豬場(chǎng)糞便新型處理技術(shù)探討

孫朋朋，宋春陽(yáng)

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué) ，山東 青島 266109）

我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)正在逐漸地走向?qū)I(yè)化、規(guī)?；⒓s化，在一定程度上對(duì)我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)是有益的，也是未來(lái)的一種發(fā)展趨勢(shì)；但這個(gè)過程中所產(chǎn)生的問題也是不能忽視的。目前，在豬糞便的處理上有很多弊端，原因是多方面的，如國(guó)家政策、利益關(guān)系、缺乏認(rèn)識(shí)等；豬糞便對(duì)環(huán)境的污染，包括空氣污染、水體污染以及土壤污染等。楊慧娟等人報(bào)道：每頭豬的產(chǎn)污量約等于10個(gè)人的產(chǎn)污量，一個(gè)萬(wàn)頭規(guī)模的豬場(chǎng)每年能產(chǎn)生3.5萬(wàn)～5.0萬(wàn)t的糞污量[1]。且豬糞便中還帶有有毒有害微生物，對(duì)人體能造成傷害；合理的處理豬糞便顯得尤為重要。雖然發(fā)酵床技術(shù)在豬的生產(chǎn)上可以一定程度減輕這一問題；但發(fā)酵床養(yǎng)豬不能使用消毒劑以及抗生素類的藥物，導(dǎo)致疾病一旦發(fā)生很難控制，而且單位面積收益較少，推廣很困難。要合理有效地控制豬糞便，首先要了解它對(duì)環(huán)境的污染，然后根據(jù)其特點(diǎn)選擇正確的處理技術(shù)。

1 糞便對(duì)環(huán)境的污染

1.1 對(duì)土壤的污染

適量的豬糞能夠使土壤肥沃，但過量施用就會(huì)造成土壤中殘留的微量元素超標(biāo)，影響土地的生產(chǎn)力，一般每公頃土地可以負(fù)荷的豬糞為30～45t，超過這一限度便會(huì)造成污染，并且影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)和質(zhì)量；嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生亞硝酸鹽等有害物質(zhì)和難聞的氣味。

1.2 對(duì)水體的污染

糞便對(duì)水體的污染主要是地表水和地下水，致使水體的物理性質(zhì)以及細(xì)菌數(shù)量發(fā)生變化。對(duì)水體的污染主要有生物病菌污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化和糞便分解產(chǎn)物造成的污染。這些將會(huì)危害水生生物的生存，破壞水體環(huán)境，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致人畜中毒。

1.3 對(duì)空氣的污染

豬糞大量或者長(zhǎng)期堆放在農(nóng)田，由于微生物的作用，有機(jī)物質(zhì)會(huì)被分解，產(chǎn)生一些難聞且有毒有害的氣體——氨氣、硫化氫、甲硫醇等，使空氣質(zhì)量下降[2]；產(chǎn)生的氣體不能被及時(shí)有效地處理，隨風(fēng)又會(huì)飄散到周邊地區(qū)，導(dǎo)致大范圍的空氣污染。

2 豬糞的傳統(tǒng)處理技術(shù)

傳統(tǒng)的方法是將豬糞直接施用在農(nóng)田、焚燒、干燥，但這些方法不能很好地解決豬糞問題；但在一定意義上可以改善糞便的污染。

2.1 焚燒法

豬糞的焚燒法是借鑒了城市垃圾處理的技術(shù)改進(jìn)而形成的。利用800～1000℃的高溫條件將豬糞中的有機(jī)物質(zhì)充分燃燒，燃燒的同時(shí)還能將豬糞中的有害微生物殺死，并且能將燃燒產(chǎn)生的熱量用來(lái)發(fā)電[3]。由于養(yǎng)殖戶單獨(dú)建立焚燒廠不太實(shí)際，因此只能在垃圾焚燒廠附近的養(yǎng)殖場(chǎng)才能應(yīng)用，所以推廣較難。

2.2 干燥法

干燥法是把豬糞放置于空氣或高溫條件下，使糞便脫去水分，提高其粗蛋白含量以及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，可以用作有機(jī)肥料。干燥法又包括自然干燥、高溫干燥以及機(jī)械干燥；自然干燥容易引起病菌滋生且干燥率較低；高溫干燥要求太高，且耗電量大；機(jī)械干燥設(shè)備昂貴且能源消耗過大。綜合因素，干燥法也不適用于豬糞的處理。

3 豬糞的新型處理技術(shù)

3.1 沼氣工程技術(shù)

沼氣工程技術(shù)目前在我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)使用的比較廣泛，但在養(yǎng)豬業(yè)上還沒有形成規(guī)模。沼氣工程是在特定環(huán)境和適宜的溫度下，利用了微生物的厭氧消化，將豬糞中的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可利用的能源氣體，并且能將沉積的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃縮，是集豬糞處理、沼氣生產(chǎn)以及資源利用一體化的工藝流程，因此又稱為厭氧發(fā)酵技術(shù)。將沼氣工程技術(shù)應(yīng)用在豬糞的處理中，可以明顯地改善環(huán)境，提高糞便利用率。沼氣工程的主要設(shè)備包括：USR(升流式固體反應(yīng)器)、UASB(升流式厭氧污泥床)、CSTR(全混合厭氧消化器)、AC(厭氧接觸反應(yīng)器)、EGSB(膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器)、IC(內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器)等，其中在豬場(chǎng)中使用效果最好的是USR、UASB、CSTR[4]。由于USR工藝在冬季無(wú)法滿足自身運(yùn)行條件，因此使用的不多。因此在豬場(chǎng)中使用較多的是UASB、CSTR技術(shù)。

3.1.1 CSTR工藝流程

CSTR流程包括：1）預(yù)處理（主要除去一些雜物，如草、紙屑、塑料袋等）；2）CSTR（將經(jīng)過預(yù)處理的豬糞進(jìn)入到CSTR，進(jìn)行厭氧發(fā)酵）；3）收集氣體（將發(fā)酵產(chǎn)生的氣體用儲(chǔ)氣柜進(jìn)行儲(chǔ)存，儲(chǔ)氣柜內(nèi)的氣壓應(yīng)調(diào)節(jié)至5.5kPa）；4）將收集的氣體進(jìn)行脫硫（發(fā)酵產(chǎn)生的氣體中含有大量的硫化氫H 2S，不能直接使用，一般采用干法氧化鐵脫硫）[5]。CSTR流程預(yù)處理應(yīng)盡量使進(jìn)料TS濃度在6%～12%，保持在中溫條件下進(jìn)行。

3.1.2 UASB工藝流程

UASB流程包括：1）預(yù)處理（將豬糞進(jìn)行固液分離）；2）UASB（這個(gè)階段是酸化相，主要是發(fā)酵菌將有機(jī)物質(zhì)分解為簡(jiǎn)單有機(jī)物，進(jìn)而產(chǎn)生多種有機(jī)酸，此階段還會(huì)產(chǎn)生一些氣體）；3）進(jìn)入調(diào)節(jié)池（將產(chǎn)生的酸放入調(diào)節(jié)池進(jìn)行調(diào)節(jié)）；4）UASB（這個(gè)階段是甲烷相，產(chǎn)生大量甲烷，要將產(chǎn)生的氣體進(jìn)行收集）[6]。UASB流程設(shè)計(jì)參數(shù)COD負(fù)荷范圍應(yīng)該為5～18kg/(m3/d)，其中以6～11kg/(m3/d)最多，反應(yīng)器容積30～5500m3[7]。

CSTR和UASB各有優(yōu)點(diǎn)，CSTR底物分布較均勻，消化器內(nèi)溫度分布也比較均勻；UASB具有較高的負(fù)荷率，且工藝穩(wěn)定。沼氣工程技術(shù)近年來(lái)在快速發(fā)展，鐘亞偉運(yùn)用超高溫厭氧生物發(fā)酵技術(shù)來(lái)處理禽畜糞便，再通過太陽(yáng)能及自身熱能反過來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)，快速厭氧處理糞污轉(zhuǎn)化為沼氣和有機(jī)肥料，并且利用高溫將細(xì)菌和微生物殺死[8]。Masse等研究發(fā)現(xiàn)：低溫厭氧消化序批式反應(yīng)器降解豬糞過程中，能夠降低71.4%的固體含量，79.9%的溶解性有機(jī)物，N/P在反應(yīng)過程中逐漸升高，并且可以防止磷的損失[9]。養(yǎng)殖人員應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臈l件采用適合的工藝。隨著沼氣工程技術(shù)的發(fā)展和研究，相信沼氣將會(huì)廣泛被使用，可以有效地解決豬糞對(duì)環(huán)境造成的污染，并會(huì)產(chǎn)生新的收益。

3.2 高溫堆肥技術(shù)

高溫堆肥技術(shù)是在傳統(tǒng)自然堆肥的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但又區(qū)別于自然堆肥。自然堆肥是利用自然干燥的方式對(duì)糞便進(jìn)行厭氧發(fā)酵，效率很低；高溫發(fā)酵則是在有氧氣的條件下調(diào)節(jié)微生物或細(xì)菌所需要的溫度、水分、酸堿度以及其他的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，最大限度地發(fā)揮微生物的分解作用，更快地縮短堆肥的時(shí)間，并且達(dá)到脫水和殺菌的作用的一項(xiàng)技術(shù)。高溫堆肥技術(shù)簡(jiǎn)單、方便而且實(shí)用，在養(yǎng)豬場(chǎng)實(shí)行起來(lái)比較容易。

高溫堆肥技術(shù)主要包括：1）預(yù)處理（要把豬糞中一些雜質(zhì)去除，以免影響效果）；2）挖坑（根據(jù)實(shí)際的糞便量在地面上挖坑）；3）堆肥（在坑的底部鋪一層農(nóng)作物秸稈，盡量厚一點(diǎn)，然后將豬糞鋪在秸稈上，潑上適量的石灰水，最后用一層土將其蓋上，后期要適當(dāng)?shù)貕壕o）；4）在堆肥坑的旁邊建通氣溝；5）當(dāng)堆肥的溫度下降至40℃左右時(shí)，豬糞就轉(zhuǎn)變?yōu)楦迟|(zhì)了。

高溫堆肥一定要保證氧氣的充足，否則影響堆肥的效果；在冬季如果溫度過低，應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充水分。高溫堆肥能夠殺滅豬糞中的病菌和蟲卵，減少疾病的發(fā)生。目前已經(jīng)用發(fā)酵罐代替土坑，使得發(fā)酵效果更好，并且對(duì)于發(fā)酵菌的研究和堆肥技術(shù)也發(fā)展很快。高溫堆肥初期，由于微生物較少，導(dǎo)致發(fā)酵過慢，可以添加一些活性菌以增加其腐化速度。王衛(wèi)平等研究發(fā)現(xiàn)：在對(duì)豬糞進(jìn)行高溫堆肥時(shí)，只要添加0.3%的復(fù)合菌（酵母菌、放線菌和芽孢桿菌）就能夠有效地縮短堆肥的周期，加快腐熟的進(jìn)程，大約可以縮短10d時(shí)間[10]。對(duì)于糞便中各種物質(zhì)在堆肥過程中的變化研究也較多。姜繼韶等研究證明：堆肥過程中氮的損失主要是在高溫階段；堆肥的周期大約為23d，并且50℃以上持續(xù)了9d，55℃以上持續(xù)了11d；與堆肥前相比較，總氮和有機(jī)碳含量分別下降了40.2%和38.2%[11]。潘尋等研究發(fā)現(xiàn)再次證明機(jī)械通風(fēng)和翻堆能夠提高堆體的最高溫度以及高溫持續(xù)的時(shí)間；另外還發(fā)現(xiàn)抗生素的去除主要發(fā)生在高溫階段，經(jīng)過28d的高溫堆肥，MN、OTC、CTC和TIA去除率分別為98.1%、92.8%、93.36%、91.25%[12]。因此在實(shí)際堆肥中應(yīng)根據(jù)堆肥的效果進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐L(fēng)和翻堆，可以提高堆肥的質(zhì)量。在豬糞堆肥的過程中添加不同的農(nóng)作物秸稈，效果也不一樣。盧秉林等研究發(fā)現(xiàn)：在豬糞堆肥時(shí)加入小麥秸稈可以有效地縮短進(jìn)入高溫發(fā)酵的時(shí)間，且能使高溫發(fā)酵層從中間向上下擴(kuò)散；還能減少氮素的損失和難聞氣體的產(chǎn)生；當(dāng)豬糞和小麥秸稈的比例為6∶4時(shí)，可以縮短堆肥時(shí)間18d[13]?？梢娦←?zhǔn)菍?duì)豬糞高溫堆肥比較好的，在實(shí)際應(yīng)用中可按比例使用小麥秸稈提高堆肥的效果。

3.3 低等動(dòng)物處理技術(shù)

低等動(dòng)物處理糞便的技術(shù)在近幾年發(fā)展比較迅速，主要使用的動(dòng)物是蚯蚓、蠅蛆、蝸牛等，目前應(yīng)用最廣泛的是蚯蚓。這項(xiàng)技術(shù)利用蚯蚓特殊的生理特性，分解豬糞和秸稈的混合物并且合成蛋白質(zhì)及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還能產(chǎn)生蚓糞，可以作為肥料使用。因此在生產(chǎn)過程中推廣意義很大。

蚯蚓處理技術(shù)的流程：1）對(duì)豬糞進(jìn)行預(yù)處理，將其他雜質(zhì)去除；2）將豬糞與秸稈在一起混合，進(jìn)行堆肥，時(shí)間大約2～3個(gè)月；3）根據(jù)豬糞量體積建設(shè)分解池；4）要保證池子的深度足夠深；5）將堆肥的豬糞放入分解池中，放入適量的蚯蚓進(jìn)行分解；6）從分解池中分離蚯蚓和分解產(chǎn)生的物質(zhì)。

蚯蚓處理糞便技術(shù)操作簡(jiǎn)單，效果明顯，在實(shí)際應(yīng)用中可行性很高。目前使用效果最好的蚯蚓是愛勝屬愛勝蚓[14]，并且對(duì)于在處理過程中細(xì)節(jié)也研究較多。董煒華等研究發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過蚯蚓分解的豬糞有機(jī)質(zhì)減少，且豬糞與水稻秸稈混合時(shí)減少的量明顯少于豬糞與玉米秸稈混合時(shí)的減少量[15]。從中可以得知，應(yīng)當(dāng)選擇水稻秸稈與豬糞進(jìn)行發(fā)酵，然后放入蚯蚓分解，可以減少物質(zhì)的損失。高娟等研究得出結(jié)論：在用蚯蚓對(duì)豬糞與水稻秸稈進(jìn)行分解時(shí)，當(dāng)混合物的碳氮比為30時(shí)，最適合蚯蚓生長(zhǎng)、繁殖及分解[16]。由于豬糞的本質(zhì)特性，可以和其他畜禽的糞便一起混合分解。何偉國(guó)等研究證明：豬糞、雞糞、牛糞的比例為0∶1∶2時(shí)，最適合蚯蚓對(duì)糞料的利用以及其自身的生長(zhǎng)[17]。在溫度方面，沈明星等研究發(fā)現(xiàn)：溫度在8～32℃變化時(shí)，蚯蚓處理有機(jī)物的速率與溫度有顯著關(guān)系，并且認(rèn)為25.4 ℃為最適溫度[18]。在濕度方面，倉(cāng)龍等研究發(fā)現(xiàn)：赤子愛勝蚓處理豬糞的最適濕度為75 %[19]。豬糞蚯蚓處理技術(shù)的出現(xiàn)，為豬糞的處理提供了新的方向，真正實(shí)現(xiàn)了糞便處理的潔凈化；蚯蚓體內(nèi)還含有蚓激酶，可以為養(yǎng)殖戶提供新的經(jīng)濟(jì)來(lái)源。

4 小結(jié)

隨著養(yǎng)豬業(yè)的迅速發(fā)展，豬糞對(duì)我國(guó)環(huán)境的污染不能不給以足夠的重視。一些新型的糞便處理技術(shù)可以有效地改善豬糞對(duì)環(huán)境的污染，但任何一種技術(shù)都不是完美的，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)，合理的綜合利用現(xiàn)有的技術(shù)，保證發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)也保護(hù)了環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

[1] 楊慧娟，萬(wàn)大娟，許振成，等.不同飼糧對(duì)生豬產(chǎn)污情況的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，27(1)：109-111.

[2] 王林業(yè).養(yǎng)豬場(chǎng)環(huán)境污染問題及治理對(duì)策[J].畜禽業(yè)，2011(7)：26-27.

[3] 徐特秀，卞志浩.畜禽糞便處理與資源化利用技術(shù)研究進(jìn)展[A].污染防治技術(shù)，2013，26(3)：5-8.

[4] 陳家歡，周超賢，林志斌. 養(yǎng)豬場(chǎng)沼氣工程工藝技術(shù)淺談[J].廣東飼料，2012，21(3)：45-46.

[5] 孫家賓，陳光年，彭朝輝，等.規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)廢水處理沼氣工程案例[B].中國(guó)沼氣2011，29(4)：20-24.

[6] 吳淑杭，姜震方，俞清英.畜禽糞便處理技術(shù)與資源化途徑[A].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2003，19(2)：52-54.

[7] 任南琪，王愛杰.厭氧生物技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[8] 鐘亞偉.畜禽糞污超高溫厭氧生物快速消毒防疫系統(tǒng)及處理方法[P].天津：CN2806453，2006-08-16.

[9] D I. Masse， F Croteau， L Masse. The fate of crop nutrien ts during d igestion o f sw ine m anu re in psych rophilic anaerobic se-quencing batch reactors[J]. Bioresource Techno logy，2007，98(15)：2819-2823.

[10] 王衛(wèi)平，汪開英，薛智勇，等.不同微生物菌劑處理對(duì)豬糞堆肥中氨揮發(fā)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，16(4)：693-697.

[11] 姜繼韶，黃懿海，黃華，等.豬糞秸稈高溫堆肥過程中碳氮轉(zhuǎn)化特征與堆肥周期探討[A].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31(11)：2511-2517.

[12] 潘尋，強(qiáng)志明，賁偉偉.高溫堆肥對(duì)豬糞中多類抗生素的去除效果[A].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2013，29(1)：64-69.

[13] 盧秉林，王文麗，李娟，等.添加小麥秸稈對(duì)豬糞高溫堆肥腐熟進(jìn)程的影響[A].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2010，4(4)：926-930.

[14] Elvira C， Sam pedro L， Nogales R. Suitability of sludges from dairy and paper industries for grow th and rep roduction of Eisenia And rei[J]. Pedobiologia，1998（43）： 766-770.

[15] 董煒華，殷秀琴，辛樹權(quán).赤子愛勝蚓對(duì)不同豬糞和秸稈的分解作用[A]，生態(tài)學(xué)雜志2012，31(12)：3109-3115.

[16] 高娟，楊京平，楊虎.蚯蚓處理豬糞與秸稈的最適碳氮比及混合物腐熟度評(píng)價(jià)[A].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，23(3)：765-771.

[17] 何偉國(guó)，衛(wèi)龍興，盛岳山，等.蚯蚓對(duì)不同糞料利用情況的研究[J].上海畜牧獸醫(yī)通訊，2013（03）：27.

[18] 沈明星，王海候，沈曉萍，等.溫度對(duì)蚯蚓處理牛糞能力的影響及其調(diào)控效果[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008(3)：263-265.

[19] 倉(cāng)龍，李輝信，胡鋒，等.赤子愛勝蚓處理畜禽糞的最適濕度和接種密度研究[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，2002，18(3)：38-42.