異位發酵床豬糞尿處理技術綜述

顧洪如　楊杰　潘孝　張霞

摘要：畜禽規模養殖中糞尿產生的環境污染問題嚴重。據相關數據，農業面源COD和總氮排放量分別占全國排放量的437%和572%，生豬養殖污染占畜禽養殖業污染的80%～90%。大量未經處理的生豬糞尿所造成的環境污染已威脅到農業和社會經濟的可持續發展。本文介紹了一種新型養豬糞尿處理設施技術——異位發酵床的原理、處理工藝、結構、運行管理、存在問題及建議，以期能夠為畜禽糞便污染治理提供技術支持。

關鍵詞：異位發酵床；豬；糞尿；處理技術

中圖分類號： X713文獻標志碼： A[HK]

文章編號：1002-1302（2017）21-0006-04[HS）][HT9SS]

收稿日期：2017-08-17

基金項目：江蘇省農業三新工程項目（編號：SXGC[2016]331）；農業部種養結合重點實驗室項目（編號：32103020）。

作者簡介：顧洪如（1963—），男，江蘇鹽城人，研究員，主要從事畜禽生態健康養殖研究。Tel：（025）84391223；E-mail：guhongrujs@163com。

利用發酵床養殖技術控制和降低糞尿對環境的污染近年來得到了較為廣泛的研究和應用。利用如谷殼、木屑、秸稈等農業廢棄物作墊料，添加微生物菌劑，對豬糞尿進行原位發酵降解，并形成有機肥的發酵床養豬技術，是一種將畜禽飼養及糞尿處理統一在養殖舍內完成的環保型飼養方式，免去沖洗豬舍產生的大量污水，達到無臭味、無排放、豬糞尿資源化利用的目的。但該技術在實際生產應用中遇到一些問題，如發酵床制作對墊料原料的需求量非常大，導致原料成本較高；傳統豬舍改造成本高及養殖業者對技術接受度低等。而豬糞處理池與發酵床結合形成異位發酵床是一種新型養豬糞尿處理設施技術，適合于傳統豬舍的糞尿處理[1-3]。

養豬生產過程產生的大量糞尿如缺少治理設施，則污染環境，但通過恰當技術手段加以利用，則可實現經濟效益、社會效益和生態效益三贏。異位發酵床是一種新的豬糞尿排泄物處理模式，該技術從源頭上能夠控制傳統規模化豬場造成的糞尿處理，是農業部推薦的養殖糞污處理模式[4]。董立婷等通過對微生物異位發酵床豬熟化墊料的養分含量、主要重金屬含量、種子發芽率指數、蛔蟲卵死亡率、糞腸大腸桿菌進行試驗分析得出：發酵處理過后的墊料營養物質豐富，總養分含量、重金屬含量均符合農業部有機肥料標準（NY525—2012）[5]。該項試驗研究結果與Guo等通過研究嗜高溫的菌種異位發酵牛糞污墊料含有高含量的營養物質，可作為農作物生物有機肥的結論[6]類似。因此，異位發酵床在處理家畜糞尿并將其轉化為有機肥過程中起重要作用[7-9]。

異位發酵床技術具有以下3方面的特點：（1）系統解決豬糞尿污染問題。利用干清糞，將豬舍內生豬糞通過人工收集后集中處理并進行有機肥生產，剩余部分豬糞尿通過管道進入污水池后，再抽排至場外發酵池，利用專用微生物迅速有效地降解、消化污水中的有機化合物，最終分解為CO2和水，通過蒸發排入大氣，從而達到養豬零排放的目的。（2）技術易為業者接受。異位發酵床技術不改變豬的飼養技術，不要對豬舍結構作較大的改變。主要在減少污水方面完善設施結構。（3）資源循環高效利用。墊料一般可連續使用1～2年，熟化后的墊料是優質有機肥，對土壤改造有良好的作用，加工后可獲得額外收益；從社會效益來看，豬糞尿經發酵床墊料發酵后能提高肥效，還田后還能增加土壤的有機質，減少了化肥的使用，提升了農作物的安全，養殖場周邊環境得到凈化，使農業生產走向綠色、可持續發展之路。

1異位發酵床處理糞尿的原理

異位發酵床是為適應傳統養豬糞尿治理需要而建立的，異位發酵床是相對于原位發酵床而言的。在處理豬糞尿方面，異位發酵床與原位發酵床及堆肥的原理相似，只是異位發酵床不作為豬舍養豬，而作為集中處理豬糞尿的固體發酵池。異位發酵床由發酵槽、墊料、發酵微生物接種劑、翻堆裝備、糞污管道、防雨棚等組成。異位發酵床利用谷殼、木屑、菌糠等作原料，加入微生物發酵劑，混合攪拌，鋪平在發酵池內，將豬糞尿直接導入到發酵床上，利用自動翻堆機翻堆，使糞污和墊料充分攪拌混合，調整墊料濕度在40%～60%，通過攪拌增加墊料通氣量，有利于發酵微生物充分發酵，分解糞污等有機物質，同時，產生較高的溫度（50～60 ℃）將水分蒸發，多次導入糞尿循環發酵，最終轉化產生有機肥。異位發酵床的建設和管理決定了污染治理效率和效益[13-16]。

異位發酵床功能的發揮主要依賴于微生物的作用，而微生物的群落結構變化可以反映出發酵床的運行情況。發酵過程中填料的營養成分、pH值、溫度等的變化都會影響微生物群落的變化[2]。發酵床發酵初期微生物數量較低，隨著發酵床內不斷添加養殖廢棄物，填料中可直接利用的養分增多，微生物迅速繁殖，此時細菌、真菌數量快速增加，同時，大量微生物分解糞尿及填料中的有機物釋放的熱量導致床體溫度迅速升高。初期床體中的大量微生物分解能力較強，床體持續高溫使得水分蒸發較快，填入的豬糞和廢水被微生物快速分解和消耗。15～20 d以后，床體內含水量持續下降，并且pH值持續升高且處于堿性的環境中，此時不利于微生物的生長繁殖，這個階段細菌和真菌的數量均下降[10]。此時通過添加糞尿的方式進行填料，隨著填料過程完成，床體內含水量和養分含量逐漸上升，細菌和真菌數量升高。進入發酵后期，床體主要營養成分含量逐漸降低，可直接被微生物利用的養分迅速減少，微生物的群落結構發生變化，此時則需要通過翻堆、添加新鮮墊料及補充菌劑的方式調整微生物群落結構，使床體恢復分解能力，提高糞尿降解的效率，降低“死床”風險[11-12]。

異位發酵床的技術包括：（1）微生物發酵：利用糞尿提供微生物以營養，促進微生物生長，在墊料中加入能促進糞尿分解和墊料發酵的有益菌，使有益菌成為優勢菌群，形成阻擋有害菌的天然屏障，消除臭味，分解糞污，從而達到處理糞污的效果。（2）空氣對流蒸發水分：因地制宜建設異位發酵床，充分利用不同季節空氣流向，輔助以卷簾機等可調節通風的設施，用于控制發酵床空氣的流向和流速，將異位發酵床蒸發出來的水分排出[17]。endprint

2異位發酵床場址選擇與處理工藝

21異位發酵床場址選擇

異位發酵建筑施工主要含有異位發酵舍（噴淋池、發酵槽、移位軌道）、集污池、頂棚等的構建。異位發酵利用耐高溫微生物對豬糞進行好氧發酵降解，故在構建建筑物上需要將通氣量、陽光入射角納入設計范疇內。由于異位發酵均為半自動設備參與整個作業流程，設備主要包含糞污切割泵、糞污攪拌機、糞污自動噴淋機、槽式墊料翻堆機及移位機等。故對場址及設備提出以下建議：（1）異位發酵舍應選擇地勢平坦、空氣易對流、具備良好的水電供應并且符合村鎮建設及畜牧環保業發展規劃的場地；（2）糞污切割泵、攪拌機能正常運轉作業，噴淋機能夠實現糞污均勻噴灑至發酵槽中并實現自動化，翻堆機能將發酵槽中墊料有氧均勻翻堆；（3）異位發酵過程選用的菌種為嗜熱型微生物菌種，劉波等研究發現，嗜熱微生物生長溫度最低為45 ℃，最適溫度為55～65 ℃，最高耐熱80 ℃[8]。

22異位發酵床糞尿處理工藝

由圖1可見，豬舍內產生的糞污通過尿泡糞，經過排糞溝進入集糞池，在集糞池內通過切割攪拌機攪拌防止沉淀，糞污切割泵打漿并抽送到噴淋池，噴淋機將糞污漿噴灑在異位發酵床上，添加微生物發酵劑，行走式翻堆機翻堆，將墊料與糞污混合發酵，分解豬糞，消除臭味。噴淋機往返式噴淋糞污，翻堆機往返式翻耕混合墊料，如此往復循環，完成糞污的處理，最終墊料作有機肥利用。

3異位發酵床結構

31異位發酵床結構

典型的異位發酵床由發酵池、翻堆機、噴淋泵等構成。發酵池寬度為4～6 m，深度為15 m，長度為40 m（可根據需處理[CM（25]糞尿量而定），一般由4個發酵池組成，以提高處理效率，

降低處理設施成本。異位發酵床中央設噴淋池，寬度為1 m，深度和長度與發酵池相同（圖2）。另為防雨水等進入發酵床，需要建設防雨鋼構房或增溫大棚。

發酵池上配有依軌道行走的翻堆機。翻堆機可升降的高度為10～15 m，行走速度為4 mmin，10 min完成40 m往返行程，發酵床的兩頭有變池軌道裝備，可以橫向運動，翻堆機通過變池軌道從一個池變軌到另一個池，繼續作業。配合翻堆機的作業，在噴淋池上方配有依軌道運行的糞污漿噴淋機，進漿管口潛入噴淋池，出漿噴頭安裝在橫跨發酵池的水管上，每個噴頭對準1個發酵池，噴淋機邊行走邊把噴淋池中的糞污噴淋在發酵床墊料上，噴淋機與翻堆機共享同一套行走軌道，噴淋機行走速度為4 mmin，1次作業完成1個來回的糞污漿噴淋后，噴淋機返回發酵床一端的噴淋機架上，而后翻堆機開始作業，如此往復循環，完成糞污的噴淋、翻堆混合作業。

32異位發酵床翻堆機選擇及操作規范

市售翻堆機種類很多，但多為非標產品。選用翻堆機時要注意以下幾點：（1）適用于畜禽糞便及其他有機廢棄物的發酵翻堆，并盡可能與塑料大棚等增溫發酵室等配套使用，提高發酵溫度。（2）翻堆機要配有刀犁液壓升降系統，以適應不同高度的物料翻堆。（3）翻堆機刀犁應選用彎式刀片，以利于墊料翻堆均勻充分膨松通氣。（4）其他如條件允許，應選用自動控制功能好的配置，如配有軟啟動器，限位行程開關等，保證安全作業。如福建省農業科學院和福建省農業公司生產的FJNK型翻堆機，適合于3～6 m寬的發酵槽使用，翻堆能力1 080～2 160 m3h。

適當增加通風量，才能夠更有效地持續好氧堆肥的高溫階段，多認為墊料中氧含量保持在5%～15%之間比較適宜，當氧氣含量低于5%會導致厭氧發酵，而氧氣含量高于15%時則會使堆體墊料溫度降低，降低異位發酵微好氧發酵菌種的活性[18]。在異位發酵實際應用操作中，當發酵床墊料平均溫度高于55 ℃時，若情況許可，每天可以增加翻堆次數，不必等到24 h后；在由于若干狀況導致發酵床低于55 ℃時，則需要在規定的時間內繼續翻堆。翻堆能進一步增加發酵槽中墊料與糞污均勻度，并且能夠增加墊料與氧氣的接觸量，給微生物菌種提供良好的有氧環境。

4異位發酵床的運行管理

41異位發酵床墊料配方

異位發酵墊料應選用通透性、吸水性較好的載體，各地可因地制宜選擇來源廣泛的墊料資源，如谷殼、木屑、菌糠、秸稈粉等，可單一或混合使用。如采用木屑、谷殼各12，或木屑、谷殼和菌糠各13比例等，其他填充料可選用不易降解或降解后不會產生二次污染的填充物。發酵墊料應該被攪拌均勻，混合鋪平，構成發酵床墊料主體，輔料的添加主要用以調節墊料水分、CN、CP、pH值、通透性、高度等。墊料高度通常由設計的墻體、翻堆機決定。加入微生物發酵劑，填入發酵池鋪平。異位發酵床添加墊料可連續使用，連續產出有機肥[19-20]。

42異位發酵床面積與糞尿處理能力

1 t墊料約3 m3，每個月可以吸納處理糞污30 t。第一次可以吸納糞污量為墊料干物質量的10%。每天翻堆2～3次，1 t墊料吸收污料中可蒸發水分10%。按母豬平均糞污產生量10 kg（頭·d）計，每頭母豬每個月的糞污量300 kg，即1 t墊料每個月可以吸納處理3頭母豬產生的糞污；育肥豬排泄量為6 kg（頭·d），為母豬排泄量的60%。

異位發酵床設施總面積估算方程：

[JZ]y=（078x-9183）45。

式中：y為面積（m2），x為豬頭數。

43異位發酵床菌劑選擇

目前，異位發酵床菌劑主要由具有較高蛋白酶活性以及代謝生豬養殖排泄的臭味物質的枯草芽孢桿菌、放線菌和光合細菌及霉菌混合制成的復合菌制劑，此類制劑可以有效轉化養殖廢物中的臭味物質[21-22]，并將不易消化的成分降解為易于吸收的小分子，此外還能產生菌體蛋白[13]和抗病毒、抗菌物質[23-24]。畜禽糞便中含有一定量的蛋白質、脂肪、無機鹽和大量未被消化的纖維素等大量有機物，而養殖場中臭味物質主要由這些有機物發酵分解產生的惡臭物質（包括胺類物質），還有糞便中的臭味化合物甲酚、糞臭素和吲哚等[25]，因此在選擇菌種時應挑選耐高溫、微好氧菌種，且自我繁殖力強、退化慢、纖維素酶含量低的多菌種復配產品，才能更好地實現異位發酵床優良的功能，提高消納轉化糞污的能力[26-31]。初次添加使用建議參照菌種說明書，添加使用量為 50～1 000 gm3。一些堆肥發酵菌劑也可以選擇使用。endprint

5異位發酵床技術在應用中存在的問題及建議

異位發酵床是獨立于豬舍而建造的豬糞污處理設施，適用于面積大小不同的傳統豬舍，豬群不與墊料直接接觸，在豬場的外圍建立異位發酵床，將各個豬舍的糞污通過管道，送到異位發酵床，統一發酵處理。墊料選擇范圍大，發酵處理周期靈活，如需要生產有機肥，發酵時間可以控制在45 d左右，將有機肥取出后，補充墊料，繼續運行[16]。如果不急需有機肥，墊料可使用1年以上。由于該技術處于示范應用階段，一些問題需要引起重視，以保證技術實施的效果。

51源頭污水減量化

由于異位發酵床是適應于傳統豬舍，又獨立于豬舍而建造的豬糞污治理裝備，原有水沖舍方式產生的污水量過大，而發酵床處理糞污的容量有限。因此必須對原有豬舍進行改造，最大程度從源頭減少污水產生量：（1）實行完全的雨污分離，在南方多雨地區尤顯重要；（2）收集分離豬飲水灑落水。豬飲水過程中可產生比飲水需要量多3～4倍的灑落水，是污水增量的重要來源之一。（3）糞污收集管路和收集池防滲化。老舊豬舍糞污收集管路和收集池多簡易、開放，防滲效果差。一方面長時間糞污滲漏，會影響豬場周邊土壤和水環境，同時地下水位高的地區及多雨季節也會產生反滲，顯著增加污水產生量[16]。據估算，上述措施的綜合應用，可減少污水產生量70%～90%。

52發酵池建設的規范科學化

發酵池是異位發酵床的重要設施，一定程度上決定了糞污處理的效率。目前發酵池以自行建設為主，缺少科學性。（1）發酵池的容積與深度。發酵池的大小要與豬場需處理的糞污產生量相匹配。發酵池深度單池以70～100 cm、多池式以150 cm左右為宜。（2）發酵池底固化、導流溝和集液池。前期建設的單池異位發酵床池底固化的少，極易引起污水向環境土壤下滲，所以必須對發酵池底固化。同時要在池底設導流溝，導出多余污水，以利于墊料發酵。池底要有微坡度，并在池前端設小集液池。（3）通氣設置。通氣設置可以增加墊料的透氣性，提高糞污處理效率。通氣設置可結合導流溝設置同時建設，也可單獨設置。

53異位發酵床管理

發酵床墊料管理仍然是異位發酵床管理的核心，但與原位發酵床不同的是，異位發酵床利用翻堆機進行墊料翻堆。而影響墊料發酵的糞污的添加常是影響發酵效果的重要原因，主要是缺少與墊料處理能力相適應的糞污添加量的控制，多見過量添加的情況出現，造成發酵床變成濾床，喪失發酵功能[32-33]。因此科學制定異位發酵床的管理規程，使用者明白簡單化迫在眉睫。

[HS23][HT85H]參考文獻：

[1][ZK（#]中華人民共和國環境保護部，中華人民共和國國家統計局，中華人民共和國農業部第一次全國污染源普查公報[N] 人民日報，2010-02-10（16）

[2]國輝 異位發酵床技術在奶牛養殖廢水污染控制中的研究及應用[R] 北京：中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所，中國農業大學，2013：70-71

[3]董立婷，朱昌雄，馬金奉 微生物異位發酵床養豬廢棄填料的安全性評價[J] 中國農業科技導報，2016，19（1）：118-124

[4]國務院辦公廳關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見[ZOL][2017-06-08] http：wwwgovcnzhengcecontent2017-0612content_5201790htm

[5]董立婷，朱昌雄，張麗，等 微生物異位發酵床技術在生豬養殖廢棄物處理中的應用研究[J] 農業資源與環境學報，2016，33（6）：540-546

[6]Guo H，Zhu C，Geng B，et al Improved fermentation performance in an expanded ectopic fermentation system inoculated with thermophilic bacteria[J] Bioresource Technology，2015，198：867-875

[7]張霞，楊杰，李健，等 豬發酵床不同原料墊料重金屬元素累積特性研究[J] 農業環境科學學報，2013，32（1）：166-171

[8]劉宇鋒，羅佳，嚴少華，等 發酵床墊料特性與資源化利用研究進展[J] 江蘇農業學報，2015，31（3）：700-707

[9]李晟，顧洪如，張霞，等 熟化豬發酵床墊料對白菜產量及重金屬積累的影響[J] 江蘇農業科學，2016，44（12）：201-203

[10][ZK（#]藍江林，劉波，史懷，等 微生物發酵床養豬技術研究進展[J] 生物技術進展，2012，2（6）：411-416

[11]Fukumoto Y，Suzuki K，Kuroda K，et al Effects of struvite formation and nitratation promotion on nitrogenous emissions such as NH3，N2O and NO during swine manure composting[J] Bioresource technology，2011，102（2）：1468-1474

[12]Won S G，Park J Y，Rahman M M，et al Co-composting of swine mortalities with swine manure and sawdust[J] Compost Science & Utilization，2016，24（1）：42-53

[13]徐慶賢，官雪芳，林碧芬，等 幾株豬糞堆肥發酵菌對堆肥發酵的促進作用[J] 生態與農村環境學報，2013，29（2）：253-259endprint

[14]吳峰，葉江平，耿富卿，等 有機物料腐熟劑對堆肥發酵過程中微生物菌群的影響[J] 熱帶作物學報，2013，34（11）：2122-2126

[15]沈玉君，張朋月，趙立欣，等 豬糞好氧發酵過程中揮發性有機物組分分析及致臭因子的確定[J] 農業工程學報，2016，32（4）：205-210

[16]周談龍，尚斌，董紅敏，等 中試規模豬糞堆肥揮發性有機物排放特征[J] Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2017，33（6）

[17]Shen Y，Meng H，Zhang P，et al Generation law and influencing factors of volatile organic compounds during pig manure composting[J] Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2017，33（5）：211-216

[18]倪梅娣 豬糞好氧堆肥過程中氧氣濃度變化規律的研究[D] 杭州：浙江大學，2006

[19]劉波 枯草芽孢桿菌：第三卷[M] 北京：科學出版社，2016

[20]楊凌，卞紅春，陳靜華 異位發酵床養豬配套關鍵技術[J] 山東畜牧獸醫，2016，37（12）：24-25

[21]Korniowicz-Kowalska T，Bohacz J Biodegradation of keratin waste：theory and practical aspects[J] Waste Management，2011，31（8）：1689-1701

[22]李鳳，賀稚非，李洪軍 公豬膻味物質糞臭素Ⅰ相代謝產物研究進展[J] 食品工業科技，2012，33（1）：404-408

[23]張慶寧，胡明，朱榮生，等 生態養豬模式中發酵床優勢細菌的微生物學性質及其應用研究[J] 山東農業科學，2009（4）：99-105

[24]胡秀雙 微生態發酵床養豬技術的應用[J] 養殖技術顧問，2008（4）：14-17

[25]黃仁術 畜禽糞污除臭劑的研究與應用[J] 廣東農業科學，2010，37（7）：177-179

[26]簡保權，朱舒平，鄧昌彥，等 豬糞堆肥過程中NH3和H2S的釋放及除臭微生物的篩選研究[J] 農業工程學報，2006，22（2）：183-196

[27]席北斗，劉鴻亮，孟偉，等 垃圾堆肥高效復合微生物菌劑的制備[J] 環境科學研究，2003，16（2）：58-60

[28]吳祖芳，張澤瑞，翁佩芳 降解畜禽廢物光合細菌的篩選及其代謝特性[J] 生物技術，2011，21（6）：70-74

[29]畢泗偉 生豬養殖廢物發酵菌篩選及發酵性能評價[D] 寧波：寧波大學，2013

[30]李鳳 公豬膻味物質糞臭素的乳酸菌降解研究[D] 重慶：西南大學，2011

[31]盧舒嫻，關雄 養豬發酵床墊料微生物群落動態及其對豬細菌病原生防作用的研究[D] 福州：福建農林大學，2011：1-5

[32]李書田，劉榮樂，陜紅 我國主要畜禽糞便養分含量及其變化分析[J] 農業環境科學學報，2009，28（1）：179-184

[33]李吉進 畜禽糞便高溫堆肥機理與應用研究[D] 北京：中國農業大學，2004：78-81endprint