畜禽养殖场粪污资源化利用技术探究
作者: 仲富萍摘 要:近年来,养殖业在蓬勃发展的同时,畜禽产生的粪污也给自然环境和人身健康安全造成不利影响。粪污资源化利用是解决养殖污染问题的重要途径,也是实现农业绿色发展的有效措施。通过研究分析畜禽养殖场粪污对大气、水体、土壤的危害,梳理养殖场粪污处理技术和利用模式,为畜禽养殖场粪污资源化处理及利用提供科学参考,助力实现粪污变废为宝,推动养殖业绿色高质量发展。
关键词:养殖场;畜禽粪污;资源化利用;技术
中图分类号:X713 文献标志码:A 文章编号:1674-7909(2024)16-142-3
DOI:10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.16.032
0 引言
据统计,2023年全国生猪饲养量约11.6亿头,羊饲养量约6.6亿只,牛饲养量约1.5亿头,家禽量约236亿只,畜禽年产粪污约370亿 t[1]。畜禽粪污含有大量的微生物、有机质及药物残留等,不经过处理而随意堆放会释放有毒有害物质,造成自然生态环境污染,同时也易滋生病菌,威胁畜禽及人类的生命健康。因此,做好养殖场粪污资源化利用工作,对于优化生产生活环境、维护人类健康、促进养殖业可持续发展及推动绿色农业经济发展等都有重要意义。
1 畜禽养殖场粪污危害
1.1 对大气的危害
畜禽的排泄物会产生氨气、硫化氢、甲硫醇、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等有毒有害气体。尤其在高温高湿的天气,若畜禽粪污随意堆放,粪污中的蛋白质、碳水化合物等有机物被微生物发酵分解,会释放出大量的有毒有害气体,严重影响生态环境。工作人员若长期处在这种环境下,呼吸道黏膜遭受刺激,易诱发呼吸道疾病,影响健康。此外,还会导致畜禽肠道菌群失衡,影响蛋白质、脂质等营养代谢功能,从而影响畜禽生长发育[2-3]。
1.2 对水体的危害
畜禽粪污中含有大量的磷、氮及其他有机物质,其中氨氮浓度达600 mg/L,磷酸盐浓度高达100 mg/L,远远高于自然水体中的含量[4]。若粪污未经处理,随意排放或经雨水流入地方水体系统,会污染生活用水,导致水体富营养化等,不仅影响鱼虾等水生生物的生长,还给居民生活用水带来极大的安全隐患,威胁人体健康。
1.3 对土壤的危害
粪污中含有高浓度的氮、磷、钾等营养物质,过量堆放会超出土壤的净化能力,直接排放会导致土壤盐碱化,影响土壤的透气性和透水性,不利于植物的生长。同时,粪污中还存有大量的大肠杆菌、线虫等病原体,直接排放容易导致土传病害,影响植物正常生长。此外,粪污中还存有重金属、抗生素及其他药物残留等有害成分,长期积累会导致土壤重金属超标,影响土壤微生物菌群结构平衡。
2 畜禽养殖场的粪污处理技术
2.1 预处理技术
2.1.1 水冲粪处理
水冲粪处理是20世纪80年代从国外引入的一种畜禽养殖粪污处理技术,是将粪便、尿液、污水混合收集于粪沟,然后每天用沟端的喷头放水冲洗数次,使粪水流入贮粪池。该方法能及时有效清除栏舍内的粪污,保持栏舍洁净。同时,该方法操作简单,投资费用小,劳动强度低。不过该方法耗水量较大,一般1头猪每天用水量为20~25 L。此外,粪水混合物后期处理难度较大,投资较高。
2.1.2 水泡粪处理
水泡粪处理是在水冲粪方法的基础上演变而来,在粪沟中注入一定量的水,将粪尿、冲洗水、饲养用水一起排入粪沟,待1~2月装满后,打开粪沟出口闸门,将粪水排入贮粪池。相较于水冲粪,该方法耗水量更少,一般1头猪每天用水量为10~15 L。
2.1.3 干清粪处理
干清粪处理是通过人工或机械定期将粪便收集到固定场所进行发酵,尿液和冲洗水通过下水道流入池中,然后分别进行处理,从而达到及时有效清除栏舍内的粪污以保持栏舍卫生的目的。干清粪处理分为人工清粪和机械清粪。人工清粪操作简单、投资费用小、水电消耗小,但劳动力大、效率相对较低。而机械清粪可减少劳动力,提高效率,但投资费用较大。干清粪处理对养殖场的堆放空间及翻堆设备有一定的要求。相较于水冲粪和水泡粪处理,该技术后期污水处理难度降低,投资费用也更少。
2.1.4 固液分离处理
固液分离处理是通过固液分离器(离心机、压滤机、螺旋挤压机等)将收集的粪水进行分离处理。通常固液分离器每小时可处理粪污10~15 t,处理后的固体物质含水率可被降低至约40%,而液体部分的悬浮固体含量减少80%[4]。此技术操作简单、能耗低、效率高,能达到预期的固液分离效果,方便后续粪污的处理利用。
2.1.5 除臭处理
针对畜禽粪污的臭味,通常采取物理法、化学法和生物法进行除臭。物理法是在粪污内加入锯末、泥炭及秸秆等物料,或者加入碳酸钙、氯化钙、沸石等物质,以减少臭味的散发。化学法是将排放的污染物溶解至液体中,然后加入过氧化氢、次氯酸钠等过氧化剂和适当的催化剂进行氧化。该方法对去除氨气和硫化氢的效果最高可达100%。生物法是利用微生物的代谢活性,将臭味气体分解成无毒无味的物质,达到净化的作用。目前,常见的生物除臭方法有生物滤池、生物洗涤塔、生物滴滤池,国内以生物滤池为主。相较于物理法、化学法,生物法更为经济高效,且二次污染更小。
2.2 好氧堆肥技术
好氧堆肥是利用微生物在有氧条件下将粪污中的有机物质进行降解,并转化为稳定的腐殖酸的过程,这是畜禽粪污资源化利用的主要方法。养殖场通常采取槽式或条垛式,将经过预处理的粪渣进行堆肥,每周翻堆2~3次,3周后停止翻堆,让其自然腐熟。对于湿度较大、黏性较高的粪渣,可通过添加稻壳、秸秆、木屑等膨松物来调节水分和增加含氧量。好氧堆肥技术不仅可以有效去除粪污恶臭味,还能杀死粪污中的大肠杆菌、寄生虫卵等大部分病原体。但这种传统的堆肥方式时间较长、气味较大,可能产生大量温室气体(氨气、一氧化二氮等)和挥发性有机物,且存在氮损失的问题。随着微生物学的研究深入,目前已经开发出一种利用嗜热微生物发酵堆肥的技术,即超高温好氧堆肥技术。相关研究显示,超高温好氧堆肥可以将堆肥温度提高至70 ℃以上,在10~60 min内便可杀死畜禽粪污中的绝大部分病原体,并降解65%以上的木质素物质,这大大缩短了堆肥时间,并提高了堆肥效果[5-6]。
2.3 厌氧发酵技术
厌氧发酵是利用厌氧微生物将粪渣中的有机物进行水解、酸化,逐步转化为甲烷、二氧化碳和沼渣的过程,能有效处理粪污,减少毒害气体的排放,降低环境污染,同时还能产生清洁能源。为提高粪渣厌氧消化产甲烷的效率,会采用物理法(机械处理、超声波处理、热处理等)、化学法(酸、碱、氧化剂等)和生物法(维生素降解菌、酶制剂)等方法降低粪渣中纤维素的含量。该技术产生的沼气经提纯后可用于发电或直燃,沼渣、沼液可作为肥料还田使用。目前,常见的厌氧发酵反应器有全混式反应器、塞流式反应器、上流式厌氧污泥床反应器、升流式固体反应等。
2.4 发酵床技术
发酵床技术是一种生态、环保、高效、便捷的新型粪污处理技术。该技术是将锯末、木屑、谷壳和微生物混合的垫料与畜禽粪污混合发酵,快速将粪污降解,可有效去除粪污的恶臭味,实现粪污零排放。该技术能减少粪污对环境的污染,节省水电、人工、饲料的支出,大大降低养殖成本,还可以降低畜禽发病率,提高畜禽养殖效果。此外,使用后的发酵床垫料可直接作为生物有机肥供农作物栽培使用。
2.5 蚯蚓堆肥技术
蚯蚓堆肥技术是利用蚯蚓丰富的消化酶系统将粪污中的有机物质降解,转化为蚯蚓粪的一种新型粪污处理技术。该技术是将畜禽粪污与谷壳、秸秆或干草等物料按一定比例混合,然后引入蚯蚓(太平2号)堆肥1~2个月后,便可收集蚯蚓粪。蚯蚓粪pH值呈中性,其透气性、排水性和保水性均很好,含有较高浓度的氮、磷、钾、有机质、腐殖质等物质,且还含有丰富的有益微生物,具有改良土壤和促进作物生长的作用,是一种绿色、高效的优质生物有机肥料。通常1 kg成年蚯蚓每天约产0.5 kg的蚯蚓粪。另外,蚯蚓堆肥技术培养的蚯蚓也可以作为动物饲料或者中药材,能额外增加农民的收入。因此,采用蚯蚓堆肥技术不仅可以解决畜禽粪污污染环境的问题,同时还可以产生无公害的有机肥料,提高粪污的附加值,增加农民收入。
3 畜禽养殖场粪污利用模式
3.1 种养循环利用模式
目前,种养循环利用模式是养殖场粪污资源化利用最为常见的模式。养殖场通常将畜禽粪污收集、好氧堆肥处理后,直接作为有机肥用于牧草、果蔬、水稻等作物种植。例如,牛场产生的牛粪经堆肥(好氧堆肥或蚯蚓堆肥)处理后,用于牧草的种植,牧草收割后再饲喂肉牛,实现了养殖业与种植业的有机结合,形成一个农牧业循环发展的良好局面。但值得注意的是,在畜禽堆肥处理及使用过程中需有专业技术人员进行指导,避免植物烧根现象的发生。
3.2 氧化塘模式
氧化塘模式是处理污水的有效方式之一。养殖场将污水排入水塘中,水塘中的微生物降解污水中的有机质,产生二氧化碳供藻类生长繁殖,而藻类经光合作用产生氧气供微生物生长繁殖,实现菌藻共生,从而达到净化污水的作用。氧化塘可分为好氧塘、兼性塘、曝气塘和厌氧塘。当污水有机质含量高和供氧不足时,可将厌氧塘和好氧塘联合使用,先经过厌氧生物降解,然后再有氧降解,最终达到污水的稳定净化。此外,氧化塘产生的藻类可作为蛋白饲料饲养鱼、鸭等,额外增加农民收入。
3.3 沼气利用模式
沼气利用模式也是养殖场粪污资源化利用的常见模式之一。养殖场收集粪污后,在周边建厌氧发酵池,经过厌氧发酵后产生沼气,再装综合发电装置,可发电供养殖场使用。此过程产生的沼液、沼渣可作为肥料还田使用。沼气作为一种环保清洁能源,在我国的开发利用已有几十年的发展历程,其中农村地区已建有超1 100万个的沼气池,被认为是能源领域的朝阳产业[7]。随着我国畜牧业的发展,构建区域性沼气发电、供暖体系,解决粪污污染问题,是养殖业发展的一个重要方向,能有效实现粪污资源的循环再利用。
4 结束语
畜禽粪污资源化利用不仅可以有效解决环境污染问题,同时也可以将粪污变废为宝,提高其附加值,延伸产业链,创造较高的经济效益。做好畜禽粪污资源化利用工作是推进畜牧业转型升级的重要举措。因此,政府相关部门应加大宣传力度,提高养殖户的环保意识,优化监管机制,加大资金扶持,指导养殖户完善粪污处理设施和提高科学处理粪污水平,促进畜禽粪污资源化利用,真正实现农业全产业链清洁生产,从而推动农业产业绿色健康高质量发展。
参考文献:
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