畜禽糞污污染物無害化處理技術研究進展

季彬 彭軼楠 葉澤 杜津昊 祁宏山 席鵬 王治業*

（1，甘肅省科學院生物研究所 730030；2，甘肅省微生物資源開發利用重點實驗室 730030）

有效的無害化處理畜禽糞污污染物可以提高資源有效利用率，不僅可以減少對再生資源的浪費，還可以降低畜禽糞污污染物對生態環境的破壞，有助于我國畜禽養殖業的可持續發展[1]。

1 我國畜禽養殖現狀及糞污污染物危害

1.1 我國畜禽養殖現狀

根據國家統計局公布的公開數據顯示，2010～2019 年我國畜禽養殖業總體呈上升趨勢，其中牛奶總產量增加5.34%達3201.24 萬t，禽蛋總產量增加19.16%達3308.98 萬t（圖1）。雖肉類總產量呈下降趨勢，其原因主要是2018 年我國首次爆發了非洲豬瘟疫情，引起了生豬大批死亡，導致豬肉總產量顯著下降，而包括牛、羊及禽類在內的其他肉產量仍呈穩步上升趨勢，且隨著多種非洲豬瘟疫苗的研發并進入臨床試驗，我國生豬養殖業將有望很快恢復到疫情前的水平（圖2）。且隨著我國畜禽養殖規模的大幅度增長，畜禽糞污污染物的排放量也逐年增加，2009 年我國畜禽糞污污染物的產量為32.64×104萬t[2]，2020 年畜禽糞污污染物排放量預估可達到42.44×104萬t[3]。對比《第一次全國污染源普查公報》 和《第二次全國污染源普查公報》，隨著我國相關政策的完善和養殖企業意識的提高，我國畜禽糞污污染物的排放量有一定程度的下降，但仍然不可放松警惕。

圖1 我國畜產品總產量

圖2 我國各類肉類總產量

1.2 糞污污染物危害

由于畜禽糞污污染物中含有硫化氫、甲胺等有機物，在厭氧條件下可以分解產生甲烷、二氧化碳及氮氧化物等氣體，進而導致全球氣候變暖及大氣污染[4]；同時這些有機物及N、P等營養元素隨著廢水排入到水體及土壤中，可以導致水體富營養化及土壤板結等污染問題[5]。除了會造成環境污染外，由于畜禽飼養過程中濫用抗生素[6]，造成糞污中過量抗生素殘留[7]；同時由于飼料中加入過量重金屬添加劑，致使糞污污染物已成為造成重金屬污染的重要因素之一[8]；糞污污染物中還含有包括病原菌和寄生蟲在內的多種病原微生物，對人類和動物健康具有嚴重的危害[9]。

2 我國畜禽糞污污染物處理存在的問題

我國對于畜禽糞污污染物的無害化處理起步較晚，與國外有明顯的差距，且由于相關政策制定不夠完善、養殖企業相關意識不強、無害化處理成本高及盲目借鑒國外的無害化處理經驗等弊端，導致我國畜禽糞污污染物的排放量雖有下降，但距離有效控制仍有一定的距離。

2.1 政策支持不平衡

根據農業農村部發布的《畜禽糞污資源化利用行動方案（2017～2020 年）》 顯示，我國畜禽廢棄物資源化利用政策更偏向于豬牛等畜牧業企業，而對禽類養殖企業的重視程度不夠；且由于畜禽廢棄物資源化利用以企業投入為主，政府扶持力度不足，導致企業負擔過重，積極性不高；同時政策規定與現實需求存在一定差距，政策出臺相對滯緩，均增加了企業有效利用畜禽廢棄物的難度，一定程度上阻礙了畜禽廢棄物的資源化利用[10]。

2.2 企業積極性不高

由于我國畜禽糞污污染物無害化處理起步較晚，相關養殖戶和養殖企業的經驗不足，缺少合理利用畜禽糞便污染物中可利用成分的科學認識；同時由于畜禽行業風險大、利潤低，畜禽糞便無害化處理的成本高，而有關部門的扶持力度不高，導致很多養殖企業投入和維護成本過高，積極性不足[11]。

2.3 缺乏相關技術

畜禽糞污污染物的無害化處理除了需要國家有關部門和企業的參與，還需要相關技術人員的指導與幫助。由于我國整體技術與國外發達國家還有很大差距，且我國具體生態和經濟環境與國外也有明顯不同，雖部分企業引進了國外的糞便污染物無害化處理的技術和設備，但效果并不理想，甚至進一步增大了處理成本。

3 畜禽糞污污染物無害化處理先進技術

隨著交叉學科的大力發展，包括物理加工、化學處理和生物處理在內的多種方法被廣泛應用到畜禽糞污污染物的無害化處理中，并將糞便中的資源轉化為沼氣等生物能源或有機肥料等產品。

3.1 酶促反應

由于高效、溫和、環保且特異性強等特點，酶促反應被認為是一種很有發展前景的無害化處理畜禽糞便的生物學方法。畜禽養殖產生的各類廢水中含有大量動物油脂，這些油脂會限制傳統的生物處理方法。而采用吸附、過濾或凝結等物理或化學方法并不能有效地去除廢水中的膠狀物或乳化的顆粒，且成本較高，進一步加重畜禽養殖企業的生產負擔。酶促反應尤其是脂肪酶可以將復雜的甘油三酯降解成為簡單的游離脂肪酸，進而提高后續生物處理的有效性。

當對畜禽糞便進行厭氧處理制備沼氣時，由于糞便中含有不同比例的木質纖維素，尤其是牛糞中木質纖維素含量較高，會嚴重限制沼氣轉化的效率。與其他機械加工、化學處理或微生物降解等方法相比，酶促反應因受底物影響較小、可以保持較高活性，且具有更小的體積、更高的溶解性和流動性，更適合于對糞便中的木質纖維素進行預處理。但酶促反應的活性會受到酶的比例、添加方式及環境條件等多種因素的影響，因此。根據具體情況建立一個更高效的處理糞便的酶促反應體系十分必要。

3.2 生物炭

堆肥處理法是無害化處理畜禽糞污污染物的常用方法之一，該方法不僅可以將糞便中的資源回收利用制成有機肥料或土壤改良劑，還可以通過高溫殺滅糞便中攜帶的病原微生物或寄生蟲，降低重金屬或抗生素的殘留，減少糞便對環境和健康的影響。但堆肥處理法存在占地面積大、較難控制臭氣排放及技術要求高等問題，一定程度上限制了堆肥處理法的廣泛使用。研究人員發現，在堆肥處理過程中添加5%～10%的生物炭作為添加劑，可以有效提高堆肥處理效率，減少臭氣的產生。生物炭可以為堆肥所需的相關微生物提供棲息環境，并減少外界環境對微生物的影響，并通過生物炭中的微孔結構促進堆肥過程中的通氣活動，以改善微生物的生長環境。同時，由于生物炭具有較強保水能力和較高的孔隙率，較大的表面積及對溶解的有機碳的高吸附性等特征促進了生物炭的定殖。但目前對畜禽糞便堆肥處理過程中作為改良劑的生物炭的生產尚未有標準方法，且生物炭的原料及熱解條件會顯著影響其活性，所以需要該領域的研究人員加快對生物炭生產標準方法的開發。

3.3 其他技術

雖然到目前糞便無害化處理仍然以加工成肥料、土壤改良劑或厭氧發酵制備沼氣為主，但由于土壤的承載能力有限，長期重復使用畜禽糞便作為肥料增強土壤肥力會導致地表水磷酸鹽和硝酸鹽污染及微量元素的大量富集，當使用該地表水對農作物進行灌溉是會產生植物毒性作用。因此也需要研發出更多新的無害化處理畜禽糞便技術與方法，有研究人員發現，畜禽糞便也可以作為蘑菇生長的基質，該方法不僅可以有效利用糞便中的營養物質，還可以減少對土壤和水源的影響。而且畜禽糞便本身也可以轉化為一種有效的生物炭，提高堆肥法處理效率。此外，BHLS 公司也開發了一種新的技術，該技術將家禽糞便用作燃料燃燒以滿足禽舍正常的熱量和電力需求，而燃燒剩余的灰分及無機鹽作為營養物回收利用。該方法不僅降低了糞便的運輸成本，且高溫可以有效殺滅糞便中的病原微生物和寄生蟲卵，有較高的生物安全性。

4 總結

我國畜禽糞便無害化處理相關工作起步較晚，但由于政策的指導與幫助加上企業的自主意識，畜禽糞便亂排亂放的現象得到明顯遏制，畜禽糞污污染物排放量明顯下降，但距離發達國家還有明顯的差距。且同時存在政策滯后性、扶持力度不足、企業負擔過重及技術不完善等問題，因此，為有效解決我國畜禽糞便無害化處理的問題，需要政府、企業與專業技術人員三方的參與才能最終做到我國畜禽污染物的趨零排放，保障我國畜禽養殖業的可持續發展。