家禽粪便处理技术的研究进展

张俊哲等

摘  要：传统畜禽养殖废弃物处理技术已不能满足当前农业经济的可持续发展需求，如何改善畜禽养殖环境、妥善处理废弃物、防治污染是亟待解决的问题。本文调研了家禽粪便的几种处理技术，对发酵饲料、沼气生产、堆肥发酵等综合利用技术进行分析，从饲料、沼气（能源）、肥料等产品形式对于如何实现家禽粪便无害化、资源化和高值化的加工模式进行了探讨。

关键词：家禽粪便;发酵饲料;沼气发酵;堆肥;综合利用

随着全球畜牧业的发展，我国畜禽养殖模式已经逐渐从散户养殖转向规模化、集约化养殖，畜禽类粪便大量产生，成为农村和养殖场周边的主要污染来源[1]。农业部官方数据显示，我国每年畜禽养殖粪污产生量约38亿吨，其中家禽粪污年产生量约6亿吨，占总量的16%[2]。目前畜禽废弃物的有效利用率不足60%，不仅没有足够的土地消纳，而且也缺少对废弃物处理受过专业指导和培训教育的人员。大量畜禽粪便未经正常处理施入农田，不仅严重影响周围环境，还会产生有毒臭气和温室气体，如NH3、H2S、CH4等[3]。粪便中携带的各种致病微生物和虫卵，如大肠杆菌、沙门氏菌、蛔虫卵等，严重威胁食品生产安全或造成疫病传播。一些畜禽粪便中还含有大量药物添加剂和抗生素等[4]，可能对环境生物造成极大危害。此外，畜禽粪便富含的氮、磷元素极易流失，从而引起水体富营养化[5]，改变水体的理化环境，使水发臭，形成江河湖海的赤潮和水华。传统畜禽养殖模式及废弃物处理技术已不适用于现今的情况，如何改善畜禽养殖环境、妥善处理废弃物防止污染是亟待解决的问题。

1  发酵动物饲料

国外已将鸡粪处理后作商品饲料出售。日本用蒸煮脱臭灭菌的鸡粪喂猪[6]，以色列广泛使用鸡粪垫草饲养肉牛，德国、美国用鸡粪发酵饲料添加燕麦、玉米粉喂牛羊。日本全年的饲料消耗中有20%是鸡粪饲料，加拿大每年消耗的鸡粪饲料达1万吨以上。

我国60年代初就有利用鸡粪喂猪的事例，但真正对于鸡粪作饲料的研究才刚刚开始。从我国禽类养殖行业结构占比方面来看，鸡占家禽总量的80%左右，家禽粪便中主要是鸡粪。鸡的肠子较短，饲料在肠道中停留时间短，其中的养分仅能吸收30%左右，其余70%被直接排出体外。研究表明，每公斤鸡粪的干物质中有13.4～18.8KJ的总能量，粗蛋白质含量约为23.75%，各种氨基酸比例平衡且含量超过玉米、高粱、豆饼、棉籽等，还含有维生素B以及各种微量元素[7]。据中国畜牧业协会测算，2016年全国肉鸡出栏量约为82.1亿只，商品蛋鸡年平均存栏12.64亿只，以平均每只鸡每日产生0.1kg鲜鸡粪、肉鸡平均饲养60d出栏计算，我国一年需要处理的鸡粪就将近一亿吨，如全部作为饲料，可节省麦粉等精料460万吨，折合资金约30亿元。鸡粪是廉价的低能饲料，用鸡粪代替部分蛋白料，另外再补充能源饲料能够大大提高畜牧养殖业的经济效益，而且减少污染，净化环境。

鸡粪含有较多蛋白质，但直接用鸡粪饲喂单胃动物（猪和家禽等），其可消化蛋白质仅为8.3%，其余15.45%的粗蛋白不能利用，因此鸡粪不适合直接作为单胃动物的饲料。而用鸡粪饲喂反刍动物，其蛋白质的消化率则高得多，因为瘤胃微生物能利用鸡粪中的有机酸（约占35%）作能源，将动物所不能利用的粗蛋白变为可利用的菌体蛋白质。因此，要提高鸡粪的营养价值必须提高其粗蛋白质的消化率。发酵法成本低，易于推广，而且可以提高鸡粪的营养价值，因此受到广泛关注。

鸡粪发酵饲料的方法有如下几种：①自然青贮发酵法：该法的原理和制作与常规青贮方法相同，可采用缸、池或者青贮塔等[8];②加曲发酵法：利用米曲霉发酵鸡粪，其产品气味纯正，无异臭味，粗蛋白含量达29%以上，还原糖增加3.5%以上，游离氨基酸总和增加3.5倍[9];③真空发酵：将鸡粪用塑料薄膜覆盖好，留一抽气孔，每天用真空泵抽气3次，连续抽4d，以后不再抽气，任其自然发酵，可创造乳酸生长繁殖及发酵的厌氧环境[10];④EM菌发酵法：EM菌液是由光合细菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌等10属、80多种有益微生物复合培养而成，是一种新型复合微生物菌剂，用于家禽粪便的处理，可去除臭味，改善生态环境，降解粪便中的粗纤维，增加粗蛋白、粗脂肪、维生素等营养含量，变禽粪为适口性好、营养全面的好饲料[11]。

2  沼气发酵

沼气发酵又称为厌氧发酵，是指畜禽粪便、秸秆、杂草等有机物在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过多种微生物的分解代谢，产生甲烷和二氧化碳等可燃性混合气体的过程。沼气发酵以能源生产为目标，最终实现沼气、沼液、沼渣的综合利用[12]。随着我国沼气科学技术的发展和农村家用沼气的推广，根据当地使用要求和气温、地质等条件，家用沼气池有多种类型。形式虽然多样，但是大体由水压式沼气池、浮罩式沼气池、半塑式沼气池和罐式沼气池4种基本类型变化而成，各有优缺点。

家禽粪便沼气发酵的关键技术特点是：①利用分解菌系进行原料前处理;②秸秆-粪便共发酵，实现高效产气;③沼液全回流，消灭沼液排放;④沼渣经过进一步好氧腐熟，进行深加工。通过沼气燃烧、沼渣沼液综合利用技术，形成以沼气发酵为核心的生态循环产业链模式，可因地制宜，根据当地情况进行优化组合，采取适合当地农业生产特点的生态养殖循环经济模式构建循环农业产业链，例如果沼畜循环利用模式等。

沼氣发酵是养殖业中粪污资源化管理的有效手段之一，具有产生生物能、对氮磷营养元素需求量低、对某些有机物有较好的降解能力等优点，目前已广泛应用于养殖粪污处理[13]。我国大中型沼气工程建设呈快速增长的趋势，预计2020年沼气工程将覆盖84%的现有大中型畜牧场。近几年，中央一号文件一直鼓励沼气产业发展，但厌氧生物技术不具备氮、磷脱除和回收的功能，因此沼气工程的副产物——厌氧发酵液很容易成为二次污染源[14]，对于周边没有足够土地消纳的养殖企业而言，沼气工程不能完全实现治污和盈利的双重目的。

3  发酵生产有机肥

堆肥发酵生产有机肥是畜禽养殖废弃物资源化利用的另一个重要途径[15]。堆肥法处理畜禽粪便是指在人工控制条件下，借助微生物将畜禽粪便中的有机质分解、腐熟、转化成稳定的类似腐殖质土的方法。堆肥处理的原理大致可分为厌氧发酵和好氧发酵两种。厌氧发酵是使粪便减少或者完全隔绝与空气接触，利用厌氧菌分解有机质，产生二氧化碳、水、甲烷和腐殖质土的过程。好氧发酵是用翻堆、强制送抽风，以好氧菌分解有机质使其稳定的方法，产物为二氧化碳、水和腐殖质土等。目前的堆肥技术大多以好氧发酵为主。

全国畜禽固体粪便全部利用，年可生产有机肥3.5亿吨。通过好氧堆肥发酵法，利用粪污秸秆等废弃物经高温腐熟后生产瓜果蔬菜有机肥，具有改善土壤肥力、提供植物营养、改善作物品质的功能[16]。传统堆肥发酵多为粗放式发酵，营养损耗大、肥效低，且极易导致环境污染，生产中的难点问题包括：①缺少专用腐熟菌种，自然发酵，周期太长;②生产工艺落后，缺少专业标准化生产设备，堆肥过程中臭气熏天;③产品功能不明确，附加值低，缺少与市场接轨的新产品。通过采用大型翻抛机、曝气管道系统、专业化生产管理模式，可有效解决上述技术难题，但是随之而来的是较高的土地、厂房、设备、能源等成本增加，大规模生产方式也容易收到市场原料来源波动的影响，比如厂区周围养殖企业运营状况、农业副产品辅料的价格波动等，同时也会收到一些中小型有机肥生产企业的冲击。

4  结语

家禽粪便的特点是养分含量高，有机质丰富，除了N、P、K三要素养分外，还含有多種微量元素，因此在对家禽粪便处理时应根据其特点进行设计研发和技术改进。禽粪发酵后作为动物饲料是实现其高值化的重要途径，但养殖安全风险较高，需严格规范管理，防止疫病传播。沼气发酵对占地规模和资金投入要求较高，适合大型养殖场采用，目前存在的问题是如何解决沼液和沼渣的综合利用。堆肥发酵是目前主流的畜禽粪便处理方法，发展前景良好，应加快操作规范化和产品标准化进程。此外，也有利用蝇蛆、黑水虻[17]等昆虫处理粪便的研究报道，该法对畜禽粪便和生活垃圾进行减量化的同时生产高价值的动物蛋白饲料[18-20]，最终实现资源化利用，已在全世界范围内得到推广，是目前的研究热点，引起研究者的广泛关注。

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