畜禽粪污资源化利用技术模式探讨

李军平彭 华

（1河南省驻马店市畜牧站，河南驻马店 463000；2中国农业科学院农业信息研究所，北京 100081）

我国畜禽粪污处理利用历史源远流长，人民群众在长期的生产生活中，探索出许多行之有效的方式方法，使人与自然和谐相处。但是，近年来随着规模养殖的快速发展，种养分离矛盾日益突出，畜禽粪污治理任务日益艰巨，各地因地制宜、积极探索、不断实践，形成了许多比较成熟的技术模式。2017年5月，在各地推进畜禽粪污处理实践的基础上，原农业部收集整理了畜禽粪污资源化处理的7种典型模式。本文结合调研实际，对其中应用较为广泛的4种技术模式进行深入研究，即粪污专业化能源利用模式、污水肥料化利用模式、固体粪便堆肥利用模式、异位发酵床模式，对每种模式的技术特点、适用范围、节点控制内容进行阐述，以期为各个畜牧部门和养殖企业选择行之有效的处理模式提供参考。

1 粪污专业化能源利用模式

1.1 基本特点

以专业生产可再生能源为主要目的，养殖场建设或依托现有大型沼气工程，进行高浓度厌氧发酵，沼气发电上网，沼渣生产有机肥供农田利用，沼液农田利用或深度处理后达标排放（见图1）。

1.2 适用范围

从畜种方面考虑，该模式主要适用于新建或改扩建的大型生猪养殖场，猪舍采用尿泡粪工艺，粪尿、冲洗和饲养管理用水全部排放到全漏缝地板下的粪沟中储存一定时间后（1～2月），待粪沟装满后，打开出口的闸门，将沟中的粪水排除，使粪水流入粪便主干沟，用沼液将其冲入匀浆池中，再进入沼气池进行厌氧发酵处理，见图2。产生的沼渣、沼液直接还田利用，或经固液分离后，沼渣生产有机肥后还田利用，沼液直接还田利用或达标排放。

从地区适用性方面考虑，该模式主要适用南方地区，

图1 粪污专业化能源利用模式工艺流程图

北方因冬季气温较低，使用受限较大。

图2 专业化能源模式粪污处理流程

1.3 优缺点

该模式优点是运行费用低、节省人力。缺点是粪便被水尿稀释发酵，产生大量氨气等有害气体，导致舍内的空气质量变差，可通过在猪舍一侧安装风机（图3），及时将有害气体输出，保证猪舍内空气质量。一次性投资高，能源产品利用难度大，沼液产生量大集中，处理成本较高，需配套后续处理利用工艺。

图3 装在猪舍墙体一侧的风机

1.4 节点控制

在源头减量上，一方面可通过在这些养殖场推广使用微生物制剂、酶制剂等饲料添加剂和低氮、低磷、低矿物质饲料配方，提高饲料转化效率，促进兽药和铜、锌饲料添加剂减量使用，降低粪便产生量；另一方面，鼓励生猪养殖场改水冲粪为干清粪，改鸭嘴式饮水器为节水型的碗式饮水器，实行雨污分离等措施，从源头上控制养殖污水产生量。在过程控制上，鼓励和支持规模养殖场建设标准化圈舍，采用半漏缝地板和机械清粪工艺，配套建设与养殖规模相匹配的沼气生产设施、沼渣沼液储存池、发电机组等。在末端利用上，鼓励养殖场流转土地发展种植业，与种植大户签订粪污消纳协议或委托第三方机构消纳本场沼渣沼液。

2 污水肥料化模式

2.1 基本特点

养殖场产生的污水经厌氧发酵或氧化塘处理储存后，在农田需肥和灌溉期间，将无害化处理的污水与灌溉用水按照一定的比例混合，进行水肥一体化施用，固体粪便进行堆肥发酵就近肥料化利用或委托他人进行集中处理（图4）。

图4 污水肥料化利用模式工艺流程图

2.2 适用范围

该模式适用于污水产生量较大的生猪养殖场和奶牛养殖场。采用干清粪工艺的养殖场，由人工将干粪运至干粪棚进行堆积发酵，污水经过粪沟进入沼气池或氧化塘发酵。采用自动清粪的养殖场，收集得到的全量粪污经干湿分离后，干粪堆积发酵，污水进入氧化塘发酵或达标排放或回冲粪沟。该模式适用于各个地区。在人力成本较高的东部及沿海地区，适宜采用自动清粪工艺，在人力成本相对较低的地区可采用干清粪工艺，但可对现有工艺略作改进，如在圈舍的一侧架设轨道，放上可移动的装置，通过拖动将干粪清出圈舍。

图5 猪栏安装的轨道及粪斗

2.3 优缺点

该模式工艺较简单，投资较少。缺点是采用干清粪工艺的养殖场需单独清出干粪，人力投入大。采用自动清粪工艺的养殖场需对圈舍进行改造，如猪舍改全水泥地面为半漏缝地板，下设粪沟，通过自动刮粪板将圈舍内的粪污清出。牛舍地面改造后安装自动刮粪板，将粪污刮至圈舍一侧的粪沟。另外，干湿分离后产生的污水进入沼气池发酵，因有机质含量较少，发酵周期较长，沼气产生量少。

2.4 节点控制

在源头减量上，一方面可通过在这些养殖场推广使用微生物制剂、酶制剂等饲料添加剂和低氮、低磷、低矿物质饲料配方，提高饲料转化效率，促进兽药和铜、锌饲料添加剂减量使用，降低粪便产生量；另一方面，鼓励生猪养殖场改鸭嘴式饮水器为节水型的碗式饮水器，实行雨污分离等措施，从源头上控制养殖污水产生量。在过程控制上，鼓励和支持规模养殖场建设与养殖规模配套的储粪池、氧化塘，建设有机肥加工设施处理本场干清粪等。在末端利用上，鼓励养殖场流转土地发展种植业，与种植大户签订粪污消纳协议或委托第三方机构消纳本场粪污。

图6 固体粪便堆肥利用工艺流程

3 固体粪便堆肥利用模式

3.1 基本特点

该模式适用于污水产生相对较少的规模化肉鸡、蛋鸡、肉鸭、兔场、肉牛场、羊场等。鸡、鸭、兔为笼养，以固体粪便为主，饮水时漏水（主要是乳头饮水器，采用碗式饮水器漏水很少），清洗圈舍时也产生少量污水，采用传送带或机械刮板将产生的粪污移至舍外，粪污干湿分离后，干粪用清粪车运至堆粪棚进行好氧堆肥处理，生产初级有机肥，就近农田利用；污水在粪污收集池中暂存（图6）。肉牛场、羊场采用舍饲养殖，同时建有运动场，牛羊排泄的尿液自然蒸发，污水产生量较少。

好氧堆肥主要推广条垛式堆肥、发酵槽堆肥和生物发酵塔堆肥等3种方式。

条垛式堆肥：将畜禽粪便混合一定比例的秸秆堆成条垛式或三棱形的堆，利用好氧微生物将有机物分解，同时利用堆肥高温进行无害化处理（图7）。目前，很多有机肥厂采用此种堆肥方式生产有机肥。部分养殖场利用传统的堆沤发酵（图8），对该工艺进行了改进，即先将含水量65%左右的新鲜粪便放入塑料或玻璃钢遮盖的阳光棚中进行初级发酵，厚度在10～15 cm左右，发酵10～15天后，大部分水分蒸发，粪便含水率降至60%左右。再将初级发酵的有机肥堆积到一定高度继续发酵10～15天。该工艺的优点是成本低、设备简单。缺点是占地面积大，受天气影响大，臭气污染大、二次堆积发酵温度控制难度较大，腐熟不彻底、二次污染严重。适用于中等规模的蛋鸡场、肉鸡场、兔场、牛场、羊场。

发酵槽堆肥：由发酵槽、搅拌机械、通风装置和发酵大棚（车间）4部分组成（图9），将含水量65%左右的新鲜粪便放入塑料或玻璃钢遮盖的粪床中，搅拌机往复行走，并强制通风排湿。整个发酵周期在30～40天。优点是腐熟彻底，二次污染小，产品质量高。缺点是占地面积大、受天气影响大、臭气污染大、投资成本较高，搅拌机易受腐蚀，需定期进行维护和更换。适用于大规模的蛋鸡场、肉鸡场。

图7 条垛式堆肥

图8 传统堆沤发酵堆肥

图9 发酵槽堆肥

图10 生物发酵塔结构图

生物发酵塔堆肥：利用密闭性多层塔式发酵装置进行分层发酵，发酵装置有从顶部进料、底部出料的筒仓，通风系统使空气从筒仓的底部通过堆料，在筒仓的上部收集和处理废气（图10）。新鲜的畜禽粪便和各种辅料，搅拌均匀后经过皮带或料斗设备提升到筒仓内，通过翻板滑动使物料逐层下移，在移动过程中完成发酵。优点是占地面积小、自动化程度高、省工省地；不受天气影响，发酵周期短，臭气污染小。适用于规模较大的蛋鸡场、肉鸡场。

3.2 节点控制

在源头减量上，一方面可通过在养殖场推广使用微生物制剂、酶制剂等饲料添加剂和低氮、低磷、低矿物质饲料配方，提高饲料转化效率，促进兽药和铜、锌饲料添加剂减量使用，降低粪便产生量；另一方面，鼓励小规模鸭场、鸡场采用垫料饲养模式。推广使用碗式饮水器，减少污水产生量。在过程控制上，鼓励和支持规模养殖场建设标准化圈舍，鼓励新建或改扩建大规模鸡场、鸭场、兔场使用或改机械刮板清粪为传送带清粪。鼓励根据养殖规模和污染防治需要，选择适当堆肥发酵工艺。在末端利用上，鼓励养殖场流转土地发展种植业，与种植大户签订粪污消纳协议或委托第三方机构消纳本场沼渣沼液。

4 异位发酵床模式

4.1 基本特点

畜禽舍采用自动清粪工艺，粪便和尿液通过漏缝地板或传送带转移到舍外储粪池，再由储粪池转移到舍外铺设垫料的发酵槽中，进行粪便尿液的发酵分解和无害化处理，经过一段时间后可直接作为有机肥料进行农田利用（图11）。

图11 异位发酵床模式工艺流程图

此模式主要适用于新建或改扩建的规模养猪场，也可用于改扩建的规模养鸡场、鸭场和兔场。猪舍为半漏缝地板，因猪有定点排粪的习惯，猪尿经漏缝地板进入粪沟，猪在漏缝地板上活动的同时将猪粪踩入粪沟，粪沟内的自动刮粪板将粪尿转入猪舍一侧的储粪池，再定期将储粪池的粪污泵入舍外发酵床。在转移至发酵床之前，储粪池的粪污经切割泵与搅拌机的切割搅拌，实现粪污混合均匀不分层，再通过连在自动翻抛机的自动喷淋装置，将粪污均匀地喷在舍外发酵床垫料上。舍外发酵床对粪便和污水同时处理，污水在发酵过程中大部分自然蒸发，粪便通过微生物菌群的降解发酵，实现粪污转化有机肥的过程。见图12。

4.2 优缺点

该模式优点是饲养过程不产生污水，处理成本低，可以实现粪污的零排放。缺点是应用规模有限，主要适用于年出栏1 000～2 000头的规模猪场；为避免死床，需经常对垫料进行翻抛，耗电量较大；混合有粪便的垫料在发酵床中存放1～2年，在存放过程中释放臭气，影响周边环境；需要大量的垫料，发酵处理后的垫料肥效性不高。该模式主要适用南方地区，北方因冬季气温较低，使用受限较大。

图12 异位发酵床模式粪污处理流程

4.3 节点控制

在源头减量上，鼓励生猪养殖场改水冲粪为干清粪，改鸭嘴式饮水器为节水型的碗式饮水器，实行雨污分离等措施，从源头上控制养殖污水产生量。在过程控制上，鼓励和支持规模养殖场建设标准化圈舍，采用半漏缝地板和机械清粪工艺，配套建设与养殖规模相匹配的储粪池等。在末端利用上，鼓励养殖场流转土地发展种植业，与种植大户签订粪污消纳协议或委托第三方机构消纳本场沼渣沼液。