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猪粪无害化处理技术


猪粪无害化处理技术
黑龙江大学农学院 黄雅曦

猪粪无害化处理的必要性
粪便资源及其分布
根据2005年农业统计年鉴资料,估算出2005年畜禽粪便产生总量 为26亿t,其中牛粪、猪粪、鸡粪资源分别为102732.10万t, 28720.693万t、22609.03万t,主要分布在河南、四川、山东、河 北、云南、内蒙古、湖南等省。

畜禽粪便资源最高的省份为河南、 四川、山东,2005年三省全年畜禽粪便产量均超过1亿t;其次为 河北、云南、内蒙古、湖南、广西、贵州、新疆、黑龙江、西藏、 安徽等省、自治区,畜禽粪便年产生量超过5000万t。

生猪产业是黑龙江省最大的畜牧养殖品种,生猪产值 占整个畜牧业总产值的三分之一,居于六畜之首, 2005年末出栏生猪2238万头,猪肉产量177.1万吨。 “十五”期间,我省生猪产业发展迅猛,养猪专业户 已达14.3万个,养猪场(户)1.7万个,养猪小区850 个,养猪业的规模饲养比重已超过50%。到2005年末, 全省年屠宰生猪能力已超过2000万头,并培育或引进 了北大荒、金锣、雨润、肉联等十余家生猪深加工企 业。

表1 不同体重猪的粪尿排放量
猪体重/kg 40~60 60~80 80~100 100~120 120~140 140~160 160~180 粪尿排放量相当体重的比 例/% 24±3 23±2 21±2 19±1 16±1 14±1 13±1 粪尿排放量/kg. (头. d)-1 10~14 16~18 18~20 20~22 21~22 21~23 22~24

对环境的影响 1、对空气的污染 动物饲料中的蛋白质、糖类、脂类物质代谢中间产物和代谢最终 产物经微生物分解会产生氨气、硫化氢、吲哚、硫醇、硫醚、甲 醛、乙醛、丙烯醛、甲胺、乙胺、苯酚、硫酚、挥发性脂肪酸等 具有恶臭气味的物质。这些恶臭物质会刺激人的神经系统,对呼 吸中枢产生毒害,使人感到头痛、恶心。同时也有害于畜禽生长, 使畜禽生产性能下降。在这些恶臭气体中,氨气和硫化氢对人畜 影响最为严重。 畜禽养殖场所积压、贮存的粪便和其他废弃物,经风吹日晒,受 人工或夜深动物的啄食、翻动,有的被弄成碎片、碎屑,即可被 风吹散到远处,甚至成为飘尘,长期在大气中悬浮,附着其上的 病原微生物、寄生虫卵被广泛传播,也对大气造成了一定的污染。

2、对土壤环境的污染 在饲料中添加一些可以调节动物代谢的元素,如铜、锌、铁、砷 等微量元素在一定程度上可以增强畜禽抗病能力,提高畜禽的生 长性能,但这些元素被畜禽直接吸收利用的很少,更多的是通过 粪便排出体外。这些含在畜禽粪便中的金属元素如不合理处理, 会造成严重的后果。一旦土壤受到污染,作物在污染的土壤中生长 时,有害元素被作物大量吸收后会残留在收获的农产品中,通过 食物链进入动物或人体,对人体健康造成威胁。 大型养殖场和专业户都建有贮盛舍内排出的畜禽粪尿和污水的贮 粪池。然而,有些贮粪池的底部并不放水,其中的粪尿水和污水 可以深入地低下的土层中,有的贮粪池盛满时不进行净化处理, 随意排放场外,对土壤造成了污染。土壤受到污染后,其化学成 分和物理性状也相应发生改变,使自净能力遭到破坏,也为蝇类 和寄生虫等提供了寄生场所,给健康畜群和人类生活带来严重危 害。

3、对水环境的污染 畜禽粪便淋溶性极强,若不及时处理,便通过径流污染地表水, 进而通过土壤渗滤污染地下水,畜禽粪便和废水中含有大量的有 机物:N、P、K、SS及致病菌等污染物并有恶臭。 未经处理的高浓度有机废水的集中排放,大量消耗水体中的溶解 氧,使水体变黑发臭。水中N、P等营养物促使水体富营养化或使 地下水中的硝态氮或亚硝氮浓度增高。严重影响了水体的质量和 居民的健康,也影响了养殖业自身的可持续发展。

4 重金属的污染 随着饲料工业的发展,一些饲料加工企业在宣传媒介 中对无机制剂(如砷、汞)有片面强调促生长及医疗 效果一面,而忽视其导致环境污染的一面。据预测, 一个万头养猪场按美国 FDA 允许使用的砷制剂计量 推算,若连续使用含砷饲料 5~8 年后,将可能向猪 场周边排放近1t 砷, 16年后土壤中砷含量则可翻一番。 土壤中砷含量每升高 1 mg/kg,则甘薯块根中砷 含量上升 0.28 mg/kg。按此计算不超过10 年,该地产甘薯中砷含量会全部超过国家食品卫生标 准,此耕地只能废弃或改种其它作物。

5 抗生素的污染 饲料中添加的抗生素在肠道中未被完全吸收的部分从 猪的粪尿中排出。在以猪粪作为肥料的地里种植洋葱、 玉米和洋白菜做试验,结果显示,三种作物只吸收氯 四环素(金霉素)而不吸收泰乐菌素,虽然植物组织 中吸收的氯四环素含量不高 (鲜重中含量为2~ 17 ng/g),但是其含量随着氯四环素在饲料中 添加量的增加而提高。

畜禽粪便同许多工业污染源不同,其中含有丰富的作物所需的养 分(猪、鸡、牛粪与化肥的换算见表1-9)。以1995年为例,全年畜 禽粪便的N、P量分别为1597万t和363万t,同期我国化肥施用量 折纯量分别为2021.9和632.4万t。畜禽粪便中的N、P含量相当于 我国同期化肥量的78.9%和57.4%,可见畜禽粪便是我国农业生 产中的宝贵资源。当前研究最多的是堆肥法。堆肥化系统有三种 分类方法。按需氧程度分,有厌氧和好氧堆肥;按温度分,有中 温和高温堆肥;按技术分,有露天和机械密封堆肥。习惯上都按 好氧和厌氧来区分。目前常规堆肥存在的问题是处理过程中的氮 损失,不能完全控制臭气,而且堆肥需要的场地大,处理所需要 的时间长。很多学者正在尝试采用发酵仓加上微生物制剂的方法, 可以减少氨的损失并能缩短堆肥时间。

猪粪尿的成分

猪牛鸡粪与化肥的换算表

50kg粪肥换算化肥

硫酸 铵

碳酸氢 铵

硝酸 铵

氯化 铵

尿 素

过磷酸 钙

钙镁磷 肥

硫酸 钾

猪粪

1.45 1.5 3.9

1.25 1.75 4.8

0.95 0.85 2.55

12 1.2 3.25

0.7 0.65 1.75

1.5 0.8 4.1

1.7 0.9 4.55

0.6 0.15 1.7

牛粪
.

鸡粪

畜禽养殖业污染治理遵循的原则
无害化原则: 无害化原则:

即将畜禽养殖业的废弃物进行无害化处 理,减少和消除其对环境、人畜健康的 威胁和隐患,它是畜禽废弃物污染治理 的前提。

减量化原则: 减量化原则: 是畜禽废弃物污染治理的基础,即在畜禽养殖过程中通过各种方法的综 合减少废弃物的发生。减量化技术必须从畜禽养殖的全过程通盘考虑以 减少排污量。从养殖源头角度考虑,主要有两点,一、合理规划养殖场 的结构,采取农牧结合的方式以地定畜,减少畜禽废弃物的土壤负荷量; 二、利用先进科学技术,加强畜禽品种改良,科学饲养,科学配料。从 养殖过程来考虑,也有两点,⑴ 采用氨基酸平衡的日粮,使日粮的配制 符合畜禽实际的营养需要,使用环保型饲料和饲料添加剂提高饲料的消 化和吸收率,减少畜禽废弃物的排泄量;⑵ 采用人工干扫猪粪的方式, 同时做到雨污分离、饮污分离,减少污染物的产生量,实现清洁化生产。 从养殖末端来看,一、采取高效的固液分离技术达到污染物减量化的目 的;二、对干粪进行发酵处理生产优质有机肥,并将生产出的有机肥用 于绿色、有机农业生产中。

资源化利用原则: 资源化利用原则:

它是畜禽粪便污染治理的核心。畜禽粪 便不同于一般的工业污染物含有未消化 的营养物质和作物所需的多种养分,经 适当处理后可用作肥料、饲料和燃料等。

生态化发展原则: 生态化发展原则: 将生态工程学原理用于畜禽废弃物的处理和利用是实 现畜禽养殖业可持续发展的有效措施。它是遵循生态 学原理,通过食物链建立生态工程处理系统,以农牧 结合、渔牧结合、农牧渔果结合等多种方式建立鱼、 果、蔬、粮并举的生态畜牧农场,积极发展无公害食 品、绿色食品和有机食品生产,使畜禽养殖业和农业 种植、退耕还林、还草等生产模式有机结合,走生态 农业的道路是最适合解决畜禽养殖业污染问题的经济 有效途径。

污染治理的经济适用原则: 污染治理的经济适用原则: 畜禽养殖业总体上讲是一个污染重、利润较低 的行业,过高的治理成本必然减少养殖业的经 济效益,严重损害畜禽养殖业主的利益,最终 影响到畜禽养殖业的可持续性发展。今后,我 国应该借鉴发达国家的经验,适当对化肥生产、 销售加以征税;对畜禽养殖场主在污染防治方 面进行适当的补贴;对产业化的有机肥加工与 销售企业实行免税或少征税的政策。

猪粪污的无害化处理技术
猪粪便的收集与节水处理 (1)干清粪法: 其猪舍地面结构为架空式的半漏或全漏缝水泥板条地 面,猪只所排出的粪便由漏缝地板落人地下斜坡上, 每3一5d对落人的猪粪用刮粪机或人工收集,运送到集 粪池内集中堆放,待处理。尿水从地下边沟流人排污 沟中,再流人污水池。猪舍地面不冲水,保持干燥, 既有利于猪只生长,又节约了大量的水资源,大大地 减少污水排放量。

(2)固液分离法: 猪舍结构勺浸泡式全漏缝水泥板条地面,猪只排出的粪、尿经漏 缝地板落入舍内地下储粪沟内蓄积起来,储粪沟深1.2 m,粪尿水 在沟内发酵,分解产生发酵热,有效地杀死了病原微生物和寄生 虫卵,确保猪只的健康生长。待一批猪饲养周期结束全部转走后, 再把舍内储粪沟内的经发酵处理后的污水排人舍外集粪池中,进 行固液分离,把干物质集中堆放处理,污水流人污水池中等待处 理。在整个饲养期内都不冲洗猪舍,节约了用水量75 %,是节水 型畜牧业的一项有效措施,同时也减少了污水的排放量,减轻污 水对环境的压力。

猪粪的处理利用技术
目前国内对猪粪的处理利用方法主要有以下几种:直 接返田处理、堆肥处理和沼气发酵。虽然有些报道称 可以将猪粪饲料化处理,但是对于猪粪饲料化利用的 安全性问题还有待进一步的研究,同时猪粪饲料化处 理利用是绿色、生态养猪所不提倡的,因此,猪粪的 最合理有效的利用方式是返田作为有机肥。

1 直接返田处理
猪粪直接返田是猪粪最原始的利用方式,猪粪中所含量的大量的 氮和磷可以供作物利用。通过土层的过滤、土壤粒子和植物根系 的吸附、生物氧化、离子交换、土壤微生物间的拮抗,使进入土 壤的粪肥水中的有机物降解、病原微生物失去生命运力或被杀灭, 从而得到净化;同时,还可增加土壤肥力而提高作物产量,实现 资源化利用。

2 堆肥处理
为避免长期、过量使用未经处理的鲜粪尿,而造成其 中所含微生物、寄生虫等会对土壤造成污染以及寄生 虫病和人畜共患病的蔓延,粪便采用发酵或高温腐熟 处理后再使用,一般采用堆肥技术。堆肥处理是在微 生物作用下通过高温发酵使有机物矿质化、腐殖化和 无害化而变成腐熟肥料的过程。在微生物分解有机物 的过程中,不但生成大量可被植物利用的有效态氮、 磷、钾化合物,而且又合成新的高分子有机物腐殖质, 它是构成土壤肥力的重要活性物质。

国内外利用现状
日本的高品质堆肥技术采用好氧发酵处理,产 品腐熟度高,易于储存。该方法目前已在日本 普遍使用。在反应槽内,添加木屑等作为载体 供高温好氧微生物附着生长,这些微生物可以 将原料中的有机物分解为二氧化碳和水。有机 物几乎完全矿化,污泥产生量极低。有机物分 解过程中产生的热量可以将水分完全蒸发;与 中温菌相比,高温菌的基质摄取速度与自身分 解速度都有明显的提高。

目前加拿大 加拿大牧场猪粪利用使用较多的方法有:①用农 加拿大 作物秸秆作为吸收粪便载体的混合堆肥。其方法是选 择混凝土沟槽,一般长70~ m、宽 2~4 m、高 1.5~2 m,沟槽边上设有通气孔,80可用鼓风 机通入空气,以调节温度,保持有氧发酵。在沟槽内 先填上秸秆(麦草、玉米秸等),然后用机器在沟槽 上一边喷射粪尿,一边翻腾秸秆,使其充分拌匀,粪 尿液体与秸秆的比例为 3: 1~6: 1,堆肥温度 控制在55~60 ℃;一般经 40 d 可发酵腐熟, 变成商品肥。有氧发酵的优点是可减少臭气散发,防 止养分损失。②用木屑作载体堆肥。用木屑作猪栏垫 料,当木屑吸收粪尿后,就可出栏用做堆肥。

美国有 美国 5 700 个猪场使用猪粪堆肥,而且数量在 增加。堆肥可以杀死粪中的病原微生物和草种,是很 好的肥料资源。但是在堆肥过程中氮、磷、和碳水化 合物的损失很高(平均超过 6.5%)。试验表明按 碳氮比为 25: 1 ̄30: 1,在猪粪中添加含碳 水化合物类物质,可以降低上述营养素的损失。堆肥 后的猪粪与化肥相比,粪肥中磷的损失比化肥中磷的 损失小,从而可以达到减轻对环境污染的目的

我国利用现状 在我国,农民一直把畜禽粪尿作为重要的、优良的有机肥料,用以保持和提高土 壤肥力。但近二三十年来,随着现代化封闭型规模化养殖技术的应用,畜禽养殖 业逐步向高产优质发展,其发展速度与规模是过去一家一户分散饲养模式不能比 拟的。但这种封闭型规模化养殖技术存在一个致命的缺陷,即养殖业与种植业分 离,造成一方面养殖场的粪尿污染环境,另一方面农业生产失去了畜禽粪尿提供 的优质有机肥,而使土壤肥力逐年下降。对于规模化猪场来说,由于对猪粪尿进 行综合处理与利用意味着大量的投资,直接产生的效益又不明显,因此许多规模 化猪场在建设时只着眼于短期的经济效益,而忽视了长期的环境与生态效益和持 续性发展,这种做法对维护生态环境良性循环十分不利。

猪粪尿的综合利用
1 国外猪粪尿综合利用的现状

美国、日本、荷兰、加拿大、澳大利亚等世界上畜牧业发达国家 都十分重视猪粪尿的综合利用,并已进行了大量的研究。如充分 利用厌氧及好氧发酵技术来降解猪粪尿中的有害物质,以降低其 污染危害;另外,对发酵后的残留物再利用也进行了大量研究。 如对固形物研制了各种撒播机,将其均匀地撒播于草地和农田, 对发酵后的液体,也研制了各种液体喷洒机。最早的喷粪车由于 向空中喷洒而引起空气的污染,经改进后可水平喷洒、向下喷洒、 贴地喷洒,并能通过控制喷洒速度和雾滴大小来减少对空气的污 染。还发明了注射机,能把发酵液注入地下10~15深处,既全面 利用了营养,又减少雨水冲刷而污染水源。还有的将猪粪尿处理 后作庭院花肥、降解热量后再利用、深度处理后的粪液作灌溉等, 都是对粪尿的充分利用。

1 物质循环利用型生态工程 该工程技术是一种按照生态系统内能量流和物 质流的循环规律而设计的一种生态工程系统。 其原理是某一生产环节的产出(如粪尿及废水) 可作为另一生产环节的投入(如圈舍的冲洗), 使系统中的物质在生产过程中得到充分的循环 利用,从而提高资源的利用率,预防废弃污物 等对环境的污染。

国内外常用的物质循环利用型生态系统主要有

种植业-养殖业-沼气工程三结合的生态工程; 养殖业-渔业-种植业三结合的生态工程; 养业-渔业-林业三结合的生态工程等。

其中种植业-养殖业-沼气工程三结合的物质循 环利用型生态工程应用最为普遍,效果最好。

2 健康与能源型综合系统 该系统的运作方式是将猪粪尿先进行厌氧发酵,形成 气体、液体和固体三个部分,然后利用气体分离装置 把沼气中甲烷和二氧化碳分离出来,甲烷可以作为燃 料、照明,也可进行沼气发电,获得再生能源,二氧 化碳可用于培养螺旋藻等经济藻类。沼气池中的上层 液体经过一系列的沼气能源加热管消毒处理后,可作 为培养藻类的矿质营养成分。沼气池下层的泥浆与其 他肥料混合后,作为有机肥料可改良土壤;用沼气发 电产生的电能,可用来照明,还可带动藻类养殖池的 搅拌设备,也可以给蓄电池充电。

过滤后的螺旋藻等藻体含有丰富、齐全的营养元素,既可以直接 加入鱼池中喂鱼、拌入猪饲料中喂猪,也可以经小型的干燥设备 烘干、灭菌,然后作为廉价的蛋白质和维生素源,供人们食用, 补充人体所需的氨基酸、稀有维生素等营养元素。该系统的其他 重要环节还包括一整套的净水系统和植树措施。这一系统的实施, 可以有效地改善猪场周围的卫生和生态环境,提高人们的健康和 营养水平。同时,猪场还可以从混合肥料、沼气燃烧、沼气发电、 鱼虾和螺旋藻体中获得经济收入。该系统的操作非常灵活,可随 不同地区、不同猪场的具体情况而加以调整

应用生态营养理论从源头上减少污染
虽然在猪粪的处理利用上做了大量的工 作,但是要从源头上降低污染,还需要 从饲料方面做工作。我国自 1995 年 提出生态营养理论以来,有许多学者提 出通过生态营养调控减少畜禽排泄物对 环境的污染

①选购符合生产绿色畜产品要求和消化 率高、营养变异小的饲料原料,达到增 重快、排泄少、污染少、无公害的目, 并注意选择有毒有害成分低、安全性高 的原料。

②力求准确估测动物不同生理阶段、环 境、日粮配制类型等条件下对营养的需 要量和养分消化利用率,设计配制出营 养水平与动物生理需要基本一致的日粮。

③按理想蛋白质模式,以可消化氨基酸 含量为基础,配制符合动物生理需要的 平衡日粮,提高蛋白质利用率,减少 N 的排出。

④提高饲料利用率,配制饲料时可选用植酸酶、蛋白酶、聚糖酶 等酶制剂,促进营养物质的消化吸收,尤其在幼年动物日粮中添 加效果更佳;添加益生素,通过调节胃肠道内微生物群落,促进 有益菌的生长繁殖,对提高饲料利用率、降低 N排泄量作用显著; 合理添加抗菌素对提高饲料利用率效果显著,但要注意选用高效、 低吸收、无残留、不易产生抗药性的畜禽专用抗菌素及其替代品, 并严格执行用法用量,保证畜产品的安全卫生和减少排出量。

⑤禁止使用高 Cu、高 Zn日粮。

⑥日粮中添加活性碳、沙皂素等除臭剂,减少动物粪 便臭气的产生。

⑦采用膨化和颗粒化加工技术,破坏或抑制饲料中的 抗营养因子、有毒有害物质和微生物,改善饲料品质 和卫生状况,提高养分消化吸收率,减少排出量。


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