豬糞固形物餌料化試驗研究

江華明，李仁全，彭萬仁，謝玉英

(1.四川職業技術學院建筑與環境工程系，四川遂寧 629000；2.四川省遂寧市畜牧局,四川遂寧 629000）

豬糞固形物餌料化試驗研究

江華明1，李仁全1，彭萬仁1，謝玉英2

(1.四川職業技術學院建筑與環境工程系，四川遂寧 629000；2.四川省遂寧市畜牧局,四川遂寧 629000）

養殖場新鮮豬糞添加適量鹽酸酸化，采用固液分離技術分成液體和固形物兩部分，液體部分進入進行厭氧沼氣發酵，固體物料采用“兩段式發酵”處理后，添加輔料經膨化處理后制成魚類顆粒餌料.結果表明，固液分離后的豬糞固形物中C u、Z n離子濃度明顯下降，為60.8mg k g-1，64.1mg k g-1，分別降低了78.84%、12.21%；經高溫好氧、中溫發酵處理后，按魚類餌料配方標準添加輔料制成顆粒魚餌料，C u、Z n含量分別為30.1mg·k g-1、72.6mg·k g-1，達到了魚類餌料標準要求.接種耐高溫除臭細菌進行高溫好氧處理，再接種啤酒酵母發酵，再添加魚粉5%，豆粕20%，菜籽餅14%、復合維生素1%，食鹽0.5%；充分混勻后，經烘干、膨化、成形制成顆粒餌料.結果表明，上述處理殺菌效果好，魚餌料中未檢出糞大腸菌群，餌料含粗蛋白25.4%，粗脂肪6.8%、粗纖維9.2%，鈣1.2%、磷0.7%、灰分8.1%，達到魚飼料營養要求.該技術很好地實現了豬糞固形物的資源化利用.

豬糞；生物質；固液分離；魚類餌料；試驗

隨著養殖業集約化發展，我國生豬養殖規模快速增加，養豬產業年排放的糞便數量巨大，這些糞便若不經過有效處理而直接排放，既浪費資源，又污染環境，人們為此對豬糞的綜合處理和利用途徑作了有益探索，已形成了相應的利用模式，包括肥料化、飼料化和能源化[1~4].由于生豬是雜食性單胃動物，因此豬糞還殘留豐富的營養，尤其含氮量較高，據測定，豬糞干物質中粗蛋白19%，粗纖維17%，鈣3.5%，磷2.6%，灰分17%[5].另一方面，豬糞中也含有許多有害物質，如病原微生物、寄生蟲，以及Cu、Z n等重金屬離子，消除豬糞中的有害成分，實現豬糞資源化利用是確保生豬產業健康發展的重要課題.

基于此，本研究采用無機酸處理和固液分離技術對新鮮豬糞進行前處理，形成液體和固形物兩部分，以降低豬糞固形物中重金屬離子含量.固液分離的液體采用沼氣池厭氧發酵產生沼氣，同時殺滅病原菌；豬糞固形物采用“兩段式發酵”，第一階段為高溫好氧發酵，混合物料接種耐高溫復合菌，利用堆肥化過程中產生的高溫殺滅病原菌，同時分解物料中的腐敗物；第二階段為酵母菌發酵階段，接種釀酒酵母進行常溫發酵；最后根據鯉魚、草魚和鯽魚的營養特性配制魚餌料，經干燥、膨化成形等加工過程制成顆粒餌料.

1 材料與方法

1.1 試驗原料及設施

1.1.1 發酵原料及菌種

主料為取自四川省蓬溪華亨泰豐農牧發展有限公司種豬場的新鮮豬糞，包括妊娠舍成年豬（120 d）、產仔舍仔豬（40 d）和保育舍生長豬（80 d）的新鮮豬糞.輔料為玉米秸稈粉、麩皮、豆粕，從農貿市場購買.

發酵菌劑包括高溫復合菌和酵母菌.高溫復合菌劑由3株高溫芽孢桿菌(Bacillus sp.)組成，不產N H3和H2S[6]；酵母菌劑為釀酒酵母（Saccharomvces cerevisiae）.菌劑由四川農大資源學院微生物系提供.

1.1.2 設施設備

豬糞餌料化設施主要包括預處理池、發酵池.預處理池為磚砌，邊長為2m的立方體，預處理池底部及四周用水泥抹密，防止泄漏，新鮮豬糞其中進行固液分離.發酵池規格為長寬高=2.0m1.0m1.0m，磚混結構.固液分離機為龍巖市順添環保科技有限公司生產（龍巖順添牌，SFL-I B型）.

1.2 試驗方法

1.2.1 前處理

將新鮮豬糞置于預處理池，按1:1加入自來水，充分攪拌，用固液分離機進行第一次固液分離，控制固形物含水量50%左右；然后排凈預處理池污水，加入適量自來水，添加0.2%（v/v）濃鹽酸，放入一次分離的豬糞固形物，充分攪拌10min，第二次固液分離，控制固形物含水量在50%左右.將固形物攤晾1h，按10%玉米秸稈粉、5%麩皮或米糠和1.5%天然沸石粉添加輔料，用10%石灰水調節混合物料p H7.0，含水量55%~60%，充分混勻備用.

1.2.2 好氧發酵處理

（1）高溫好氧發酵處理

稱取550kg第二次固液分離的豬糞固形物，加入55 kg玉米秸稈粉、27.5 kg米糠，8 kg魚用沸石粉，按發酵物料濕重0.5%接種高溫復合菌，充分拌勻后轉入發酵槽，薄膜覆蓋、保溫發酵，每隔12h測定堆料溫度，當堆料15~20 cm溫度升至55℃以上，維持36h后進行第一次翻堆；隨后繼續發酵，同上法進行第二次翻堆，繼續發酵48h結束高溫好氧發酵過程.本階段旨在消除物料中易腐敗物質、高溫殺死物料中的大腸桿菌和病原細菌.

（2）中溫發酵處理

以高溫發酵后的物料為基料，添加5%麩皮，接入0.3%酵母菌劑，調整含水量45%~50%，充分拌勻后堆成高15~40 cm的條垛形，25~35℃維持2~3d，料溫超過35℃及時翻堆，發酵結束物料帶有酒香氣味.

1.3 測定項目及方法

主要測定項目包括發酵料溫度、水分、p H以及初始、發酵過程中各階段物料的粗蛋白、粗纖維、灰分、鈣、磷等營養成分及重金屬Cu，Z n含量.

發酵溫度從發酵開始，每12h用溫度儀測定料堆5cm、10cm、15cm、20 cm、25cm、30 cm等部位左、中、右三個點的溫度，并計算平均值，同時記錄到達高溫期（＞55℃）的時間和高溫持續時間.發酵料Cu、Z n含量采用原子吸收分光光度法測定（GB/T13885-1992）；發酵料浸提液p H采用p H計測定；發酵料中粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、灰分、鈣、磷等 養 分 檢 測 分 別 按 照 GB/T6432-1994、GB/T6433-2006、GB/T6434-1994、GB/T6438-2007、GB/T6436-2002、GB/T6437-2002等標準和方法進行；糞大腸菌群按照GB4789.3-94測定.

2 結果與分析

2.1 高溫堆肥化過程中物料溫度及物料表觀變化

分別記錄發酵起始溫度，并每隔12h測定料堆5cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm和30 cm處溫度，取平均值作溫度變化曲線（圖1）.結果表明，物料不同深度發酵溫度隨時間變化逐漸升高，根據溫度變化情況，整個發酵過程分為3個階段：0-12h為初始階段，物料溫度上升幅度小（<10℃）；12~36h為中溫階段，期間溫度快速上升，溫度上升了10-20℃；36h后逐漸進入高溫階段，物料溫度維持在50-55℃，維持24h后，進行第一次翻堆；同法進行第二次翻堆后繼續發酵，達到55℃時繼續維持48h，隨后結束高溫好氧堆肥化處理.

圖1 高溫發酵初期堆體不同深度的溫度變化

在高溫好氧通氣發酵過程中，物料表觀特征逐漸發生變化，第一次翻堆時，0~40 cm處物料呈褐色，臭味消失，有淡淡酸香味；40~70cm處物料呈淡黃色，香味較淡，少量臭味殘留；經過第二次翻堆及發酵處理，物料呈均勻的黃褐色、臭味完全消失，物料酸香味較濃.

2.2 前處理后豬糞固形物中重金屬含量變化

畜禽糞便重金屬離子主要來源于飼料和生長促進劑[11]，采取相應措施可以降低含量，研究表明，用40目篩網進行篩分可將豬糞中82%~85%的顆粒去除；固液分離可降低新鮮豬糞固形物中Cu、Z n、As等重金屬含量的17.9%、47.8%和3.1%[7].

本文采用二次固液分離技術以減少豬糞固形物中Cu、Z n含量，結果表明，第一次固液分離后，豬糞固形物Cu、Z n分別降低了3.03%和7.96%；采用鹽酸溶液調節溶液p H、再固液分離，固形物中的銅離子含量下降明顯，由初始287.4mg·kg-1降為60.8mg·kg-1，減少了78.84%；Z n離子含量下降了12.21%（表1）.

表1 不同前處理方式對豬糞固形物中重金屬含量的影響

2.2 豬糞固形物餌料化過程中重金屬含量的變化

將豬糞固形物進行高溫發酵（包括兩次人工翻堆）、中溫發酵和用物料形成顆粒魚餌料的過程中，各主要階段重金屬的含量變化見表2.

表2 不同樣品C u、Z n含量(mg·k g-1)

注：Sm1妊娠舍鮮豬糞；Sm2產仔舍鮮豬糞；Sm3保育舍鮮豬糞；Sm4固液分離后的固形物；Sm5第一次翻堆后物料；Sm6第二次翻堆后物料；Sm7中溫發酵結束后物料；Sm8顆粒餌料.

如表3所示，Sm1-Sm3為處理前樣品，其Cu2+含量較高；經過兩次固液分離處理后豬糞固形物Sm4中，Cu、Z n均有降低，尤其Cu濃度降低明顯.在固液分離過程中添加適量鹽酸調整溶液酸度，有利于降低豬糞固形物中Cu、Z n濃度.高溫好氧發酵階段，由于添加輔料，物料Cu、Z n含量進一步降低；盡管經過第一次、第二次翻堆處理后，物料中Cu、Z n含量有所增加，但變幅不大；在中溫發酵階段，添加了5%麩皮，接種了0.3%酵母菌劑，以及制成顆粒餌料時，添加了魚粉、豆粕、菜籽餅等輔料，制成的顆粒餌料（Sm8）產品中，Cu離子顯著降低，Z n2+含量也低于初始原料.

2.3 糞大腸桿菌數量測定

采集不同階段發酵物料，稱取25g裝入備有225mL無菌水的三角瓶中，充分振蕩均勻后取上清液按照飼料中大腸菌群的測定 (GB/T18869-2002)規定的方法測定.測定結果表明，物料中糞大腸菌群含量逐漸降低，豬糞固液分離固形物含量為2.8106 cfu100g-1；第一次翻堆后物料下降為4.6102 cfu100g-1，隨后其含量進一步下降，第二次翻堆后發酵處理結束，物料糞大腸菌群含量為52 cfu100g-1，中溫發酵結束后物料糞大腸菌群含量30 cfu100g-1，在經過加工的顆粒餌料中未檢出大腸菌群，較好地保證了魚餌料的生物安全性.

2.4 豬糞固形物餌料化過程中營養成分的變化

豬糞固形物經高溫好氧發酵處理，其養分會發生改變[8~10].本研究所處理的豬糞固形物餌料化過程中各主要階段物料營養成分含量見表3.結果表明，不同時期豬糞樣品養分存在差異，以粗蛋白含量為例，妊娠舍鮮豬糞的最高（15.6%），而保育舍鮮豬糞最低（8.8%）.將三種豬糞樣品混合，經固液分離處理后的固形物（Sn4）的營養成分中，粗脂肪和粗蛋白含量分別為2.2%和10.1%；經高溫發酵后的物料（Sn8）中，粗纖維含量由9.3%減少至

8.2 %，粗蛋白由10.1%增加到11.3%，灰分含量明顯增加.

餌料配制試驗中，魚餌料級配方為：二次發酵物料60%，魚粉5%，豆粕20%，菜籽餅14%、復合維生素1%，食鹽0.5%；上述物料充分混勻后，經烘干、膨化、成形制成顆粒餌料，其營養成分組成為粗蛋白25.4%，粗脂肪6.8%、粗纖維9.2%，鈣1.2%、磷0.7%、灰分8.1%（表3），符合魚飼料營養配方要求[17~20].

表3 不同物料樣品的營養成分(%)

3 討論與結論

3.1 討論

隨著規模化生豬養殖的發展，如何處理糞便，消除污染，是確保我國養殖業健康發展的重要課題。銅、鋅是動物生長發育必需的元素，豬飼料中多添加Cu、Z n元素，因此豬糞固形物中殘留有一定量的上述元素，成為其資源化利用的主要影響和限制因素.由于不同動物需要標準有差異，生豬飼料標準中的Cu、Z n含量高于魚類餌料標準，因此，要實現豬糞固形物的餌料化，必須先降低其含量.本研究中采用固液分離和添加適量鹽酸（與加水體積比0.38%～0.76%）處理相結合的“理化瀝浸法”，豬糞固形物中Cu、Z n含量大幅度降低；在物料高溫好氧、中溫發酵階段，通過微生物的作用，產生的有機酸類物質與重金屬絡合，可降低其有效性[11,12]；生產餌料產品階段，添加輔料可進一步減少其含量，因此制成的顆粒魚餌料中，Cu、Z n含量分別為30.1mg/kg、72.6mg/kg（表2），符合魚類餌料中重金屬含量標準.

由于動物腸道中含有大量細菌，包括有益和病原細菌，殺死病原菌，是豬糞餌料化的關鍵，本文接種有益發酵細菌，很好地促進了物料好氧發酵過程中快速升溫至最高溫度，高溫好氧發酵過程中，55℃以上高溫階段持續了72h以上，既有效地殺滅有害細菌，又可以加快物料中生物毒性物質和易降解物質的分解，促進豬糞固形物成分的穩定，降低產品重金屬含量[13~16].進而，在顆粒餌料成型加工階段，物料經過高溫烘干和高壓膨化，殘留的有害細菌和蟲卵均被殺死，確保了產品安全.

3.2 結論

本研究通過對豬糞固形物進行發酵生產魚類餌料的工藝，最終實現養豬場廢棄物的資源化利用，獲得了以下結論：

（1）采用酸化處理再進行固液分離的“理化瀝浸法”技術可較好地去除豬糞固形物中Cu、Z n含量，尤其是Cu2+含量，較好地實現豬糞固形物中重金屬的減量化.再經高、中溫發酵并按魚類餌料添加輔料，經過膨化、成形、烘干等加工工藝制成的顆粒餌料中，Cu、Z n的含量分別為 30.1mg/kg、72.6mg/kg，基本達到了魚類餌料對重金屬鹽分的要求.

（2）采用高溫細菌好氧發酵處理—酵母菌中溫發酵—膨化成型，將豬糞固形物轉化為魚類餌料的工藝中，55℃以上高溫維持72h左右，可以殺滅病原菌和蟲卵；接種酵母菌中溫發酵，可將豬糞固形物轉化為飼料蛋白，同時產生少量酒精，改善了豬糞固形物的風味；膨化干燥處理殺滅殘留的部分耐干燥細菌，達到徹底滅菌，有實現了產品成型要求.

（3）以豬糞固形物為基礎制成的顆粒餌料，粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、鈣、磷等營養元素均符合草魚配合飼料的要求.

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責任編輯：張隆輝

Q1

A

1672-2094(2016)05-0179-04

2016-09-07

四川省科技支撐項目(編號：2009F Z0084).

江華明(1965-)，四川蓬溪人,四川職業技術學院副教授,博士.研究方向：微生物資源及利用.