汪冬梅

(甘肅臨澤縣畜牧獸醫(yī)局，甘肅臨澤 734200)

1 我國(guó)畜禽糞便資源現(xiàn)狀

我國(guó)主要畜禽廢棄物的產(chǎn)生歸因于當(dāng)代畜牧業(yè)規(guī)?；酿B(yǎng)殖模式，豬、雞和牛是我國(guó)主要的畜禽，根據(jù)這些畜禽品種、體重、糞便排泄量等因素估算2007年的畜禽糞便能源發(fā)現(xiàn)，其糞便實(shí)物量為12.7億t，可開(kāi)發(fā)量為8.84億t，其中豬、雞、牛糞分別為3. 39億t，0.80 億t，4.46億t，豬、雞和牛糞便的能量值分別為每千克12 545 KJ 、18 817 KJ和13 799 KJ，折算為年產(chǎn)能分別是3 934萬(wàn)t、2 909萬(wàn)t和4 139萬(wàn)t(標(biāo)準(zhǔn)煤)，共計(jì) 1.0 983億t標(biāo)準(zhǔn)煤[1]。

2 養(yǎng)殖與畜禽糞便對(duì)環(huán)境的危害

畜禽養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)也對(duì)世界各國(guó)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[2]。無(wú)論是個(gè)體養(yǎng)殖，還是大中型規(guī)模養(yǎng)殖，產(chǎn)生的大量污水、糞便都難以用傳統(tǒng)的還田方式處理，如果處理不當(dāng)，則極易對(duì)環(huán)境、飲用水源和生態(tài)造成嚴(yán)重危害。畜禽糞便一般會(huì)造成以下幾類(lèi)危害：(1)空氣污染。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)業(yè)排放的惡臭(包括有毒有害氣體，如氨、甲烷、含硫化合物等)、粉塵和微生物等各種污染物，不但危害人畜健康，還污染大氣環(huán)境[3]。(2)水體污染。養(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的未經(jīng)處理的畜禽排泄物若浸入周邊地表徑流，會(huì)使得水體中的微生物數(shù)量增多、有機(jī)物和固體懸浮物含量增高，從而改變水體生化性質(zhì)，嚴(yán)重破壞生態(tài)平衡。(3)土壤污染。畜禽糞肥可以增加土壤養(yǎng)分、增強(qiáng)土壤微生物活性、降低污染土壤的重金屬物質(zhì)的毒性以及改善作物品質(zhì)等。當(dāng)未經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理的動(dòng)物糞便作為有機(jī)肥料直接施用于土壤，而土壤中這些物質(zhì)富集到一定數(shù)量，超過(guò)土壤自身的承載和自?xún)裟芰r(shí)，便會(huì)出現(xiàn)厭氧腐化和降解不完全等現(xiàn)象，使土壤性狀發(fā)生變化，造成土壤板結(jié)、土壤透水透氣性下降，損害土壤質(zhì)量，甚至使土地失去生產(chǎn)價(jià)值。另外，畜禽飼料及添加劑中往往添加一些能促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)的微量元素、抗生素等物質(zhì)，其在環(huán)境中可能會(huì)被生物緩慢修復(fù)、降解，但也會(huì)在土壤中積累，這些物質(zhì)被作物吸收后，最終富集于人體，威脅人類(lèi)健康[4]。(4)傳播病菌。畜禽體內(nèi)的微生物通過(guò)消化道，以糞便為載體被排出體外，其中包括大量的病原菌和有害微生物。我國(guó)“人畜共患疾病”達(dá)120多種，其傳播途徑主要是通過(guò)患病動(dòng)物的排泄物、廢水等污染物。如大腸桿菌、禽流感病毒、蛔蟲(chóng)卵和球蟲(chóng)卵等會(huì)從患病或帶病的家畜會(huì)隨糞便排出，如果糞便未經(jīng)處理而使用，將會(huì)成為危險(xiǎn)的傳染源，造成疫病傳播，不僅影響畜禽健康，有些病原體還會(huì)危害人類(lèi)的健康。

3 畜禽糞便資源化利用方式

3.1 堆肥化

堆肥法是畜禽固體廢棄物肥料化及無(wú)害化方式中最常用的方法，其原理是利用堆肥化處理有機(jī)廢棄物。堆肥化是一種可控制的生物降解和轉(zhuǎn)化的過(guò)程，其關(guān)鍵步驟是分解難利用的木質(zhì)纖維素等物質(zhì)，木質(zhì)纖維素等物質(zhì)的分解速率是堆肥化進(jìn)程的重要決定因素[5]。近年來(lái)，對(duì)于堆肥接菌劑應(yīng)用的認(rèn)識(shí)意見(jiàn)不一，一些研究者們嘗試運(yùn)用接種微生物的方法提高堆肥效率與品質(zhì)[6]。這種方法可以豐富堆肥物料中微生物群體的種類(lèi)、擴(kuò)大微生物群體的數(shù)量，使堆肥達(dá)到高溫的時(shí)間縮短、堆肥高溫持續(xù)時(shí)間加長(zhǎng)，微生物的分解活性增強(qiáng)、木質(zhì)纖維素等有機(jī)物的分解速率加快，同時(shí)促進(jìn)堆肥材料的腐熟、縮短堆肥進(jìn)程，從而增強(qiáng)堆肥化的效率，提高堆肥質(zhì)量[7]。也有學(xué)者認(rèn)為接種微生物的方法不能有效的加速堆肥進(jìn)程或提高堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量，因?yàn)槎逊试媳旧砗懈鞣N各樣數(shù)量龐大且繁殖速度較快的微生物，這些微生物在適宜的條件下會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)快速繁殖，堆肥原料中的這些自身因素直接影響堆肥效率及堆肥產(chǎn)品質(zhì)量。另外，接種的微生物多在實(shí)驗(yàn)室條件下培養(yǎng)得到，除了存在對(duì)環(huán)境適應(yīng)性的問(wèn)題，還存在與土著微生物競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題。

堆肥化是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，堆肥過(guò)程中微生物群體影響著環(huán)境的變化，如溫度、pH等，但堆肥中可利用的有機(jī)物質(zhì)及其環(huán)境條件，又決定了堆肥化過(guò)程中微生物群體的數(shù)量和種類(lèi)，可以說(shuō)每個(gè)階段的優(yōu)勢(shì)微生物種群，都是和該階段的特定有機(jī)物質(zhì)及溫度條件相對(duì)應(yīng)的。接種的外源微生物菌劑也可能與堆肥土著微生物之間存在競(jìng)爭(zhēng)，致使二者均不能充分地發(fā)揮其作用。因此，微生物接種劑能否與土著微生物競(jìng)爭(zhēng)而且繁殖，從而占優(yōu)勢(shì)是其發(fā)揮作用的關(guān)鍵。有些微生物雖然在單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)具有很強(qiáng)的分解活性，但在實(shí)際應(yīng)用中，易被土著菌抑制，發(fā)揮不到期望的作用，甚至是完全失效的。有機(jī)廢棄物分解腐熟過(guò)程是極其復(fù)雜的微生物代謝過(guò)程，要使微生物菌劑發(fā)揮作用，需要?jiǎng)?chuàng)建特定分解微生物種群，并具有穩(wěn)定的功能及特性，尤其要使添加的微生物菌劑在初期占據(jù)優(yōu)勢(shì)顯得極為重要。實(shí)際生產(chǎn)中，微生物接菌劑功能的穩(wěn)定性、抵抗外來(lái)雜菌污染能力、對(duì)特定環(huán)境的適應(yīng)性及可利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的經(jīng)濟(jì)適用性等特性是評(píng)價(jià)其利用價(jià)值的重要指標(biāo)，其中微生物接菌劑功能的穩(wěn)定性又是其發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。

3.2 沼氣工程

利用畜禽糞便制作沼氣是畜禽糞便無(wú)害化和資源化利用最為理想的處理方式，其原理是利用厭氧發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)生沼氣[8-9]。因?yàn)樾笄菁S便中含有大量的能量，通過(guò)厭氧發(fā)酵技術(shù)可以將糞便中的能量轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w，不僅有效保留畜禽糞便中的肥分，為人類(lèi)生活提供清潔能源，還減輕了環(huán)境污染，具有良好的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益[10]。沼氣是在厭氧微生物降解過(guò)程中產(chǎn)生的以甲烷為主的混合氣體，經(jīng)提純和凈化后甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)97%以上，被認(rèn)為是替代天然氣比較可行的生物能源之一[11]。沼氣發(fā)酵是一個(gè)微生物作用的過(guò)程，它是各種有機(jī)質(zhì)(包括農(nóng)作物秸桿、禽畜糞便等)在厭氧及其他適宜的條件下，通過(guò)多種生理不同的微生物類(lèi)群聯(lián)合作用，完成這個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，最終轉(zhuǎn)化成沼氣。棄資源資源化和無(wú)害化的一種有效方式，其社會(huì)環(huán)境效益體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：(1)通過(guò)對(duì)畜禽糞便進(jìn)行厭氧消化，可減少畜禽糞便對(duì)土壤、水體和空氣的污染，減輕對(duì)社會(huì)和環(huán)境的壓力。(2)厭氧消化的沼渣和沼液中不僅保留了有機(jī)物分解生所產(chǎn)生的氮、磷等多種養(yǎng)分，還含有一定量的生長(zhǎng)素、維生素、有機(jī)酸、氨基酸等多種活性物質(zhì)，另外沼氣發(fā)酵過(guò)程中還殺死了絕大多數(shù)的有害生物，因此沼渣沼液適宜用做農(nóng)用灌溉、生產(chǎn)有機(jī)肥等，是沼液和沼渣利用和消納的有效方式[12]。(3)沼氣熱利用或沼氣發(fā)電可替代常規(guī)電力，減少有害氣體的排放，有利于減輕空氣污染。沼氣發(fā)酵原料為沼氣發(fā)酵微生物的正常生命活動(dòng)供給了所需的營(yíng)養(yǎng)及能量，是產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)廢棄物如秸桿、雜草、樹(shù)葉等，豬、牛、羊、雞等畜禽糞便都可以作為沼氣發(fā)酵的原料，尤其是秸桿資源，是沼氣發(fā)酵的最主要的原料之一。但在沼氣生產(chǎn)過(guò)程中，以秸稈為主要原料進(jìn)行厭氧發(fā)酵時(shí)，如不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，存在厭氧消化時(shí)間長(zhǎng)、消化率低，產(chǎn)氣量少等問(wèn)題[13]。因此，秸稈預(yù)處理是提高秸稈利用率和產(chǎn)氣率的一種有效手段[14]，成為目前秸稈沼氣利用研究的重要內(nèi)容[15-16]。目前預(yù)處理秸稈的方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法，這與工業(yè)生產(chǎn)中木質(zhì)纖維原料預(yù)處理的原理類(lèi)似。物理預(yù)處理包括切碎、研磨等方法，通過(guò)減小秸稈粒徑，增大纖維材料與降解微生物接觸的表面積，加快分解速度，提高沼氣產(chǎn)量，同時(shí)也利于沼氣池出料?；瘜W(xué)預(yù)處理包括酸堿處理、熱處理等。生物預(yù)處理包括添加菌劑、堆漚等。隨著微生物技術(shù)的發(fā)展，沼氣原料的生物預(yù)處理受到越來(lái)越多的關(guān)注。

3.3 畜禽糞便的飼料化技術(shù)

畜禽糞便含有大量未消化的蛋白質(zhì)和粗脂肪，一定數(shù)量的碳水化合物、礦物質(zhì)元素和B族維生素，特別是粗蛋白質(zhì)含量較高。雞糞精加工后可飼喂豬、牛和羊等。但由于畜禽糞便作飼料存在能量低，礦物質(zhì)含量較高及營(yíng)養(yǎng)不平衡等問(wèn)題，另外畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中使用的各種添加劑，使畜禽排泄物中含有一些潛在的有害物質(zhì)，如藥物(抗蟲(chóng)藥、磺胺等)、抗生素、重金屬(銅、鋅、砷等)、大量病原微生物及激素等[17-19]，這些有害物質(zhì)大部分殘留在糞便中，糞便再作為飼料使用時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)某些成分超標(biāo)甚至中毒問(wèn)題，還極易造成畜禽交叉感染或傳染病的爆發(fā)。因此，歐美、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家基本上已不主張用糞便作飼料，東歐和獨(dú)聯(lián)體國(guó)家主張糞水分離，固體糞渣無(wú)害化處理后用作飼料，液體部分用于生產(chǎn)沼氣或灌溉農(nóng)田。

4 畜禽糞便除臭技術(shù)

畜禽糞便發(fā)出的臭氣已成為世界環(huán)境公害之一，對(duì)人畜健康和生態(tài)環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重危害。畜禽糞便產(chǎn)生的臭氣包括惡臭氣體的種類(lèi)多樣其種類(lèi)多樣成分復(fù)雜，從其組成上可以分為以下五類(lèi)：(1)含硫化合物，如硫化氫、硫醚類(lèi)、硫醇類(lèi)等；(2)含氮化合物，如氨、胺類(lèi)、酰胺、吲哚類(lèi)等；(3)鹵素及其衍生物，如氯氣、鹵代烴等；(4)烴類(lèi)，如烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等；(5)含氧組成的化合物如低級(jí)醇、醛、酮、脂肪酸。這些臭氣使人身體不適，嚴(yán)重危害養(yǎng)殖工作人員及周邊居民的健康。惡臭氣體還會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物應(yīng)激，影響畜禽的生長(zhǎng)速度和料肉比，降低畜禽的抗病力，而且排放到大氣中后加劇空氣污染和引起地球溫室效應(yīng)，已經(jīng)成為一種環(huán)境公害，引起了全社會(huì)的廣泛關(guān)注[20]。臭氣治理主要采用物理法、化學(xué)法、生物法等多種技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外主要的除臭技術(shù)有吸附法、除臭劑法、熱氧化法、洗滌法、生物過(guò)濾法和氧離子基團(tuán)除臭法等[21]。物理、化學(xué)法主要包括氣洗法、吸附法、催化氧化法、催化轉(zhuǎn)化器法、化學(xué)氧化法、脈沖電磁裝置法、中和法、掩蔽法等。一般來(lái)說(shuō)，物化學(xué)法運(yùn)用的設(shè)備繁多、工藝復(fù)雜，二次污染后處理過(guò)程復(fù)雜，耗能大。生物脫臭法是上個(gè)世紀(jì)50年代后期發(fā)展起來(lái)的除臭新方法，是利用微生物降解惡臭物質(zhì)，從而使之無(wú)臭化、無(wú)害化的一種處理技術(shù)，它與物理、化學(xué)方法比較具有一些優(yōu)勢(shì)：成本低廉、脫臭效率高、裝置簡(jiǎn)單；惡臭物質(zhì)被生物降解后的產(chǎn)物二次污染的可能性??；微生物的生長(zhǎng)溫度接近常溫，條件溫和，能耗低[22]。故這種技術(shù)受到環(huán)保人士的歡迎，已成為當(dāng)前環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[23]。