畜禽糞污資源化利用國內外研究進展

毛同輝 羅 杰 吳光松 羅曉玲

（1 銅仁市畜牧技術推廣站，貴州銅仁 554300；2 銅仁職業技術學院，貴州銅仁 554300；3 農業廢棄物資源化利用工程技術研究中心，貴州銅仁 554300；4 開陽縣畜禽品種改良站，貴州貴陽 550300；5 國家民委中獸藥重點開放實驗室，貴州銅仁 554300）

1 畜禽糞污成分及危害

畜禽糞污是指畜禽養殖業中產生的畜禽糞便和養殖廢水，這些糞污既含有營養成分，也含有殘留藥物、病原微生物等有害成分。畜禽糞污是養殖場的污染源，一方面，因其含有較多的病原體[1]，處理不及時可能造成疫病傳播；另一方面，未經處理的糞便直接排入環境中，會造成環境嚴重污染，影響土質、危害農作物生長，導致水體富營養化；而且在露天環境下還會釋放有害氣體，易造成大氣污染并影響環境安全。畜禽糞污污染會嚴重影響畜禽養殖產業發展，因此，畜禽養殖場糞污處理的資源化利用很有必要。

2 畜禽糞污資源化利用技術

2.1 好氧堆肥發酵技術

好氧堆肥法利用需氧微生物的氧化效應，將畜禽糞污中的有機物分解、礦化，并經過腐化轉變為腐殖質的生物化學反應過程。好氧堆肥過程中存在局部高溫環境，能夠殺滅活性種子及病原微生物，將糞污轉化為有機肥。常見的好氧堆肥模式有靜態垛式、條垛式、反應器式和槽式，其中，反應器式處理周期短、堆肥占地面積小、產能高，是較好的堆肥模式之一。經堆肥后得到的有機肥產品能夠作為肥料，改善土質、促進植物生長、促進產能提升，實現種養循環[2]。

傳統的好氧堆肥處理技術目前仍存在許多不足，如有害氣體排放量大、重金屬殘留、腐殖化程度較低、抗生素和獸藥殘留、養分損失過大等[3]。針對這些問題，學者們進行了很多相關參數優化研究。周海賓等[4]研究了筒倉式反應器，可提升堆肥中氮養分含量。李開發[5]研究發現堆肥過程中添加微生物菌劑，能夠加快堆肥各個階段的反應進程，同時改變不同時期菌落的組成結構和數量，進而影響整個堆肥過程。為解決傳統的好氧堆肥處理技術中氮素損失及二次污染，功能膜法好氧堆肥技術近年來受到關注。孫曉曦等[6]研究發現功能膜法好氧堆肥技術作為一種改良型的強制通風、靜態垛式好氧堆肥模式，解決了傳統條垛式、槽式發酵空間不均勻、產排大量臭氣等問題，相較傳統技術，具有能耗低、有害氣體逸散少、發酵程度高和周期短、效率高等優點，成為越來越重要的發展方向。同時，近年還研究出超高溫好氧堆肥、分子膜堆肥、智能分子膜覆蓋堆肥技術等新型工藝[7]。

2.2 異位發酵床技術

異位發酵床技術相較于傳統接觸式發酵床養殖技術，在技術上可實現糞污“零排放”。其原理是通過人工構建的高效發酵系統，利用活性微生物復合菌群，長期、持續、穩定地將集中收集的畜禽糞尿在發酵床中完全降解為有機肥和能量，從而達到糞污無害化處理的目的[8]。該方法將畜禽養殖和糞污處理有效分開，在實現養殖糞污持續消納的同時，可高效轉化氮、磷等營養元素為可利用的有機肥，實現糞污的資源化利用[9,10]。

李念等[11]以蜂窩體的概念為基本模型，以木屑、稻殼和秸稈殘渣為基質，添加復合微生物菌劑制成微生物反應堆。將適量的糞水噴灑到微生物反應堆中，糞水中所包含的氮和碳大分子有機物都會被微生物菌群循環分解，慢慢轉化成一些易被植物吸收的物質，如氨態氮、腐殖酸、硝酸鹽氮等，并且在發酵過程中還會釋放大量熱能。整個反應堆存在大量微生物，將糞水固形物連續分解消納吸收，同時產生熱量，在高溫下實現液體蒸發，適時補充墊料和微生物菌劑，從而實現畜禽養殖糞水循環清理。

2.3 厭氧發酵沼氣技術

厭氧發酵沼氣技術是畜禽糞污資源化利用的主要途徑。它是將多種有機物質（如糞污、植物殘渣等）經厭氧消化，獲得沼氣、沼液和沼渣的技術[12]。目前，國內厭氧發酵技術的推廣和應用符合我國國情，發展迅速。該技術能實現農作物廢物與畜禽糞污的高效、綠色、安全綜合利用，成為當前的重點研究與應用技術熱點之一。而且，農業和養殖業廢棄物等通過發酵形成的副產品，含有大量的營養物質及活性物質，成為了可直接還田的有機肥[13]。

2.4 水熱碳化技術

水熱碳化是將適當比例的糞污和水置于密閉的反應器中，在一定的溫度和壓力下生成富碳固體產物的過程[14]。畜禽糞污經水熱碳化后，原料中的無機成分主要存在于液相中，具有較高的應用潛力，可應用在土壤改良、生物能源、功能型材料輔料，吸附除雜等方面；但水熱碳化技術也存在重金屬含量高的缺點，會影響應用前景，要解決這一難題，需要利用微波爐快速加熱，使重金屬快速反應分解，達到降低重金屬含量，提高畜禽糞污資源化利用的目的[15]。

2.5 熱解技術

生物質熱解是指在缺氧或者低氧狀態下，通過高溫將生物質分解為焦炭、生物油、可冷凝液體和氣體產物的反應過程，具有周期短、效率高、抗病原能力強等特點。王立華等[16]以畜禽糞污為原料，對熱解工藝進行了優化研究，提升了熱解技術的應用程度。但該技術由于能耗較高，對推廣應用造成了一定的限制。

2.6 氧化塘技術

氧化塘技術是利用水中的微生物、藻類對畜禽污水進行生物處理，以實現污水凈化。此方法具有使用成本低、投資價格少及副產物種類少等優點，具有良好的經濟效益。畜禽污水經過此方法處理后，可用于水肥一體化施用，可實現糞污全量還田，還可利用處理后的廢水養魚、養鴨等，具有廣闊的應用前景。近年來，隨著科學技術的迅速發展，通過氧化塘技術改進，調整氮磷添加量、光照時長和強度、氧化池結構、曝氣設備、攪拌方式、增加水體微生物活性等方法，氧化塘處理糞污技術也得到了較大的發展，糞污處理效率也得到了較大提升，在實踐中的應用得到較大發展，養殖主體的接受程度也越來越高。近年來，針對不同的糞污，已有4 種氧化塘類型，分別為好氧塘、厭氧塘、兼性塘、曝氣池[17]；根據不同技術處理，氧化塘可分為高效藻類塘、超深厭氧塘、移動式曝氣塘、水生植物塘等[18]，其中屬高效藻類塘發展優勢最大，高效藻類塘是利用好氧細菌將池塘中的有機物進行降解，產生二氧化碳，進而促進池塘中藻類進行光合作用吸收養分，實現能量轉化的過程。反應過程中，配合紫外線照射，菌藻介導的pH 值環境與氧氣濃度可高效殺滅病原體，產生藻類生物，提升凈水效果[19]。其具有占地面積少、凈水效果好、運行費用低等優勢，同時還能對藻類進行二次利用，深受廣大養殖主體青睞。但氧化塘技術也存在一些問題，如塘內微藻、微生物、植物等受環境影響較大，易造成水分丟失、微生物流失等問題。

2.7 生態處理技術

昆蟲可高效轉化畜禽糞便，同時消減溫室氣體排放，并產生優質的蟲體蛋白、脂肪和蟲沙，實現養分流動循環和畜禽糞便資源化利用。以黑水虻為代表的昆蟲生物轉化畜禽糞便具有低耗能、低排放，保護社會生態環境、提高經濟效益的優勢，是治理畜禽糞便污染最有潛力的策略之一。黑水虻營腐生生活，幼蟲階段可利用糞污中的有機物，實現對畜禽糞污快速無害化處理，轉化為蛋白、脂肪等營養物質，黑水虻的幼蟲可作為動物飼料原料，有效提升了糞污的資源化利用效率[20]。已有較多的研究顯示了其價值，王小波等[21]發現黑水虻在將豬糞轉化為蟲糞的過程中，畜禽糞污中重金屬含量顯著降低。Beskin 等[22]研究發現，黑水虻減少畜禽糞污中揮發性廢棄物產量達87%以上。由于黑水虻的繁殖對光照和溫度要求較高，目前對其生長繁殖技術掌握不全[23]，此外，黑水虻蛹中含較多不飽和脂肪酸、幾丁質，降低了其營養價值，因此，對黑水虻的養殖和利用技術有待完善[24]。

2.8 厭氧氨氧化技術

厭氧氨氧化技術是在厭氧條件下，以氨為電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體，將氨氧化為氮氣的一個化學反應過程，具有高效低耗的特點，比硝化（氨氧化為硝酸鹽）處理糞污節省60%以上的供氧量，還可節省生物脫氮工藝中所需的碳源，對環境體系中碳氮循環尤為重要[25]。影響厭氧氨氧化工藝處理效果的因素有很多，例如污水的pH 值、厭氧反應容器體積、氧含量、溫度、基質濃度等。對處理養殖糞水而言，糞水中的氮濃度、氧含量對厭氧氨氧菌活性影響最大。Pekyavas 等[26]運用厭氧氨氧化技術對雞場污水進行處理時發現，碳氮比對微生物組成影響較大。Miao 等[27]發現污水碳氮比從1.1 調高到1.5 時，厭氧氨氧化細菌脫氮能力增強，而碳氮比高于2.5 時，會抑制厭氧氨氧化細菌，促進反硝化細菌的生長。Meng 等[28]發現水溫在15℃以上，脫氮效果較好。Deng 等[29]用厭氧氨氧化菌與新型復合式厭氧—好氧折流板反應器（HAOBR）處理豬場廢水，發現可以有效去除其中的氨氮、總氮，實現對污水的凈化。

2.9 飼料化利用技術

飼料化利用技術是指將畜禽糞便和飼料按照一定比例混勻后，使用青貯發酵的一種技術，該技術將糞便中的病原微生物殺死，能夠改善飼料的適口性和提高飼料的粗蛋白水平。此技術在禽類糞便處理中被廣泛使用，尤其是在雞糞處理中尤為常見，將雞糞經過處理后，制作成顆粒飼料，能夠顯著降低飼料成本。佟艷妍[30]研究表明，以雞糞、豆秸、酒糟、花生秧等為原料，發酵處理后可作為精飼料飼喂肉牛。祁成年等[31]用發酵雞糞飼料代替部分精料飼喂肉羊，發現可提高料肉比。

3 結論

目前，畜禽糞污資源化利用技術相關研究逐漸增多，但多數處于研究階段，未投入應用。持續推進畜禽糞污治理，是我國畜牧業健康發展的必然要求，也是保障農產品供給的必然選擇，是我國由農業大國邁向農業強國的必由之路。新時代引領新方向，需要優化好氧堆肥發酵技術、沼氣工程等主流技術，關注氧化塘、生態處理技術、水熱碳化技術等應用前景較好的技術，因地制宜選擇畜禽糞污治理路徑，科學推進畜禽糞污資源化利用，使有限的資源得到充分的利用。