异位发酵床猪粪尿处理技术综述

顾洪如　杨杰　潘孝　张霞

摘要：畜禽规模养殖中粪尿产生的环境污染问题严重。据相关数据，农业面源COD和总氮排放量分别占全国排放量的437%和572%，生猪养殖污染占畜禽养殖业污染的80%～90%。大量未经处理的生猪粪尿所造成的环境污染已威胁到农业和社会经济的可持续发展。本文介绍了一种新型养猪粪尿处理设施技术——异位发酵床的原理、处理工艺、结构、运行管理、存在问题及建议，以期能够为畜禽粪便污染治理提供技术支持。

关键词：异位发酵床；猪；粪尿；处理技术

中图分类号： X713文献标志码： A[HK]

文章编号：1002-1302（2017）21-0006-04[HS）][HT9SS]

收稿日期：2017-08-17

基金项目：江苏省农业三新工程项目（编号：SXGC[2016]331）；农业部种养结合重点实验室项目（编号：32103020）。

作者简介：顾洪如（1963—），男，江苏盐城人，研究员，主要从事畜禽生态健康养殖研究。Tel：（025）84391223；E-mail：guhongrujs@163com。

利用发酵床养殖技术控制和降低粪尿对环境的污染近年来得到了较为广泛的研究和应用。利用如谷壳、木屑、秸秆等农业废弃物作垫料，添加微生物菌剂，对猪粪尿进行原位发酵降解，并形成有机肥的发酵床养猪技术，是一种将畜禽饲养及粪尿处理统一在养殖舍内完成的环保型飼养方式，免去冲洗猪舍产生的大量污水，达到无臭味、无排放、猪粪尿资源化利用的目的。但该技术在实际生产应用中遇到一些问题，如发酵床制作对垫料原料的需求量非常大，导致原料成本较高；传统猪舍改造成本高及养殖业者对技术接受度低等。而猪粪处理池与发酵床结合形成异位发酵床是一种新型养猪粪尿处理设施技术，适合于传统猪舍的粪尿处理[1-3]。

养猪生产过程产生的大量粪尿如缺少治理设施，则污染环境，但通过恰当技术手段加以利用，则可实现经济效益、社会效益和生态效益三赢。异位发酵床是一种新的猪粪尿排泄物处理模式，该技术从源头上能够控制传统规模化猪场造成的粪尿处理，是农业部推荐的养殖粪污处理模式[4]。董立婷等通过对微生物异位发酵床猪熟化垫料的养分含量、主要重金属含量、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有机肥料标准（NY525—2012）[5]。该项试验研究结果与Guo等通过研究嗜高温的菌种异位发酵牛粪污垫料含有高含量的营养物质，可作为农作物生物有机肥的结论[6]类似。因此，异位发酵床在处理家畜粪尿并将其转化为有机肥过程中起重要作用[7-9]。

异位发酵床技术具有以下3方面的特点：（1）系统解决猪粪尿污染问题。利用干清粪，将猪舍内生猪粪通过人工收集后集中处理并进行有机肥生产，剩余部分猪粪尿通过管道进入污水池后，再抽排至场外发酵池，利用专用微生物迅速有效地降解、消化污水中的有机化合物，最终分解为CO2和水，通过蒸发排入大气，从而达到养猪零排放的目的。（2）技术易为业者接受。异位发酵床技术不改变猪的饲养技术，不要对猪舍结构作较大的改变。主要在减少污水方面完善设施结构。（3）资源循环高效利用。垫料一般可连续使用1～2年，熟化后的垫料是优质有机肥，对土壤改造有良好的作用，加工后可获得额外收益；从社会效益来看，猪粪尿经发酵床垫料发酵后能提高肥效，还田后还能增加土壤的有机质，减少了化肥的使用，提升了农作物的安全，养殖场周边环境得到净化，使农业生产走向绿色、可持续发展之路。

1异位发酵床处理粪尿的原理

异位发酵床是为适应传统养猪粪尿治理需要而建立的，异位发酵床是相对于原位发酵床而言的。在处理猪粪尿方面，异位发酵床与原位发酵床及堆肥的原理相似，只是异位发酵床不作为猪舍养猪，而作为集中处理猪粪尿的固体发酵池。异位发酵床由发酵槽、垫料、发酵微生物接种剂、翻堆装备、粪污管道、防雨棚等组成。异位发酵床利用谷壳、木屑、菌糠等作原料，加入微生物发酵剂，混合搅拌，铺平在发酵池内，将猪粪尿直接导入到发酵床上，利用自动翻堆机翻堆，使粪污和垫料充分搅拌混合，调整垫料湿度在40%～60%，通过搅拌增加垫料通气量，有利于发酵微生物充分发酵，分解粪污等有机物质，同时，产生较高的温度（50～60 ℃）将水分蒸发，多次导入粪尿循环发酵，最终转化产生有机肥。异位发酵床的建设和管理决定了污染治理效率和效益[13-16]。

异位发酵床功能的发挥主要依赖于微生物的作用，而微生物的群落结构变化可以反映出发酵床的运行情况。发酵过程中填料的营养成分、pH值、温度等的变化都会影响微生物群落的变化[2]。发酵床发酵初期微生物数量较低，随着发酵床内不断添加养殖废弃物，填料中可直接利用的养分增多，微生物迅速繁殖，此时细菌、真菌数量快速增加，同时，大量微生物分解粪尿及填料中的有机物释放的热量导致床体温度迅速升高。初期床体中的大量微生物分解能力较强，床体持续高温使得水分蒸发较快，填入的猪粪和废水被微生物快速分解和消耗。15～20 d以后，床体内含水量持续下降，并且pH值持续升高且处于碱性的环境中，此时不利于微生物的生长繁殖，这个阶段细菌和真菌的数量均下降[10]。此时通过添加粪尿的方式进行填料，随着填料过程完成，床体内含水量和养分含量逐渐上升，细菌和真菌数量升高。进入发酵后期，床体主要营养成分含量逐渐降低，可直接被微生物利用的养分迅速减少，微生物的群落结构发生变化，此时则需要通过翻堆、添加新鲜垫料及补充菌剂的方式调整微生物群落结构，使床体恢复分解能力，提高粪尿降解的效率，降低“死床”风险[11-12]。

异位发酵床的技术包括：（1）微生物发酵：利用粪尿提供微生物以营养，促进微生物生长，在垫料中加入能促进粪尿分解和垫料发酵的有益菌，使有益菌成为优势菌群，形成阻挡有害菌的天然屏障，消除臭味，分解粪污，从而达到处理粪污的效果。（2）空气对流蒸发水分：因地制宜建设异位发酵床，充分利用不同季节空气流向，辅助以卷帘机等可调节通风的设施，用于控制发酵床空气的流向和流速，将异位发酵床蒸发出来的水分排出[17]。endprint

2异位发酵床场址选择与处理工艺

21异位发酵床场址选择

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、顶棚等的构建。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、槽式垫料翻堆机及移位机等。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，翻堆机能将发酵槽中垫料有氧均匀翻堆；（3）异位发酵过程选用的菌种为嗜热型微生物菌种，刘波等研究发现，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 ℃[8]。

22异位发酵床粪尿处理工艺

由图1可见，猪舍内产生的粪污通过尿泡粪，经过排粪沟进入集粪池，在集粪池内通过切割搅拌机搅拌防止沉淀，粪污切割泵打浆并抽送到喷淋池，喷淋机将粪污浆喷洒在异位发酵床上，添加微生物发酵剂，行走式翻堆机翻堆，将垫料与粪污混合发酵，分解猪粪，消除臭味。喷淋机往返式喷淋粪污，翻堆机往返式翻耕混合垫料，如此往复循环，完成粪污的处理，最终垫料作有机肥利用。

3异位发酵床结构

31异位发酵床结构

典型的异位发酵床由发酵池、翻堆机、喷淋泵等构成。发酵池宽度为4～6 m，深度为15 m，长度为40 m（可根据需处理[CM（25]粪尿量而定），一般由4个发酵池组成，以提高处理效率，

降低处理设施成本。异位发酵床中央设喷淋池，宽度为1 m，深度和长度与发酵池相同（图2）。另为防雨水等进入发酵床，需要建设防雨钢构房或增温大棚。

发酵池上配有依轨道行走的翻堆机。翻堆机可升降的高度为10～15 m，行走速度为4 mmin，10 min完成40 m往返行程，发酵床的两头有变池轨道装备，可以横向运动，翻堆机通过变池轨道从一个池变轨到另一个池，继续作业。配合翻堆机的作业，在喷淋池上方配有依轨道运行的粪污浆喷淋机，进浆管口潜入喷淋池，出浆喷头安装在横跨发酵池的水管上，每个喷头对准1个发酵池，喷淋机边行走边把喷淋池中的粪污喷淋在发酵床垫料上，喷淋机与翻堆机共享同一套行走轨道，喷淋机行走速度为4 mmin，1次作业完成1个来回的粪污浆喷淋后，喷淋机返回发酵床一端的喷淋机架上，而后翻堆机开始作业，如此往复循环，完成粪污的喷淋、翻堆混合作业。

32异位发酵床翻堆机选择及操作规范

市售翻堆机种类很多，但多为非标产品。选用翻堆机时要注意以下几点：（1）适用于畜禽粪便及其他有机废弃物的发酵翻堆，并尽可能与塑料大棚等增温发酵室等配套使用，提高发酵温度。（2）翻堆机要配有刀犁液压升降系统，以适应不同高度的物料翻堆。（3）翻堆机刀犁应选用弯式刀片，以利于垫料翻堆均匀充分膨松通气。（4）其他如条件允许，应选用自动控制功能好的配置，如配有软启动器，限位行程开关等，保证安全作业。如福建省农业科学院和福建省农业公司生产的FJNK型翻堆机，适合于3～6 m宽的发酵槽使用，翻堆能力1 080～2 160 m3h。

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%之间比较适宜，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[18]。在异位发酵实际应用操作中，当发酵床垫料平均温度高于55 ℃时，若情况许可，每天可以增加翻堆次数，不必等到24 h后；在由于若干状况导致發酵床低于55 ℃时，则需要在规定的时间内继续翻堆。翻堆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。

4异位发酵床的运行管理

41异位发酵床垫料配方

异位发酵垫料应选用通透性、吸水性较好的载体，各地可因地制宜选择来源广泛的垫料资源，如谷壳、木屑、菌糠、秸秆粉等，可单一或混合使用。如采用木屑、谷壳各12，或木屑、谷壳和菌糠各13比例等，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。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、CN、CP、pH值、通透性、高度等。垫料高度通常由设计的墙体、翻堆机决定。加入微生物发酵剂，填入发酵池铺平。异位发酵床添加垫料可连续使用，连续产出有机肥[19-20]。

42异位发酵床面积与粪尿处理能力

1 t垫料约3 m3，每个月可以吸纳处理粪污30 t。第一次可以吸纳粪污量为垫料干物质量的10%。每天翻堆2～3次，1 t垫料吸收污料中可蒸发水分10%。按母猪平均粪污产生量10 kg（头·d）计，每头母猪每个月的粪污量300 kg，即1 t垫料每个月可以吸纳处理3头母猪产生的粪污；育肥猪排泄量为6 kg（头·d），为母猪排泄量的60%。

异位发酵床设施总面积估算方程：

[JZ]y=（078x-9183）45。

式中：y为面积（m2），x为猪头数。

43异位发酵床菌剂选择

目前，异位发酵床菌剂主要由具有较高蛋白酶活性以及代谢生猪养殖排泄的臭味物质的枯草芽孢杆菌、放线菌和光合细菌及霉菌混合制成的复合菌制剂，此类制剂可以有效转化养殖废物中的臭味物质[21-22]，并将不易消化的成分降解为易于吸收的小分子，此外还能产生菌体蛋白[13]和抗病毒、抗菌物质[23-24]。畜禽粪便中含有一定量的蛋白质、脂肪、无机盐和大量未被消化的纤维素等大量有机物，而养殖场中臭味物质主要由这些有机物发酵分解产生的恶臭物质（包括胺类物质），还有粪便中的臭味化合物甲酚、粪臭素和吲哚等[25]，因此在选择菌种时应挑选耐高温、微好氧菌种，且自我繁殖力强、退化慢、纤维素酶含量低的多菌种复配产品，才能更好地实现异位发酵床优良的功能，提高消纳转化粪污的能力[26-31]。初次添加使用建议参照菌种说明书，添加使用量为 50～1 000 gm3。一些堆肥发酵菌剂也可以选择使用。endprint

5异位发酵床技术在应用中存在的问题及建议

异位发酵床是独立于猪舍而建造的猪粪污处理设施，适用于面积大小不同的传统猪舍，猪群不与垫料直接接触，在猪场的外围建立异位发酵床，将各个猪舍的粪污通过管道，送到异位发酵床，统一发酵处理。垫料选择范围大，发酵处理周期灵活，如需要生产有机肥，发酵时间可以控制在45 d左右，将有机肥取出后，补充垫料，继续运行[16]。如果不急需有机肥，垫料可使用1年以上。由于该技术处于示范应用阶段，一些问题需要引起重视，以保证技术实施的效果。

51源头污水减量化

由于异位发酵床是适应于传统猪舍，又独立于猪舍而建造的猪粪污治理装备，原有水冲舍方式产生的污水量过大，而发酵床处理粪污的容量有限。因此必须对原有猪舍进行改造，最大程度从源头减少污水产生量：（1）实行完全的雨污分离，在南方多雨地区尤显重要；（2）收集分离猪饮水洒落水。猪饮水过程中可产生比饮水需要量多3～4倍的洒落水，是污水增量的重要来源之一。（3）粪污收集管路和收集池防渗化。老旧猪舍粪污收集管路和收集池多简易、开放，防渗效果差。一方面长时间粪污渗漏，会影响猪场周边土壤和水环境，同时地下水位高的地区及多雨季节也会产生反渗，显著增加污水产生量[16]。据估算，上述措施的综合应用，可减少污水产生量70%～90%。

52发酵池建设的规范科学化

发酵池是异位发酵床的重要设施，一定程度上决定了粪污处理的效率。目前发酵池以自行建设为主，缺少科学性。（1）发酵池的容积与深度。发酵池的大小要与猪场需处理的粪污产生量相匹配。发酵池深度单池以70～100 cm、多池式以150 cm左右为宜。（2）发酵池底固化、导流沟和集液池。前期建设的单池异位发酵床池底固化的少，极易引起污水向环境土壤下渗，所以必须对发酵池底固化。同时要在池底设导流沟，导出多余污水，以利于垫料发酵。池底要有微坡度，并在池前端设小集液池。（3）通气设置。通气设置可以增加垫料的透气性，提高粪污处理效率。通气设置可结合导流沟设置同时建设，也可单独设置。

53异位发酵床管理

发酵床垫料管理仍然是异位发酵床管理的核心，但与原位发酵床不同的是，异位发酵床利用翻堆机进行垫料翻堆。而影响垫料发酵的粪污的添加常是影响发酵效果的重要原因，主要是缺少与垫料处理能力相适应的粪污添加量的控制，多见过量添加的情况出现，造成发酵床变成滤床，丧失发酵功能[32-33]。因此科学制定异位发酵床的管理规程，使用者明白简单化迫在眉睫。

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