豬場糞便新型處理技術探討

孫朋朋，宋春陽

（青島農業大學 ，山東 青島 266109）

我國養豬業正在逐漸地走向專業化、規模化、集約化，在一定程度上對我國養豬業是有益的，也是未來的一種發展趨勢；但這個過程中所產生的問題也是不能忽視的。目前，在豬糞便的處理上有很多弊端，原因是多方面的，如國家政策、利益關系、缺乏認識等；豬糞便對環境的污染，包括空氣污染、水體污染以及土壤污染等。楊慧娟等人報道：每頭豬的產污量約等于10個人的產污量，一個萬頭規模的豬場每年能產生3.5萬～5.0萬t的糞污量[1]。且豬糞便中還帶有有毒有害微生物，對人體能造成傷害；合理的處理豬糞便顯得尤為重要。雖然發酵床技術在豬的生產上可以一定程度減輕這一問題；但發酵床養豬不能使用消毒劑以及抗生素類的藥物，導致疾病一旦發生很難控制，而且單位面積收益較少，推廣很困難。要合理有效地控制豬糞便，首先要了解它對環境的污染，然后根據其特點選擇正確的處理技術。

1 糞便對環境的污染

1.1 對土壤的污染

適量的豬糞能夠使土壤肥沃，但過量施用就會造成土壤中殘留的微量元素超標，影響土地的生產力，一般每公頃土地可以負荷的豬糞為30～45t，超過這一限度便會造成污染，并且影響農作物的生長和質量；嚴重的會產生亞硝酸鹽等有害物質和難聞的氣味。

1.2 對水體的污染

糞便對水體的污染主要是地表水和地下水，致使水體的物理性質以及細菌數量發生變化。對水體的污染主要有生物病菌污染、水體富營養化和糞便分解產物造成的污染。這些將會危害水生生物的生存，破壞水體環境，嚴重的會導致人畜中毒。

1.3 對空氣的污染

豬糞大量或者長期堆放在農田，由于微生物的作用，有機物質會被分解，產生一些難聞且有毒有害的氣體——氨氣、硫化氫、甲硫醇等，使空氣質量下降[2]；產生的氣體不能被及時有效地處理，隨風又會飄散到周邊地區，導致大范圍的空氣污染。

2 豬糞的傳統處理技術

傳統的方法是將豬糞直接施用在農田、焚燒、干燥，但這些方法不能很好地解決豬糞問題；但在一定意義上可以改善糞便的污染。

2.1 焚燒法

豬糞的焚燒法是借鑒了城市垃圾處理的技術改進而形成的。利用800～1000℃的高溫條件將豬糞中的有機物質充分燃燒，燃燒的同時還能將豬糞中的有害微生物殺死，并且能將燃燒產生的熱量用來發電[3]。由于養殖戶單獨建立焚燒廠不太實際，因此只能在垃圾焚燒廠附近的養殖場才能應用，所以推廣較難。

2.2 干燥法

干燥法是把豬糞放置于空氣或高溫條件下，使糞便脫去水分，提高其粗蛋白含量以及營養價值，可以用作有機肥料。干燥法又包括自然干燥、高溫干燥以及機械干燥；自然干燥容易引起病菌滋生且干燥率較低；高溫干燥要求太高，且耗電量大；機械干燥設備昂貴且能源消耗過大。綜合因素，干燥法也不適用于豬糞的處理。

3 豬糞的新型處理技術

3.1 沼氣工程技術

沼氣工程技術目前在我國養殖業使用的比較廣泛，但在養豬業上還沒有形成規模。沼氣工程是在特定環境和適宜的溫度下，利用了微生物的厭氧消化，將豬糞中的有機物質轉化為可利用的能源氣體，并且能將沉積的營養物質濃縮，是集豬糞處理、沼氣生產以及資源利用一體化的工藝流程，因此又稱為厭氧發酵技術。將沼氣工程技術應用在豬糞的處理中，可以明顯地改善環境，提高糞便利用率。沼氣工程的主要設備包括：USR(升流式固體反應器)、UASB(升流式厭氧污泥床)、CSTR(全混合厭氧消化器)、AC(厭氧接觸反應器)、EGSB(膨脹顆粒污泥床反應器)、IC(內循環厭氧反應器)等，其中在豬場中使用效果最好的是USR、UASB、CSTR[4]。由于USR工藝在冬季無法滿足自身運行條件，因此使用的不多。因此在豬場中使用較多的是UASB、CSTR技術。

3.1.1 CSTR工藝流程

CSTR流程包括：1）預處理（主要除去一些雜物，如草、紙屑、塑料袋等）；2）CSTR（將經過預處理的豬糞進入到CSTR，進行厭氧發酵）；3）收集氣體（將發酵產生的氣體用儲氣柜進行儲存，儲氣柜內的氣壓應調節至5.5kPa）；4）將收集的氣體進行脫硫（發酵產生的氣體中含有大量的硫化氫H 2S，不能直接使用，一般采用干法氧化鐵脫硫）[5]。CSTR流程預處理應盡量使進料TS濃度在6%～12%，保持在中溫條件下進行。

3.1.2 UASB工藝流程

UASB流程包括：1）預處理（將豬糞進行固液分離）；2）UASB（這個階段是酸化相，主要是發酵菌將有機物質分解為簡單有機物，進而產生多種有機酸，此階段還會產生一些氣體）；3）進入調節池（將產生的酸放入調節池進行調節）；4）UASB（這個階段是甲烷相，產生大量甲烷，要將產生的氣體進行收集）[6]。UASB流程設計參數COD負荷范圍應該為5～18kg/(m3/d)，其中以6～11kg/(m3/d)最多，反應器容積30～5500m3[7]。

CSTR和UASB各有優點，CSTR底物分布較均勻，消化器內溫度分布也比較均勻；UASB具有較高的負荷率，且工藝穩定。沼氣工程技術近年來在快速發展，鐘亞偉運用超高溫厭氧生物發酵技術來處理禽畜糞便，再通過太陽能及自身熱能反過來補償系統，快速厭氧處理糞污轉化為沼氣和有機肥料，并且利用高溫將細菌和微生物殺死[8]。Masse等研究發現：低溫厭氧消化序批式反應器降解豬糞過程中，能夠降低71.4%的固體含量，79.9%的溶解性有機物，N/P在反應過程中逐漸升高，并且可以防止磷的損失[9]。養殖人員應根據當地的條件采用適合的工藝。隨著沼氣工程技術的發展和研究，相信沼氣將會廣泛被使用，可以有效地解決豬糞對環境造成的污染，并會產生新的收益。

3.2 高溫堆肥技術

高溫堆肥技術是在傳統自然堆肥的基礎上發展起來的，但又區別于自然堆肥。自然堆肥是利用自然干燥的方式對糞便進行厭氧發酵，效率很低；高溫發酵則是在有氧氣的條件下調節微生物或細菌所需要的溫度、水分、酸堿度以及其他的營養物質，最大限度地發揮微生物的分解作用，更快地縮短堆肥的時間，并且達到脫水和殺菌的作用的一項技術。高溫堆肥技術簡單、方便而且實用，在養豬場實行起來比較容易。

高溫堆肥技術主要包括：1）預處理（要把豬糞中一些雜質去除，以免影響效果）；2）挖坑（根據實際的糞便量在地面上挖坑）；3）堆肥（在坑的底部鋪一層農作物秸稈，盡量厚一點，然后將豬糞鋪在秸稈上，潑上適量的石灰水，最后用一層土將其蓋上，后期要適當地壓緊）；4）在堆肥坑的旁邊建通氣溝；5）當堆肥的溫度下降至40℃左右時，豬糞就轉變為腐殖質了。

高溫堆肥一定要保證氧氣的充足，否則影響堆肥的效果；在冬季如果溫度過低，應適當補充水分。高溫堆肥能夠殺滅豬糞中的病菌和蟲卵，減少疾病的發生。目前已經用發酵罐代替土坑，使得發酵效果更好，并且對于發酵菌的研究和堆肥技術也發展很快。高溫堆肥初期，由于微生物較少，導致發酵過慢，可以添加一些活性菌以增加其腐化速度。王衛平等研究發現：在對豬糞進行高溫堆肥時，只要添加0.3%的復合菌（酵母菌、放線菌和芽孢桿菌）就能夠有效地縮短堆肥的周期，加快腐熟的進程，大約可以縮短10d時間[10]。對于糞便中各種物質在堆肥過程中的變化研究也較多。姜繼韶等研究證明：堆肥過程中氮的損失主要是在高溫階段；堆肥的周期大約為23d，并且50℃以上持續了9d，55℃以上持續了11d；與堆肥前相比較，總氮和有機碳含量分別下降了40.2%和38.2%[11]。潘尋等研究發現再次證明機械通風和翻堆能夠提高堆體的最高溫度以及高溫持續的時間；另外還發現抗生素的去除主要發生在高溫階段，經過28d的高溫堆肥，MN、OTC、CTC和TIA去除率分別為98.1%、92.8%、93.36%、91.25%[12]。因此在實際堆肥中應根據堆肥的效果進行適當的通風和翻堆，可以提高堆肥的質量。在豬糞堆肥的過程中添加不同的農作物秸稈，效果也不一樣。盧秉林等研究發現：在豬糞堆肥時加入小麥秸稈可以有效地縮短進入高溫發酵的時間，且能使高溫發酵層從中間向上下擴散；還能減少氮素的損失和難聞氣體的產生；當豬糞和小麥秸稈的比例為6∶4時，可以縮短堆肥時間18d[13]。可見小麥是對豬糞高溫堆肥比較好的，在實際應用中可按比例使用小麥秸稈提高堆肥的效果。

3.3 低等動物處理技術

低等動物處理糞便的技術在近幾年發展比較迅速，主要使用的動物是蚯蚓、蠅蛆、蝸牛等，目前應用最廣泛的是蚯蚓。這項技術利用蚯蚓特殊的生理特性，分解豬糞和秸稈的混合物并且合成蛋白質及其他營養物質，還能產生蚓糞，可以作為肥料使用。因此在生產過程中推廣意義很大。

蚯蚓處理技術的流程：1）對豬糞進行預處理，將其他雜質去除；2）將豬糞與秸稈在一起混合，進行堆肥，時間大約2～3個月；3）根據豬糞量體積建設分解池；4）要保證池子的深度足夠深；5）將堆肥的豬糞放入分解池中，放入適量的蚯蚓進行分解；6）從分解池中分離蚯蚓和分解產生的物質。

蚯蚓處理糞便技術操作簡單，效果明顯，在實際應用中可行性很高。目前使用效果最好的蚯蚓是愛勝屬愛勝蚓[14]，并且對于在處理過程中細節也研究較多。董煒華等研究發現：經過蚯蚓分解的豬糞有機質減少，且豬糞與水稻秸稈混合時減少的量明顯少于豬糞與玉米秸稈混合時的減少量[15]。從中可以得知，應當選擇水稻秸稈與豬糞進行發酵，然后放入蚯蚓分解，可以減少物質的損失。高娟等研究得出結論：在用蚯蚓對豬糞與水稻秸稈進行分解時，當混合物的碳氮比為30時，最適合蚯蚓生長、繁殖及分解[16]。由于豬糞的本質特性，可以和其他畜禽的糞便一起混合分解。何偉國等研究證明：豬糞、雞糞、牛糞的比例為0∶1∶2時，最適合蚯蚓對糞料的利用以及其自身的生長[17]。在溫度方面，沈明星等研究發現：溫度在8～32℃變化時，蚯蚓處理有機物的速率與溫度有顯著關系，并且認為25.4 ℃為最適溫度[18]。在濕度方面，倉龍等研究發現：赤子愛勝蚓處理豬糞的最適濕度為75 %[19]。豬糞蚯蚓處理技術的出現，為豬糞的處理提供了新的方向，真正實現了糞便處理的潔凈化；蚯蚓體內還含有蚓激酶，可以為養殖戶提供新的經濟來源。

4 小結

隨著養豬業的迅速發展，豬糞對我國環境的污染不能不給以足夠的重視。一些新型的糞便處理技術可以有效地改善豬糞對環境的污染，但任何一種技術都不是完美的，應當根據實際生產，合理的綜合利用現有的技術，保證發展經濟的同時也保護了環境，實現可持續發展。

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