不同機(jī)械干清糞頻次對生長豬舍內(nèi)環(huán)境和糞污排放的影響

阮蓉丹，曾雅瓊，蒲施樺，龍定彪，劉安芳，周曉容，王 浩*

（1.重慶市畜牧科學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南設(shè)施養(yǎng)殖工程科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，重慶 402460；2.西南大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，重慶 402460）

伴隨著規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖污染成為行業(yè)發(fā)展的一個瓶頸問題。其中畜禽固態(tài)糞便中的營養(yǎng)物質(zhì)溶入污水會使糞便的肥效降低，污水處理的難度增加；另外糞便若長時(shí)間停留在豬舍內(nèi)會產(chǎn)生大量的有害氣體危及畜禽和人員的健康。以日本為代表的小型豬場采用的是發(fā)酵床養(yǎng)豬[1]；以法國和美國為代表的大中型豬場采用的是水沖式和水泡式清糞，并且與種植業(yè)相配套[2]。我國水沖式和水泡式清糞耗水量大、糞污排放量大及后續(xù)處理難度大，并且難以提供大量的配套土地。干清糞工藝符合減量化標(biāo)準(zhǔn)，畜禽糞便產(chǎn)生后即可初步分離，產(chǎn)生的污水量少且濃度低；固態(tài)糞便肥效價(jià)值高，可制作具有高效生物活性的有機(jī)肥[3]。

目前，國內(nèi)規(guī)模化養(yǎng)豬場大都采用現(xiàn)代化養(yǎng)殖模式，清糞設(shè)備也逐步轉(zhuǎn)向機(jī)械化、自動化。Brockmann 等[4]研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)募S污管理對避免環(huán)境影響和提高養(yǎng)分回收率至關(guān)重要。De Vries 等[5]和Aarnink 等[6]引入了一種新的V 型或橫向傾斜型傳送帶清糞系統(tǒng)，舍內(nèi)污水產(chǎn)生后直接流入排尿溝，糞便則留在傳送帶上，傳送帶定期將糞便運(yùn)送到畜舍一端并清出舍外。Amon 等[7]和Philippe 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，用刮板式機(jī)械清糞及時(shí)將舍內(nèi)糞便清出能有效減少舍內(nèi)氨氣（NH3）和甲烷（CH4）產(chǎn)生量。Voermans 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用在豬舍內(nèi)的刮糞板清糞方式都能夠有效減少NH3產(chǎn)生量。趙許可[10]研究發(fā)現(xiàn)，輸送帶式機(jī)械清糞舍內(nèi)NH3濃度比人工清糞降低25%左右，污水中各成分含量均低于人工清糞。陸乃升等[11]發(fā)現(xiàn)，采用機(jī)械干清糞工藝的豬場污水經(jīng)過沼氣厭氧處理后沼液中的各指標(biāo)含量遠(yuǎn)低于水泡糞。本試驗(yàn)以豬舍刮板式機(jī)械干清糞系統(tǒng)為研究對象，研究不同清糞頻次對生長豬舍內(nèi)環(huán)境和糞污排放的影響，以期為生豬清潔養(yǎng)殖提供技術(shù)和設(shè)備支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)豬只與豬舍 試驗(yàn)選取體況相似、胎次相同的90 日齡、體重39 kg 左右的三元雜交生長豬216 頭，將生長豬隨機(jī)分配在12 個豬欄中，保證108 頭/ 條糞溝。本試驗(yàn)在重慶市畜牧科學(xué)院產(chǎn)業(yè)基地——重慶市種豬場進(jìn)行，試驗(yàn)所用豬舍是在原豬舍的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，改建后試驗(yàn)豬舍長30 m、寬9 m，豬舍圈欄采用雙列單走道形式布置；豬舍末端兩側(cè)墻處各有一個濕簾（高1.5 m、長2.5 m），前端門口處有2 個風(fēng)機(jī)；試驗(yàn)期間豬舍門窗呈關(guān)閉狀態(tài)。用于生長豬飼養(yǎng)的豬欄有12 個，每列圈欄為3.75 m×27 m，各列分別有6 個豬欄，單欄飼養(yǎng)生長豬18 頭。

1.1.2 飼養(yǎng)管理 試驗(yàn)前完成豬舍圈欄改造并進(jìn)行清洗、消毒。在每個試驗(yàn)圈欄內(nèi)的漏縫地板上方安裝4 個杯式飲水器，每個飲水器管道上方安裝水流量計(jì)用于統(tǒng)計(jì)每個圈欄的飲水消耗量。試驗(yàn)期間，由同一飼養(yǎng)員進(jìn)行飼養(yǎng)管理，生長豬自由采食、飲水，每天08:00 和16:00喂料。飼料為玉米-豆粕型生長豬全價(jià)料飼料，每次投料前對飼料進(jìn)行稱重記錄，在第2 天晨飼前收集余料并進(jìn)行稱重記錄。每隔7 d 將所有豬只稱重并記錄。試驗(yàn)期間豬舍為縱向機(jī)械通風(fēng)，每天根據(jù)舍內(nèi)溫度狀況將風(fēng)機(jī)打開（07:00 打開，22:00 關(guān)閉）進(jìn)行通風(fēng)；試驗(yàn)期間舍內(nèi)溫度較高，豬舍兩端的濕簾一直呈開啟狀態(tài)；按照各處理的時(shí)間間隔啟動清糞系統(tǒng)進(jìn)行清糞。保持圈舍清潔，定期消毒，按常規(guī)進(jìn)行免疫接種和驅(qū)蟲防鼠。所有試驗(yàn)用豬轉(zhuǎn)入試驗(yàn)豬舍前均單獨(dú)稱重編號，記錄生長豬每天采食飲水量、健康狀況以及飼養(yǎng)員清掃圈舍時(shí)的用水量等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用刮板式機(jī)械干清糞系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要包括豬舍內(nèi)部和舍外兩大部分。豬只糞尿產(chǎn)生后落在漏縫地板下的V 型刮糞溝上，V 型刮糞溝底部中央設(shè)有排尿管，尿液等液體污物通過重力作用沿刮糞溝斜面流入排尿溝，糞便則留在刮糞溝斜面上，糞尿在收集前即實(shí)現(xiàn)分離。豬的排泄有一定的時(shí)間性和區(qū)域性，一般多在采食飲水后或起臥時(shí)選擇潮濕光亮的角落排泄，且受鄰近豬的影響；據(jù)觀察14:00—15:00 是生長豬排泄高峰。試驗(yàn)期為2018 年8 月8 日—9 月18 日，根據(jù)豬的排泄特征設(shè)置2 種清糞頻次作為試驗(yàn)處理（2、3 次/d），每種清糞頻次連續(xù)做3 d 為1 個處理，試驗(yàn)期間2 個處理分別重復(fù)7 次。試驗(yàn)以第1 天的0:00 到第2 天0:00 為一整天，處理1 每天07:00 和16:00 各開啟1 次機(jī)械清糞系統(tǒng)電源，處理2 是每天07:00、10:00和16:00 各開啟1 次機(jī)械清糞系統(tǒng)電源，將糞便運(yùn)送至舍外。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 舍內(nèi)環(huán)境測定

1.3.1.1 溫濕度 試驗(yàn)期間，在豬舍內(nèi)兩邊豬欄高度處各懸掛溫濕度自動記錄儀4 只，舍外兩邊各懸掛1 個溫濕度記錄儀，試驗(yàn)期間每天連續(xù)監(jiān)測豬舍內(nèi)外溫度和相對濕度。取舍內(nèi)8 個、舍外2 個溫濕度計(jì)的平均溫度與濕度作為此刻的溫度和相對濕度。

1.3.1.2 NH3和CO2濃度 在豬舍過道、圈舍的正中間取5 個（五點(diǎn)法）具有代表意義的監(jiān)測點(diǎn)，每天用氣體監(jiān) 測 儀（Photoacoustic Gas Monitor-INNOVA 1412i）分別測定各點(diǎn)0.5 m（豬呼吸高度）處、1.5 m（人呼吸高度）處的NH3和CO2濃度。由于試驗(yàn)條件限制，氣體監(jiān)測系統(tǒng)沒有布設(shè)多通道氣體采集管路，因此試驗(yàn)期間該儀器僅作為移動設(shè)備，人工將其移動到豬舍相應(yīng)測試位置和高度進(jìn)行測量，并選取了白天的5 個時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行測試，監(jiān)測時(shí)間為08:00、11:00、14:00、17:00、20:00。以5 個監(jiān)測點(diǎn)各高度的平均NH3、CO2濃度作為每個高度此刻的氣體濃度。

1.3.2 生產(chǎn)性能 分別在試驗(yàn)前和試驗(yàn)后以及每隔7 d對豬只進(jìn)行稱重并統(tǒng)計(jì)平均體重，試驗(yàn)期間稱量并記錄每只豬每天消耗的飼料量，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算出單位體重豬只采食量。

單位體重豬只飼料消耗量（g/kg）=飼料日總消耗量（kg）×1000/豬只日平均體重（kg）/216

1.3.3 糞污測定

1.3.2.1 糞污排放量 每天按照試驗(yàn)處理定時(shí)啟動機(jī)械清糞系統(tǒng)收集糞溝內(nèi)的固態(tài)糞便，并在每次處理前人工用掃帚將圈舍內(nèi)未落入漏縫地板下的糞便清掃收集，稱重后記錄兩者總量。在排尿溝的末端放置水桶接收污水并稱重，應(yīng)避免雨水干擾。每次統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)將沖洗圈舍當(dāng)天的數(shù)據(jù)作為異常數(shù)據(jù)剔除，避免圈舍沖洗水對糞污排放量和指標(biāo)的影響。

1.3.2.2 糞污指標(biāo) 每次處理結(jié)束后留取2個糞便樣品（約500 g/個），其中一個不進(jìn)行任何處理，用于含水率測定；另外一個現(xiàn)場加硫酸（濃度為4.5 mol/L H2SO4，添加比例為每100 g 鮮糞加20 mL）用于測定其他指標(biāo)。將收集的污水制成混合樣，同時(shí)使用便攜式pH 計(jì)測定污水pH，現(xiàn)場加硫酸做預(yù)處理（濃度為4.5 mol/L H2SO4，添加比例為每100 mL 污水加2 mL），每批留取樣品約500 mL。將采集的糞便與污水樣品及時(shí)送到實(shí)驗(yàn)室，分析含水率、有機(jī)質(zhì)、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、pH、化學(xué)需氧量（COD）。糞便和污水各項(xiàng)指標(biāo)的檢測方法及參考標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 糞便和污水各項(xiàng)指標(biāo)檢測方法與參考標(biāo)準(zhǔn)

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 使用Excel 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 進(jìn)行方差分析，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P＞0.05 表示差異不顯著，0.01＜P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01 表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同清糞頻次下舍內(nèi)環(huán)境比較 由表2 可知，2 種不同清糞頻次的日平均溫度基本一致（P＞0.05），日清糞2 次的平均濕度比日清糞3 次高4.29%（P＜0.05）。不同清糞頻次下舍內(nèi)不同高度處平均NH3濃度差異均不顯著。日清糞2 次較日清糞3 次的豬呼吸處的平均CO2濃度降低8.78%（P＜0.01），人呼吸處的平均CO2濃度升高4.87%（P＜0.05）。

由圖1 可以看出，不同清糞頻次下舍內(nèi)相對濕度在24 h 內(nèi)均高于舍外濕度，舍內(nèi)相對濕度和舍外濕度的變化趨勢基本一致，舍內(nèi)的相對濕度均在08:00 時(shí)達(dá)到最高；日清糞2 次24 h 內(nèi)的相對濕度幾乎都高于日清糞3次，清糞前后舍內(nèi)相對濕度沒有明顯變化。由圖2 可以看出，24 h 內(nèi)不同清糞頻次舍內(nèi)溫度的變化情況基本一致，且溫度變化沒有很大差距；不同清糞頻次下清糞前后舍內(nèi)溫度均沒有明顯變化。

表2 不同清糞頻次下舍內(nèi)環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)比較

圖1 不同清糞頻次24 h 舍內(nèi)外相對濕度的變化情況

圖2 不同清糞頻次24 h 舍內(nèi)外溫度的變化情況

由圖3、4 可以看出，白天12 h 內(nèi)日清糞2 次條件下豬呼吸高度處和人呼吸高度處的平均NH3濃度和平均CO2濃度始終低于日清糞3 次。日清糞2 次時(shí)豬呼吸高度處的NH3濃度始終低于人呼吸高度，日清糞3次時(shí)剛好相反；每次清糞后舍內(nèi)NH3濃度都高于清糞前，2 個不同處理后12 h 內(nèi)舍內(nèi)NH3濃度呈先上升后下降的趨勢，均在17:00 左右達(dá)到最高；日清糞2 次時(shí)20:00 左右舍內(nèi)NH3濃度能降回到最低水平，而日清糞3 次降低幅度比較小。白天12 h 內(nèi)不同清糞頻次處理后，舍內(nèi)豬呼吸高度處的CO2濃度始終高于人呼吸高度處，日清糞2 次舍內(nèi)CO2濃度始終低于日清糞3 次。

圖3 不同清糞頻次白天12 h 舍內(nèi)NH3 濃度的變化情況

圖4 不同清糞頻次白天12 h 舍內(nèi)CO2 濃度的變化情況

2.2 糞污理化特性

2.2.1 糞污收集量的比較 如表3 所示，不同清糞頻次下豬只單位體重糞污收集總量分別為104.71、104.47 g/kg；在豬只飼養(yǎng)數(shù)量相同、單位體重糞污總收集量和飼料消耗量及飲水量基本一致的情況下，日清糞2 次的單位體重糞便收集量較日清糞3 次顯著提高32.3%（P＜0.05），單位體重污水收集量降低（P＞0.05）。

2.2.2 糞便成分分析 如表4 所示，日清糞2 次的糞便含水率比日清糞3 次高，不同清糞頻次下糞便各成分含量均無顯著差異。除NH3-N 外，日清糞2 次糞便的其他成分都略高于日清糞3 次。

2.2.3 污水成分分析 不同清糞頻次下污水的pH 都在7.5～8.0，偏堿性。如表5 所示，與日清糞3 次相比，日清糞2 次污水中各污染物濃度除TN 外均有所降低。

表3 試驗(yàn)初始階段不同清糞頻次每天糞污收集量對比

3 討 論

3.1 不同機(jī)械干清糞頻次對舍內(nèi)環(huán)境的影響 試驗(yàn)期間外界溫度高達(dá)30℃左右，豬舍兩邊的濕簾和風(fēng)機(jī)都呈開啟狀態(tài)，豬舍內(nèi)的相對濕度高達(dá)86%～90%；2 個處理舍內(nèi)的日平均溫度基本相似，都在28.8℃左右波動；并且將每次沖洗圈舍當(dāng)天的數(shù)據(jù)作為異常數(shù)據(jù)剔除，試驗(yàn)結(jié)果表明舍內(nèi)溫濕度與舍外溫濕度的變化趨勢一致，說明舍外的氣候可能是影響舍內(nèi)溫濕度的主要因素。

豬舍中的NH3、CO2都是均勻分布在整個舍內(nèi)且易被檢測，所以可作為豬舍內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生評定的2 項(xiàng)指標(biāo)[12]。朱志平等[13]觀察發(fā)現(xiàn)，生長育肥豬舍內(nèi)NH3濃度呈季節(jié)性變化，夏季時(shí)豬舍通風(fēng)較好，舍內(nèi)NH3濃度相對穩(wěn)定。本試驗(yàn)在8 月進(jìn)行，豬舍內(nèi)通風(fēng)較好，規(guī)避了其他因素對NH3濃度的影響，與日清糞3 次相比，日清糞2 次能有效降低22%的NH3濃度和8.78%的CO2濃度。豬舍內(nèi)的NH3濃度與舍內(nèi)糞污的揮發(fā)面積、CO2排放及糞污pH 和溫度等有密切聯(lián)系。有研究表明，溫度升高、CO2排放增加能夠促進(jìn)NH3釋放[14-17]。本試驗(yàn)中，每天17:00 左右舍內(nèi)溫度達(dá)到最高，促進(jìn)了舍內(nèi)NH3濃度在相同時(shí)間達(dá)到最高；日清糞3 次舍內(nèi)不同高度處的CO2濃度始終高于日清糞2 次，因?yàn)镃O2排放增加會促進(jìn)NH3釋放，所以日清糞3 次舍內(nèi)不同高度處的NH3濃度始終高于日清糞2 次。馬占威[18]和牛歡等[19]發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用清糞設(shè)施及時(shí)地將糞尿送出舍外，能縮短有害氣體在舍內(nèi)產(chǎn)生的時(shí)間，但是清糞過程會促進(jìn)NH3釋放，機(jī)械清糞頻次較多會加速NH3釋放。Misselbrook 等[20]和Wood 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，糞污表面結(jié)殼形成已被確定為潛在的NH3緩解策略，去除結(jié)殼可能導(dǎo)致舍內(nèi)產(chǎn)生更高水平的NH3。清糞時(shí)伴隨著糞便的翻滾，糞便表面不容易形成結(jié)殼，所以導(dǎo)致本試驗(yàn)中每次清糞后舍內(nèi)NH3濃度都高于清糞前。日清糞2 次20:00 左右舍內(nèi)NH3濃度能降回到最低水平，而日清糞3 次降低幅度比較小。這是由于清糞頻次過多加速了NH3釋放，導(dǎo)致舍內(nèi)NH3沉積過多。

表4 不同清糞頻次下糞便成分分析

表5 不同清糞頻次下污水成分分析 mg/L

試驗(yàn)期間豬舍內(nèi)的NH3和CO2濃度都沒有超過畜禽場環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值。日清糞2 次對于保持豬舍空氣環(huán)境有非常大的作用，在保證經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)又能及時(shí)清除舍內(nèi)糞便，降低了有害氣體濃度，能維持豬舍內(nèi)較好空氣環(huán)境質(zhì)量。

3.2 不同機(jī)械干清糞頻次對糞污理化特性的影響 本試驗(yàn)中，不同清糞頻次下單位體重糞污總收集量差異不大，這是因?yàn)閱挝惑w重豬只的飼料消耗量、飲水量相近，所以消化率相近，所收集到的糞污量也基本相同。在豬只飼養(yǎng)數(shù)量相同、單位體重糞污總收集量和飼料消耗量及飲水量基本一致的情況下，與日清糞3 次相比，日清糞2 次單位體重糞便收集量顯著提高32.3%、污水收集量降低3.39%。糞便被污水稀釋的量減少，所以流入尿溝的整體污水收集量也相對降低。

趙許可[10]用輸送帶式機(jī)械清糞分離出的固體糞便含水率在70% 以下。本試驗(yàn)中2 個處理糞便的含水率都在47% 以下，刮板式機(jī)械干清糞分離出的糞便含水率較低，符合有機(jī)肥制作的水分要求，并且在運(yùn)輸過程中不會外漏造成環(huán)境污染。每天啟動2 次機(jī)械清糞系統(tǒng)使糞便和污水產(chǎn)生即分離，糞便含水率低，TN、TP、有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)損失較少，所以有機(jī)肥利用價(jià)值也相對較高。衡量水體污染的主要指標(biāo)包括COD、TN、TP、NH3-N 等，其含量的多少代表水體富營養(yǎng)化程度的高低[22]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，日清糞2 次污水的NH3-N、TP、COD 的濃度分別比日清糞3 次低10.58%、40.41%、13.93%，這說明日清糞2 次時(shí)糞便和污水接觸較少，可以有效減少糞便中營養(yǎng)物質(zhì)混入污水，有利于降低污水后續(xù)處理的難度。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)條件下，與日清糞3 次相比，日清糞2 次能有效降低22%的NH3濃度和8.78%的CO2濃度，每天清糞頻率為2 次足以滿足豬舍空氣環(huán)境質(zhì)量要求；日清糞2 次單位體重糞便收集量顯著提高32.3%，單位體重污水收集量降低3.39%；日清糞2 次污水和糞便的理化成分與日清糞3 次無顯著差異。生長豬舍運(yùn)用機(jī)械干清糞系統(tǒng)清糞時(shí)采用2 次/d 的清糞頻率可以滿足豬舍空氣環(huán)境質(zhì)量要求和污水處理難度。