微生物异位发酵床在养殖粪污中的应用

叶鼎承胡玲英戴文霄黄勤楼

（1福建省农业科学院畜牧兽医研究所，福建福州350013；2福建省农科农业发展有限公司，福建福州350003）

微生物异位发酵床在养殖粪污中的应用

叶鼎承1胡玲英2戴文霄2黄勤楼1

（1福建省农业科学院畜牧兽医研究所，福建福州350013；2福建省农科农业发展有限公司，福建福州350003）

伴随着猪场规模化、集约化程度的日益提高，猪场的粪污排泄物、猪场废弃物给人们生活环境造成巨大的困扰，给土地、河流带来灾难性的污染，给国家经济、社会带来严重的负面影响。本文通过阐述微生物异位发酵处理养殖粪污综合技术，对其实施应用中的影响因素进行分析，望给广大畜牧业同行在解决畜禽粪污 “老大难”问题上带来技术启发与思考。

猪场；粪污排泄物；废弃物；异位发酵；实施应用

猪肉作为受中国人欢迎的常见食物之一，常被加工成种类丰富、可口美味的休闲美食。以2017年为例，第一季度全国猪牛羊禽肉产量2 249万吨，同比增长0.2%，其中猪肉产量1 468万吨，增长0.2%。生猪存栏41 095万头，同比增长0.1%；生猪出栏19 149万头，增长0.2%[1]。截至2017年第一季度，我国猪肉单月进口量连续13个月超过10万吨，再次印证中国为世界上的猪肉消费大国[2]。在巨大的市场消费驱动下，生猪养殖业迅猛发展，在丰富人们餐桌饮食结构的同时，其粪尿废弃物也在大量增加，给畜禽本身、人类的生活带来严重的环境污染及负面影响。为此本文以异位发酵处理粪污情况现场实施应用为基点，着重叙述分析微生物异位发酵处理养殖粪污实施应用中的影响因素及处理建议。

1 微生物异位发酵技术概述

微生物异位发酵技术是一项“减量化、资源化、生态化”综合一体的畜禽粪污处理综合技术[3]。主要工艺流程为：栏舍内的粪污通过雨污分离、粪尿收集、调节均质、粪污发酵、终端粪污垫料肥料化，实现粪污零排放、资源化的粪污处理新技术，如图1所示。

2 微生物异位发酵运行影响因素

微生物异位发酵处理分解粪污是个复杂的细菌好氧发酵分解过程，在该过程中易受到粪污的浓度、pH值、垫料湿度、通气量等多因素影响。现将异位发酵处理粪污实施应用中的影响因素分析总结如下。

2.1 源头减污与建议

倪梅娣等[4]在2006年通过猪粪好氧堆肥过程中氧气浓度变化规律的研究提出：在传统水泡粪的情况下平均1头生猪的排污量约为7个人的粪污排放量，约需要1.2亩农田自然吸收消纳其排放的粪污。截至20世纪末，畜禽粪便COD年累计排放量已达7 188万吨，远超我国工业废水与城乡居民生活废水排放量之和[5]。故解决粪污之道当为“节水源、减粪污源”。养殖中需尽量减少污水的产生，实行“雨污分离、源头节水”的改造。有效建议措施主要有：首先，减少舍内污水量，如使用节水型饮水器替代老式鸭嘴饮水器；其次，栏舍地板建议采用全漏缝地板；再次，转群后栏舍冲洗建议使用高压水枪；最后，且最为关键的是建设雨污分流管道。众所周知，只有源头污水减量化，才可减轻后期污水治理难度[6]。

图1 微生物异位发酵技术工艺流程图

2.2 粪尿因素与建议

微生物异位发酵是结合原位发酵养殖技术及好氧堆肥技术演化而来，是一种新型的粪污处理技术，其技术关键点为将新鲜的尿泡粪由喷淋机搅拌之后喷淋在垫料中，垫料中事先加入的特殊耐高温微生物菌种将其分解消纳，即将粪污最终转化为H2O、CO2、有机矿物质、氨氮化合物、少量的NH3，并伴随着热能的散失完成粪污的分解消纳过程[7]。刘波[8]通过大量的试验测试得出细菌与放线杆菌适于pH值为7～7.5的生长环境，当pH值为8.0时，发酵液中芽孢杆菌活体数最高。关静姝[9]通过研究牛粪好氧堆肥，发现含水量为牛粪堆肥过程中的重要参数。李秀金等[10]通过研究得出，牛粪堆料含水量为65%时，比含水量50%获得更高的堆温，更有利于杀灭病原菌。当水分含量超过70%时，温度难以上升，导致分解速率急剧下降[4]。结合以上阐述的观点，对猪场粪污做出以下建议与要求：①不宜用沼气处理过的污水，建议使用新鲜畜禽粪污；②粪污作为微生物主要的C、N来源，添加粪污的浓稠度对垫料的湿度含水率具有决定性的作用，建议粪污浓度不低于5%的浓稠度。因此建议在粪污添加之前，先搅拌粪污，以混匀增加浓稠度。

2.3 场址及设备的建筑施工布局因素与建议

异位发酵建筑施工主要含有异位发酵舍（喷淋池、发酵槽、移位轨道）、集污池、阳光棚等的构建。异位发酵利用耐高温微生物对猪粪进行好氧发酵降解，故在构建建筑物上需要将通气量、阳光入射角纳入设计范畴内。由于异位发酵均为半自动设备参与整个作业流程，设备主要包含粪污切割泵、粪污搅拌机、粪污自动喷淋机、槽式垫料翻抛机及移位机等。故对场址及设备提出以下建议：①异位发酵舍应选择地势平坦、空气易对流、具备良好的水电供应、并且符合村镇建设及畜牧环保业发展规划的场地；②粪污切割泵、搅拌机能正常运转作业，喷淋机能够实现粪污均匀喷洒至发酵槽中并实现自动化，翻抛机能将发酵槽中垫料有氧均匀翻抛；③异位发酵过程选用的菌种为嗜热型微生物菌种，根据刘波[8]著作及研究发现，嗜热微生物生长温度最低为45℃，最适温度为55～65℃，最高耐热80℃，故建筑需要采用阳光棚结构。

2.4 垫料的选择要求及建议

异位发酵垫料应选用通透性、吸水性较好的载体，如谷壳、锯木屑、菌棒渣、椰壳等，总含量应该在80%，由两种或几种组成，锯木屑与谷壳比例多为3∶2，其他填充料可选用不易降解或降解后不会产生二次污染的填充物，如麦麸、饼粕、生石灰、过磷酸钙、磷矿粉、红糖、糖蜜、沸石等[11]。发酵垫料应该被搅拌均匀，混合铺平，构成发酵床垫料主体，辅料的添加主要用以调节垫料水分、C/N、C/P、pH值、通透性、高度等。垫料高度通常由设计的墙体、翻抛机决定。

2.5 菌种筛选原则及建议

发酵菌种在异位发酵体系中扮演着重要的角色，具有消纳转化粪污的能力，采用的耐高温微好氧菌种具有自我繁殖力强、退化慢、纤维素酶含量低等特点。当前市面上选用的菌种主要成分为枯草芽孢杆菌、酵母及其代谢产物、酶等物质，色泽均匀，呈粉末状。初次添加使用建议参照菌种说明书，添加使用量为50～1000g/m3。

2.6 日常管理操作影响规范及建议

2.6.1 翻抛机管理操作规范及建议

在兼顾微生物生命活动需氧量的同时，必须适当增加通风量，才能够更有效地持续好氧堆肥的高温阶段，多认为垫料中氧含量保持在5%～15%之间比较合宜，当氧气含量低于5%会导致厌氧发酵，而氧气含量高于15%时则会使堆体垫料温度降低，降低异位发酵微好氧发酵菌种的活性[4]。在异位发酵实际生产应用操作中，翻抛机的建议使用规则为“温不等时、时不等温”，即建议当发酵床垫料平均温度高于55℃时，若情况许可，每天可以增加翻抛次数，不必等到24小时后；在由于若干状况导致发酵床低于55℃时，则需要在规定的时间内继续翻抛。翻抛能进一步增加发酵槽中垫料与粪污均匀度，并且能够增加垫料与氧气的接触量，给微生物菌种提供良好的有氧环境。

2.6.2 垫料及菌种的补充

垫料不仅作为粪污的载体，同时在发酵工艺过程中还扮演着微生物C源、N源的提供者。在猪粪好氧堆肥中，C/N比为30较为理想。在实际生产应用中，由于操作人工不可控性，C/N比多在25～35之间[4]。垫料高度多建议不低于1.2 m，必须补充垫料至设计高度[12]。在使用过程中菌种的使用活性会下降，建议按初始比例随垫料一起补充。

3 小结与展望

近年来，异位发酵处理粪污技术在畜禽污水处理中得到较为广泛的研究与应用，该技术目前已作为国务院、农业部推荐的粪污处理模式之一[13]。异位发酵技术处理畜禽粪污不仅打破了传统的环保模式与处理方法的局限性，还将发酵垫料转化为安全有效的有机肥原料。董立婷等[14]通过对微生物异位发酵床猪废弃物填料的养分含量、重金属（Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg）含量、种子发芽率指数、蛔虫卵死亡率、粪肠大肠杆菌进行试验分析得出：发酵处理过后的垫料营养物质丰富，总养分含量、重金属含量均符合农业部颁布的中华人民共和国农业行业标准-有机肥料标准（NY 525-2012）。该项试验研究结果与Guo等[15]通过研究适高温的菌种异位发酵牛粪污垫料含有高含量的营养物质，可作为农作物的生物有机肥结论吻合。综上所述，微生物异位发酵不仅在畜禽粪污处理上而且在将畜禽粪污转化为有机肥生产中，均有巨大的研究及市场价值。

[1]中华人民共和国统计局.一季度国民经济运行开局良好[EB/OL].http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201704/t20170417_148 4963.html.

[2]陈家骥.2017年一季度我国猪肉进出口情况[J].中国猪业, 2017(5):38-41.

[3]卓坤水,洪江庭,陈晗,等.异位发酵处理猪场粪污集成配套技术[J].福建畜牧兽医,2016(38):35-36.

[4]倪梅娣.猪粪好氧堆肥过程中氧气浓度变化规律的研究[D].杭州:浙江大学,2006.

[5]李远.我国规模化畜禽养殖业存在的环境问题与防治对策[J].上海环境科学,2002(10):597-599.

[6]薛惠莉.全面了解猪场废弃物及资源化利用[J].猪业科学, 2017,34(3):34-35.

[7]Guo H,Geng B,Liu X,et al.Characterization of bacterial consortium and its application in an ectopic fermentation system [J].Bioresource Technology,2013(39):28-33.

[8]刘波.枯草芽孢杆菌第三卷[M].北京:科学出版社,2016.

[9]关静姝.碳氮比对牛粪好氧堆肥过程的影响[D].哈尔滨:东北农业大学,2007.

[10]李秀金,董仁杰.粪草堆肥特性的试验研究[J].中国农业大学学报,2002(2):31-35.

[11]杨凌,卞红春,陈静华.异位发酵床养猪配套关键技术[J].山东畜牧兽医,2016,37(12):24-25.

[12]屠平光,项云,杜喜忠,等.异位发酵床技术在猪场粪污处理中的应用[J].农技服务,2016,33(15):153.

[13]中华人民共和国中央人民政府网.《国务院办公厅关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》[EB/OL].http://www.gov. cn/zhengce/content/2017-06/12/content_5201790.htm

[14]董立婷,朱昌雄,张丽,等.微生物异位发酵床技术在生猪养殖废弃物处理中的应用研究[J].农业资源与环境学报,2016(6): 540-546.

[15]Guo H,Zhu C,Geng B,et al.Improved fermentation performanceinanexpandedectopicfermentationsystem inoculated with thermophilic bacteria[J].Bioresource Technology, 2015(198):867-875.

X713

1673-4645(2017)07-0030-03

2017-07-20

福建省农科院生产性工程化实验室专项（2016GCH-1）、2018福建省公益类科研院所专项“异位微生物发酵床关键技术研究与应用”

叶鼎承（1980-），男，主要从事畜禽养殖与粪污资源化利用，E-mail：ydcfafu@126.com