程 燕

（湖北工程學(xué)院，湖北 孝感 432000）

豬場廢棄物的綠色資源化利用

程 燕

（湖北工程學(xué)院，湖北 孝感 432000）

隨著生豬養(yǎng)殖業(yè)的蓬勃發(fā)展，造成大量的生豬排泄物和各種廢棄物的產(chǎn)生。其限制生豬養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，并極度惡化環(huán)境。文內(nèi)通過對豬場廢棄物進(jìn)行合理的綠色處理，構(gòu)建“豬—沼—水葫蘆/果樹—魚”的生物循環(huán)系統(tǒng)，達(dá)到變廢為寶的資源化利用。

豬—沼—水葫蘆/果樹—魚；綠色處理；資源化利用

中國的養(yǎng)殖業(yè)在經(jīng)歷了40來年的發(fā)展，特別是黨的十一屆三中全會后，其飛速發(fā)展，到2015年，養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的比重按當(dāng)年價格計(jì)算已達(dá)到48.6%[1]。養(yǎng)殖業(yè)的范圍十分廣泛，主要包括牛、馬、驢、騾、駱駝、豬、羊、雞、鴨、鵝、兔、蜂等家畜家禽飼養(yǎng)業(yè)和鹿、貂、水獺、麝等野生經(jīng)濟(jì)動物馴養(yǎng)業(yè)[2]。它不但為紡織、油脂、食品、制藥等工業(yè)提供原料，也為人民生活提供肉、乳、蛋等豐富食品，為農(nóng)業(yè)提供役畜和糞肥。所以，原本的養(yǎng)殖業(yè)就是一個合理利用資源，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡的農(nóng)業(yè)行為。而在近年快速發(fā)展的進(jìn)程中，養(yǎng)殖業(yè)中的弊端越來越凸顯。我國每年因養(yǎng)殖業(yè)而產(chǎn)生的畜禽糞便量約為19億t，其污染力相當(dāng)于城市生活垃圾、工業(yè)廢棄物的2.4倍以上[3-4]。傳統(tǒng)處理方法是直接施肥或簡單漚制[5]，肥效低、寄生蟲卵含量高、存在致病菌，易造成二次污染。生豬養(yǎng)殖作為養(yǎng)殖業(yè)中的一部分，是家庭養(yǎng)殖業(yè)的重要組分，其生產(chǎn)規(guī)模大小不一，地域分布廣泛，很難達(dá)到統(tǒng)一的合理管理，其造成的環(huán)境“三廢”問題尤為嚴(yán)重。生豬排放的糞便堆積發(fā)酵后，會產(chǎn)生氨氣（NH3）、二氧化硫（H2S）、硫醇和甲硫醇等有害氣體，污染空氣[6]。糞便液還能通過流動，侵入地表徑流污染地表水和地下水，使水體變黑發(fā)臭，導(dǎo)致水中的魚類或其他動植物死亡，直接威脅到人民群眾的飲用水安全和飲食健康。這些廢棄物中含有較高的有機(jī)物質(zhì)和大量的作物生長所需要的氮、磷、鉀等養(yǎng)分，具有生物可降解性[7-8]。經(jīng)過微生物發(fā)酵等無害化處理可制成生物有機(jī)肥料，實(shí)現(xiàn)廢棄物在種植業(yè)中資源化利用。文內(nèi)通過“豬—沼—水葫蘆/果樹—魚”的方法，在常溫常壓下生物發(fā)酵，殺死寄生蟲、致病菌，增加有益菌和有機(jī)質(zhì)，將污染嚴(yán)重的畜禽糞便轉(zhuǎn)化為高效優(yōu)質(zhì)的生物有機(jī)肥[9]，為解決畜禽糞便污染源創(chuàng)出一條新路。豬場糞便的綠色處理對于推進(jìn)我國的循環(huán)農(nóng)業(yè)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

1 豬場廢棄物污染

所謂的豬場廢棄物，不是簡單的僅僅是豬的糞便類排泄物，而是指整個生豬飼養(yǎng)過程中產(chǎn)生的糞、尿、污水、病死豬、墊料、組織留樣、醫(yī)療廢棄物和廢棄飼料等[10]。生豬養(yǎng)殖一直是我國家庭農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，隨著現(xiàn)代綠色經(jīng)濟(jì)模式的發(fā)展，其對環(huán)境的污染越來越引起廣泛關(guān)注，并是其發(fā)展的壁壘，急需解決。

1.1 空氣污染

豬場廢棄物中含有大量降解或者未降解的有機(jī)化合物，如豬場糞便廢水原液的氨氮1 100～2 000 mg/L，總磷150～160 mg/L，生化需氧量（BOD）高達(dá)2 000～8 000 mg/L，化學(xué)耗氧量(CDDCr)高達(dá)5 000～20 000 mg/ L，且總固形物（SS）也超標(biāo)數(shù)10倍[11-12]。這些物質(zhì)堆積會迅速腐敗發(fā)酵，有氧條件下，含碳水化合物會分解成二氧化碳（CO2）、水；無氧條件下，含碳水化合物會分解成NH3、H2S、硫醇和甲硫醇等[13]。這些物質(zhì)進(jìn)入大氣后，直接污染空氣，并帶有臭氣，讓人感覺到不愉悅外，還會通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體，進(jìn)而影響人的消化系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)，甚至是神經(jīng)系統(tǒng)等，對人體造成極大的危害。

1.2 水污染

豬場廢棄物主要以水體的形式排放，故其對水污染是極大的。豬場周圍環(huán)境的水體往往會呈現(xiàn)發(fā)綠、發(fā)臭現(xiàn)象，這主要是豬場廢水不達(dá)標(biāo)排放的結(jié)果。豬場廢水中攜帶的有機(jī)物含量非常高，會對水體造成富營養(yǎng)化，影響其水體生態(tài)系統(tǒng)，破壞其自潔凈化能力，使水體遭受極大污染。若污染地表水侵入地下，則會對地下水造成污染，直接危害人體健康。

1.3 土壤污染

目前，針對豬場的固體廢棄物最通用的方法依舊是填埋式處理[14]。無論是厭氧發(fā)酵，還是厭氧-有氧分解，都需要一定處理場所，也必然會對其造成極大污染。土壤作為重要的地下滲濾系統(tǒng)組成之一，豬糞水經(jīng)過其時會被截留，通過物理截留、化學(xué)沉淀、氧化還原等方式并過濾凈化。但是未經(jīng)處理的豬場廢棄物中，有機(jī)質(zhì)含量高，且常常含有大量的病原微生物和寄生蟲卵[15]，它們進(jìn)入土壤后會繼續(xù)繁殖，從而污染土壤和農(nóng)作物，引起疾病的傳播擴(kuò)散。土壤的凈化作用只能起到部分作用，過量的有機(jī)質(zhì)使土壤無法容納吸收，會隨著水流下滲，導(dǎo)致地下水或者地表河流富營養(yǎng)化，藻類等浮游植物大量生長，使水生生物缺氧而死亡。

2 豬場廢棄物的綠色處理

養(yǎng)豬業(yè)經(jīng)過數(shù)10年的迅猛發(fā)展，依然處于一種“野蠻生長”的狀態(tài)，其自身產(chǎn)業(yè)發(fā)展對環(huán)境造成了極大破壞。在一系列的環(huán)保管理?xiàng)l例和懲罰制度相繼出臺，當(dāng)政府和社會號召“既要持續(xù)發(fā)展，又要環(huán)境友好”的形勢下，其面臨的壓力越來越大。其產(chǎn)業(yè)模式所造成的污染已極大限制其發(fā)展，環(huán)保的綠色發(fā)展模式已是其必須進(jìn)行的轉(zhuǎn)型模式。肥料或者直接用作果樹、水葫蘆的肥料。水葫蘆為多年生宿根浮水草本植物，其須根發(fā)達(dá)，分蘗繁殖快，管理粗放，是美化環(huán)境、凈化水質(zhì)的良好植物[16]。其可作為豬及魚的飼料，提高生豬、魚等產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量?！柏i—沼—水葫蘆/果樹—魚”模式通過結(jié)合養(yǎng)殖規(guī)模的合理布局規(guī)劃，進(jìn)而獲取最佳的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 工藝流程

2.2.1 固液分離技術(shù)

2.1 “豬—沼—水葫蘆/果樹—魚”模式

“豬—沼—水葫蘆/果樹—魚”模式的技術(shù)流程如圖1所示。標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)豬場進(jìn)行規(guī)模化的養(yǎng)豬生產(chǎn)，豬糞尿等廢棄物通過管道等設(shè)施收集起來后進(jìn)行固液分離。豬糞、病疫豬等固體污染物主要進(jìn)行堆積腐化后生產(chǎn)有機(jī)肥；而豬尿及其沖洗液則可以通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣、沼渣和沼液，其中沼氣能源供豬場進(jìn)行發(fā)電照明及設(shè)備用電，而沼渣和沼液同豬糞腐熟堆肥一樣也可以生產(chǎn)有機(jī)

本項(xiàng)目中首先對畜禽糞便進(jìn)行固液分離，分為兩步：①利用格柵使糞便與豬尿及沖洗水分開；②對于濃度較低的糞便污水，先經(jīng)過預(yù)沉降再分離。而豬場的病疫豬及固體組織等污染物從環(huán)保上來講屬于危廢，先進(jìn)行無害化處理。不添加輔料的病死豬，粗蛋白達(dá)到78%以上，氨基酸含量超過20%[17]，是非常好的氨基酸肥料，可以單獨(dú)做無害化處理或者加入堆肥處理。

2.2.2 發(fā)酵處理

發(fā)酵處理有3種模式，分為厭氧發(fā)酵與好氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵+好氧發(fā)酵。

厭氧發(fā)酵是廢物在厭氧條件下通過微生物的代謝活動而被穩(wěn)定氧化，同時伴有甲烷和CO2的產(chǎn)生[18]。其分為兩個階段，液化階段主要是發(fā)酵細(xì)菌起作用，包括纖維素分解菌和蛋白質(zhì)水解菌，產(chǎn)酸階段主要是乙酸菌起作用，產(chǎn)甲烷階段主要是甲烷細(xì)菌，他們將產(chǎn)酸階段產(chǎn)生的產(chǎn)物降解成甲烷和CO2，同時利用產(chǎn)酸階段產(chǎn)生的氫將CO2還原成甲烷[19]。厭氧方法雖然負(fù)荷高、去除有機(jī)物的絕對量與進(jìn)液濃度高，但其出水COD濃度高于好氧處理方法，原則上仍需要后處理才能達(dá)到較高的排水標(biāo)準(zhǔn)。

堆肥是一種好氧發(fā)酵處理糞便、病疫豬及固體污染物的方法。好氧堆肥是在有氧條件下，好氧菌對廢物進(jìn)行吸收、氧化、分解。該分解物料中會產(chǎn)生50～70 ℃的高溫[20]，將病原微生物、寄生蟲及其卵等殺死。腐熟后的肥料無臭，且被降解為易被植物吸收、性質(zhì)穩(wěn)定、無害化的低分子有機(jī)肥料。

其工藝流程主要包括：前處理——主發(fā)酵——后發(fā)酵——后處理——貯存。原料的預(yù)（前）處理：包括分選、破碎以及含水率及碳氮比的調(diào)整。將固體豬糞物與谷殼、稻草等按1∶1比例混合發(fā)酵，含水率達(dá)60%～65%[21]，采用二次發(fā)酵方式，周期一般為20 d。二次發(fā)酵指物料經(jīng)過一次發(fā)酵后，還有一部分易分解和大量難分解的有機(jī)物存在，需將其送到后發(fā)酵室，堆成1～2 m高的堆垛進(jìn)行二次發(fā)酵并腐熟。當(dāng)溫度穩(wěn)定在40 ℃左右時即達(dá)腐熟，一般需20～30 d。后處理階段：是對發(fā)酵熟化的堆肥進(jìn)行處理，進(jìn)一步去除堆肥中前處理過程中沒有去除的雜質(zhì)和進(jìn)行必要的破碎過程、經(jīng)處理后得到的精制堆肥含水在30%左右，碳氮比為15～20[22]。貯存階段：貯存是指堆肥處理前必須加以堆存管理，一般可直接存放，也可裝袋存放。但貯存時要注意保持干燥通風(fēng)，防止閉氣受潮。分為3個過程：起始階段——高溫階段——熟化階段。

圖1 “豬—沼—水葫蘆/果樹—魚”模式示意圖

3 資源化利用

在2015 年，“水十條”和“土十條”頒布，進(jìn)一步規(guī)范了國家和各地方養(yǎng)殖污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。在環(huán)保要求越來越嚴(yán)格的今天，如何轉(zhuǎn)變產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，變廢為寶才是可持續(xù)發(fā)展的綠色經(jīng)濟(jì)。

3.1 沼氣的使用

沼氣是各種有機(jī)物質(zhì)在適宜的溫度、pH下，經(jīng)過厭發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體，屬于二次能源，并且是可再生能源。作為綠色能源，每1 m3沼氣可替代0.714 kg的標(biāo)煤。沼氣最傳統(tǒng)的利用途徑是照明、燒火做飯，現(xiàn)在已發(fā)展到沼氣發(fā)電、集中供氣、提純制天然氣以及車用燃料等。利用沼氣發(fā)電有十分重要的意義，其可以代替化石燃料的燃燒，緩解能源緊張，減少溫室氣體排放，還可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，抵消部分運(yùn)營成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3.2 沼渣和沼液的利用

沼渣和沼液是良好的有機(jī)肥料，除含有豐富的氮、磷、鉀和大量的元素外，還含有對作物生長起重要作用的硼、銅、鐵、錳、鋅等微量元素。故其處置和利用得當(dāng)，可以成為一種資源，給沼氣工程帶來客觀的生態(tài)、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益，否則會造成二次污染。

沼渣液主要是厭氧出水進(jìn)貯液池后，一部分作液態(tài)有機(jī)肥用于果樹的灌溉施肥，另一部分留在底部的濃度較高的沼渣液需流入水葫蘆人工濕地進(jìn)一步處理，去除其高濃度的氮、磷、鉀等元素。一般情況下，厭氧出水作為果肥，只需進(jìn)行簡單的固液分離，去除掉其中較大的固形物即可。在厭氧消化的過程中，其超過95%的病原微生物、寄生蟲卵都被發(fā)酵殺死，故分離后的沼渣可以直接用做基肥，而沼液則可以作為有機(jī)液肥噴施和灌溉。在使用的過程中，只需要依據(jù)果樹需要的養(yǎng)分進(jìn)行水肥配置，即可替代部分化肥和農(nóng)藥，形成良好的農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，從而達(dá)到降低豬場的排污成本，減少環(huán)境污染的效果，增加作物產(chǎn)量和質(zhì)量，并有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 產(chǎn)品收獲

上一步的水葫蘆人工濕地不僅可以進(jìn)一步凈化沼液、沼渣，還可以獲得水葫蘆產(chǎn)品。除了被垃圾滲濾污水毒害致死的個別報道外，水葫蘆幾乎在任何污水中都生長良好、繁殖旺盛。不僅如此，它還可以富集各種污染物質(zhì)：從生活廢水中的有機(jī)污染物，到工業(yè)廢水中的重金屬、稀土元素，到農(nóng)田匯入的農(nóng)藥污染物，水葫蘆幾乎是來者不拒，一一吸納。水葫蘆除了良好凈化水質(zhì)作用，還可以作為生豬、魚類養(yǎng)殖飼料的有機(jī)組成部分。此外，水葫蘆發(fā)酵后可產(chǎn)生沼氣，還可利用水葫蘆來產(chǎn)沼氣以緩解能源的短缺。

除了水葫蘆，本模式可以直接收獲水果、魚等，在改善豬場環(huán)境的前提下，獲得良好的收益，不失為一種綠色經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方式。

4 總結(jié)

文內(nèi)通過對“豬—沼—水葫蘆/果樹—魚”豬場廢棄物處理模式的討論，

創(chuàng)造了健康、綠色的養(yǎng)殖基礎(chǔ)條件，從而改善了豬場的整體健康狀況，為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會做出了積極的、有意義的探索性工作。構(gòu)建了一條“排污減量、廢棄物綜合處理、資源化利用、循環(huán)受益”的符合可持續(xù)發(fā)展的健康養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)鏈。

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2017-01-24）

程燕（1987-），女，碩士，教師，研究方向?yàn)槭称钒踩c加工，E-mail：1158046007@qq.com