猪场粪便新型处理技术探讨

孙朋朋，宋春阳

（青岛农业大学 ，山东 青岛 266109）

我国养猪业正在逐渐地走向专业化、规模化、集约化，在一定程度上对我国养猪业是有益的，也是未来的一种发展趋势；但这个过程中所产生的问题也是不能忽视的。目前，在猪粪便的处理上有很多弊端，原因是多方面的，如国家政策、利益关系、缺乏认识等；猪粪便对环境的污染，包括空气污染、水体污染以及土壤污染等。杨慧娟等人报道：每头猪的产污量约等于10个人的产污量，一个万头规模的猪场每年能产生3.5万～5.0万t的粪污量[1]。且猪粪便中还带有有毒有害微生物，对人体能造成伤害；合理的处理猪粪便显得尤为重要。虽然发酵床技术在猪的生产上可以一定程度减轻这一问题；但发酵床养猪不能使用消毒剂以及抗生素类的药物，导致疾病一旦发生很难控制，而且单位面积收益较少，推广很困难。要合理有效地控制猪粪便，首先要了解它对环境的污染，然后根据其特点选择正确的处理技术。

1 粪便对环境的污染

1.1 对土壤的污染

适量的猪粪能够使土壤肥沃，但过量施用就会造成土壤中残留的微量元素超标，影响土地的生产力，一般每公顷土地可以负荷的猪粪为30～45t，超过这一限度便会造成污染，并且影响农作物的生长和质量；严重的会产生亚硝酸盐等有害物质和难闻的气味。

1.2 对水体的污染

粪便对水体的污染主要是地表水和地下水，致使水体的物理性质以及细菌数量发生变化。对水体的污染主要有生物病菌污染、水体富营养化和粪便分解产物造成的污染。这些将会危害水生生物的生存，破坏水体环境，严重的会导致人畜中毒。

1.3 对空气的污染

猪粪大量或者长期堆放在农田，由于微生物的作用，有机物质会被分解，产生一些难闻且有毒有害的气体——氨气、硫化氢、甲硫醇等，使空气质量下降[2]；产生的气体不能被及时有效地处理，随风又会飘散到周边地区，导致大范围的空气污染。

2 猪粪的传统处理技术

传统的方法是将猪粪直接施用在农田、焚烧、干燥，但这些方法不能很好地解决猪粪问题；但在一定意义上可以改善粪便的污染。

2.1 焚烧法

猪粪的焚烧法是借鉴了城市垃圾处理的技术改进而形成的。利用800～1000℃的高温条件将猪粪中的有机物质充分燃烧，燃烧的同时还能将猪粪中的有害微生物杀死，并且能将燃烧产生的热量用来发电[3]。由于养殖户单独建立焚烧厂不太实际，因此只能在垃圾焚烧厂附近的养殖场才能应用，所以推广较难。

2.2 干燥法

干燥法是把猪粪放置于空气或高温条件下，使粪便脱去水分，提高其粗蛋白含量以及营养价值，可以用作有机肥料。干燥法又包括自然干燥、高温干燥以及机械干燥；自然干燥容易引起病菌滋生且干燥率较低；高温干燥要求太高，且耗电量大；机械干燥设备昂贵且能源消耗过大。综合因素，干燥法也不适用于猪粪的处理。

3 猪粪的新型处理技术

3.1 沼气工程技术

沼气工程技术目前在我国养殖业使用的比较广泛，但在养猪业上还没有形成规模。沼气工程是在特定环境和适宜的温度下，利用了微生物的厌氧消化，将猪粪中的有机物质转化为可利用的能源气体，并且能将沉积的营养物质浓缩，是集猪粪处理、沼气生产以及资源利用一体化的工艺流程，因此又称为厌氧发酵技术。将沼气工程技术应用在猪粪的处理中，可以明显地改善环境，提高粪便利用率。沼气工程的主要设备包括：USR(升流式固体反应器)、UASB(升流式厌氧污泥床)、CSTR(全混合厌氧消化器)、AC(厌氧接触反应器)、EGSB(膨胀颗粒污泥床反应器)、IC(内循环厌氧反应器)等，其中在猪场中使用效果最好的是USR、UASB、CSTR[4]。由于USR工艺在冬季无法满足自身运行条件，因此使用的不多。因此在猪场中使用较多的是UASB、CSTR技术。

3.1.1 CSTR工艺流程

CSTR流程包括：1）预处理（主要除去一些杂物，如草、纸屑、塑料袋等）；2）CSTR（将经过预处理的猪粪进入到CSTR，进行厌氧发酵）；3）收集气体（将发酵产生的气体用储气柜进行储存，储气柜内的气压应调节至5.5kPa）；4）将收集的气体进行脱硫（发酵产生的气体中含有大量的硫化氢H 2S，不能直接使用，一般采用干法氧化铁脱硫）[5]。CSTR流程预处理应尽量使进料TS浓度在6%～12%，保持在中温条件下进行。

3.1.2 UASB工艺流程

UASB流程包括：1）预处理（将猪粪进行固液分离）；2）UASB（这个阶段是酸化相，主要是发酵菌将有机物质分解为简单有机物，进而产生多种有机酸，此阶段还会产生一些气体）；3）进入调节池（将产生的酸放入调节池进行调节）；4）UASB（这个阶段是甲烷相，产生大量甲烷，要将产生的气体进行收集）[6]。UASB流程设计参数COD负荷范围应该为5～18kg/(m3/d)，其中以6～11kg/(m3/d)最多，反应器容积30～5500m3[7]。

CSTR和UASB各有优点，CSTR底物分布较均匀，消化器内温度分布也比较均匀；UASB具有较高的负荷率，且工艺稳定。沼气工程技术近年来在快速发展，钟亚伟运用超高温厌氧生物发酵技术来处理禽畜粪便，再通过太阳能及自身热能反过来补偿系统，快速厌氧处理粪污转化为沼气和有机肥料，并且利用高温将细菌和微生物杀死[8]。Masse等研究发现：低温厌氧消化序批式反应器降解猪粪过程中，能够降低71.4%的固体含量，79.9%的溶解性有机物，N/P在反应过程中逐渐升高，并且可以防止磷的损失[9]。养殖人员应根据当地的条件采用适合的工艺。随着沼气工程技术的发展和研究，相信沼气将会广泛被使用，可以有效地解决猪粪对环境造成的污染，并会产生新的收益。

3.2 高温堆肥技术

高温堆肥技术是在传统自然堆肥的基础上发展起来的，但又区别于自然堆肥。自然堆肥是利用自然干燥的方式对粪便进行厌氧发酵，效率很低；高温发酵则是在有氧气的条件下调节微生物或细菌所需要的温度、水分、酸碱度以及其他的营养物质，最大限度地发挥微生物的分解作用，更快地缩短堆肥的时间，并且达到脱水和杀菌的作用的一项技术。高温堆肥技术简单、方便而且实用，在养猪场实行起来比较容易。

高温堆肥技术主要包括：1）预处理（要把猪粪中一些杂质去除，以免影响效果）；2）挖坑（根据实际的粪便量在地面上挖坑）；3）堆肥（在坑的底部铺一层农作物秸秆，尽量厚一点，然后将猪粪铺在秸秆上，泼上适量的石灰水，最后用一层土将其盖上，后期要适当地压紧）；4）在堆肥坑的旁边建通气沟；5）当堆肥的温度下降至40℃左右时，猪粪就转变为腐殖质了。

高温堆肥一定要保证氧气的充足，否则影响堆肥的效果；在冬季如果温度过低，应适当补充水分。高温堆肥能够杀灭猪粪中的病菌和虫卵，减少疾病的发生。目前已经用发酵罐代替土坑，使得发酵效果更好，并且对于发酵菌的研究和堆肥技术也发展很快。高温堆肥初期，由于微生物较少，导致发酵过慢，可以添加一些活性菌以增加其腐化速度。王卫平等研究发现：在对猪粪进行高温堆肥时，只要添加0.3%的复合菌（酵母菌、放线菌和芽孢杆菌）就能够有效地缩短堆肥的周期，加快腐熟的进程，大约可以缩短10d时间[10]。对于粪便中各种物质在堆肥过程中的变化研究也较多。姜继韶等研究证明：堆肥过程中氮的损失主要是在高温阶段；堆肥的周期大约为23d，并且50℃以上持续了9d，55℃以上持续了11d；与堆肥前相比较，总氮和有机碳含量分别下降了40.2%和38.2%[11]。潘寻等研究发现再次证明机械通风和翻堆能够提高堆体的最高温度以及高温持续的时间；另外还发现抗生素的去除主要发生在高温阶段，经过28d的高温堆肥，MN、OTC、CTC和TIA去除率分别为98.1%、92.8%、93.36%、91.25%[12]。因此在实际堆肥中应根据堆肥的效果进行适当的通风和翻堆，可以提高堆肥的质量。在猪粪堆肥的过程中添加不同的农作物秸秆，效果也不一样。卢秉林等研究发现：在猪粪堆肥时加入小麦秸秆可以有效地缩短进入高温发酵的时间，且能使高温发酵层从中间向上下扩散；还能减少氮素的损失和难闻气体的产生；当猪粪和小麦秸秆的比例为6∶4时，可以缩短堆肥时间18d[13]。可见小麦是对猪粪高温堆肥比较好的，在实际应用中可按比例使用小麦秸秆提高堆肥的效果。

3.3 低等动物处理技术

低等动物处理粪便的技术在近几年发展比较迅速，主要使用的动物是蚯蚓、蝇蛆、蜗牛等，目前应用最广泛的是蚯蚓。这项技术利用蚯蚓特殊的生理特性，分解猪粪和秸秆的混合物并且合成蛋白质及其他营养物质，还能产生蚓粪，可以作为肥料使用。因此在生产过程中推广意义很大。

蚯蚓处理技术的流程：1）对猪粪进行预处理，将其他杂质去除；2）将猪粪与秸秆在一起混合，进行堆肥，时间大约2～3个月；3）根据猪粪量体积建设分解池；4）要保证池子的深度足够深；5）将堆肥的猪粪放入分解池中，放入适量的蚯蚓进行分解；6）从分解池中分离蚯蚓和分解产生的物质。

蚯蚓处理粪便技术操作简单，效果明显，在实际应用中可行性很高。目前使用效果最好的蚯蚓是爱胜属爱胜蚓[14]，并且对于在处理过程中细节也研究较多。董炜华等研究发现：经过蚯蚓分解的猪粪有机质减少，且猪粪与水稻秸秆混合时减少的量明显少于猪粪与玉米秸秆混合时的减少量[15]。从中可以得知，应当选择水稻秸秆与猪粪进行发酵，然后放入蚯蚓分解，可以减少物质的损失。高娟等研究得出结论：在用蚯蚓对猪粪与水稻秸秆进行分解时，当混合物的碳氮比为30时，最适合蚯蚓生长、繁殖及分解[16]。由于猪粪的本质特性，可以和其他畜禽的粪便一起混合分解。何伟国等研究证明：猪粪、鸡粪、牛粪的比例为0∶1∶2时，最适合蚯蚓对粪料的利用以及其自身的生长[17]。在温度方面，沈明星等研究发现：温度在8～32℃变化时，蚯蚓处理有机物的速率与温度有显著关系，并且认为25.4 ℃为最适温度[18]。在湿度方面，仓龙等研究发现：赤子爱胜蚓处理猪粪的最适湿度为75 %[19]。猪粪蚯蚓处理技术的出现，为猪粪的处理提供了新的方向，真正实现了粪便处理的洁净化；蚯蚓体内还含有蚓激酶，可以为养殖户提供新的经济来源。

4 小结

随着养猪业的迅速发展，猪粪对我国环境的污染不能不给以足够的重视。一些新型的粪便处理技术可以有效地改善猪粪对环境的污染，但任何一种技术都不是完美的，应当根据实际生产，合理的综合利用现有的技术，保证发展经济的同时也保护了环境，实现可持续发展。

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