牧場(chǎng)所排放的污水中平均 1 mL含 33萬個(gè)大腸桿菌和 66萬個(gè)腸球菌，沉淀池內(nèi)污水中蛔蟲卵和毛首線蟲卵分別高達(dá)193和106個(gè)[10]；豬場(chǎng)工作人員，也會(huì)將病原微生物攜帶出豬場(chǎng)造成污染；豬場(chǎng)大量使用抗菌藥物，50%～90%將以原形化合物或代謝產(chǎn)物進(jìn)入糞 、尿等排泄物中，少部分藥物以原形或代謝產(chǎn)物方式蓄積于組織 、器官以及蛋奶等產(chǎn)品中[12]。盡管目前具體數(shù)量難以確定，但是在生產(chǎn)中抗生素用量在標(biāo)準(zhǔn)給量1.5～2倍很普遍，其排出量也隨之成倍增加。

2 集約化豬場(chǎng)污染物減量排放措施

2.1 合理供給營(yíng)養(yǎng)

首先是準(zhǔn)確測(cè)定豬營(yíng)養(yǎng)需要和飼料營(yíng)養(yǎng)含量，設(shè)計(jì)出營(yíng)養(yǎng)水平與動(dòng)物生理需要基本一致的日糧。其次是選擇合適原料， 原料來源無污染，營(yíng)養(yǎng)變異小，消化率高、不含有毒有害成分。第三是適當(dāng)?shù)仫暳霞庸?，適當(dāng)?shù)胤鬯?，膨化和制粒等，提高利用率。在育肥豬日糧中每千克粗蛋白減少10 g時(shí)豬舍的氨氣排放量減少7%～15%[13]。日糧中粗纖維添加量由18.5%降到12.1%，豬場(chǎng)氨氣的排放減少40%，減少量主要是尿氮，而糞氮的變化并不大[14]。

2.2 平衡日糧氨基酸

采用降低蛋白質(zhì)，補(bǔ)充氨基酸的方法可以有效地減少氮的排出量，據(jù)劉剛等[15]報(bào)道將泌乳母豬日糧蛋白質(zhì)由 18% 降至 14%，補(bǔ)充合成氨基酸，糞氮排泄量減少20.8% 。董志巖等[16]在保證滿足豬營(yíng)養(yǎng)需要前提下，將泌乳母豬日糧蛋白質(zhì)降低 1%～3% ，糞氮排泄量減少10.18% ～15.71%。說明通過平衡氨基酸可以有效減少氮的排泄量。

2.3 有效利用添加劑

研究指出，益生菌可以減少抗生素使用，提高生產(chǎn)水平，減少氨氣等排放。Wang等[17]在飼料中添加0.05%～0.2%含枯草桿菌、芽胞桿菌的益生素使氨氣排放量減少50%。在飼料中加一定量的復(fù)合酶，豬的氮排出量可減少10%～15%[18]。不添加植酸酶時(shí)，豬對(duì)玉米中磷的消化率僅為16%，對(duì)豆粕中磷的消化率為38%。添加植酸酶后可顯著提高植酸磷的消化利用率，減少無機(jī)磷的添加量，降低豬糞便磷排出。生物活性肽源于蛋白質(zhì)的多功能化合物，可以通過腸道黏膜吸收，吸收速率高，用量小，作用大，并能夠促進(jìn)動(dòng)物對(duì)礦物質(zhì)的吸收利用，能有效減少高蛋白飼料造成的環(huán)境污染。

Canh等[19]報(bào)道日糧中添加CaSO4(1.7%)、苯甲酸(1%)或脂肪酸(1%)降低了動(dòng)物尿中的pH，分別減少氨氣排放5%、20%和25%。寡聚糖，可以促進(jìn)雙歧桿菌增殖，在腸道形成優(yōu)勢(shì)菌群，阻止病原菌附著腸黏膜，降低腸道病的發(fā)生，是取代抗生素的理想生態(tài)營(yíng)養(yǎng)飼料添加劑，可以有效減少抗生素添加劑污染。研究發(fā)現(xiàn)，使用微量元素螯合物可以有效地提高微量元素的利用，飼喂NRC規(guī)定量的50%的微量元素螯合物，在保證豬正常瘦肉生長(zhǎng)速率同時(shí)，糞便中微量元素的排泄量，銅減少75%，鋅減少50%，鐵減少14%[15]。飼料中添加膨潤(rùn)土、沸石、海泡石等非營(yíng)養(yǎng)性添加劑可結(jié)合糞尿中氨，減少氨的散發(fā)量。研究者從絲蘭中提取出兩種活性成分，可以與氨、硫化氫及吲哚等有毒有害氣體結(jié)合，控制糞便的惡臭。同時(shí)能有效抑制微生物區(qū)系尿素酶的活性，降低尿素的分解，使氨排放量減少40%～50%[17]。

2.4 采用科學(xué)飼養(yǎng)方式

氮排放隨著豬年齡、性別、生理階段及日糧含量不同而變化，種豬采用階段飼養(yǎng)加科學(xué)合理日糧可以降低氮及污染物的排泄，根據(jù)妊娠母豬對(duì)氮的需要量遠(yuǎn)低于泌乳母豬的實(shí)際情況，通用科學(xué)配制的不同階段母豬日糧可降低氮排出量15%～20%[17]；斷奶仔豬及育肥豬采用階段飼養(yǎng)技術(shù)可以減少氨氣排放15%～20%[18]。

利用微生物發(fā)酵床進(jìn)行自然生物發(fā)酵，通過利用適宜的菌劑，按一定比例混合秸稈、鋸木屑、稻殼粉和糞便(或泥土)進(jìn)行微生物發(fā)酵繁殖，形成一個(gè)微生態(tài)發(fā)酵床工廠，并以此作為豬圈的墊料。再利用生豬的拱翻習(xí)性作為攪拌加工，使豬糞、尿和墊料充分混合，微生物利用豬糞為食餌，繁殖滋生，分解發(fā)酵，使豬糞、尿中的有機(jī)物質(zhì)得到充分分解和轉(zhuǎn)化，同時(shí)繁殖生長(zhǎng)的大量微生物又向生豬提供菌體蛋白質(zhì)。相輔相成將豬舍墊料發(fā)酵床演變成微生態(tài)飼料加工廠，實(shí)現(xiàn)無臭、無味、無害化的目的。

3 豬場(chǎng)污物無害化處理方法

3.1 堆肥發(fā)酵處理豬糞

堆肥發(fā)酵處理豬糞技術(shù)，就是糞便在微生物作用下通過高溫發(fā)酵，使有機(jī)物礦物質(zhì)化、腐殖化和無害化，同時(shí)高溫殺死存在于糞便中的微生物和寄生蟲等，使其變成腐熟肥料的過程。通過堆積發(fā)酵過程中微生物分解和高溫催化，不但生成大量可被植物利用的有效液態(tài)氮、磷、鉀化合物，而且產(chǎn)生新的高分子有機(jī)物腐殖質(zhì)，這些腐殖質(zhì)成為構(gòu)成土壤肥力的重要活性物質(zhì)。其方法是將豬糞收集到發(fā)酵槽內(nèi)，自然發(fā)酵或者添加適量的通氣材料進(jìn)行發(fā)酵，待其腐熟后直接施入農(nóng)田、果園等，這是無害化處理豬糞最簡(jiǎn)單最有效的方法。

3.2 糞污沼氣化處理

豬糞尿制作沼氣，收集豬生產(chǎn)中的糞尿，通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生甲烷等可燃?xì)怏w，用于生活和發(fā)電，產(chǎn)氣后所剩余的沼渣和沼液，作為有機(jī)肥的原料，生產(chǎn)有機(jī)肥。生產(chǎn)中注意生產(chǎn)沼氣的殘余物(沼渣、沼液)，有時(shí)比原來糞便的體積增加了3～5倍，含水量高和相對(duì)肥效低，同時(shí)含有很高的化學(xué)需氧量COD(chemicaloxygendemand)值，存在二次污染問題，生產(chǎn)中要合理利用。

3.3 有害氣體的過濾消除

清除有害氣體是一個(gè)相對(duì)困難的問題，可以通過空氣過濾器阻止污濁、污染的空氣進(jìn)出入豬舍。污濁的空氣通過充滿填充物質(zhì)的反應(yīng)器將空氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化消除，反應(yīng)器填充物質(zhì)(生物過濾器)由惰性的或生物活性物質(zhì)組成，(酸性過濾器)由木屑、沙土、礦石棉組成。在酸性過濾器中，通過添加酸使循環(huán)水的pH需要一直保持4以下，釋放出的氨氣被酸性溶液轉(zhuǎn)變成NH4+。在生物過濾器中，填充媒介物質(zhì)添加特定的好氧微生物，可以轉(zhuǎn)化非有機(jī)物質(zhì)或破壞有機(jī)復(fù)合物。因此，氨氣被氧化生成NO2-和NO3-。經(jīng)過反硝化作用使有害氣體變成無污染的N2而減少了氨氣的排放。研究發(fā)現(xiàn)，這兩種類型的空氣過濾器可以減少育肥豬舍內(nèi)氨氣排放量的65%～95%。當(dāng)然，進(jìn)氣口處的氨氣濃度、存留時(shí)間、濕度、溫度、O2水平、pH以及填充媒介物質(zhì)特性等將影響過濾效果。

3.4 廢棄物的植物吸收消除

豬場(chǎng)種植樹木及牧草，利用樹木和牧草的光合作用吸收二氧化碳、氨氣等，減少有害氣體向大氣中排放，由于樹木具有遮蔭效果，牧草可以吸收熱源，所以樹木茂密裸露土地較少的豬場(chǎng)溫度比不具備樹木和牧草的豬場(chǎng)低10%～20%，熱輻射減少80%，細(xì)菌數(shù)量減少22%～79%、粉塵減少35%～67%、除臭50%、有害有毒氣體含量降低25%[4]。一般要求豬場(chǎng)周邊種植3～6行白楊樹類樹木，豬場(chǎng)內(nèi)豬舍之間種植2～3行喬木，地面種植豬喜食的青綠牧草，主要道路兩旁種植喬木和亞喬木。

3.5 豬場(chǎng)污水水生植物處理

通過污水處理用的“氧化塘+人工濕地”處理污水。濕地是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和建造的,濕地上種有多種水生植物(如水葫蘆、細(xì)綠萍、蘆葦?shù)?。水生植物根系發(fā)達(dá)，為微生物提供了良好的生存場(chǎng)所，而微生物的排泄物又成為水生植物的養(yǎng)料，收獲的水生植物可再作為沼氣原料、肥料或草魚等的餌料。水生動(dòng)物及菌藻，隨水流入魚塘作為魚的餌料。通過微生物與水生植物的共生互利作用，使污水得以凈化。該處理模式與其它糞便處理設(shè)施比較，具有投資少，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

4 小 結(jié)

養(yǎng)豬生產(chǎn)應(yīng)考慮人類健康和生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及動(dòng)物福利。為減少排泄物對(duì)環(huán)境的污染，須遵守相關(guān)法規(guī)和行業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，在法律規(guī)定的范圍內(nèi)開展生產(chǎn)活動(dòng)；開展增量減排的研究工作，通過豬的遺傳育種、飼料營(yíng)養(yǎng)的合理搭配、無污染飼料原料及生物添加劑的研發(fā)和使用、改進(jìn)飼料加工工藝、根據(jù)生理特點(diǎn)科學(xué)配制飼料、采用針對(duì)性的飼養(yǎng)方式、動(dòng)物疫病的有效控制等方面研究，使養(yǎng)豬生產(chǎn)飼料轉(zhuǎn)化率增加，減少污染物的排出；加強(qiáng)污染物的科學(xué)化處理，可以通過生物技術(shù)發(fā)酵和糞便合理利用等消除污染。減量排放和無害化處理對(duì)有效降低污染具有積極作用，但更重要的是要實(shí)現(xiàn)糞污的資源化利用，只有實(shí)現(xiàn)糞污的資源化利用才可實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬生產(chǎn)健康、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展。

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