豬場廢污無害化處理及其生成的有機肥對甘蔗產量及含糖量的影響

張 寧，張藝杰，李曉玉，劉 磊，郭 旋，何 穎*

(1.廣西農墾永新畜牧集團 金光有限公司，廣西 南寧 530022；2.廣西大學 動物科學技術學院，廣西 南寧 530005；3．廣西壯族自治區獸醫研究所，廣西獸醫生物技術重點實驗室，廣西 南寧 530001)

近年來，我國畜牧業正處于由傳統養殖模式向標準化、規模化和集約化養殖模式轉型的關鍵時期[1]，畜禽的規模化養殖速度越來越快，但疾病的發生率也越來越高。研究表明，我國養豬產業因各種疾病引起的死亡率高達10%左右，病死畜禽及糞污如未經過有效處理排入環境中則會對周圍環境的水源、土壤和空氣造成嚴重污染，成為社會的一大公害。糞污富含N、P，排放量大且集中，易污染環境[2-3]。畜禽糞便中通常具有含量高的重金屬，若長期直接施用于農田會造成土壤重金屬污染進而影響人類健康[4-5]。在規模豬場各種糞污水處理方式中，厭氧消除技術不僅可去除糞污水中大量可溶性有機物，并且可殺死病菌，生成潔凈的燃料和有機肥料[6-9]。病死畜禽多攜帶病原體，對于如今病死畜禽數量較大，無害化處理水平普遍較低、成熟技術缺乏的現狀，國外主要的無害化處理技術包括填埋、焚燒、堿水解、化制、堆肥、高溫生物降解和厭氧消化等，如比利時、法國、美國、加拿大及歐盟等[10-15]，高溫生物降解法是目前較為理想的技術[1,16]。

全世界的蔗糖產量約75%來自甘蔗，在中國約占90%以上[17]。甘蔗是中國最大的制糖作物，廣西是中國甘蔗的重要生產區，廣西甘蔗種植面積已超過廣西總耕地面積的25%[18]。甘蔗生長周期長、消耗養分多，需要大量的有機肥和N、P、K肥，對灌溉水的需求量也較大，如此才能維持甘蔗旺盛的生長狀態[17]。規模化豬場糞污水以及病死豬無害化處理后均可生成高效的有機肥，含有豐富的營養元素，可供給甘蔗施用。江永等[19]將糞污無害化處理后應用于菜心，其株高、葉長和葉寬均有明顯增長。目前，未見將糞污水以及病死豬生成的有機肥應用于甘蔗生產的報道。為此，筆者采用“預處理+UMIC厭氧反應器+好氧處理”工藝和高溫生物降解法對糞污水以及病死豬進行無害化處理，將經無害化處理生成的有機肥用于甘蔗生產，檢測其對甘蔗生長各項指標所產生的影響，以期最大程度回收資源化過程中所產生的能源，充分實現規模豬場廢污的無害化、減量化、再利用和資源化，進而促進廣西養豬業和種植業的可持續發展。

1 材料與方法

1.1 材料

豬糞污、病死豬：廣西農墾金光畜牧公司提供。甘蔗：甘蔗品種選擇桂糖31號、桂糖32號和桂糖41號，均為金光農場培育選留，種植于廣西農墾金光農場的甘蔗田(土壤為赤紅壤)。

1.2 方法

對豬糞污及病死豬進行無害化處理，檢測處理效果，并將其生成的有機肥施用于甘蔗，考察該有機肥對甘蔗產量與含糖量的影響。

1.2.1 糞污水的無害化處理(厭氧消除技術) 1)預處理。通過格柵與沉渣池去除糞渣、懸浮物以及可直接沉降的雜質；通過固液分離機分離難降解的物體，調節廢水的水質和水量，通過調節酸化池調節廢水、均衡水質。2)UMIC厭氧反應器。形成內循環。3)改良A2/O好氧處理的處理工藝。主要工藝流程：預處理+UMIC厭氧反應器+改良A2/O好氧處理。有效去除有機廢水中COD，脫氮去磷，同時去除BOD5(如圖1所示)。

圖1糞污無害化處理工藝流程
Fig.1 Process for the harmless treatment of sewage

1.2.3 病死豬高溫生物降解和無害化處理 使用畜禽生物降解機，通過高速切碎、高溫、發酵、殺菌消毒、干燥等處理，殺滅病死豬自身攜帶的病原微生物，并轉化為有機肥料，達到滅菌、環保和資源循環利用的目的(圖2)。

圖2 病死豬無害化處理工藝流程Fig.2 Harmless treatment process of dead pigs

1.2.4 病死豬無害化處理效果的檢測 1)工程運行中，每季度抽取1次病死豬無害化處理前后的樣品送至專業實驗室用RT-PCR/PCR方法[20]進行豬瘟病毒、豬繁殖與呼吸障礙綜合征病毒、豬圓環病毒Ⅱ型、豬偽狂犬病毒、豬傳染性胃腸炎病毒、豬流行性腹瀉病毒、鏈球菌、副豬嗜血桿菌、口蹄疫病毒等豬的多種疾病的病原檢測，根據檢測結果判定無害化處理的效果。2)工程正常運行過程中，抽取病死豬無害化處理后的樣品送至鄭州質檢中心，對其中所含的營養成分及氨基酸的種類和含量進行檢測。判定病死豬無害化處理后的營養價值。

1.2.5 無害化處理有機肥灌溉甘蔗田 糞污經無害化處理后生成有機肥，經檢測無重金屬存在、符合國家排放標準后，可應用于灌溉甘蔗田。課題組于2017年和2018年進行2次對比試驗，分別設置試驗區與對照區：試驗區澆灌有機肥施肥(每667 m2施用復混肥130 kg，鈣鎂磷肥100 kg，尿素10 kg，氯化鉀10 kg，每月用有機肥澆灌或噴灌1次)，對照區施用常規肥(每667 m2施用復混肥150 kg，鈣鎂磷肥100 kg，尿素15 kg，氯化鉀20 kg，使用農用水噴灌)。

1)有機肥噴灌。根據當地的種植習慣，選種桂糖31號和桂糖32號，于金光農場創業分場的東北、西北、東南3個方位分別設置試驗區和對照區。此試驗于2017年2月份甘蔗收割完后未下種前開始使用有機肥噴灌。2018年1月甘蔗成熟后，每個區砍收60 m2，甘蔗測量甘蔗的單莖重、莖長、有效莖數、蔗糖糖分、田間錘度和產量等生產指標，各生產指標取3次重復的平均值。

2)有機肥澆灌。試驗地點為創業示范點和羅陽示范點，根據當地的種植習慣，創業示范點選種桂糖41號，羅陽示范點選種桂糖31號，在示范點分別選擇試驗區(處理區)和對照區各3個，目的為降低取樣誤差。此試驗于2017年2月份甘蔗收割完后未下種前開始進行有機肥澆灌。2018年1月甘蔗成熟后，每個區砍收60 m2甘蔗，測量甘蔗的單莖重、莖長、有效莖數、蔗糖糖分、田間錘度和產量等生產指標，各生產指標取3次重復的平均值。

2 結果與分析

2.1 糞污水無害化處理效果

2.1.2 無害化處理后污泥中的重金屬含量 從表2可知，糞污水經過無害化處理之后，在2016年4個季度抽取的4份污泥樣品的汞、砷、硼、鉛、銅、鉻、鋅、鎘和鎳等元素含量均達到《農用污泥中污染物控制標準》和農用污泥中污染物控制標準(GB4284—84)。

表1 無害化處理后不同階段水樣的理化指標Table 1 Physiochemical indicatorsof water samples at different stages of harmless treatment

表2 無害化處理后污泥樣品檢測結果Table 2 Test results of sludge samples after harmless treatment mg/kg

2.2 病死豬無害化處理效果

2.2.1 無害化處理前后病死豬樣品中的病原陽性檢出率 從表3可知，無害化處理前樣品的藍耳病毒陽性檢出率為3.5%，圓環病毒Ⅱ型陽性檢出率為9.4%，豬流行性腹瀉病毒陽性檢出率為4.7%，鏈球菌陽性檢出率為18.8%，副豬嗜血桿菌陽性檢出率為15.3%，豬瘟病毒、豬偽狂犬病毒、豬傳染性胃腸炎病毒和豬口蹄疫病毒無檢出率。無害化處理后樣品的檢測結果顯示，豬瘟病毒、藍耳病毒、圓環病毒Ⅱ型、豬偽狂犬病毒、豬傳染性胃腸炎病毒、豬流行性腹瀉病毒、豬口蹄疫病毒、鏈球菌以及副豬嗜血桿菌均無陽性檢出率。

表3 無害化處理前后各病原陽性檢出率Table 3 Positive detection rates of each pathogen before and after harmless treatment

2.2.2 無害化處理后樣品的營養成分 從表4可知，無害化處理后發酵全豬粉中含有豐富的水分、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分等營養成分，其中粗蛋白含量為44.64%，粗脂肪含量為11.02%，粗灰分含量為9.05%；此外，還檢測出17種氨基酸成分存在，包括蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和賴氨酸等必需氨基酸。

表4 無害化處理后發酵全豬粉營養成分分析Table 4 Analysis of nutrient composition of fermented meat and bone meal after harmless treatment %

2.3 無害化處理有機肥灌溉甘蔗田的甘蔗產量及含糖量

2.3.1 噴灌試驗 從表5可知，與對照相比，灌溉無害化處理有機肥的甘蔗單莖重、莖徑、有效莖數和蔗糖糖分均比對照高。桂糖31號的甘蔗產量為6.355 t/667m2，比對照組增產0.818 t，增長14.77%，平均蔗糖糖分為14.89%，比對照增加5.67%；桂糖32號的甘蔗產量為6.605 t/667m2，比對照增產0.979 t，增長17.40%，平均蔗糖糖分為14.64%，比對照增加3.46%。

表5 無害化處理有機肥噴灌甘蔗田的甘蔗生產指標Table 5 Production index of spraying harmlessly treated organic fertilizer in sugarcane field

2.3.2 澆灌試驗 從表6 可知，與對照相比，澆灌無害化處理的有機肥的甘蔗莖長、莖徑、有效莖數有不同程度的增加，桂糖41號的甘蔗產量為6.290 t/667m2，比對照增產1.687 t，增長36.65%，平均蔗糖分為14.43%，比對照增加1.54%；桂糖32號的甘蔗產量為6.830 t/667m2，比對照增產1.323 t，增長24.02%，平均蔗糖糖分為14.32%，比對照增加2.21%。

表6 澆灌無害化處理有機肥的甘蔗生產指標Table 6 Production index of sugarcane treated with harmless organic fertilizer

3 結論與討論

病死豬經高溫生物降解之后豬瘟、藍耳、圓環Ⅱ型、偽狂犬、傳染性胃腸炎、流行性腹瀉、口蹄疫、鏈球菌、副豬嗜血桿菌等多種病原檢測均為陰性，除本項目前期研究，目前未見國內有對病死豬無害化處理后的有機肥進行多種病原檢測的報道。藍耳病毒感染后傳播速度極快，難以根治[24]；感染圓環病毒Ⅱ型后易繼發或并發其他傳染病，且廣泛存在、凈化困難[25]；豬偽狂犬病毒感染后易引起暴發流行[26-27]；豬口蹄疫傳染性強，難以控制[28]；豬瘟和藍耳、偽狂犬、豬圓環和口蹄疫等病毒極易發生混合感染[29-30]；豬流行性腹瀉和傳染性胃腸炎癥狀相似，常發生混合感染；高溫生物降解消滅了病死豬攜帶的所有病原體，將這一過程完全地實現了無害化，避免這些病原體被攜帶進入生活生產區再次擴散傳播，避免了病死豬進入流通環節，一定程度上也避免了食品安全問題的發生，促進了養殖業的健康發展[31]。病死豬無害化處理得到的肉骨粉中含有豐富的氨基酸及其他營養元素，其粗蛋白含量為44.64%，粗脂肪含量為11.02%，鈣和磷含量分別為2.02%和1.02%，谷氨酸、甘氨酸、亮氨酸和精氨酸含量分別為4.61%、2.02%、1.96%和1.62%，營養成分及氨基酸組分比較平衡，可以作為優質的有機肥；還可添加在畜禽飼料中，有助于保證日糧的氨基酸平衡及氨基酸消化率[32]，肉粉中的粗脂肪還可為動物生長提供能量；還可以適當的比例代替魚粉，其氨基酸組分較魚粉更為全面均衡、含量也與魚粉接近且成本更低，是理想的蛋白粉來源和替代品[33]。

豬場糞污水和病死豬無害化處理后生產出的有機肥有效地促進了甘蔗產量的增加及糖分的提高。其中，有機肥噴灌處理較常規施肥的桂糖31號和桂糖32號的產量分別增長14.77%和17.40%，糖分分別提高5.67%和3.46%，有機肥澆灌處理較常規施肥的桂糖41號和桂糖31號的產量分別增長36.65%和24.02%。甘蔗渣及甘蔗糖蜜發酵后還可用來飼喂豬，施用有機肥可以很大程度上減少無機肥的施用量，減少環境污染；還可有效地防止土壤板結，培肥土壤肥力，提高甘蔗的防風能力，促進甘蔗生長，提高甘蔗的品質，降低生產成本[9,34]。項目的實施有效地解決了養豬過程中所出現的污染問題，實現了資源的循環利用，將整套養豬生產體系實現了生態養殖，將養殖業與種植業結合在一起，建成了一套循環、高效、節能、環保的生態農業模式，極大地促進了生態環境的可持續發展。

研究建立了“豬-有機肥-甘蔗-蔗糖發酵(甘蔗糖蜜)-豬”的資源循環體系，實現了種養結合的生產模式，具有極高的推廣價值。廣西作為養豬大省，豬場逐漸增多，但豬場產生的廢棄物并不能得到及時的處理和應用，給環境造成了極大的壓力。因此厭氧消除技術、高溫生物降解技術以及將無害化處理后的有機肥應用于甘蔗的整個技術體系為廣西的規模豬場做了示范，推廣應用后可以有效地改善廣西各地豬場廢污處理不當的現狀，將有機肥施用于農作物，減少無機肥的使用，減少環境污染，降低生產成本，促進廣西畜牧業和種植業的可持續發展。