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規(guī)模豬場(chǎng)糞污減量化及好氧發(fā)酵技術(shù)研究

李俊婷1，徐盛明2，朱華鴻2，孫時(shí)軍1

(1.寧波市鄞州區(qū)畜牧獸醫(yī)站，寧波市畜牧工程技術(shù)研究服務(wù)中心，浙江寧波 315100；

2.寧波市鄞州區(qū)姜山鎮(zhèn)農(nóng)辦)

豬場(chǎng)糞污資源化利用是農(nóng)業(yè)面源污染治理的重要工作。為實(shí)現(xiàn)畜禽糞污的有效利用，促進(jìn)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，筆者經(jīng)立項(xiàng)研究和總結(jié)，提出了畜禽糞污資源化利用的有效方法。

首先是從源頭減少糞污產(chǎn)生量，主要通過建筑設(shè)計(jì)、飼養(yǎng)設(shè)備、營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、飼養(yǎng)管理模式等進(jìn)行改革，使規(guī)模豬場(chǎng)糞污產(chǎn)生量的70%～80%消除在養(yǎng)殖源頭。

然后，將剩余的糞污收集，污水進(jìn)入集污池，糞便和輔料混合后的物料投入發(fā)酵槽，經(jīng)過無(wú)公害發(fā)酵腐熟、充分?jǐn)嚢瑁瑴囟壬仙?、水分下降后，將污水槽中污水噴淋到物料中，不僅解決了污水處理難題，還可生產(chǎn)高效有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)了糞污同步消納，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。

1畜禽糞污的減量化方案

減量化工程主要是通過對(duì)豬舍的建筑設(shè)計(jì)、飼養(yǎng)設(shè)備、營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、飼養(yǎng)管理模式等進(jìn)行改革，使規(guī)模豬場(chǎng)糞污產(chǎn)生量的70%～80%消除在養(yǎng)殖源頭，從而降低糞污處理壓力[1-2]。

1.1建筑設(shè)計(jì)改進(jìn)，減少糞污產(chǎn)生量

一是建立獨(dú)立的雨水和污水收集管網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雨污分流。一改尿液、雨水混在一起處理的方式，尿液通過尿液收集系統(tǒng)流入污水溝，雨水則通過雨水收集系統(tǒng)流入下水道，通過雨污分流可以減少養(yǎng)殖場(chǎng)污水10%～15%左右。

二是縫隙地板下設(shè)斜坡，使固液分離，分別清除。達(dá)到糞便和污水在豬舍內(nèi)自動(dòng)分離，干糞由機(jī)械或人工收集，尿液及污水由下水道進(jìn)入污水收集系統(tǒng)，進(jìn)行無(wú)害化處理。

三是課題組通過對(duì)母豬限位欄和地面糞溝的改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約建筑面積，達(dá)到了有效干濕分離的目的。

經(jīng)不同清糞工藝的豬場(chǎng)污水水質(zhì)和水量比較，得出干清糞比傳統(tǒng)水沖糞和水泡糞工藝可分別減少豬場(chǎng)的污水排放量60%～70%和40%～50%，并顯著減少污水中的BOD5、CODcr和SS含量。詳見表1。

表1　不同清糞工藝的豬場(chǎng)污水水質(zhì)和水量

注：①水沖糞和水泡糞的污水水質(zhì)按每日每頭排放CODcr量為448 g ，BOD量為200 g，SS為700 g計(jì)算所得。②干清糞的三組數(shù)據(jù)為三個(gè)豬場(chǎng)的實(shí)測(cè)結(jié)果，其余數(shù)據(jù)僅作參考。

1.2飼喂設(shè)備改進(jìn),減少糞污產(chǎn)生量

一是由于飲水器類型和飲水管理對(duì)污水排放量影響較大，目前常用的多為乳頭式飲水器，其最大弊端就是豬只咬住乳頭后飲水可自動(dòng)溢出，夏季豬為減熱常咬住乳頭不放，從而造成大量飲水的浪費(fèi)和污水產(chǎn)生。試驗(yàn)表明，如果改用杯狀、懸掛式飲水器就可完全避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，而且可節(jié)約耗水量5%～10%，產(chǎn)生的污水也可減少5%左右。但要注意掌握供水壓力，水流速度，以免導(dǎo)致飲水外溢[3-4]。英國(guó)國(guó)際豬網(wǎng)推薦的飲水器最佳水流速率詳見表2。

表2　英國(guó)國(guó)際豬網(wǎng)推薦的飲水器最佳水流速率

注：a該推薦量比Brumm(2000)推薦量0.25～1 L/min高，建議生長(zhǎng)育肥豬采用0.25～1 L/min

二是改干式飼喂為干濕飼喂，任豬在同一飼槽中采食飼料和飲水，能夠大幅度減少污水的產(chǎn)生量。據(jù)試驗(yàn)，所有的干/濕喂飼槽都可減少水的撒潑，使污水產(chǎn)生量減少20%～30%。

1.3科學(xué)的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控技術(shù)，降低糞污濃度

一是采用低蛋白日糧和合成氨基酸減少氮的排泄量。據(jù)試驗(yàn)，飼喂低蛋白日糧可降低空氣中的氮含量15%左右。生長(zhǎng)肥育豬日糧中的粗蛋白水平分別降低1.6%(由17.8%降為16.2%)和1.9%(由15.4%將為13.5%)，則氮的排出量可減少9%左右，氨的釋放量可減少8.6%左右。據(jù)試驗(yàn)，通過添加合成氨基酸而使日糧中的蛋白質(zhì)水平從16.5%降至12.5%時(shí)，糞尿中的氨散發(fā)量可減少50%左右，即日糧蛋白質(zhì)水平每降低1個(gè)百分點(diǎn)，糞尿中氮的散發(fā)量可減少10%～12.5%[5-7]。

二是使用添加劑降低氮、磷的排泄量。據(jù)試驗(yàn)，日糧中添加非淀粉多糖、酶制劑、酸制劑、微生物添加劑(EM)、植物提取物、沸石等都可通過營(yíng)養(yǎng)調(diào)控途徑來(lái)增加氮的存留，同時(shí)減少氮的排泄量。磷排泄量的減少，目前主要通過在日糧中添加植酸酶，以去除植酸的抗?fàn)I養(yǎng)作用，使日糧磷的利用率提高26.5%～44.2%，同時(shí)減少磷的排放量。

1.4改進(jìn)飼養(yǎng)管理模式，減少糞污產(chǎn)生通過科學(xué)的飼喂管理，可以有效減少飼料浪費(fèi)，如改善飼料加工工藝、科學(xué)配合日糧、實(shí)施分階段飼養(yǎng)、調(diào)節(jié)飼喂時(shí)間等，都可有效減少糞污的產(chǎn)生量。

2畜禽糞污處理前的準(zhǔn)備工作

一是建設(shè)畜禽糞污處理發(fā)酵舍。發(fā)酵舍內(nèi)設(shè)發(fā)酵槽(建于發(fā)酵舍內(nèi)，儲(chǔ)存和發(fā)酵畜糞的大容器，在地下60 cm用混凝土砌成)、污水槽(建于發(fā)酵舍內(nèi)，用于存放尿液和污水)；發(fā)酵舍的結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)、透明屋頂，凈高5.5 m，頂棚設(shè)置通風(fēng)換氣裝置，兩側(cè)設(shè)立對(duì)流通風(fēng)系統(tǒng)。

二是購(gòu)置配套設(shè)備。機(jī)械部分包括攪拌大車(翻堆機(jī)，將主原料進(jìn)行攪拌和移動(dòng)的機(jī)械裝置)、大車軌道(攪拌大車在發(fā)酵槽往復(fù)移動(dòng)軌道)、電控系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)(設(shè)在發(fā)酵槽底部，提供發(fā)酵所需的氧氣，并控制發(fā)酵溫度的設(shè)施)[8]。

3糞污好氧發(fā)酵工藝

3.1工藝流程

3.1.1糞污收集和預(yù)處理經(jīng)過減量化和固液分離，有機(jī)污水、尿液收集進(jìn)入污水槽，糞便統(tǒng)一堆放在發(fā)酵槽始端，每天根據(jù)糞便量添加輔料(木屑、秸稈、麩皮等)，并攪拌均勻，保證混合物(簡(jiǎn)稱物料)水分達(dá)到55%～65%，堆放2 d后進(jìn)行通風(fēng)、攪拌(每日一次)，保證充足氧氣，進(jìn)行好氧發(fā)酵。

3.1.2污水噴淋、好氧發(fā)酵發(fā)酵1周左右，當(dāng)溫度達(dá)到50℃以上，開始進(jìn)行污水噴淋。據(jù)試驗(yàn)，每100 m3糞便可加污水2.25 t/d。按照發(fā)酵槽規(guī)格(7.5 m×70 m×2 m)，如糞便堆積高1.8 m，則發(fā)酵舍內(nèi)共有糞便810 m3，按照該模式可以處理污水18.23 t/d。污水噴淋15～20 d左右，停止噴淋。

3.1.3物料發(fā)酵后熟按照正常的頻率通風(fēng)、攪拌，隨著水分蒸發(fā)和高溫好氧發(fā)酵，1周后污水和糞便混合物基本達(dá)到無(wú)害化，再經(jīng)一段時(shí)間水分降至30%以下，進(jìn)行有機(jī)質(zhì)和腐熟度檢測(cè)，經(jīng)過后續(xù)處理，就可以制成優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥。

3.2發(fā)酵過程中參數(shù)控制

一是溫度控制。畜禽糞便發(fā)酵過程中，溫度控制起著關(guān)鍵作用，因?yàn)闇囟仁怯绊懳⑸锘顒?dòng)的重要因素。發(fā)酵過程中微生物分解有機(jī)質(zhì)而釋放出熱量，這些熱量使物料溫度上升。畜糞發(fā)酵的溫度一般控制在50～65℃之間，物料在該溫度范圍內(nèi)嗜熱菌大量繁殖，發(fā)酵速度最快，且高溫發(fā)酵又可殺滅物料中的病原菌、蟲卵、寄生蟲等，高溫發(fā)酵一般堆肥5～10 d即可達(dá)到無(wú)害化。發(fā)酵溫度低于40℃時(shí)，則發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)，堆肥腐熟度不完全；溫度過高，超過70℃時(shí)，則物料中的微生物也將受到危害。為控制發(fā)酵過程中的適宜溫度，發(fā)酵舍屋頂和墻壁最好采用透明采光瓦結(jié)構(gòu)，以利起到保溫、升溫作用，當(dāng)溫度過高時(shí)，通過發(fā)酵過程中攪拌通風(fēng)和供氧進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)試驗(yàn)研究，一般正常情況下，新鮮糞便和木屑混合后溫度為20～38℃，第2 d開始升溫，第5 d即可達(dá)到50～55℃；開始進(jìn)入第一次發(fā)酵，污水噴淋2 d后，溫度可升至60～65℃，持續(xù)1周左右，進(jìn)入第2次發(fā)酵，溫度基本穩(wěn)定在55～60℃，持續(xù)7～10 d左右，當(dāng)溫度開始回落時(shí)，停止噴水進(jìn)行攪拌、通風(fēng)，直至水分降至30%以下。通過不噴淋污水組和噴淋污水組在同等攪拌通風(fēng)條件下的試驗(yàn)比較，得出不噴淋污水組發(fā)酵前2周，溫度上升較慢，后期發(fā)酵溫度基本呈現(xiàn)階段上升趨勢(shì)，最高可達(dá)72℃左右；污水噴淋組的溫度變化則相對(duì)比較緩和，基本維持在55～65℃之間。發(fā)酵過程中的溫度變化情況，詳見圖1。

圖1　污水噴淋對(duì)溫度變化的影響

二是含水量控制。物料原料的含水量是影響畜糞發(fā)酵反應(yīng)速度和成品堆肥質(zhì)量的重要因素。因?yàn)樗前l(fā)酵過程中有機(jī)物分解和微生物繁殖的重要條件，達(dá)不到一定的含水量，可能導(dǎo)致溫度難以上升，分解發(fā)酵速度減緩。當(dāng)含水量降低時(shí)，首先應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈鬯畤娏?，同時(shí)伴隨通風(fēng)攪拌，使含水量適當(dāng)上升，控制在50%～60%之間。發(fā)酵過程中，水分蒸發(fā)會(huì)帶走部分熱量，起到調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度和污水處理量的作用。一般物料原料中的含水量以維持50%～60%最佳。當(dāng)含水量低于40%時(shí)，則不能滿足微生物的發(fā)酵需要，影響發(fā)酵速度；當(dāng)含水量高于70%時(shí)，由于物料間充滿水分，有礙通風(fēng)供氧。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，物料含水量在63%左右，結(jié)合攪拌和通風(fēng)，1周后，溫度可上升至50℃以上，水分下降到60%以下，然后按照100 m3物料開始污水噴淋2.25 t/d，讓水分保持在60%以下，污水停止噴淋后，結(jié)合攪拌、通風(fēng)使水分蒸發(fā)至30%以下。

三是供氧量控制。耗氧量和耗氧速率是微生物活動(dòng)強(qiáng)弱的標(biāo)志，反映堆肥中有機(jī)質(zhì)分解的程度。在通風(fēng)供氧過程中，應(yīng)注意供氧濃度，一般堆肥過程中物料適宜的含氧量為8%～18%，含氧量一旦低于8%好氧微生物活性將受到限制，導(dǎo)致厭氧菌活動(dòng)加速，產(chǎn)生惡臭，引起發(fā)酵失敗。根據(jù)耗氧速率，供氧時(shí)通風(fēng)量一般為0.0089 m3/min。物料發(fā)酵3～4 d時(shí)開始通風(fēng)(一般每天中午通風(fēng)1～2 h)，隨著溫度上升，通風(fēng)時(shí)間可適當(dāng)延長(zhǎng)[9]。

為保證發(fā)酵過程順利進(jìn)行，可通過添加輔料、適時(shí)進(jìn)行物料攪拌、控制通風(fēng)和污水噴淋量，從而達(dá)到對(duì)水分、溫度和供氧量的綜合控制。

通過試驗(yàn)研究，規(guī)模豬場(chǎng)糞污減量化及好氧發(fā)酵技術(shù)處理，可完全消納萬(wàn)頭規(guī)模豬場(chǎng)所產(chǎn)生的糞污。且根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際探索出一套與畜禽糞便零排放技術(shù)相配套的規(guī)模豬場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，具有良好的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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通信作者：孫時(shí)軍(1962-)，男，高級(jí)畜牧師，主要從事畜牧生產(chǎn)與技術(shù)指導(dǎo).

作者簡(jiǎn)介：李俊婷(1980-)，女，漢族，山西臨汾，碩士，畜牧師，主要從事動(dòng)物環(huán)境營(yíng)養(yǎng)研究與服務(wù)，E-mail: ljt926@126.com.

基金項(xiàng)目：國(guó)家星火計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2006EA701003)

收稿日期：2015-12-08

中圖分類號(hào)：S851.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-7307(2016)02-0012-003