豬糞固形物餌料化試驗(yàn)研究

江華明，李仁全，彭萬(wàn)仁，謝玉英

(1.四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程系，四川遂寧 629000；2.四川省遂寧市畜牧局,四川遂寧 629000）

豬糞固形物餌料化試驗(yàn)研究

江華明1，李仁全1，彭萬(wàn)仁1，謝玉英2

(1.四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程系，四川遂寧 629000；2.四川省遂寧市畜牧局,四川遂寧 629000）

養(yǎng)殖場(chǎng)新鮮豬糞添加適量鹽酸酸化，采用固液分離技術(shù)分成液體和固形物兩部分，液體部分進(jìn)入進(jìn)行厭氧沼氣發(fā)酵，固體物料采用“兩段式發(fā)酵”處理后，添加輔料經(jīng)膨化處理后制成魚(yú)類顆粒餌料.結(jié)果表明，固液分離后的豬糞固形物中C u、Z n離子濃度明顯下降，為60.8mg k g-1，64.1mg k g-1，分別降低了78.84%、12.21%；經(jīng)高溫好氧、中溫發(fā)酵處理后，按魚(yú)類餌料配方標(biāo)準(zhǔn)添加輔料制成顆粒魚(yú)餌料，C u、Z n含量分別為30.1mg·k g-1、72.6mg·k g-1，達(dá)到了魚(yú)類餌料標(biāo)準(zhǔn)要求.接種耐高溫除臭細(xì)菌進(jìn)行高溫好氧處理，再接種啤酒酵母發(fā)酵，再添加魚(yú)粉5%，豆粕20%，菜籽餅14%、復(fù)合維生素1%，食鹽0.5%；充分混勻后，經(jīng)烘干、膨化、成形制成顆粒餌料.結(jié)果表明，上述處理殺菌效果好，魚(yú)餌料中未檢出糞大腸菌群，餌料含粗蛋白25.4%，粗脂肪6.8%、粗纖維9.2%，鈣1.2%、磷0.7%、灰分8.1%，達(dá)到魚(yú)飼料營(yíng)養(yǎng)要求.該技術(shù)很好地實(shí)現(xiàn)了豬糞固形物的資源化利用.

豬糞；生物質(zhì)；固液分離；魚(yú)類餌料；試驗(yàn)

隨著養(yǎng)殖業(yè)集約化發(fā)展，我國(guó)生豬養(yǎng)殖規(guī)模快速增加，養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)年排放的糞便數(shù)量巨大，這些糞便若不經(jīng)過(guò)有效處理而直接排放，既浪費(fèi)資源，又污染環(huán)境，人們?yōu)榇藢?duì)豬糞的綜合處理和利用途徑作了有益探索，已形成了相應(yīng)的利用模式，包括肥料化、飼料化和能源化[1~4].由于生豬是雜食性單胃動(dòng)物，因此豬糞還殘留豐富的營(yíng)養(yǎng)，尤其含氮量較高，據(jù)測(cè)定，豬糞干物質(zhì)中粗蛋白19%，粗纖維17%，鈣3.5%，磷2.6%，灰分17%[5].另一方面，豬糞中也含有許多有害物質(zhì)，如病原微生物、寄生蟲(chóng)，以及Cu、Z n等重金屬離子，消除豬糞中的有害成分，實(shí)現(xiàn)豬糞資源化利用是確保生豬產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要課題.

基于此，本研究采用無(wú)機(jī)酸處理和固液分離技術(shù)對(duì)新鮮豬糞進(jìn)行前處理，形成液體和固形物兩部分，以降低豬糞固形物中重金屬離子含量.固液分離的液體采用沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，同時(shí)殺滅病原菌；豬糞固形物采用“兩段式發(fā)酵”，第一階段為高溫好氧發(fā)酵，混合物料接種耐高溫復(fù)合菌，利用堆肥化過(guò)程中產(chǎn)生的高溫殺滅病原菌，同時(shí)分解物料中的腐敗物；第二階段為酵母菌發(fā)酵階段，接種釀酒酵母進(jìn)行常溫發(fā)酵；最后根據(jù)鯉魚(yú)、草魚(yú)和鯽魚(yú)的營(yíng)養(yǎng)特性配制魚(yú)餌料，經(jīng)干燥、膨化成形等加工過(guò)程制成顆粒餌料.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料及設(shè)施

1.1.1 發(fā)酵原料及菌種

主料為取自四川省蓬溪華亨泰豐農(nóng)牧發(fā)展有限公司種豬場(chǎng)的新鮮豬糞，包括妊娠舍成年豬（120 d）、產(chǎn)仔舍仔豬（40 d）和保育舍生長(zhǎng)豬（80 d）的新鮮豬糞.輔料為玉米秸稈粉、麩皮、豆粕，從農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)購(gòu)買.

發(fā)酵菌劑包括高溫復(fù)合菌和酵母菌.高溫復(fù)合菌劑由3株高溫芽孢桿菌(Bacillus sp.)組成，不產(chǎn)N H3和H2S[6]；酵母菌劑為釀酒酵母（Saccharomvces cerevisiae）.菌劑由四川農(nóng)大資源學(xué)院微生物系提供.

1.1.2 設(shè)施設(shè)備

豬糞餌料化設(shè)施主要包括預(yù)處理池、發(fā)酵池.預(yù)處理池為磚砌，邊長(zhǎng)為2m的立方體，預(yù)處理池底部及四周用水泥抹密，防止泄漏，新鮮豬糞其中進(jìn)行固液分離.發(fā)酵池規(guī)格為長(zhǎng)寬高=2.0m1.0m1.0m，磚混結(jié)構(gòu).固液分離機(jī)為龍巖市順添環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)（龍巖順添牌，SFL-I B型）.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 前處理

將新鮮豬糞置于預(yù)處理池，按1:1加入自來(lái)水，充分?jǐn)嚢?，用固液分離機(jī)進(jìn)行第一次固液分離，控制固形物含水量50%左右；然后排凈預(yù)處理池污水，加入適量自來(lái)水，添加0.2%（v/v）濃鹽酸，放入一次分離的豬糞固形物，充分?jǐn)嚢?0min，第二次固液分離，控制固形物含水量在50%左右.將固形物攤晾1h，按10%玉米秸稈粉、5%麩皮或米糠和1.5%天然沸石粉添加輔料，用10%石灰水調(diào)節(jié)混合物料p H7.0，含水量55%~60%，充分混勻備用.

1.2.2 好氧發(fā)酵處理

（1）高溫好氧發(fā)酵處理

稱取550kg第二次固液分離的豬糞固形物，加入55 kg玉米秸稈粉、27.5 kg米糠，8 kg魚(yú)用沸石粉，按發(fā)酵物料濕重0.5%接種高溫復(fù)合菌，充分拌勻后轉(zhuǎn)入發(fā)酵槽，薄膜覆蓋、保溫發(fā)酵，每隔12h測(cè)定堆料溫度，當(dāng)堆料15~20 cm溫度升至55℃以上，維持36h后進(jìn)行第一次翻堆；隨后繼續(xù)發(fā)酵，同上法進(jìn)行第二次翻堆，繼續(xù)發(fā)酵48h結(jié)束高溫好氧發(fā)酵過(guò)程.本階段旨在消除物料中易腐敗物質(zhì)、高溫殺死物料中的大腸桿菌和病原細(xì)菌.

（2）中溫發(fā)酵處理

以高溫發(fā)酵后的物料為基料，添加5%麩皮，接入0.3%酵母菌劑，調(diào)整含水量45%~50%，充分拌勻后堆成高15~40 cm的條垛形，25~35℃維持2~3d，料溫超過(guò)35℃及時(shí)翻堆，發(fā)酵結(jié)束物料帶有酒香氣味.

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

主要測(cè)定項(xiàng)目包括發(fā)酵料溫度、水分、p H以及初始、發(fā)酵過(guò)程中各階段物料的粗蛋白、粗纖維、灰分、鈣、磷等營(yíng)養(yǎng)成分及重金屬Cu，Z n含量.

發(fā)酵溫度從發(fā)酵開(kāi)始，每12h用溫度儀測(cè)定料堆5cm、10cm、15cm、20 cm、25cm、30 cm等部位左、中、右三個(gè)點(diǎn)的溫度，并計(jì)算平均值，同時(shí)記錄到達(dá)高溫期（＞55℃）的時(shí)間和高溫持續(xù)時(shí)間.發(fā)酵料Cu、Z n含量采用原子吸收分光光度法測(cè)定（GB/T13885-1992）；發(fā)酵料浸提液p H采用p H計(jì)測(cè)定；發(fā)酵料中粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、灰分、鈣、磷等 養(yǎng) 分 檢 測(cè) 分 別 按 照 GB/T6432-1994、GB/T6433-2006、GB/T6434-1994、GB/T6438-2007、GB/T6436-2002、GB/T6437-2002等標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行；糞大腸菌群按照GB4789.3-94測(cè)定.

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫堆肥化過(guò)程中物料溫度及物料表觀變化

分別記錄發(fā)酵起始溫度，并每隔12h測(cè)定料堆5cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm和30 cm處溫度，取平均值作溫度變化曲線（圖1）.結(jié)果表明，物料不同深度發(fā)酵溫度隨時(shí)間變化逐漸升高，根據(jù)溫度變化情況，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程分為3個(gè)階段：0-12h為初始階段，物料溫度上升幅度?。?10℃）；12~36h為中溫階段，期間溫度快速上升，溫度上升了10-20℃；36h后逐漸進(jìn)入高溫階段，物料溫度維持在50-55℃，維持24h后，進(jìn)行第一次翻堆；同法進(jìn)行第二次翻堆后繼續(xù)發(fā)酵，達(dá)到55℃時(shí)繼續(xù)維持48h，隨后結(jié)束高溫好氧堆肥化處理.

圖1 高溫發(fā)酵初期堆體不同深度的溫度變化

在高溫好氧通氣發(fā)酵過(guò)程中，物料表觀特征逐漸發(fā)生變化，第一次翻堆時(shí)，0~40 cm處物料呈褐色，臭味消失，有淡淡酸香味；40~70cm處物料呈淡黃色，香味較淡，少量臭味殘留；經(jīng)過(guò)第二次翻堆及發(fā)酵處理，物料呈均勻的黃褐色、臭味完全消失，物料酸香味較濃.

2.2 前處理后豬糞固形物中重金屬含量變化

畜禽糞便重金屬離子主要來(lái)源于飼料和生長(zhǎng)促進(jìn)劑[11]，采取相應(yīng)措施可以降低含量，研究表明，用40目篩網(wǎng)進(jìn)行篩分可將豬糞中82%~85%的顆粒去除；固液分離可降低新鮮豬糞固形物中Cu、Z n、As等重金屬含量的17.9%、47.8%和3.1%[7].

本文采用二次固液分離技術(shù)以減少豬糞固形物中Cu、Z n含量，結(jié)果表明，第一次固液分離后，豬糞固形物Cu、Z n分別降低了3.03%和7.96%；采用鹽酸溶液調(diào)節(jié)溶液p H、再固液分離，固形物中的銅離子含量下降明顯，由初始287.4mg·kg-1降為60.8mg·kg-1，減少了78.84%；Z n離子含量下降了12.21%（表1）.

表1 不同前處理方式對(duì)豬糞固形物中重金屬含量的影響

2.2 豬糞固形物餌料化過(guò)程中重金屬含量的變化

將豬糞固形物進(jìn)行高溫發(fā)酵（包括兩次人工翻堆）、中溫發(fā)酵和用物料形成顆粒魚(yú)餌料的過(guò)程中，各主要階段重金屬的含量變化見(jiàn)表2.

表2 不同樣品C u、Z n含量(mg·k g-1)

注：Sm1妊娠舍鮮豬糞；Sm2產(chǎn)仔舍鮮豬糞；Sm3保育舍鮮豬糞；Sm4固液分離后的固形物；Sm5第一次翻堆后物料；Sm6第二次翻堆后物料；Sm7中溫發(fā)酵結(jié)束后物料；Sm8顆粒餌料.

如表3所示，Sm1-Sm3為處理前樣品，其Cu2+含量較高；經(jīng)過(guò)兩次固液分離處理后豬糞固形物Sm4中，Cu、Z n均有降低，尤其Cu濃度降低明顯.在固液分離過(guò)程中添加適量鹽酸調(diào)整溶液酸度，有利于降低豬糞固形物中Cu、Z n濃度.高溫好氧發(fā)酵階段，由于添加輔料，物料Cu、Z n含量進(jìn)一步降低；盡管經(jīng)過(guò)第一次、第二次翻堆處理后，物料中Cu、Z n含量有所增加，但變幅不大；在中溫發(fā)酵階段，添加了5%麩皮，接種了0.3%酵母菌劑，以及制成顆粒餌料時(shí)，添加了魚(yú)粉、豆粕、菜籽餅等輔料，制成的顆粒餌料（Sm8）產(chǎn)品中，Cu離子顯著降低，Z n2+含量也低于初始原料.

2.3 糞大腸桿菌數(shù)量測(cè)定

采集不同階段發(fā)酵物料，稱取25g裝入備有225mL無(wú)菌水的三角瓶中，充分振蕩均勻后取上清液按照飼料中大腸菌群的測(cè)定 (GB/T18869-2002)規(guī)定的方法測(cè)定.測(cè)定結(jié)果表明，物料中糞大腸菌群含量逐漸降低，豬糞固液分離固形物含量為2.8106 cfu100g-1；第一次翻堆后物料下降為4.6102 cfu100g-1，隨后其含量進(jìn)一步下降，第二次翻堆后發(fā)酵處理結(jié)束，物料糞大腸菌群含量為52 cfu100g-1，中溫發(fā)酵結(jié)束后物料糞大腸菌群含量30 cfu100g-1，在經(jīng)過(guò)加工的顆粒餌料中未檢出大腸菌群，較好地保證了魚(yú)餌料的生物安全性.

2.4 豬糞固形物餌料化過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)成分的變化

豬糞固形物經(jīng)高溫好氧發(fā)酵處理，其養(yǎng)分會(huì)發(fā)生改變[8~10].本研究所處理的豬糞固形物餌料化過(guò)程中各主要階段物料營(yíng)養(yǎng)成分含量見(jiàn)表3.結(jié)果表明，不同時(shí)期豬糞樣品養(yǎng)分存在差異，以粗蛋白含量為例，妊娠舍鮮豬糞的最高（15.6%），而保育舍鮮豬糞最低（8.8%）.將三種豬糞樣品混合，經(jīng)固液分離處理后的固形物（Sn4）的營(yíng)養(yǎng)成分中，粗脂肪和粗蛋白含量分別為2.2%和10.1%；經(jīng)高溫發(fā)酵后的物料（Sn8）中，粗纖維含量由9.3%減少至

8.2 %，粗蛋白由10.1%增加到11.3%，灰分含量明顯增加.

餌料配制試驗(yàn)中，魚(yú)餌料級(jí)配方為：二次發(fā)酵物料60%，魚(yú)粉5%，豆粕20%，菜籽餅14%、復(fù)合維生素1%，食鹽0.5%；上述物料充分混勻后，經(jīng)烘干、膨化、成形制成顆粒餌料，其營(yíng)養(yǎng)成分組成為粗蛋白25.4%，粗脂肪6.8%、粗纖維9.2%，鈣1.2%、磷0.7%、灰分8.1%（表3），符合魚(yú)飼料營(yíng)養(yǎng)配方要求[17~20].

表3 不同物料樣品的營(yíng)養(yǎng)成分(%)

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

隨著規(guī)?；i養(yǎng)殖的發(fā)展，如何處理糞便，消除污染，是確保我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展的重要課題。銅、鋅是動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育必需的元素，豬飼料中多添加Cu、Z n元素，因此豬糞固形物中殘留有一定量的上述元素，成為其資源化利用的主要影響和限制因素.由于不同動(dòng)物需要標(biāo)準(zhǔn)有差異，生豬飼料標(biāo)準(zhǔn)中的Cu、Z n含量高于魚(yú)類餌料標(biāo)準(zhǔn)，因此，要實(shí)現(xiàn)豬糞固形物的餌料化，必須先降低其含量.本研究中采用固液分離和添加適量鹽酸（與加水體積比0.38%～0.76%）處理相結(jié)合的“理化瀝浸法”，豬糞固形物中Cu、Z n含量大幅度降低；在物料高溫好氧、中溫發(fā)酵階段，通過(guò)微生物的作用，產(chǎn)生的有機(jī)酸類物質(zhì)與重金屬絡(luò)合，可降低其有效性[11,12]；生產(chǎn)餌料產(chǎn)品階段，添加輔料可進(jìn)一步減少其含量，因此制成的顆粒魚(yú)餌料中，Cu、Z n含量分別為30.1mg/kg、72.6mg/kg（表2），符合魚(yú)類餌料中重金屬含量標(biāo)準(zhǔn).

由于動(dòng)物腸道中含有大量細(xì)菌，包括有益和病原細(xì)菌，殺死病原菌，是豬糞餌料化的關(guān)鍵，本文接種有益發(fā)酵細(xì)菌，很好地促進(jìn)了物料好氧發(fā)酵過(guò)程中快速升溫至最高溫度，高溫好氧發(fā)酵過(guò)程中，55℃以上高溫階段持續(xù)了72h以上，既有效地殺滅有害細(xì)菌，又可以加快物料中生物毒性物質(zhì)和易降解物質(zhì)的分解，促進(jìn)豬糞固形物成分的穩(wěn)定，降低產(chǎn)品重金屬含量[13~16].進(jìn)而，在顆粒餌料成型加工階段，物料經(jīng)過(guò)高溫烘干和高壓膨化，殘留的有害細(xì)菌和蟲(chóng)卵均被殺死，確保了產(chǎn)品安全.

3.2 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)豬糞固形物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)魚(yú)類餌料的工藝，最終實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬場(chǎng)廢棄物的資源化利用，獲得了以下結(jié)論：

（1）采用酸化處理再進(jìn)行固液分離的“理化瀝浸法”技術(shù)可較好地去除豬糞固形物中Cu、Z n含量，尤其是Cu2+含量，較好地實(shí)現(xiàn)豬糞固形物中重金屬的減量化.再經(jīng)高、中溫發(fā)酵并按魚(yú)類餌料添加輔料，經(jīng)過(guò)膨化、成形、烘干等加工工藝制成的顆粒餌料中，Cu、Z n的含量分別為 30.1mg/kg、72.6mg/kg，基本達(dá)到了魚(yú)類餌料對(duì)重金屬鹽分的要求.

（2）采用高溫細(xì)菌好氧發(fā)酵處理—酵母菌中溫發(fā)酵—膨化成型，將豬糞固形物轉(zhuǎn)化為魚(yú)類餌料的工藝中，55℃以上高溫維持72h左右，可以殺滅病原菌和蟲(chóng)卵；接種酵母菌中溫發(fā)酵，可將豬糞固形物轉(zhuǎn)化為飼料蛋白，同時(shí)產(chǎn)生少量酒精，改善了豬糞固形物的風(fēng)味；膨化干燥處理殺滅殘留的部分耐干燥細(xì)菌，達(dá)到徹底滅菌，有實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品成型要求.

（3）以豬糞固形物為基礎(chǔ)制成的顆粒餌料，粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、鈣、磷等營(yíng)養(yǎng)元素均符合草魚(yú)配合飼料的要求.

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責(zé)任編輯：張隆輝

Q1

A

1672-2094(2016)05-0179-04

2016-09-07

四川省科技支撐項(xiàng)目(編號(hào)：2009F Z0084).

江華明(1965-)，四川蓬溪人,四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授,博士.研究方向：微生物資源及利用.