微生物發酵技術在生豬糞污處理中的應用

常 禹 藺國龍 王金提 石芳權

（甘肅省西和縣畜牧獸醫站，甘肅西和 742100）

我國畜牧業的不斷發展壯大給畜禽糞便的處理與環境治理帶來了新的挑戰。當前正值國家鄉村振興戰略實施取得階段性進展的關鍵時刻，也是謀劃鄉村產業發展的關鍵之時，為了推動畜牧業快速、健康、可持續發展，同時促進畜牧業與環境保護的協調發展，國家對畜禽養殖廢棄物無害化處理提出了新要求。2021年，中央一號文件提出全面振興畜牧業、大力推進糞污資源化利用，提倡各地開展種養循環、綠色發展。我國是養豬大國，生豬飼養量及其豬肉產量占世界總量的1/2，養豬業是我國的主導產業，豬肉與人們日常生活息息相關，生豬產業的發展歷年來是各級政府主抓的重大工程之一。因此，要做大、做強養豬產業，毫無疑問就必須走綠色發展之路，就得徹底解決好生豬糞污排放問題。

1 生豬糞污處理及資源化利用方向

生豬養殖業迅速發展，豬只難免要排放大量的糞便、尿液等廢棄物，這些排泄物中含有大量的含氮化合物、礦物質和微量元素等，直接排放會帶來了一系列的環境問題，這也是關系到豬場能否可持續發展的關鍵因素之一。按照成年豬1天的排糞量為2～3 kg/頭，排尿量為3～5 kg/頭計算，其一年的排污量就需要1.2畝農田來自然消納[1]；一個飼養1萬頭豬的養豬場每年需要清理糞便約1.38萬噸，而目前我國畜牧業廢棄物的利用率還不到50%，如何有效解決養殖業廢棄物的資源化利用是養殖從業者不可忽略的問題[2]。當前養豬產業中，常用的糞污處理方式有堆肥法、化糞池沉淀法、沼氣利用及有機肥加工法等，生豬糞污收集與處理遵循“雨污分離、干濕分離、固液分離”的原則。因此，新規劃的大規模豬場應設置集污區，對糞污處理實施沉淀分離法，分離后的液體可進入生態凈化塘或人工濕地，固體廢棄物可經管道或運輸工具運往肥料加工廠再加工利用；由于畜禽糞便含有豐富的氮、磷、鉀等元素，是優質的有機肥生產原材料，因此，養豬場糞便資源化再利用意義重大。隨著科技的發展，畜牧業也在不斷轉型升級，生產管理水平也在不斷提高，畜禽污染物的防治和綜合利用將進一步透明化，政府監管措施將進一步加強。飼料業、養殖業、有機肥加工業的循環式發展，數字化、信息化的產品溯源等，將大大方便用戶及監管者隨時查詢其產品相關資料（見圖 1）[3]。

圖1 養豬糞污資源化利用示意圖

2 微生物發酵床的養豬技術優勢

微生態發酵床養豬是利用微生物的轉化、降解等功能，將發酵床墊料與生豬糞便協同發酵，使大分子物質進一步分解成可被微生物利用的小分子營養物質。微生物發酵床是一種新型、安全、高效、環保的生態養豬技術，最早起源于日本、韓國，20世紀90年代被引入我國并得以推廣應用[4]。微生物生態養豬就是利用生豬的翻拱、爭斗等行為以及微生物發酵、降解作用，徹底解決養殖面源的污染問題，真正實現生豬飼養過程中的安全環保、無污染、零排放等問題，從而減少傳統養殖方式中的圈舍沖洗和打掃，極大地減少了污染物的量，節省了人工、水電等飼養成本。微生態發酵床的核心物質是乳酸菌、酵母菌、光合細菌等多種微生物益生菌群，鋸末、稻殼、干草粉、小麥或玉米秸稈等都可作為墊料，在實際生產中，為了達到理想狀態，在墊料中加入一定量的營養成分和益生菌種來增殖發酵，使糞便中的有機物在益生菌的作用下分解，實現豬舍無臭無味、改善養殖環境。益生菌也可以吸收糞便中的養分進行繁殖和代謝，使糞便中營養物源源不斷地被分解出來，成為豬只生長所需要的動物蛋白、單糖、維生素等營養物質[5]。同時，由于豬是單胃動物，不能直接利用含有大量纖維素、半纖維素的秸稈墊料，而發酵微生物中含有大量的酶類，能消化分解大分子物質，發酵后的墊料作為富含營養物質和益生菌的飼料源被豬利用，減少需要補充的精飼料，降低營養素的損失和碳的達標排放。最后，殘余的廢渣墊料可用于還田或直接運送至有機肥加工廠被加工利用，最終形成物質的良性循環（見圖2）。

圖2 微生物發酵床養豬糞污處理流程

在微生物發酵過程中，利用有益菌群的優勢作用，能抑制大腸桿菌、沙門氏菌等有害菌的增殖，減少有害氣體的排放，不但改善了豬只生存環境，而且提高了豬自身的免疫能力，降低了疾病的發生概率[6]；田義[7]總結得出發酵床養豬的優勢，發酵床養殖對提高豬生產性能、改善豬肉品質、提高豬肉不飽和脂肪酸與氨基酸含量都具有顯著作用；李思圖等[8]研究微生物發酵能夠顯著影響豬肉脯pH值，有效改善豬肉的外觀、風味和色澤等特征。

由于發酵床發酵可產生大量熱量，更適宜生豬的健康生長，且在我國氣候條件干燥寒冷的北方地區具有顯著的優勢；生態發酵床養豬技術的推廣應用為中小規模養殖企業帶來了新的發展方向和更好的經濟效益，如甘肅西和恒煜生態養殖有限公司、恒豐養殖合作社等養豬企業采用傳統發酵床生態養豬技術，有效提高了廢棄物綜合利用率和養殖效果，大大減少氨氣、硫化氫、二氧化碳等有害氣體的排放[9]。但發酵床養豬技術也有其不足，如在豬群飼養規模、益生菌發酵效率等方面還未能夠達到更好的突破，且出現了一些技術和操作方面的短板與困難：一是發酵床內飼養生豬規模較小，或發酵床墊料濕度過大，造成發酵效果不佳；二是由于生豬直接與墊料接觸，一旦飼養密度過大就容易造成墊料和糞便發酵不充分，容易使豬只感染疾病；三是發酵床內墊料發酵產熱造成局部溫度較高，不利于豬只健康生長；四是為了不影響菌群繁殖，不宜于開展消毒工作，對豬群疫病防控造成隱患。針對以上問題，異位發酵床養豬模式應運而生，這也是基于傳統發酵床養殖模式后的更新迭代，解決了老一代發酵床存在的各種問題。

3 異位發酵床生態養豬模式的推廣

微生物發酵床養豬分為原位發酵床和異位發酵床，原位發酵床即為傳統意義上的微生物發酵床，異位發酵床為近年來發展起來的新技術，也稱為場外發酵床，主要區別是動物與發酵基質原料沒有直接接觸，但糞便處理發酵原理與原位發酵床相同。異位發酵床的組成一般由集污池（排污管道）、發酵池、墊料以及噴淋設備、翻耙設備等組成，根據豬舍布局設計的不同可分為高架發酵床和舍外發酵床，高架發酵床是將飼養層和發酵床分為上下兩層，糞污通過漏糞地板進入發酵床，避免了豬與發酵床直接接觸，并提高了土地使用效率[10,11]；舍外發酵床就是將豬舍飼養層和發酵床分開，相當于動態堆肥，糞污通過糞污溝或管道進入發酵床，采用翻耙和添加微生物菌劑提高發酵效率、調整墊料溫度，該技術適用于年出欄規模在1 000～2 000頭的養豬場[11,12]。異位發酵床的主要發酵流程如圖3所示，豬舍內生產的糞尿經排糞溝或排污管道進入集糞池，后通過污泵、噴淋機均勻噴灑并與發酵床墊料混合、經翻耙后發酵，達到糞尿降解、臭味消除的目的，實現了糞污變廢為寶[13]。由于高溫濕熱因素影響，在我國南方如廣東、福建、浙江等地應用異位發酵床養豬技術較原位發酵床養豬技術更為廣泛，如溫氏食品集團股份有限公司的合作養豬戶多推廣應用異位發酵床養豬技術，且贏得地方政府部門的高度認可[11]。

圖3 異位發酵床養豬技術流程圖

與傳統微生物發酵床養豬技術相比，異位發酵床養豬法在理論、實踐中占據明顯優勢，方法更科學，布局更美觀。異位發酵床的技術優勢是將發酵床體和飼養分開，完全可以進一步擴大養殖規模，解決了微生物發酵高溫對發酵效果的不利影響，消除了消毒措施帶來的負面影響，減少了動物疫病發生的概率。同時，異位發酵床也能夠同傳統的養豬舍相統一，對普通豬舍稍作改造即可成為異位發酵床，豬只仍然在原舍內飼養，只需在圈舍下層或附近配套增設微生物發酵床，糞污可經漏糞地板或污溝管道集中到化糞池，然后通過抽泵均勻噴灑在發酵床內進行發酵。異位發酵床還具有可以機械化作業的優勢，糞便噴灑、翻耙均勻，微生物發酵高效、徹底，最后加工而成的有機肥品質也較高。

4 微生態發酵床建造技術要點

4.1 發酵床的制作要求

微生物發酵床是農業農村部推薦的糞污處理技術之一，具有較高的資源化利用效率，符合飼養規模1萬頭以下的生豬育肥場，發酵床、集污池距離飼養圈舍不能太遠，微生物發酵床的面積可按照豬舍面積20%或每頭豬約0.2 m2設計[14]。發酵床體一般設計為長方形，床上應搭建陽光棚，徹底隔絕雨水混入，床體地面要做防滲水處理，同時要配套安裝污泵、攪拌機、噴淋機、通風設備等，并規劃好翻耙行走軌道[15]。

4.2 墊料的選擇與鋪設

異位發酵床墊料應選用通透性較好的鋸末屑、谷殼、玉米秸稈等作為墊料，選用少量麥麩、酒糟、谷殼粉等農業副產物作為發酵飼料的基質原料，墊料和基質原料混合均勻、攪拌鋪平，厚度以0.8～1.2 m為宜，保持濕度45%左右[16]。要保證墊料干凈衛生，防止霉變或被腐蝕；墊料的長短和粗細應適中，要求2/3以上墊料能過2 mm孔徑的篩，過細或過粗均不利于發酵[17]。

4.3 菌種的篩選與配制

菌種是具有活性的有益微生物，是整個微生物發酵過程中的主角，菌種的擴繁與培養非常重要，其生長需要一定的營養物質，前期吸收分解墊料混合物中的營養成分，后期降解糞污中的大分子物質。一般選用的菌種主要成分為枯草芽孢桿菌、酵母、消化酶等，添加量50～1 000 g/m3，配制時要按比例進行稀釋浸泡后拌勻、噴灑，要通過翻耙設備充分增加菌種與墊料、氧氣的接觸量[1]。隨著微生物發酵，菌種的活性也會下降，應根據發酵情況及時補充，通常每21 d補充1次菌種[14]。

4.4 發酵床的運行與維護

在微生物發酵床的運行過程中，應密切關注溫濕度的變化，做好水分控制、通風換氣、翻耙措施等，增加翻耙次數可促進墊料中芽孢桿菌等菌群的繁殖，提高脲酶活性，促進糞污分解[12]。水分過高意味著濕度過大，需要增加翻耙和換氣頻次；水分過低則減緩發酵速度，可以適當提高飼養密度，增加糞污噴淋量。溫度是評價微生物發酵床運行效率最直觀的表征，墊料溫度高于55℃時，可增加翻耙次數和換氣頻率；溫度過低意味著發酵效率低下，應查找原因，立即采取必要的措施，如添加菌劑、翻耙、更換墊料等，若墊料表面出現板結，則需要增加翻耙措施，進一步促進微生物有氧呼吸。發酵床的使用年限一般為2～3年，為了保持微生物的發酵效果，要及時補充新的墊料和菌種；經微生物發酵后的糞污與墊料作為有機肥加工原料，再次被利用。

5 小結

生豬產業要想實現可持續、健康、綠色發展，就必須解決好飼料源、飼養過程、糞污排放等3個階段中存在的問題，要不斷自我技術革新、秉承環保發展理念、探索應用養殖新模式。積極推進養豬產業向高質量、高標準方向發展，走適度規模、種養結合、生態環保和資源化利用、循環農業發展道路，立足當地資源優勢，推行微生物發酵床養豬技術，依據生豬飼養規模與條件選擇原位或異位發酵模式，實現養豬產業可持續健康發展。