我国猪粪的资源化利用技术现状分析

徐家琦，王 毅，金 灿，黄俊伟，代知广

（1.中煤科工集团武汉设计研究院有限公司，湖北 武汉 430064；2.三川德青科技有限公司，湖北 武汉 430075；3.武汉智汇元环保科技有限公司，湖北 武汉 430079；4.武汉格桑花环境科技有限公司，湖北 武汉 430062）

随着经济的发展和生活水平的提高，人们对猪肉等肉类制品的需求量也不断增加，规模化、集约化的养猪模式逐渐替代了过去小规模、区域化、散养的模式，我国逐渐成为世界第一的养猪大国，饲养生猪总量已高达全球的50%，与此相对应的是猪粪产量的不断增加。有研究表明[1]，每出栏1 000头猪，养猪场的粪尿年排放量将高达40万t。如此大量的猪粪不经有效处理直接排放，将导致严重的环境污染问题。因此如何有效地处理猪粪并利用其中的有用成分，变废为宝，不但关乎环境问题，还对养猪行业可持续发展的实现有十分重要的影响，同时对促进农村能源革命和农村经济发展具有重要意义。本文介绍了猪粪的主要资源化利用技术，总结了我国在猪粪的资源化利用方面遇到的问题，并对我国猪粪资源化利用的未来发展进行了展望，以期为养猪行业的可持续发展提供参考。

1 肥料化

1.1 直接还田

直接还田是猪粪最原始和最简单的资源化利用方式。猪粪中富含氮、磷、钾等农作物的营养元素，同时还含有胡敏酸等胶性成分，可改善土层的团粒结构，增加其蓄水性和透气性，有利于农作物的生长[2]。由于土壤的过滤作用及植物根系的过滤、吸附、离子交换、氧化、土壤微生物之间的拮抗作用等，猪粪中的有机物和病原体等在直接还田后可被降解和杀灭，在避免二次污染的同时还提高了土壤肥力和农作物的产量[3]。但与此同时，猪粪含水率较高且具有恶臭，直接还田过程中氨的挥发会导致肥效下降，且土壤自净能力有限，过多施用猪粪极易引起面源污染，猪粪中的病原微生物及其在土壤中的发酵产热和分解产物均可能对农作物的生长发育产生不良影响，因此直接还田的方式受到一定的限制。

1.2 好氧堆肥

好氧堆肥是指利用好氧微生物在有氧环境条件下分解猪粪中的有机物并形成农作物易于吸收利用及对其生长有利的有机肥[4]，同时堆肥过程的高温还可杀灭其中的病原微生物和寄生虫卵等[5]。通过好氧堆肥，腐熟的猪粪可提高土壤的有机质和肥力，并保持土层的团粒结构和避免土壤板结[6]，最终可提高农作物的产量及品质。猪粪还可与秸秆等农业废弃物协同堆肥，并以此调节pH、含水量等堆肥关键参数[7]。猪粪好氧堆肥法在我国起步较晚，虽然具有一定的应用前景，但传统好氧堆肥技术存在占地面积大、恶臭污染环境、蚊蝇滋生、腐熟时间较长、渗滤液流淌等问题。此外，好氧堆肥过程同样存在氮肥的流失问题，因此如何减小堆肥过程的臭味、加快腐熟进程及保存氮素等养分问题决定了猪粪好氧堆肥的进一步推广应用。

2 能源化

猪粪的能源化利用技术也日益成熟，如直接作燃料用于猪舍加温灶燃烧提升猪舍及地面温度[8]，热解产生木炭、生物油及燃气，厌氧发酵产生沼气等。其中，利用厌氧微生物（如产酸微生物、产甲烷菌等）在厌氧环境条件下分解猪粪中的有机物并产生沼气，是目前我国应用最多的猪粪能源化方式。猪粪的厌氧发酵产沼气过程不但可以去除猪粪尿的恶臭，还可同步杀灭有害病原微生物及寄生虫等，同时沼气可作为一种重要的清洁能源供人们日常生活使用（如发电等）。此外，发酵后的沼渣沼液也可进行资源化利用，如作为粮食作物、经济作物、花卉等的有机肥[9]，作为鱼饵及饲料添加剂，或作为食用菌培养基等[10]。猪粪的沼气发酵受到温度及pH等[11]条件的影响，在一定范围内沼气的产气量随温度升高而增加，因此在北方猪粪尿可沼气化利用的时间（5～6个月）短于南方（8～10个月）[12]，加温或保温措施有利于延长北方猪粪尿可沼气化利用的时间，在川南、云贵及华南等地区几乎可全年实现猪粪尿的沼气化利用。猪粪的厌氧沼气发酵还受到微量元素（如钴、镍、铁等）、碳氮比及添加剂等因素的影响，其中碳氮比在25∶1左右较为适宜，而添加四氧化三铁[13]及沸石等添加剂则可促进厌氧发酵的产气量。我国的猪粪厌氧沼气发酵技术发展已经比较成熟，但其初期投资相对较大，同时存在发酵后重金属残留[14]、规模化养猪场离居民区距离较远、沼气运输安全性相对较低等问题，这些因素限制了其进一步的推广应用。

3 饲料化

3.1 直接饲料化

猪粪中含有丰富的粗蛋白质，且几乎比猪取食的饲料中粗蛋白质含量还高，同时还含有未消化的粗脂肪、粗纤维、氨基酸、各种维生素、矿物质、磷、钙以及大量微量元素等，因此可经过加工处理直接作畜禽饲料。猪粪直接饲料化的加工方法包括干燥法、青贮法及微波法等。其中干燥法可采用自然干燥和高温干燥。自然干燥即通过利用太阳光照蒸发猪粪中的水分，该法耗时较长且易导致异味散发和蚊蝇滋生；高温干燥则主要通过高温烘干机在短期内升温至500 ℃实现对猪粪的快速干燥，该法可避免异味的扩散和蚊蝇滋生，还能降低养分的流失并通过高温杀灭有害病菌。青贮法是指在厌氧环境条件下，猪粪按一定比例和秸秆等粗草料混合后经乳酸菌发酵，实现饲料的长期保存与利用，该法操作简便且费用较低，具有实用性，比较适于中小型养殖企业。微波法是指利用电磁波对猪粪进行微波辐射处理，该法可实现对猪粪的高效除臭和灭菌，同时耗时短、效率高，但不够经济，难以在大型养猪场应用。经加工后的猪粪饲料产品可替代棉籽饼、花生粉或大豆粉等，并可用于养鱼[15]、猪或反刍动物等，其中特别是养鱼的效果较好。但是，使用加工后的猪粪饲料产品需要加强防疫工作，避免相应疾病的产生与传播。

除干燥法、青贮法及微波法外，发酵床养猪也是一种值得提倡的高效猪粪饲料化方法。发酵床法主要是利用发酵剂、锯末、松叶或秸秆等垫料与猪粪尿的协同发酵，使二者被转化为牲畜可食用的蛋白质、糖类、维生素及有机酸等营养物。该法可通过在猪舍设置垫坑将猪粪尿长期贮存于发酵床，并在微生物的作用下避免形成二次污染，发酵过程的产热也可杀灭有害微生物和抑制寄生虫卵繁殖；而发酵床的使用也减少了饲养员的清粪环节，提高了工作效率；同时垫料和猪粪尿等转化成的营养物可供猪拱食而节约猪饲料，降低了养猪成本；此外，在有益菌发酵后，发酵产物营养丰富，可提高猪肉品质。但另一方面，发酵床法对发酵菌有较高的要求，而且不能使用抗生素等药物，这容易导致呼吸道疾病及皮肤病等的发生。因此，发酵床法虽然低碳环保，但就目前我国的养猪水平而言，其推广应用尚需通过实践不断完善。

3.2 动物处理后饲料化

动物处理后饲料化系指将猪粪尿用于养殖微小型动物，再将该微小型动物进一步作为饲料。例如，猪粪可用于养殖蝇蛆及蚯蚓等，二者皆以腐败有机物为食，且均富含氨基酸、蛋白质等多种营养物质，其营养价值远高于普通鱼粉，因此利用猪粪养殖的蝇蛆及蚯蚓可作为鱼、螃蟹等的优质饲料，此外，猪粪养殖的蝇蛆及蚯蚓因含有多肽和抗菌活性蛋白等成分，还可入药。经过蝇蛆处理后的猪粪变成疏松的颗粒状，其粪臭素和大肠杆菌均有效减少，可进一步用作生物肥；而经过蚯蚓处理后的猪粪变得松软，且pH中性偏碱，其氮、磷、钾等养分含量上升，重金属等含量下降，适宜农作物生长，可用作蔬菜、果蔬等的有机肥。近年来养殖黑水虻也成为一种猪粪的资源化利用推广模式[16]，黑水虻可以生活垃圾和畜禽粪便为食，饲养成本较低且繁殖速度快，其幼虫和蛹均是较好的动物蛋白质饲料，可用于鸡、鸭等的养殖，同时黑水虻粪还可作为有机肥出售。动物处理后饲料化可使猪粪资源得到充分的利用，同时投入低、风险小，遵循了绿色低碳循环的发展理念，是我国猪粪资源化的重要发展方向之一。

3.3 植物处理后饲料化

植物处理后饲料化是指将猪粪尿用于种植水生植物，再将水生植物进一步作为饲料。比如，猪粪尿及冲棚水等可用于养殖绿萍及水葫芦等水生植物，这些水生植物又可用于养鱼，而经绿萍及水葫芦等水生植物处理后的粪尿水还可再用于农田灌溉及养猪场冲棚。该法既有效地处理并利用了猪粪尿，还节约了水资源[17]。此外，猪粪污水在分级沉淀后可通过狐尾藻氧化塘进行处理，在污水得到净化的同时，狐尾藻还可用于养殖鸡、鸭、鹅、鱼及猪等[18]。

4 其他利用方向

猪粪是一种可再生的生物质资源，除肥料化、能源化、饲料化外，在其他方向也有不错的利用前景。例如，通过干湿分离，猪粪可代替锯末作为食用菌的培养基，该方向已经在毛木耳及姬松茸等食用菌的栽培中得到运用，且研究表明其重金属含量也已达标[19-20]。上文已述，猪粪在沼气发酵后的沼渣也可用于食用菌的培养基。猪粪还可作为能源微藻的培养基质，并由此降低生物柴油的生产成本[21]。此外，猪粪经热解产生的生物炭在土壤修复及水处理行业也有一定的应用前景。张鹏等[22]研究表明，猪粪生物炭可用于西维因等农药污染土壤的修复。陈佼等[23]则研究发现猪粪生物炭在经“硫酸+超声波”改性后可用于吸附水体的铬等重金属。陈乔等[24]还发现猪粪生物炭对重金属镉的吸附受到灰分、热解温度等因素的影响。

5 猪粪资源化存在的问题分析

5.1 资金问题

养猪业本身属于弱势产业，其市场风险较大且产出较低，而猪粪的资源化利用所需投资和运行成本较高，同时经济效益远远低于社会效益和环境效益，因此社会资本的投资意愿并不强。尽管国家对畜禽粪便沼气利用等资源化方向有相关的补贴政策，但补贴力度十分有限，同时合作社申请项目也需先自筹资金立项后补助，其自筹资金也十分有限，因此猪粪的资源化仍面临着资金问题需要解决。建议政府调整帮扶政策和方式、加大财政扶持力度、加大资源化的科研投入、扩大补贴范围，如完善猪粪等畜禽粪便的集中转运、有机肥生产及施用的配套补贴，补贴形式可以根据实际情况采取贷款贴息、用地优惠、税收减免等，从而鼓励养殖户资源化处理猪粪、利用猪粪饲料等，鼓励种植户使用猪粪肥料等，由此进一步推动猪粪的资源化利用向可持续发展不断迈进。

5.2 设备及工程建设问题

猪粪养殖属于微利行业，但猪粪资源化利用所需的设备、工程投资和运行成本较高，很多非规模的散户和小规模的养殖场受到资金、场地等因素的限制而无法承受，因此现有设备的运行效率不够高，相比进口设备竞争力也较弱，还存在故障率高、使用寿命短等问题，部分沼气工程设备难以满足耐水、耐压及耐腐蚀的要求，一些由非正规单位设计的工程甚至因设计不合理而导致后期无法正常运行。此外，猪粪公共基础设施的建设也需进一步完善，建议政府部门要加快建立猪粪等废弃物的集中处理网络系统，构建养殖户与猪粪资源化利用企业间沟通的桥梁，从而有效引导养殖户集中处理猪粪等废弃物。

5.3 环境问题

2018年我国发生非洲猪瘟以来，部门地区大力发展畜牧养殖业，因此一旦资源化利用过程出现问题导致无法及时、有效地处理猪粪等废弃物，将极有可能造成威胁人类生产生活及社会环境的面源污染。此外，作为猪粪的主要利用方向，肥料化过程的恶臭会污染大气，重金属、有害病原微生物等还会造成土壤和地下水的面源污染；而在直接饲料化过程若出现防疫不到位，则可能导致相应疾病的产生与传播。

5.4 人员问题

养猪企业和散户具有点多、面广及分散的特点，部门养猪企业和散户为节约人力和电力成本并未长期运行猪粪的处理和资源化利用设施；而农业部门存在基层人员数量不足、知识老化及身兼数职等现象，无法及时掌握养猪场的动态；同时环保部门则因项目验收、群众举报、投诉及环评等环境执法问题难以及时监管未达标处理猪粪的非法乱排和偷排。这些企业和散户的侥幸心理和违法行为阻碍了猪粪的资源化利用进程。此外，我国养猪业的环保技术研发水平和技术创新相对滞后，研发高效、快捷、低投资而成熟的猪粪资源化利用技术关键依靠创新，因此相关人员的素质也有待加强。

5.5 政策问题

目前，仅通过市场运作机制仍难以维持猪粪的长效资源化，不但养殖户参与度还不够，资源化的效果也不显著，因此政府和相关部门需要采取相关政策促进猪粪资源化的长效运营：在财政扶持政策方面，要细化考核方案及奖励机制，调动养殖户与猪粪资源化利用企业的积极性；在监督管理政策方面，要完善约束机制，如环保局应加大环保监督的执法力度，严格落实规模养猪的环评及污染监管制度，政府和畜牧兽医局等部门还需要建立健全权责清晰的监管制度和完善规模养殖主体责任制、属地责任制等，从而通过激励和监管双管齐下的作用构建猪粪资源化利用的一种长效运营机制。

6 结语

猪粪可通过肥料化、能源化和饲料化实现资源的转化，变废为宝，符合我国的乡村振兴战略和可持续发展战略。我国是世界第一养猪大国，年产猪粪量十分可观，因此猪粪的资源化利用在我国具有相当广泛的应用前景。然而，猪粪的资源化利用在我国还面临着资金、设备、工程建设、环境、人员、政策等多方面的问题，各资源化利用方向也受到一定的限制，因此距离猪粪资源化利用长效运营的推广应用还有较长的路要走。随着绿色低碳循环发展理念的深入和科技水平的提高，相信资源化利用必将成为猪粪未来处理的必由之路。在今后，猪粪资源化之路仍需不断加强创新，加快研发绿色、高效、环保、低成本的猪粪资源化利用技术，并探索新的资源化利用模式，如种养结合模式、PPP模式等。种养结合模式已取得不错的成果，相信在未来科研工作者还将在猪粪资源化方向取得更多更大的成果。