豬場廢棄物資源化利用及環(huán)境友好型養(yǎng)殖技術探討

陳社新

(山東省陽谷縣畜牧獸醫(yī)事業(yè)發(fā)展中心，山東聊城 252300）

隨著我國畜牧業(yè)的快速發(fā)展，生豬養(yǎng)殖業(yè)在滿足人類對肉類食品需求的同時，由于養(yǎng)殖規(guī)模的擴大也帶來了一系列環(huán)境問題。如生豬養(yǎng)殖產生的廢棄物--糞便、尿液、廢水等大量增加，如果不進行妥善處理，會嚴重影響豬場周邊水質、土壤及空氣質量，進而對養(yǎng)殖場畜禽健康和環(huán)境產生不良影響。因此，研究豬場廢棄物資源化利用和環(huán)境友好型養(yǎng)殖技術成為當前畜牧業(yè)發(fā)展的首要任務。豬場廢棄物資源化利用是指將廢棄物轉化為有價值的資源，如將糞便轉化為有機肥料、生物質能源等，從而減少廢棄物直接排放對環(huán)境的污染。環(huán)境友好型養(yǎng)殖技術則是指在生豬養(yǎng)殖過程中采取一系列技術措施，合理利用廢棄物資源并降低對環(huán)境的負面影響，實現(xiàn)生豬養(yǎng)殖與環(huán)境保護的和諧發(fā)展，包括飼養(yǎng)管理、飼料配方調整、疫病防控以及廢棄物處理等。本文旨在綜述豬場廢棄物資源化利用及環(huán)境友好型養(yǎng)殖技術的研究進展，總結了廢棄物處理技術、資源化利用途徑及環(huán)保養(yǎng)殖措施等方面的研究。通過對現(xiàn)有研究成果進行梳理和分析，為實現(xiàn)豬場廢棄物資源化利用和環(huán)境友好型養(yǎng)殖的目標提供理論支持和實踐參考。

1 豬場廢棄物資源化利用的意義

豬場廢棄物處理不當，會給豬場帶來嚴重的資源浪費和經濟損失，也會對環(huán)境和人畜健康造成危害。據王博[1]研究報道，我國每年因豬場廢棄物造成的土壤污染面積超過1 億畝，每年因養(yǎng)豬業(yè)造成的水體污染面積超過100 萬畝。我國養(yǎng)豬業(yè)每年排放的氨氣、硫化氫等氣體總量分別達到1 300 萬噸和40 萬噸。未經處理的豬場廢棄物中含有病原菌、病毒等病原體，若不及時處理，會導致病原微生物傳播和流行，如非洲豬瘟、豬藍耳病、豬流行性腹瀉等疫病的發(fā)生[2]。因此，豬場廢棄物資源化利用具有重要的意義，主要包括以下4 個方面：①節(jié)約資源：豬場廢棄物包括豬糞、尿液、飼料殘渣等，這些廢棄物中含有大量的養(yǎng)分和有機物質。通過資源化利用這些廢棄物，可以節(jié)約大量的資源，減少浪費。②環(huán)境保護：豬場廢棄物中含有大量的微生物和氮、磷等營養(yǎng)物質。通過發(fā)酵或沼氣處理等資源化利用后，可以降低對環(huán)境污染的風險。③經濟效益：通過將豬場廢棄物轉化為可利用的產品，如有機肥料、飼料、生物質能源等，可以產生一定的經濟效益。④循環(huán)利用：豬場廢棄物資源化利用可實現(xiàn)種養(yǎng)結合的循環(huán)經濟，促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展，對實現(xiàn)“綠色農業(yè)”具有重要的意義。

2 豬場廢棄物資源化利用技術

2.1 豬糞生物質能源化利用

2.1.1 生物氣體生產

生物氣是一種可通過厭氧發(fā)酵產生的可再生能源，主要由甲烷和二氧化碳組成。豬糞中含有豐富的有機物，適宜作為生物氣的原料。1 頭成年豬每天生產豬糞約2～4 kg，利用豬糞生產生物氣，不僅可以有效處理豬場廢棄物，降低環(huán)境污染，還能提供清潔能源，降低化石能源的消耗。豬糞生物氣生產的關鍵技術包括：預處理、厭氧發(fā)酵和生物氣收集與利用。預處理主要是為了去除豬糞中的雜質、調節(jié)水分和碳氮比例，以提高厭氧發(fā)酵的效率。厭氧發(fā)酵過程中，微生物將有機物分解為甲烷、二氧化碳和其他氣體，而發(fā)酵溫度、pH 值和微生物菌種等對生物氣產量和質量有顯著影響。生物氣收集與利用系統(tǒng)主要包括氣體收集設備、儲氣設備和氣體凈化設備，以確保生物氣的安全、有效地利用。Doreswamy 等[3]研究發(fā)現(xiàn)，利用豬糞進行厭氧消化后可得到純度為89.59%的生物乙醇。此外，Duan 等[4]報道，目前專家已開發(fā)出了不同類型的厭氧發(fā)酵裝置，如固定床發(fā)酵器、UASB 反應器和CSTR 反應器等，以適應不同規(guī)模豬場的需求，并通過優(yōu)化發(fā)酵條件和菌種篩選，可進一步提高生物氣產量和質量。豬糞生物氣生產技術的推廣和應用，有助于實現(xiàn)豬場廢棄物資源化利用，促進養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2.1.2 生物柴油生產

生物柴油是一種通過對豬糞進行處理，將其轉化為可替代化石柴油的生物燃料[5]。這種方法不僅能實現(xiàn)豬場廢棄物的有效利用，還可以緩解柴油機等對化石柴油的依賴，降低環(huán)境污染。豬糞生物柴油生產主要包括以下6 個步驟：①預處理：豬糞經過固液分離，去除雜質、異物和多余的水分。②脫水與干燥：使用糞便脫水干燥機將預處理后的糞便進一步脫水和干燥，降低水分含量，以便于后續(xù)處理。③提取油脂：將干燥的豬糞進行油脂提取，通常采用溶劑提取法或者超臨界流體提取法，提取豬糞中的油脂成分。④酯交換反應：將提取出的油脂與醇（如甲醇或乙醇）在催化劑（如堿性催化劑）作用下進行酯交換反應，生成生物柴油（豬糞生物酯）和甘油副產品。⑤分離與提純：通過分離、脫水和脫色等工藝對生物柴油進行提純，以達到滿足燃料使用要求的生物柴油產品。⑥生物柴油產品的應用：經過提純的豬糞生物柴油可作為柴油發(fā)動機的燃料，直接替代或與化石柴油混合使用，降低對化石柴油的依賴和溫室氣體排放。豬糞生物柴油生產技術有助于推動豬場廢棄物的資源化利用，減少環(huán)境污染，實現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6]。這種技術的推廣應用還需要克服一些技術難題，如提高油脂提取效率、降低生產成本等，以使其具有更好的經濟效益和市場競爭力。

2.2 豬糞肥料化利用

2.2.1 制造有機肥

豬糞肥料化利用是將豬糞轉化為對農作物有益的有機肥料，從而實現(xiàn)資源化利用的過程。豬糞作為一種天然的有機物來源，富含氮、磷、鉀等農作物生長所需的養(yǎng)分，具有很高的利用價值。將豬糞生產成有機肥，既能降低豬場廢棄物對環(huán)境的污染，又能為農業(yè)生產提供優(yōu)質的肥料資源[7]。有機肥生產主要有5 個步驟：①預處理：將豬糞進行固液分離，去除雜質和過多的水分。②堆肥發(fā)酵：將預處理后的豬糞與其他農業(yè)廢棄物（如秸稈、樹葉等）混合，進行厭氧或好氧發(fā)酵。在此過程中，微生物分解豬糞中的有機物，產生熱量，使堆肥溫度升高，同時將豬糞中的有害物質（如致病菌、寄生蟲卵等）消除或降低至安全水平。③成熟與穩(wěn)定：經過一定時間的發(fā)酵，堆肥的肥料逐漸成熟穩(wěn)定，具備較高的肥效和良好的農作物適應性。成熟的堆肥呈黑褐色，氣味較小。④有機肥生產：將成熟的堆肥肥料進行造粒、干燥等處理，生產出有機肥產品。這些有機肥產品可直接用于農業(yè)生產，改善土壤結構，提高作物產量和品質，實現(xiàn)農業(yè)生產的可持續(xù)發(fā)展。

2.2.2 豬糞生物活性物質提取

豬糞肥料化利用不僅可以應用于堆肥與有機肥生產，還可以從中提取生物活性物質。由于豬糞中含有多種生物活性物質，如植物生長調節(jié)劑、抗氧化劑、抗菌肽等。這些物質在農業(yè)生產中具有潛在的應用價值[8]。生物活性物質提取主要有4 個步驟。①預處理：對豬糞進行固液分離、去除雜質和多余水分。②提取：利用有機溶劑、水提取或超臨界流體萃取等方法，從預處理后的豬糞中提取生物活性物質。③分離純化：對提取液進行色譜分離、離心、膜過濾等操作，分離純化出目標生物活性物質。④應用：將提取出的生物活性物質應用于農業(yè)生產，如植物生長調節(jié)劑可以促進作物生長，抗氧化劑和抗菌肽可用于農作物抗病或產品貯存。豬糞生物活性物質提取有助于提高豬糞的經濟價值，同時，這些提取物質也有助于推動農業(yè)生產可持續(xù)發(fā)展。

2.3 豬糞飼料化利用

2.3.1 豬糞蛋白飼料

豬糞蛋白飼料是一種飼料化利用的方式，主要通過發(fā)酵、蛋白水解等工藝處理豬糞，提高其蛋白質含量，生成適用于畜禽養(yǎng)殖的飼料[9]。包括5 個步驟：①預處理：對豬糞進行固液分離、去除雜質和多余水分。②發(fā)酵處理：將預處理后的豬糞與發(fā)酵菌種（如酵母菌、曲霉等）混合，通過好氧或厭氧發(fā)酵工藝，使微生物將豬糞中的有機物質分解成蛋白質，以提高蛋白質含量。發(fā)酵過程可以消除豬糞中的有毒物質、抑制因子等，提高飼料的安全性。③蛋白水解：對發(fā)酵后的豬糞進行蛋白水解處理，可以采用化學法（如酸堿水解）或酶法（如蛋白酶水解）。水解過程中，大分子蛋白質被分解為小分子肽和氨基酸，提高動物對飼料的消化吸收率。④制粒與干燥：將水解后的豬糞進行制粒，制成顆粒狀飼料，并通過干燥設備降低其水分，以提高飼料的貯存穩(wěn)定性。⑤配合飼料：將豬糞蛋白飼料與其他飼料原料（如玉米、豆粕等）按一定比例混合，制成全價配合飼料，用于畜禽養(yǎng)殖。

2.3.2 豬糞菌草飼料

豬糞菌草飼料的生產過程包括預處理、菌種接種、發(fā)酵培養(yǎng)、收獲與加工以及配制飼料等步驟。通過將豬糞與菌草混合培養(yǎng)，利用菌草的分解和吸收作用，可以生產出高營養(yǎng)價值的菌草飼料。在生產過程中，需要注意控制生產條件和菌種的選擇，確保飼料的安全性和有效性。

3 環(huán)境友好型養(yǎng)殖技術

3.1 豬舍環(huán)境改善技術

3.1.1 豬舍通風與氣流調控

豬舍通風與氣流調控是豬舍環(huán)境改善的關鍵技術[10]，可以有效調節(jié)豬舍內的溫度、濕度、氣體濃度和氣流速度，提高生豬的生產性能和健康水平。其中，通風包括自然通風和機械通風，自然通風能源消耗低，但受氣候和建筑結構影響較大；機械通風效果較好，但能耗較高。通風系統(tǒng)設計應考慮豬舍建筑結構、氣候條件和養(yǎng)殖密度等。氣流調控[11]通過調節(jié)豬舍內的氣流速度、方向和分布，從而提高豬舍空氣質量和舒適度。

3.1.2 豬舍溫濕度調控

豬舍溫濕度調控關乎生豬生產性能與健康[12]，包括保溫、降溫與濕度調節(jié)。依據豬舍建筑材料選擇保溫材料和隔離簾；通過通風、水噴霧及屋頂噴灑等方式實現(xiàn)豬舍降溫調節(jié)；通過通風、鋪設干燥材料與地面排水的方式進行豬舍濕度調節(jié)。

3.2 豬場污水處理技術

3.2.1 分流與沉淀處理

分流與沉淀是處理豬場污水常用的方法[13]，分流是將豬場產生的固態(tài)和液態(tài)廢棄物分開，通常采用斜篩、格柵或滾筒篩等設備。此過程可減輕后續(xù)處理設備的壓力，提高處理效率。沉淀處理是利用重力作用，讓較重的固態(tài)顆粒在水中沉降，形成污泥。沉淀池的設計需考慮固體廢物停留時間、有效容積和沉淀速度。

3.2.2 生物處理技術

生物處理技術包括好氧處理（如活性污泥法）、厭氧處理（如厭氧消化法）以及微生物菌劑處理等。好氧處理指微生物在氧氣充足的條件下，將污水中的有機物進行氧化分解，從而實現(xiàn)有機物的降解和無害化處理。厭氧處理指厭氧微生物在無氧環(huán)境下分解有機物，產生沼氣等可利用產物。微生物菌劑處理則通過在污水中接種特定的功能性微生物菌劑，提高污水處理效率。

3.2.3 化學處理技術

化學處理技術包括絮凝、沉降、中和和氧化還原等方法，可有效去除豬場污水中的污染物[14]。主要是通過在豬場污水中加入特定的化學物質，使污染物形成懸浮物、膠體顆粒等，并使其聚集沉降；通過調整pH 值和有害物質的氧化還原反應，對污水中的有害物質進行降解和處理。

3.3 豬場廢氣治理技術

當前，豬場廢氣治理技術主要包括以下6 種：①生物濾器處理技術：通過填充物、微生物群落和過濾床來降解豬場廢氣中的有機物質，減輕惡臭和污染。可通過選擇填充物類型、微生物種類，優(yōu)化過濾床厚度和控制適宜的溫度、濕度條件等方法來提高處理效率。②生物技術：包括生物過濾技術、生物脫臭技術、生物吸附技術等，可利用微生物的降解作用將廢氣中的有機物質轉化為無害物質。生物技術具有成本低、效果好、環(huán)保等優(yōu)點。③物理吸附技術：使用活性炭、沸石等吸附材料吸附豬場廢氣中的有機物質和惡臭氣體，降低廢氣對環(huán)境的污染。但需定期更換吸附材料，增加了養(yǎng)殖成本。④化學處理技術：通過化學氧化、中和等反應來去除廢氣中的有害成分。雖然處理效果較好，但可能會造成二次污染，且處理成本高。⑤光催化氧化技術：利用光催化劑在光照下催化氧化廢氣中的有機物質，將其轉化為無害物質；該技術具有處理效果好、無二次污染等優(yōu)點，但所需要的技術設備成本較高。⑥植物凈化技術：通過種植具有吸附、降解惡臭物質功能的植物，達到凈化豬場廢氣的目的。這種方法具有成本低、環(huán)保、美觀等優(yōu)點。

4 小結

豬場廢棄物資源化利用技術已逐步成熟，且具有廣闊的應用前景和經濟價值，同時也是綠色養(yǎng)殖的重要舉措之一。未來，需要進一步推進相關技術的研發(fā)和創(chuàng)新，提高豬場廢棄物資源化利用的經濟效益和可持續(xù)性，加強政策的支持和引導，構建廢棄物資源化利用的市場體系和產業(yè)鏈，從而實現(xiàn)綠色養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。