畜禽糞污資源化利用方式研究進展

牛統娟，王 智，胡建宏

(西北農林科技大學 動物科技學院，陜西 楊凌 712100)

我國是世界上畜牧業生產和消費大國。近年來，我國畜牧業快速發展，在散養戶退出、規模化擴大的根本變化影響下，養殖水平得到不斷改善和提高。然而，規模化養殖所產生的大量糞污影響養殖場周邊的生態環境，危害畜禽本身以及人們的生活環境。《第一次全國污染普查公報》表明，禽養殖生產中糞便產生量為2.43億t，尿液的產量達到1.6億t，主要水污染物中排放量中總氮和總磷達到102.48 t和16.04 t，造成了一定程度的環境污染問題。畜禽糞污污染成為制約我國畜禽養殖產業發展的主要瓶頸之一，所以畜禽養殖場糞污處理的資源化利用勢在必行。

2017年12月1日，《陜西省畜禽養殖廢棄物資源化利用工作方案》指出，要加快建立畜禽糞污等農業有機廢棄物收集、轉化、利用網絡體系；鼓勵沼液和經無害化處理的畜禽養殖廢水作為肥料科學還田利用；加強糞肥還田技術指導，確保科學合理施用；支持采取政府和社會資本合作(PPP)模式開展畜禽糞污處理；實行專業化生產、市場化運營。為響應陜西省政府號召，切實解決畜牧業中存在的嚴重污染問題，實現健康養殖和農業種植的資源循環利用，全國各地應積極推廣畜禽糞污處理產業模式，發展循環經濟的生態農業，有效保證農產品的質量安全和人民的身體健康。因此，進行畜牧場糞污資源化利用，并進行集成與示范，形成畜牧場糞污資源化利用標準化模式，不僅能夠實施畜牧業的可持續發展戰略，而且能夠提高能量利用率，減少污染，具有非常重要的意義。本文以畜禽糞污的成分和特點為切入點，討論國內外常用的畜禽糞污資源化處理技術，并對目前取得的研究進展進行綜述，為畜禽糞污資源化處理技術的改良提供參考依據。

1 畜禽糞污及其成分

1.1 畜禽糞污的概念

畜禽糞污主要是指畜禽養殖業中產生的一類糞、尿、沖洗水等廢棄物，包括畜禽糞便和養殖廢水，其中畜禽糞便主要指畜禽養殖業中產生的一類農村固體廢物，包括豬糞、牛糞、羊糞、雞糞、鴨糞等。養殖廢水指畜禽養殖場產生的尿液、沖洗水、工人生活用水及生產中其他途徑產生的廢水等。畜禽糞污處理即為通過使用一定的方法，對畜禽糞污進行處理后使其對環境的污染降低，并將其轉換成有用資源的一種方式。

1.2 畜禽糞污的主要成分

畜禽糞污的主要成分有粗蛋白、粗纖維、粗脂肪、水分、無氮浸出物、來源于飼料和飲水的各種微量元素、抗生素及獸藥殘留物、寄生蟲及其卵以及一些病原微生物。畜禽糞污中既含有農業肥料養分，也有動物性有機質生物成分，還有部分由于動物飼料中過量存在而殘留的有害物質。

1.3 養殖場糞污的特點

1.3.1 糞污成分較復雜 畜禽糞污的成分極其復雜，主要包括畜禽產出的糞便和尿液、病畜禽的尸體、剩余的飼料、廢棄墊料、養殖場生產生活中產生的污水等，且這些污染成分不容易將其分開后分別進行處理，這就造成了畜禽糞污難以處理的主要原因之一。

1.3.2 治理難度較大 近年來，隨著人們對畜禽產品需求量的增加以及規模化程度的不斷擴大，許多養殖場糞污排放量大幅增加，對水體、土壤、大氣等造成了污染，而當下的基礎設施以及處理技術與發展形勢不配套，且養殖場因為資金問題不能投入大量經費治理帶來的環境問題，還有部分養殖場未意識到環境問題的重要性，沒有主動處理糞污，從而造成養殖場的糞污處理難度較大。所以，養殖場糞污的資源化處理利用的實施需要各方互相協調才能進行。

1.3.3 造成一定危害 原來農戶散養家畜家禽所產生的糞污基本都能通過傳統的堆肥方式返回農田進行循環利用，而畜牧業在向現代規模化集約化生產轉變的過程中，糞污的產生量快速增長，使現有的農田無法全部消化，從而出現了類似工業污染的大型環境污染。液體糞污排入河湖中，當污染的程度較輕時，水體因其具有自凈能力而降低其污染，然而水體的自凈能力是有一定限度的，與其環境容量有關。當液體糞污的排放量超過了水體的最大承受量，就形成了永久的污染，對居民的生活造成了影響。另外，畜禽生產過程中產生大量有害氣體，如硫化氫、氨氣、二氧化硫等，對畜禽和人類的呼吸道產生危害，大量致病菌等微生物可引發傳染病，有時會引起各種人畜共患病，危害畜禽及人類健康。

1.3.4 南北方的差異 我國地域廣，南北跨越多個緯度，具有多種氣候類型，特別是以秦嶺為界分出的南方和北方，氣候條件差異大，所以對于畜禽糞污的處理就會有所不同。南方氣溫較高，糞污發酵生產沼氣可以在一年中都進行，但是這種技術在北方只能在天氣較熱時使用，每年的使用率較南方就會大幅降低，特別是東北地區，利用率更低，可能就無法使用沼氣生產技術，所以需要使用其他技術來發揮作用。

2 糞污資源化利用方式國內研究進展

我國的養殖業在機械化的過程中向規模化的方向發展，產量和經濟效益穩步提升的同時也帶來了污染的問題。對于養殖過程中產生的糞污，傳統的糞污處理的方式是將糞污進行厭氧堆肥，即漚肥，但這種方式不適合在現代大型集約化畜牧場中應用。目前我國對糞污的處理首先做固液分離，在分離的基礎上分別進行固體糞污和液體糞污的資源化利用。

2.1 厭氧發酵生產沼氣技術

厭氧發酵生產沼氣技術是在厭氧條件下，有機碳被種類繁多的厭氧微生物，如產氫產乙酸菌、耗氧產乙酸菌、食乙酸產甲烷菌等分解，轉化為沼氣的過程。沼氣可以作為生活染料使用，可維持場內供暖、食堂等熱量需要，也可用于滿足場內用電，但目前支持發電的畜牧場少。另外，發酵后剩余的沼渣還可以重復利用，作為肥料施入農田。

畜禽糞污中含有大量含氮化合物，含碳量低，若單獨發酵易導致氨氮抑制，所以近年來很多學者在糞污發酵研究中加入添加物配合發酵，并取得了一定成效。陳芬發現，分別在雞糞、豬糞和牛糞中加入玉米秸稈，使糞稈比分別為3∶1、2∶1、1∶1，能夠取得最好的發酵效果，可產生6 000～8 000 mL甲烷。劉春軟等在豬糞厭氧發酵時分別添加了2.5%粉煤灰、生物炭、磁性粉煤灰、磁性生物炭，結果表明添加粉煤灰、生物炭、磁性粉煤灰均使產氣總量提高5%～12%，甲烷產量提高4%～10%。

暢蕭等厭氧發酵上清液，采用鳥糞石沉淀法回收磷，表明反應條件控制在pH為10.5、溫度為35°C時，磷和氮的回收率在第5天時最高。且處理后的發酵液可直接排放進入污水處理場，對環境無磷污染。糞污在發酵后產生的沼液在重金屬等指標降低至標準以下，即可作為有機肥料施入農田，額爾和花等將沼液施入番茄田，能夠在提高番茄產量的同時，降低果實中的總酸含量。

但是，在我國畜牧場推廣起來并不容易，一是種養分離。隨著規模養殖比例的不斷提高，養殖的只養殖，種植的只管種植，種養分離，種養脫節的現象比較突出，造成養殖場自身沒有足夠的消納農田面積進行農田利用；二是液肥使用不方便。由于液體肥料施用困難，一定程度上制約了液肥的推廣應用；三是液體糞污中所含的重金屬難去除，不經處理還田，造成土地重金屬富集，農作物重金屬超標；四是液體糞污生產有機肥，技術要求較高，目前應用的養殖場不多但卻是發展趨勢。

2.2 糞污堆肥技術

糞污堆肥技術是在固液糞污分離的基礎上進行的，改變以往糞尿混合、隨意堆肥的做法，將固體和液體糞污分別進行相適應的處理，使其無害化、資源化水平達到最高。固體糞污在堆肥過程中通過好氧菌和厭氧菌的共同作用，高溫發酵使有機物礦質化，并殺滅糞污中的活動生物，最終形成有機肥料，為土壤增加肥力。根據《畜禽糞便無害化處理技術規范》，常規的堆肥技術分為條垛式堆肥技術、槽式堆肥技術和封閉倉式堆肥技術。條垛式堆肥技術簡單，所需的設備和資金投入少，但是不易控制溫度等反應條件；槽式堆肥技術對反應條件的控制較好，但技術投資較高，占地面積也較大；封閉倉式堆肥技術可以通過現代化技術對各個條件進行精準控制使反應效果最好，但是所需的技術、設備和資金的投資也較高，目前普及率不高。

武晉萍等在雞糞中加入中藥渣進行了共堆肥，發現抗生素抗性基因和移動基因元素的相對豐度都顯著降低，其中喹諾酮類抗性基因的降低率為99.89%。王硯等將水稻秸稈用腐熟劑預處理后與豬糞共堆肥，結果表明腐熟劑可縮短堆肥高溫期，加快堆肥進程，堆肥后植物有效磷可達到14.44 g/kg。曹云等發現豬糞的超高溫堆肥發酵有利于堆肥過程的保氮，氮損失率為18%，與正常高溫發酵的氮損失率(27%)相比顯著降低。

糞污堆肥技術下首先要盡量減少液體糞污的生產，無論豬場、牛場還是雞場，應選擇合適的清糞方式，在條件允許的情況下，盡量改水沖糞為干清糞，或者少用水沖。另外，在分離后需要注意雨污的分離。畜牧場應將雨水收集系統與液體糞污的收集系統分開，雨水應從明渠排出，液體糞污不能明渠排放，也不能直接排出，應經過沉淀、過濾、厭氧發酵轉化等處理后施入農田，作為農田肥料使用，實現無害化、資源化利用。

2.3 畜禽糞污資源化利用方式基本思路

我國是畜牧業大國，地域廣闊，氣候差異大，在畜牧業的發展過程中形成了多元化的畜禽糞污資源化利用方式。我國南方地區常年氣候溫暖，人口密度大，可使用的資源化利用方式較多，主要有種養結合、生產有機肥料、清潔回用、達標排放等。而在我國北方地區，尤其是東北地區，氣候寒冷，沼氣投入后使用的時效短，不宜使用沼氣發酵技術，在北方使用較廣泛的資源化利用方式主要有好氧堆肥、生產生物有機肥料等。總之，制定我國畜禽糞污資源化處理模式，需要考慮以下四點基本思路，第一是從源頭減少畜禽糞污的產生和排放量，減少污染形成；第二是畜禽糞污優先利用，優先進行糞污的資源化利用；第三是因地制宜，采取合理有效的方式；第四是完善法律法規，嚴格把控糞污的排放。

3 國外糞污資源化利用方式

國外畜牧業發達國家，對于畜牧場的糞污污染問題高度重視，也研發了適應當地條件的資源化利用方式。

3.1 美國

美國是農業高度機械化的國家，主要通過農牧結合的方式來對液體糞污進行資源化利用。美國的畜牧場大多將畜禽液體糞污長期儲存在豬舍下層的糞坑中，到了農田施肥的季節，才會定期將液體糞污轉移到農田中直接施肥利用。美國的大多數農場屬于農牧結合型農場，可以有機調節種植和養殖的比例，形成生態良性循環，從而降低養殖對環境造成的污染。

3.2 英國

英國與美國類似，養殖場都在遠離都市的鄉村地區，以農牧結合的方式對糞污進行無害化處理和資源化利用。英國重點實施種養結合模式，畜禽糞污經無害化處理后生產作物肥料，進行循環利用。這種利用方式既緩解了畜牧業對生態環境的壓力，又可作為可利用的肥料提高作物的生產力。另外，英國法律嚴格控制場內禽畜數量的最大限度，規定種豬場內種豬不超過500頭，育肥場內育肥豬的數量不得超過3000頭，蛋雞不得超過7000只。這樣可以使畜禽污染從源頭得到一定的緩解。

3.3 意大利

意大利的畜禽糞污資源化利用在長期發展中形成了較完善的模式，根據不同地區的具體條件形成了適宜的資源化利用方式。與美國和英國相比，意大利探索了沼氣發電模式，既能解決畜禽糞污污染問題，還能用于小規模的電力供應。意大利的糞污處理不進行固液分離，大致有三種模式，第一種是厭氧發酵技術進行液體糞污處理，當地的馬卡農場根據自身條件，探索了兩種沼氣發電模式；第二種是倫巴第地區中小牧場沼氣發電，有研究者調查發現僅倫巴第大區有多家沼氣發電企業，能很好地解決養殖場的糞便污染問題；第三種是中小牧場固液糞污不進行分離，將其直接還田，當地政府規定液體糞污在還田前必須將糞尿和飼養、生活、生產用水等首先排放到糞溝中，然后在儲糞池中進行2個月的厭氧發酵，殺滅其中的有害微生物，最終才能還田。

3.4 德國

德國作為世界畜禽養殖大國，制定了較完善的糞污資源化利用方式。德國同意大利一樣，也采用了沼氣工程發電的資源化利用方式。畜禽糞污由地漏排出后，進入管道輸送到化糞池，經過處理后主要用作肥料和生物質能發電，發電量達到546千瓦。德國政府致力于推廣能源再生理念，鼓勵采用沼氣工程處理畜禽糞污，在政府的倡導下，德國使用全混合發酵法處理畜禽糞便的比例為94%。另外，德國通過改善飼料營養配方，在滿足畜禽生產營養需求時降低了飼料中氮、磷含量，降低了微量元素對環境的影響。德國雖在畜禽糞污處理和利用方面的起步與美國、法國等相比較晚，但其專利申請量以30余項居于歐美國家的首位。

3.5 其他國家

法國和荷蘭等發達國家，大多都將處理過的畜禽糞尿用作肥料或作為能源發電，將固體部分儲存堆肥，液體部分直接用作肥料輸送到附近的農田。荷蘭于1971年起禁止將糞污直接排放至地表水中，1984年起不批準從業者擴大養殖規模，規定載畜量標準為小于等于2.5畜單位/hm2。大部分國家都有相關法律限制養殖場的飼養量，不能一味擴大飼養，而是在土地和環境可接受的范圍內進行飼養，飼養量與糞污的利用達到平衡。加拿大政府對畜禽糞污的管理十分細致，各地都針對當地實際情況制定了詳盡的管理技術標準，要求養殖場必須嚴格按照標準進行管理。

4 展 望

在目前農業農村部主導推進畜禽糞污資源化利用背景下，國家將整合各種養業循環一體化項目、規模化大型沼氣工程等專項投資，支持200個以上畜牧大縣整縣推進畜禽糞污資源化利用，糞污的資源化利用已經是大勢所趨。要想做到畜禽糞污的資源化利用，首先要種養結合、因地制宜，根據國辦意見中提出的“以地定畜”為指導思想，促進農業“轉方式、調結構”的發展和畜牧業生產布局的進一步優化；其次要推行畜禽糞污綜合養分管理計劃，畜禽糞污無害化處理后作為肥料利用時，糞污施肥量應該在滿足作物養分需求的同時不造成環境污染；最后是沼氣能源化利用，通過提高厭氧發酵的沼氣和生物天然氣轉化效率，減少沼渣沼液體積，降低沼渣沼液肥料化利用的運輸和利用成本，促進畜禽糞污的能源化利用。