規模兔場污液異位發酵處理技術應用

張霞，李健，潘孝青，邵樂，秦楓，翟頻，楊杰

摘要：近年來，中國家兔養殖業規模化、集約化程度越來越高，糞污尤其是污液的處理已成為制約家兔養殖業可持續發展的重要因素。本研究采用異位發酵技術處理兔場污液，通過測定墊料理化特性，評價應用效果。結果表明，發酵床在停止添加污液后再持續發酵22 d，墊料中有機質、全氮、五氧化二磷、氧化鉀含量，砷、鉻、鉛、汞及鎘的含量均符合《畜禽糞便堆肥技術規范》（NY/T 3442-2019）對堆肥產物質量的要求。異位發酵與氧化塘處理相比，污液在集污池內存儲時間縮短為21～28 d，周轉時間（21～28 d）遠低于氧化塘法所需的90 d，且集污池容積僅為氧化塘容積的1/3，大幅減少了建造成本。發酵后的墊料便于堆放和進行遠距離運輸，且在應用中受作物種植季節與地域環境影響少，克服了規模養殖場需配備土地的限制。

關鍵詞：規模兔場;污液;異位發酵

中圖分類號：X713文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2021）06-1471-05

Application of ectopic fermentation technology for sewage treatment large-scale rabbit farm

ZHANG Xia，LI Jian，PAN Xiao-qing，SHAO Le，QIN Feng，ZHAI Pin 1，2，YANG Jie

（Institute of Animal Science， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop and Livestock Integrated Farming， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Nanjing 210014， China）

Abstract：In recent years， the scale and intensive degree of rabbit industry in China is getting higher and higher. The treatment of sewage has become an important factor restricting the sustainable development of rabbit industry. In this study， ectopic fermentation technology was used to treat sewage of rabbit farm. The physical and chemical properties of fermented bedding materials were measured， and the application effect of ectopic fermentation technology was evaluated. The results showed that the contents of organic matter， total nitrogen， P2O5， K2O， As， Cr， Pb， Hg and Cd in bedding materials， on 22 days after the last addition of sewage， met the quality requirements of compost products in NY/T 3442-2019. Compared with the treatment in the oxidation pond， the storage time of sewage collection pool in an ectopic fermentation system was shortened to 21-28 d， and the storage time of oxidation pond treatment was 90 days. The volume of sewage collection pool in an ectopic fermentation system was 1/3 of that in the oxidation pond system， so the construction cost was greatly reduced. The ectopic fermented bedding material is convenient for stacking and long-distance transport， and is less affected by crop planting season and regional environment in application. The ectopic fermentation system overcomes the limitation that large-scale farms need to be equipped with large area land.

Key words：large-scale rabbit farm;sewage;ectopic fermentation

近年來，中國家兔養殖業規模化、集約化程度越來越高，顯著提高了養殖效益，有效促進了產業發展[1]。但家兔養殖產生的糞污越來越集中，成為影響當地環境的重要污染源，對周邊居民的日常生活環境及身體健康帶來一定的危害和威脅[2]。規模兔場每只成年家兔每天產新鮮兔糞的質量約為100～150 g，每天的排尿質量約是排糞質量的2倍，約200～300 ml[3]。中國家兔2020年出欄約3.19×108只，糞污綜合處理已逐漸成為制約家兔產業可持續發展的重要環境因素[1]。

目前，國內規模兔場的兔糞主要通過堆肥發酵的方式處理，生產有機肥，技術較為成熟，已在大多數養兔場應用[1-2]。針對兔場污液，大多數養殖場采用氧化塘處理方式，但修建氧化塘前期成本投入較高，占地面積大，而且周邊需要配套大面積的生產用地用以消納處理后的廢水[4-5]。異位發酵床是一種新的養殖業糞污處理模式，尤其是污水處理。將污液導入到異位發酵床，經過墊料高溫發酵，將養殖場污水中的各種有機物進行降解后消化成CO2和水，通過蒸發進入大氣，從而將液體轉換成固體達到養殖場糞便污水零排放，該技術可以從源頭上控制規模養殖場造成的糞污污染[6-7]，是農業農村部2017年推薦的一種養殖糞污處理模式[8]。異位發酵床畜禽養殖糞污處理技術推廣以來，在不同的畜禽如蛋雞[9]、蛋鴨[10]、豬[6，11-16]、牛[7，17-19]等動物上均有應用，尤其在中國南方水網地區應用較多[20]。本研究采用異位發酵技術處理兔場污液，通過測定墊料理化特性，對應用效果進行評價，意在找到適合家兔養殖產業發展的經濟型污液處理方式，為解決兔場環境問題提供技術支撐。

1材料與方法

1.1試驗基地與試驗材料

試驗基地位于江蘇省南京市六合區竹鎮鎮江蘇省農業科學院動物科學基地實驗兔場（118.625 112°，32.488 821°），竹鎮鎮年平均降水量941.6 mm，平均氣溫15.6 ℃，最高氣溫36.0 ℃，最低氣溫零下8.2 ℃。試驗兔場為存欄1 000只能繁母兔規模兔場。

1.2異位發酵處理系統

異位發酵處理系統包括集污池、發酵床、發酵舍及翻拋設施等;墊料原料采用周邊含碳源成分較高的農副產品，主要為菌糠、稻殼;污液為經過雨污分流之后的污水，包含家兔養殖產生的尿液、飲水過程中產生的漏液及生產中少量的沖洗水等，經由污水管道收集到集污池內。異位發酵床墊料原料及污液基本性狀見表1。

1.3異位發酵床運行過程

將墊料（菌糠、稻殼、玉米芯等）鋪置于異位發酵床內，翻拋機運行的同時噴灑稀釋后的微生物菌種，預發酵3 d。通過流量表精確控制每次污液添加量為墊料總質量的2%～5%（體積質量比），污液添加頻率為每7 d 2～3次，翻拋機運行頻率為每7 d 4～5次，以確保墊料發酵溫度在50 ℃以上，水分含量在60%～65%，防止在運行過程中死床（發酵床失去發酵能力或發酵能力不夠）現象發生。發酵床運行120 d后，停止添加污液，保持定期翻拋，并在停止添加污液后的第7 d、第10 d、第13 d、第16 d、第19 d、第22 d采樣，樣品分為鮮樣與自然風干樣，用于測定水分含量、有機質含量、氮含量、磷含量、鉀含量、pH值及發芽率等指標。

1.4測定方法

1.4.1基本理化性質的測定墊料含水量按照GB/T 8576-2010的規定測定;墊料有機質含量采用重鉻酸鉀容量法測定;全氮和全磷含量的測定：首先采用濃H2SO4與H2O2加熱消煮樣品，然后全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定，全磷含量采用鉬黃比色法測定;銨態氮含量測定：采用2 mol/L的KCl溶液浸提新鮮樣品，設定固液比為1∶10（質量比），用流動分析儀測定銨態氮含量;pH值與電導率（EC）的測定：采用去離子水浸提新鮮的墊料樣品，墊料與水的固液比為1∶10（質量比），在搖床上180 r/min振蕩30 min，靜置30 min。采用Mettler Toledo FiveEasy Plus型pH計測定pH，采用EC215 Conductivity Meter電導率儀測定電導率;發芽指數（GI）測定：收集固液比為1∶10（質量比）的浸提液過濾后的濾液，按照NY/T 3442-2019的規定進行發芽測定，選20粒大小一致的黃瓜種子放入墊有濾紙的9 cm培養皿內，然后加入5 ml浸提液，在25 ℃的培養箱中培養48 h后，統計發芽率和測量發芽種子的根長，同時用去離子水做空白對照培養種子，測發芽率和根長。GI=（浸提液培養種子的發芽率×浸提液培養種子的根長）/（去離子水培養種子的發芽率×去離子水培養種子的根長）×100%。

1.4.2重金屬含量的測定重金屬元素（Cr、As、Cd、Pb、Hg）及鉀元素等，使用硝酸∶高氯酸=4∶1（體積比）的混合液，在130～200 ℃條件下消煮，定容取上清液待測。采用江蘇省農業科學院中心實驗室的ICP-MS電感耦合等離子體質譜儀測定。

2結果與分析

2.1異位發酵床發酵后墊料的理化性質

發酵床在停止添加污液后的7～22 d內繼續維持發酵，墊料含水量持續降低;墊料全氮含量呈下降趨勢;墊料五氧化二磷與氧化鉀含量則呈上升趨勢;墊料的發芽指數呈增加趨勢，由第7 d的73.79%增加到第22 d的93.80%;墊料內糞大腸菌群的數量表現為下降趨勢（表2）。

2.2異位發酵床發酵后墊料重金屬含量

由表3可知，墊料砷、鉻、鉛、汞及鎘的含量分別為0.29 mg/kg、30.69 mg/kg、1.24 mg/kg、0.036 6 mg/kg與0.039 6 mg/kg，均遠小于《畜禽糞便堆肥技術規范（NY/T 3442-2019）》對堆肥產物質量的要求。

2.3規模兔場污液異位發酵床污液處理運行情況

異位發酵系統處理1次污液運行時間為120 d左右;運行期間分2次添加墊料原料，第1次添加30 t含水量50%左右的菌糠、5 t含水量20%左右的稻殼，30 d后第2次補充添加15 t含水量50%左右的菌糠，2次共添加墊料原料50 t，墊料體積共100 m3，運行期間消納污液量138 m3，發酵之后的墊料共53 t（含水量約為58%）。

2.4規模兔場污液異位發酵床污液處理對不同元素的截流情況

墊料體積為100 m3的異位發酵床可以消納138 m3污液，這些污液化學需氧量3 797.76 kg、氮77.67 kg、磷25.46 kg、鉀86.94 kg、汞0.19 g、砷4.13 g、鉻7.31 g、鉛3.05 g、鎘0.11 g，處理后可避免其進入土壤環境。

2.5規模兔場污液處理模式比較

對于存欄1 000只能繁母兔的規模兔場，污液采用異位發酵系統與氧化塘處理相比，污液在集污池內存儲時間縮短為21～28 d，周轉時間（21～28 d）遠低于氧化塘法處理所需時間90 d;同時集污池容積僅為氧化塘容積的1/3，建造成本降低了2/3，即前期資金投入大大降低。異位發酵后的墊料便于堆放存儲和進行遠距離運輸，且在應用中受作物種植季節與地域環境的限制少，克服了規模養殖場需要配備大量土地用以消納污水的限制。而氧化塘處理后的污液需要專用車運輸至周邊配套農田，需要專用管道使污水流入農田，不適宜遠距離運輸，污液的利用需要配合農田作物需肥規律，受季節影響較大。

3討論

3.1異位發酵床發酵后墊料特性

按《畜禽糞便堆肥技術規范（NY/T 3442-2019）》的規定，異位發酵床技術屬于連續動態槽式堆肥技術，異位發酵床發酵屬于一次發酵。《畜禽糞便堆肥技術規范（NY/T 3442-2019）》對于堆肥產物的質量要求為有機質含量（按干基計）≥30%、水分含量≤45%、種子發芽指數≥70%、糞大腸菌群數量≤100（個，1 g）。本研究中異位發酵床墊料在最后一次加污液后的第7 d有機質含量60.47 %、種子發芽指數73.79 %、糞大腸菌群的數量為4.1（個，1 g），均符合畜禽糞便堆肥技術規范對堆肥產物的質量要求。墊料的養分（全氮+五氧化二磷+氧化鉀）含量均明顯高于有機肥料（NY 525-2021）的規定（≥5%）。最后一次添加污液后第22 d的墊料樣品重金屬砷、鉻、鉛、汞及鎘的含量均遠小于國家農業行業標準《畜禽糞便堆肥技術規范（NY/T 3442-2019）》對堆肥產物的質量要求。由于發酵后墊料的水分含量高于堆肥產物的規定，發酵后的墊料可以作為生產有機肥的原料再進行二次發酵以生產有機肥或栽培基質。

3.2適度規模養殖場污液處理方式

2018年開始在中國傳播的非洲豬瘟，對養豬業造成的沖擊極大[21]。規模化集約化的現代農業養殖必將成為中國現代化農業養殖的一種發展趨勢，養殖廢水的處理與排放問題愈發重要[21]。研究結果表明，養殖污水一旦處理不當，就能夠對當地的生態環境產生很大的破壞，嚴重時還可能破壞地表水及地下水環境[22]。對于大型養殖場來說，其廢水處理系統更多地是多項技術的組合應用[23-26]。大型養殖場處理廢水常用的方法是厭氧沼氣發酵[27]。由于大型的發酵罐前期投資較大，近幾年養殖場已改用成本相對較低的黑膜沼氣發酵，研究結果表明，黑膜沼氣前期投資成本為發酵罐的十分之一[25，28-30]。但是經過厭氧沼氣發酵處理之后還會有大量的沼液、沼渣需要處理，不僅需要建設相配套的沉淀池、生化池，增加了前期的資金投入，還需要配套大量的土地以消納沼液[25，31]。適度規模養殖場常使用氧化塘處理養殖廢水，氧化塘更適用于缺水干燥地區的養殖場處理污水[32]，對于中國長江中下游等降水較多的地區，養殖場更多地采用黑膜沼氣處理廢水，即HDPE防滲膜把氧化塘底部做防滲和頂膜密封處理，既能阻擋臭味氣體的釋放，又能防止雨水進入氧化塘內，同時還能對產生的甲烷進行收集儲存，但仍然需要配套大量的土地以消納處理后的污液[5]。本研究采用異位發酵床的方式處理養殖場的廢水，在異位發酵過程中，污液通過墊料吸附及微生物降解作用，喪失大量水分，部分營養物富集在墊料中，最終使液體變為固體達到零排放。本研究針對存欄1 000只能繁母兔的規模兔場，采用異位發酵系統處理污液。與氧化塘處理相比，異位發酵后的墊料便于堆放存儲和進行遠距離運輸，且在應用中受作物種植季節與地域環境影響少，克服了規模養殖場需要配備大量土地的限制。異位發酵床污液在集污池內貯留時間僅約為原來的1/3（21～28 d），意味著集污池的容積為氧化塘容積的1/3，其建造成本大大降低。在畜禽規模養殖中，依據養殖場污液產生量，建立容積匹配的集污池和異位發酵床，采用異位發酵技術，不僅在低成本條件下解決了養殖場污液治理難題，而且為構建種養結合模式提供了新途徑和技術支撐。

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（責任編輯：陳海霞）

收稿日期：2021-06-30

基金項目：國家兔產業技術體系-南京綜合試驗站項目（CAR-43-G-2）;江蘇省農業科技自主創新基金項目[CX（18）2001]

作者簡介：張霞（1976-），女，河南新鄉人，博士，副研究員，主要從事畜禽糞便綜合利用研究。 （E-mail）583765990@qq.com

通訊作者：楊杰，（E-mail）598320394@qq.com