异位发酵床在养猪上的应用

周黎明，王均良，王 冲，陈亚莉，朱 弘

(1.陕西省畜牧技术推广总站，陕西 西安 710016；2.陕西省榆林农业学校，陕西 榆林 719000；3.陕西省柞水县下梁镇农业综合服务站，陕西 商洛 711400；4.陕西省农业检验检测中心，陕西 西安 710016)

异位发酵床是将发酵床建在了猪舍外，用喷淋机将从猪舍收集的粪污喷洒在床上，用翻抛机定期翻抛、利用微生物高效处理粪污的新技术。和原位发酵床比一是疾病少。因实现了猪床分离，呼吸道疾病发病率降低达65%以上，也减少了皮肤病、寄生虫病的产生。二是“死床”少。避免了原位发酵床猪在上排粪尿不均极易局部“死床”问题。三是劳动强度小。避免了防疫时人在床体上追不上猪的情况；和沼气处理粪污模式比1万头育肥猪场投资和占地分别减少58%和77%[1]，而治污能力却是沼气模式的1.8倍，且无排污口；和传统水冲圈比节水量达90%[2]。同时，垫料使用3年后，腐殖质销售1个万头育肥猪场可收入50万元[3]。因此用该技术处理粪污因花费小、占地少、无污染、节水、易监管、可实现粪污资源化利用而受到南方许多周围农田受限地区的中小养猪户欢迎。2018年该技术被农业农村部列为十大重大引领农业技术之一[4]。目前该技术已在福建、浙江、湖北、广东、江苏、四川、重庆等地被存栏1000头左右的许多中小养猪户及正大、温氏、新希望、巨星、正邦等大型集团应用。

为使该技术在处理粪污上发挥更大作用，本文对其原理、床体建设、日常管理、存在问题等进行了分析以促进其更好推广。

1 异位发酵床原理

在一定的温度、湿度、碳氮比和氧气浓度条件下，以芽孢杆菌、光合细菌、放线菌为主的嗜热、好氧微生物以均匀混在垫料中的粪污里的少量水分、有机物为营养不断繁殖，同时粪污中的剩余有机物在微生物分泌的蛋白酶、脂肪酶、脲酶、纤维素酶、淀粉酶、脱氨酶的作用下发生一对一的酶促反应最终被分解为CO2、H2O、N2、能量，能量使床体温度上升至50℃～65℃甚至更高，将H2O蒸发并杀死粪污中的病原体、草籽，CO2、N2逸出，不能分解的无机物灰分留下。从而通过定期喷洒粪污，补充垫料、微生物，促进粪污中的有机物持续降解，垫料在使用2～3年后成为腐殖质可加工有机肥，达到无害化、零排放、资源化处理粪污的目的。

图1 发酵床降解原理

该技术的核心是源头减量、过程控制、末端利用。在猪舍采用节水措施、干清粪、控制污水量；对发酵床定期按量喷洒粪污，翻抛增氧分解粪污中的有机物；最终垫料成腐殖质可加工有机肥利用。

2 选址

异位发酵床的地址需选在猪场内地势相对平坦较高(较猪舍低，便于排污)、空气对流好、能防止地下水和雨水浸湿，地下水位在2m下，否则需抬高床体，位于猪场下风向或侧风向的地方。

3 配套设施及主要机械要求

猪舍外有集污池，床体建在阳光棚或蔬菜大棚内，棚内有发酵槽、喷淋池、回流池等。设备有粪污(泥浆)切割泵、搅拌机、翻抛机、喷淋机、变轨移位机、智能控制系统等。设备应选操作简单、故障少，服务好的正规厂家的产品。喷淋机和翻抛机是最重要的设备。喷淋机起均匀喷洒粪污作用，能控制流量，均匀度≥80%，在轨道行走匀速、不跳、不卡。翻抛机起均匀粪污垫料、增氧、促进热量、水分散失作用，翻抛曝气时间为1～3s、漏翻率≤8%、翻抛桨叶末端线速度≥6.5m/s、垫料平整度≤0.2m,翻抛深度单条槽≥1.5m，多条槽≥0.65m,翻抛能力≥200m3/h，垫料单位体积能耗≤0.1kW.h/m3，在轨道行走匀速、不跳、不卡,目前桨叶式翻抛机以曝气好、去水佳、兼有较好的破碎与混合能力为国内主用类型。喷翻间隔≤2h。智能控制系统应有遥控搅拌、喷淋、翻抛功能，可实现手机APP管理与监视[5]。设备应有档案、管理制度、操作、维护规程、使用、维护记录。小规模场可采用排污管将粪污均匀撒到床上，用手持式翻耙机翻耙[6]。

4 粪污减量与收集措施

粪污减量：加大益生菌、酶制剂添加剂推广，减少铜锌添加剂使用，推广低氮低磷、低矿物质饲料配方、氨基酸平衡日粮,；实行雨污分离、生活生产用水分离、清污分离。用碗式、嵌墙式饮水器或限位饮水器取代传统的鸭嘴式、直饮式饮水器[7]，防止水管跑冒滴漏发生。

粪污收集：舍内铺设半漏缝地板，地板下配套同宽防渗深约60cm～120cm的粪道。粪道若机械刮粪不需太深，若水泡粪跟泡粪时间有关，北方较南方深，一般南方用干清粪。若泡粪应先往粪道注入10cm～20cm深的水，但应控制粪尿水混合物有机物浓度(干物质)不低于6%，低于4.5%时，处理能力急剧下降[8]。机械刮采用每日纵向平板刮或V型刮。实践中因V型刮要求高、有缺陷以平板刮多。但刮粪时舍外有一个口、虽有盖板在北方冬季易结冰。一般北方倾向于水泡粪、和地沟风机配合有利环境控制，清粪时上拔插板即可。

粪污输送：刮出或泡好的粪污排到舍外集粪池、经切割泵和搅拌机切割匀质后，根据距发酵床的远近，可直接泵到或通过管道或粪沟汇集到发酵床附近的集粪池(若猪舍距床近不需要此集粪池)，需要二次均质再泵到发酵床中的喷淋池中。用粪沟的应做好防臭、防渗、防冻、防雨水、保证流速不停滞。集粪池、舍内粪道(水泡粪)、床内喷淋池总容积应按存栏量0.3m3～0.4m3/头设计[9]。

5 异位发酵床的设计

一般建地上。据刘波等采用椰壳粉、锯末、谷壳各1/3的垫料，按每头母猪每天产生粪尿10kg，育肥后期猪每天每头6kg，处理粪污每天每头分别需要0.33m3、0.2m3的垫料,按存栏量、养殖种类据此计算垫料体积，再依地形、地下水位定围挡垫料的槽的[此句表述不清]位置、面积和高度。槽一般为长方体，可以是单条也可以是多条，多条的中间设喷淋池、长宽高一致。槽一侧为进料口，其余三侧厚≧0.2m用砖混水泥抹光、防渗，槽底夯实硬化防渗抹光呈V型，有2%-3%坡度[10]，并向进料口处降低。槽底中线处埋直径110mmPVC管，管上中线暴露并划条渗透缝隙，方便垫料中的渗液进入管中流到回流池[11]。若地下水位低、非喀斯特地貌，底部可不硬化，对微生物发酵有利。单条槽在槽的纵侧的一侧上方安装带有均匀分布的喷头的喷淋管。多条的喷淋机可骑跨在发酵槽上，1次完成所有发酵槽的喷淋。槽纵侧及顶侧(与进料口相对)上方安装轨道用于翻抛机、喷淋机、变轨移位机运行，单槽的无后两个设备。槽侧壁应有曝气管、北方底部有保温装置。槽高从查阅到的资料看一般0.5m～2m。槽愈高、垫料愈厚对翻抛机性能要求越高，但更有利于保温。槽高应高于垫料高(如槽高70cm、垫料高45cm[12])。槽宽与翻抛机配套，一般4m，翻抛机中轴高应和垫料高一致，也可结合地形与生产厂家协商确定槽宽和高，制作翻抛机，槽长度以养殖量而定。喷淋池宽一般1m、长、高同槽。槽四周应有≥1.5m宽的硬化带及四边过道[13]。翻抛机翻抛时应距槽底部最高处≥5cm[14]，不碰三面壁。槽和四周过道上方安装大棚。

棚顶长江流域可设计成蔬菜大棚式、顶尖坡陡，减少雨雪、冰雹停滞承重。标准跨度6m、管间距1m、肩高1.4m～1.5m、顶高2.4m～2.5m[12]，采用无滴大棚膜,薄膜需紧绷,并安装手摇卷膜器。华南地区上面设计成钢架构的阳光棚、上为透明采光瓦、距地2.6m～3.0m甚至4m多、利于通风散热，四周设计透明吊帘或手摇升降帐幕(不密封)。棚的走向应考虑阳光直射角、有利于采光形成温室效应。棚的跨度一般不小于3m，不超过30m，否则中间有立柱，不利工作，跨度及长度依地形、养殖品种、饲养量定。所用支撑材质质量应达建筑承重要求、防锈。槽、垫料、菌种、设备及大棚组成异位发酵床。棚外设排水沟。

6 异位发酵床的垫料

为微生物附着体，并给它供给一定“营养”，应有吸水性和透气性，一般由锯末、稻壳按体积1∶1组成。锯末吸水性好，但桉树、松树、樟树[15]锯末有杀菌功能不能使用，稻壳透气性好，能为微生物创造有氧环境。若锯末紧张价高，可用刨花、农作物秸秆等替代，但锯末比例不能低于30%[12](据温氏筠诚和瑞集团经验可低至20%)，因反硝化菌需要一定的碳源，锯末碳氮比高达491∶1，而猪粪中碳氮比为7∶1，加入锯末能调节垫料碳氮比为25～35∶1时有利微生物繁殖[16]。垫料过薄对粪污承载力下降、占地大、保温差，过厚翻抛难度加大，动力消耗大，一般1.25m～1.5m设计较佳。垫料应新鲜、无化学物质、无霉变、无腐烂。

7 菌种

菌种起分解粪污中有机物的作用。当前市面上选用的菌种主要成分为芽孢杆菌、光合细菌、酵母及其代谢产物等，有耐高温、繁殖力和降解粪污能力强、退化慢等特点[3]。菌种应达到10种以上，使用后床体不产生氨味[17]，如加强型活力发酵床复合菌、高热腐熟菌等。冬季极端天气应有耐低温菌种。应选有实力的品牌厂家的菌种。大的养猪场可利用土著菌自我分离繁殖菌种，效果比商品菌好[18]。

8 垫料重要指标

碳氮比25～35∶1最佳，小于20时微生物繁殖慢、分解力下降，大于35时有利升温，但垫料消耗过快。含水量50%～60%，此时菌种活力最高，有利繁殖。pH值7.5左右，适宜范围6.5～9.0[19]，过低菌种无法降解有机物，过高易产生氨味[16]。温度，垫料下30cm～40cm温度应在40℃以上，否则说明发酵不正常。温、湿度应每日监测，每10d需测一次pH值[15]。

9 发酵床启动

铺床：先10cm稻壳再10cm锯末交替向上铺垫，高度至翻耙机中轴。喷洒粪污：将集污池的粪污切割和搅拌匀质后泵送至喷淋池，喷淋池再切割、搅拌匀质后由自动喷淋机按垫料30kg/m3均匀喷洒在垫料上，翻抛混合均匀。衡量湿度以手抓垫料用力握紧后指缝有液体渗出但不流下，手松开垫料部分成团，落地即散为宜，也可用水分测定仪测定。添加菌种：夏季一般用凉水、冬季用温水按菌种使用说明配置菌种喷洒液，均匀撒在发酵床上，翻抛均匀，静置发酵。放下薄膜或帐幕保温发酵3～5天，待垫料下30cm～40cm左右温度升至40℃以上、中心温度60℃可正常使用。冬季启动应选择晴朗、有阳光、室外不低于5℃做好保温进行。

图2 工作流程图

10 日常管理

粪污添加：添加粪污≤30kg/m3，夏秋季在发酵床温高于40℃时每天添加1次，冬春季在床温高于40℃度时，因粪污温度低可少量多次添加，避免单次添加量过大导致床温下降过快。最好喷新鲜粪污发酵效果更好[10]。阴雨天暂停喷淋。

翻抛：粪污渗入后应及时翻抛。夏秋季1～2次/d，冬春季1次/d，低温回潮天气减少翻抛次数，晴朗天气增加翻抛次数，为保证垫料通透性，每天每方垫料应保证8～18m3的空气补充[17]。运行初期翻抛次数可达3～5次/d,且添加后立即翻抛，避免结块。

添加菌种垫料：每半个月参照使用说明书添加1次菌种，冬春季必要时添加低温发酵菌。垫料低于翻耙机中轴10cm时，需及时补充垫料至原位置，并按比例补充菌种。

帐幕升降：每次添加粪尿及翻抛时需敞开帐幕至操作结束，晴朗高温天气多敞开帐幕，低温阴雨天气可密闭帐幕即保温又防止雨水进入。

出栏后管理：因这时已没有粪污，为防止垫料结块仍应坚持2～3d翻抛1次。

管理监测：需每天监测垫料的水分和温度并做记录。湿度过大时应暂停喷淋并及时监测，坚持每天翻抛2次，增加水分散失，避免垫料结块，恢复正常功能，连续3d温度低于40℃时应及时检查问题采取措施。正常运行的发酵床温度垫料下30～40cm应在40℃～70℃，湿度在40%～60%，冒热气，无臭味，与粪尿混合物形成明显对比，垫料颜色逐渐变黑，臭气、氨气、硫化氢符合GB 14544-1993恶臭污染物排放标准[9]。

其他：应注意防止清栏冲洗时含有消毒水的废液或杀虫剂、抗生素等强酸强碱类进床。冬季低温时尤其北方需启动保温设施。垫料正常使用不超过2～3年，在有机肥销售旺季时可当有机肥半成品及时卖掉，大的场子可自我加工。

11 安全问题

集污池安全：要设护栏，入口设铁门，不得随意进入，一定要留排气口，机械出现故障时，应设法将机械用吊提设备吊出维修，人不能进入防止掉下或进入后导致缺氧。

翻抛时的安全：翻抛机工作时遇阻力易于跳起，脱离轨道[7]，应上压重物避免，运行时非操作人员不能进入。

帐幕的开关：添加粪尿及翻抛时帐幕必须打开，防止内部缺氧。阴雨天应及时关闭帐幕，晴朗天气应打开帐幕多通风，维护机械时也应注意通风。

电路的安全：整个发酵区电源线路布局合理，有绝缘保护、防雷电设施和漏电装置，传动件安全防护罩完整，设备接地装置牢靠，伸缩式电缆线无破损，操作及维护人员佩戴防护手套、鞋套操作。

12 常见问题及处理措施

12.1 “死床”问题

原因众多。湿度：因喷洒粪污过量，有的场喷洒粪污120kg/m3远超规定量[20]或翻抛不及时、通风差导致。菌种：菌种受消毒水伤害、本身功能差、中途更换菌种，缺乏低温菌种、低温天气无法发酵。垫料：配比不合适、补加不及时、碳氮比失衡、垫料薄、保温差。设备：翻抛设备工艺不规范[5]，翻不到位、局部造成厌氧环境，堵塞、特别是螺旋式的翻抛设备易堵塞[18]。喷淋不匀、堵塞；养殖场地址偏僻，厂家售后服务差，用户操作不当[20]等。对于“死床”特别要及时监测记录温、湿度，发现后更换“死床”部位垫料或添加部分垫料及相应比例菌种，调节干湿度，重新启动；应使用无毒无害、低残留的消毒剂，清栏消毒时谨防消毒水入床；锯末在垫料中不能低于30%；选择菌种、机械设备应请专业人员指导到正规厂家购买，菌种应有低温菌种；操作规程应请设备、菌种厂家、畜牧技术人员结合使用垫料、当地气候制定并严格执行；北方冬季极端天气考虑开启保温设施保温。出现“死床”需查因解决。

12.2 垫料供应不足

锯末碳氮比达491∶1[16],可为反硝化菌提供足够的碳源，否则易于产生氨味，且富含木质素、纤维素 、半纤维素，可降低发酵速度，是最耐发酵的原料，一般是和稻壳1∶1使用。因其产量低、用量大、且被木制品厂争夺，导致价涨，无法满足需要，一些场家因缺乏锯末发酵床无法正常使用。据李晓雪调查荆门市锯末成本达550元/t，有55个发酵床不能正常运行，其中30个因无垫料，部分运行的补充垫料跟不上[20]。垫料价涨和设备隐患导致福建比湖北500头猪场头均处理成本达50～60元高出一倍，养殖户难以承受有雨天偷排现象[7]。据温氏筠诚和瑞集团实践中垫料中锯末可少至20%，因此各地应用农作物秸秆、蘑菇渣、中药渣、椰壳粉、醋糟渣、花生壳、菌糠、树枝条、杂草等替代其余80%垫料进行发酵试验，筛选组合，解决垫料问题。

12.3 重金属问题

废弃物铜锌砷等重金属过高[7]，导致后续废弃料使用可能造成次生污染。在日本垫料可使用5～10年，而我国只使用2～3年，关键与控制废弃物重金属有关[21]。解决需对每批饲料检测，符合GB 13078～2017饲料卫生标准。垫料充足时要及时更换垫料。有机肥厂应对废弃垫料进行重金属测定，确保成品不会对被施土壤和栽培作物造成危害。

12.4 槽壁附近翻抛不到

由于翻抛机宽度较发酵槽内侧宽度小0.2m，发酵槽靠墙壁临近垫料不易翻到，需人工翻抛。对于异位发酵床技术运用，针对上述问题应借鉴福建市场化运作经验，建议成立相关协会或以一定片区或以乡镇内的养殖户形成养殖联盟出面对接相关发酵床建设单位，设备、菌种、有机肥生产、垫料供应企业，签订相关协议，确保质量达标，数量满足，废弃垫料及时处理。对于发酵床建设、设备，交付前设立质量保证金，能及时提供设备故障维修、床体运行监测、“死床”复活全方位服务，也可将发酵床管理托管给有实力的企业，解决养猪户后顾之忧。

结束语：异位发酵床较原位发酵床便于机械操作，粪污处理效率更高，目前主要在南方一些地区的中小养猪户及许多大的养猪集团应用，畜种也拓宽至鸡、肉牛、鸭等，但以猪为主。目前仍有以下问题：一是只有福建有地方标准，许多地方没有自己的标准，照搬福建的不一定适合。二是废弃垫料重金属超标，现有的有机肥和生物有机肥标准NY 525—2012、NY 884—2012对砷铬铅镉汞等重金属作了规定，但对铜锌两种重金属没有规定，据李艳玲[19]等检测使用83d的垫料，2～3年的废弃垫料参考原位发酵床检测结果铜锌均高于欧洲部分国家标准(铜60～100mg/kg，锌200～400mg/kg)，因铜锌作为饲料添加剂使用非常普遍，为了避免对作物带来危害，建议对接欧洲修订上述2个标准[23]。三是在北方推广有限。但注意此种模式比较适合于存栏1000头以下的猪场和存栏50000只以下的鸡场[22]。若土地面积宽广，应优先考虑技术上比较成熟的沼气和堆肥技术等。在北方应注意冬季猪舍干清粪低温带来的不便问题及发酵床的保温问题。作为一种新技术，畜牧人员应尽快学习做好服务。四是垫料问题，随着推广面扩大，应研究更多的垫料组合。五是有些养猪户将异位发酵床只作为应付监管[23，24]，对此应引起重视。从而通过此项技术应用，为中小养殖户粪污处理难找到办法，为创造山清水秀的优美环境做出贡献。