張 寧，張藝杰，李曉玉，劉 磊，郭 旋，何 穎*

(1.廣西農(nóng)墾永新畜牧集團(tuán) 金光有限公司，廣西 南寧 530022；2.廣西大學(xué) 動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530005；3．廣西壯族自治區(qū)獸醫(yī)研究所，廣西獸醫(yī)生物技術(shù)重點實驗室，廣西 南寧 530001)

近年來，我國畜牧業(yè)正處于由傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化和集約化養(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期[1]，畜禽的規(guī)?；B(yǎng)殖速度越來越快，但疾病的發(fā)生率也越來越高。研究表明，我國養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)因各種疾病引起的死亡率高達(dá)10%左右，病死畜禽及糞污如未經(jīng)過有效處理排入環(huán)境中則會對周圍環(huán)境的水源、土壤和空氣造成嚴(yán)重污染，成為社會的一大公害。糞污富含N、P，排放量大且集中，易污染環(huán)境[2-3]。畜禽糞便中通常具有含量高的重金屬，若長期直接施用于農(nóng)田會造成土壤重金屬污染進(jìn)而影響人類健康[4-5]。在規(guī)模豬場各種糞污水處理方式中，厭氧消除技術(shù)不僅可去除糞污水中大量可溶性有機(jī)物，并且可殺死病菌，生成潔凈的燃料和有機(jī)肥料[6-9]。病死畜禽多攜帶病原體，對于如今病死畜禽數(shù)量較大，無害化處理水平普遍較低、成熟技術(shù)缺乏的現(xiàn)狀，國外主要的無害化處理技術(shù)包括填埋、焚燒、堿水解、化制、堆肥、高溫生物降解和厭氧消化等，如比利時、法國、美國、加拿大及歐盟等[10-15]，高溫生物降解法是目前較為理想的技術(shù)[1,16]。

全世界的蔗糖產(chǎn)量約75%來自甘蔗，在中國約占90%以上[17]。甘蔗是中國最大的制糖作物，廣西是中國甘蔗的重要生產(chǎn)區(qū)，廣西甘蔗種植面積已超過廣西總耕地面積的25%[18]。甘蔗生長周期長、消耗養(yǎng)分多，需要大量的有機(jī)肥和N、P、K肥，對灌溉水的需求量也較大，如此才能維持甘蔗旺盛的生長狀態(tài)[17]。規(guī)?；i場糞污水以及病死豬無害化處理后均可生成高效的有機(jī)肥，含有豐富的營養(yǎng)元素，可供給甘蔗施用。江永等[19]將糞污無害化處理后應(yīng)用于菜心，其株高、葉長和葉寬均有明顯增長。目前，未見將糞污水以及病死豬生成的有機(jī)肥應(yīng)用于甘蔗生產(chǎn)的報道。為此，筆者采用“預(yù)處理+UMIC厭氧反應(yīng)器+好氧處理”工藝和高溫生物降解法對糞污水以及病死豬進(jìn)行無害化處理，將經(jīng)無害化處理生成的有機(jī)肥用于甘蔗生產(chǎn)，檢測其對甘蔗生長各項指標(biāo)所產(chǎn)生的影響，以期最大程度回收資源化過程中所產(chǎn)生的能源，充分實現(xiàn)規(guī)模豬場廢污的無害化、減量化、再利用和資源化，進(jìn)而促進(jìn)廣西養(yǎng)豬業(yè)和種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料

豬糞污、病死豬：廣西農(nóng)墾金光畜牧公司提供。甘蔗：甘蔗品種選擇桂糖31號、桂糖32號和桂糖41號，均為金光農(nóng)場培育選留，種植于廣西農(nóng)墾金光農(nóng)場的甘蔗田(土壤為赤紅壤)。

1.2 方法

對豬糞污及病死豬進(jìn)行無害化處理，檢測處理效果，并將其生成的有機(jī)肥施用于甘蔗，考察該有機(jī)肥對甘蔗產(chǎn)量與含糖量的影響。

1.2.1 糞污水的無害化處理(厭氧消除技術(shù)) 1)預(yù)處理。通過格柵與沉渣池去除糞渣、懸浮物以及可直接沉降的雜質(zhì)；通過固液分離機(jī)分離難降解的物體，調(diào)節(jié)廢水的水質(zhì)和水量，通過調(diào)節(jié)酸化池調(diào)節(jié)廢水、均衡水質(zhì)。2)UMIC厭氧反應(yīng)器。形成內(nèi)循環(huán)。3)改良A2/O好氧處理的處理工藝。主要工藝流程：預(yù)處理+UMIC厭氧反應(yīng)器+改良A2/O好氧處理。有效去除有機(jī)廢水中COD，脫氮去磷，同時去除BOD5(如圖1所示)。

圖1糞污無害化處理工藝流程
Fig.1 Process for the harmless treatment of sewage

1.2.3 病死豬高溫生物降解和無害化處理 使用畜禽生物降解機(jī)，通過高速切碎、高溫、發(fā)酵、殺菌消毒、干燥等處理，殺滅病死豬自身攜帶的病原微生物，并轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料，達(dá)到滅菌、環(huán)保和資源循環(huán)利用的目的(圖2)。

圖2 病死豬無害化處理工藝流程Fig.2 Harmless treatment process of dead pigs

1.2.4 病死豬無害化處理效果的檢測 1)工程運行中，每季度抽取1次病死豬無害化處理前后的樣品送至專業(yè)實驗室用RT-PCR/PCR方法[20]進(jìn)行豬瘟病毒、豬繁殖與呼吸障礙綜合征病毒、豬圓環(huán)病毒Ⅱ型、豬偽狂犬病毒、豬傳染性胃腸炎病毒、豬流行性腹瀉病毒、鏈球菌、副豬嗜血桿菌、口蹄疫病毒等豬的多種疾病的病原檢測，根據(jù)檢測結(jié)果判定無害化處理的效果。2)工程正常運行過程中，抽取病死豬無害化處理后的樣品送至鄭州質(zhì)檢中心，對其中所含的營養(yǎng)成分及氨基酸的種類和含量進(jìn)行檢測。判定病死豬無害化處理后的營養(yǎng)價值。

1.2.5 無害化處理有機(jī)肥灌溉甘蔗田 糞污經(jīng)無害化處理后生成有機(jī)肥，經(jīng)檢測無重金屬存在、符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)后，可應(yīng)用于灌溉甘蔗田。課題組于2017年和2018年進(jìn)行2次對比試驗，分別設(shè)置試驗區(qū)與對照區(qū)：試驗區(qū)澆灌有機(jī)肥施肥(每667 m2施用復(fù)混肥130 kg，鈣鎂磷肥100 kg，尿素10 kg，氯化鉀10 kg，每月用有機(jī)肥澆灌或噴灌1次)，對照區(qū)施用常規(guī)肥(每667 m2施用復(fù)混肥150 kg，鈣鎂磷肥100 kg，尿素15 kg，氯化鉀20 kg，使用農(nóng)用水噴灌)。

1)有機(jī)肥噴灌。根據(jù)當(dāng)?shù)氐姆N植習(xí)慣，選種桂糖31號和桂糖32號，于金光農(nóng)場創(chuàng)業(yè)分場的東北、西北、東南3個方位分別設(shè)置試驗區(qū)和對照區(qū)。此試驗于2017年2月份甘蔗收割完后未下種前開始使用有機(jī)肥噴灌。2018年1月甘蔗成熟后，每個區(qū)砍收60 m2，甘蔗測量甘蔗的單莖重、莖長、有效莖數(shù)、蔗糖糖分、田間錘度和產(chǎn)量等生產(chǎn)指標(biāo)，各生產(chǎn)指標(biāo)取3次重復(fù)的平均值。

2)有機(jī)肥澆灌。試驗地點為創(chuàng)業(yè)示范點和羅陽示范點，根據(jù)當(dāng)?shù)氐姆N植習(xí)慣，創(chuàng)業(yè)示范點選種桂糖41號，羅陽示范點選種桂糖31號，在示范點分別選擇試驗區(qū)(處理區(qū))和對照區(qū)各3個，目的為降低取樣誤差。此試驗于2017年2月份甘蔗收割完后未下種前開始進(jìn)行有機(jī)肥澆灌。2018年1月甘蔗成熟后，每個區(qū)砍收60 m2甘蔗，測量甘蔗的單莖重、莖長、有效莖數(shù)、蔗糖糖分、田間錘度和產(chǎn)量等生產(chǎn)指標(biāo)，各生產(chǎn)指標(biāo)取3次重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 糞污水無害化處理效果

2.1.2 無害化處理后污泥中的重金屬含量 從表2可知，糞污水經(jīng)過無害化處理之后，在2016年4個季度抽取的4份污泥樣品的汞、砷、硼、鉛、銅、鉻、鋅、鎘和鎳等元素含量均達(dá)到《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》和農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)(GB4284—84)。

表1 無害化處理后不同階段水樣的理化指標(biāo)Table 1 Physiochemical indicatorsof water samples at different stages of harmless treatment

表2 無害化處理后污泥樣品檢測結(jié)果Table 2 Test results of sludge samples after harmless treatment mg/kg

2.2 病死豬無害化處理效果

2.2.1 無害化處理前后病死豬樣品中的病原陽性檢出率 從表3可知，無害化處理前樣品的藍(lán)耳病毒陽性檢出率為3.5%，圓環(huán)病毒Ⅱ型陽性檢出率為9.4%，豬流行性腹瀉病毒陽性檢出率為4.7%，鏈球菌陽性檢出率為18.8%，副豬嗜血桿菌陽性檢出率為15.3%，豬瘟病毒、豬偽狂犬病毒、豬傳染性胃腸炎病毒和豬口蹄疫病毒無檢出率。無害化處理后樣品的檢測結(jié)果顯示，豬瘟病毒、藍(lán)耳病毒、圓環(huán)病毒Ⅱ型、豬偽狂犬病毒、豬傳染性胃腸炎病毒、豬流行性腹瀉病毒、豬口蹄疫病毒、鏈球菌以及副豬嗜血桿菌均無陽性檢出率。

表3 無害化處理前后各病原陽性檢出率Table 3 Positive detection rates of each pathogen before and after harmless treatment

2.2.2 無害化處理后樣品的營養(yǎng)成分 從表4可知，無害化處理后發(fā)酵全豬粉中含有豐富的水分、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分等營養(yǎng)成分，其中粗蛋白含量為44.64%，粗脂肪含量為11.02%，粗灰分含量為9.05%；此外，還檢測出17種氨基酸成分存在，包括蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和賴氨酸等必需氨基酸。

表4 無害化處理后發(fā)酵全豬粉營養(yǎng)成分分析Table 4 Analysis of nutrient composition of fermented meat and bone meal after harmless treatment %

2.3 無害化處理有機(jī)肥灌溉甘蔗田的甘蔗產(chǎn)量及含糖量

2.3.1 噴灌試驗 從表5可知，與對照相比，灌溉無害化處理有機(jī)肥的甘蔗單莖重、莖徑、有效莖數(shù)和蔗糖糖分均比對照高。桂糖31號的甘蔗產(chǎn)量為6.355 t/667m2，比對照組增產(chǎn)0.818 t，增長14.77%，平均蔗糖糖分為14.89%，比對照增加5.67%；桂糖32號的甘蔗產(chǎn)量為6.605 t/667m2，比對照增產(chǎn)0.979 t，增長17.40%，平均蔗糖糖分為14.64%，比對照增加3.46%。

表5 無害化處理有機(jī)肥噴灌甘蔗田的甘蔗生產(chǎn)指標(biāo)Table 5 Production index of spraying harmlessly treated organic fertilizer in sugarcane field

2.3.2 澆灌試驗 從表6 可知，與對照相比，澆灌無害化處理的有機(jī)肥的甘蔗莖長、莖徑、有效莖數(shù)有不同程度的增加，桂糖41號的甘蔗產(chǎn)量為6.290 t/667m2，比對照增產(chǎn)1.687 t，增長36.65%，平均蔗糖分為14.43%，比對照增加1.54%；桂糖32號的甘蔗產(chǎn)量為6.830 t/667m2，比對照增產(chǎn)1.323 t，增長24.02%，平均蔗糖糖分為14.32%，比對照增加2.21%。

表6 澆灌無害化處理有機(jī)肥的甘蔗生產(chǎn)指標(biāo)Table 6 Production index of sugarcane treated with harmless organic fertilizer

3 結(jié)論與討論

病死豬經(jīng)高溫生物降解之后豬瘟、藍(lán)耳、圓環(huán)Ⅱ型、偽狂犬、傳染性胃腸炎、流行性腹瀉、口蹄疫、鏈球菌、副豬嗜血桿菌等多種病原檢測均為陰性，除本項目前期研究，目前未見國內(nèi)有對病死豬無害化處理后的有機(jī)肥進(jìn)行多種病原檢測的報道。藍(lán)耳病毒感染后傳播速度極快，難以根治[24]；感染圓環(huán)病毒Ⅱ型后易繼發(fā)或并發(fā)其他傳染病，且廣泛存在、凈化困難[25]；豬偽狂犬病毒感染后易引起暴發(fā)流行[26-27]；豬口蹄疫傳染性強(qiáng)，難以控制[28]；豬瘟和藍(lán)耳、偽狂犬、豬圓環(huán)和口蹄疫等病毒極易發(fā)生混合感染[29-30]；豬流行性腹瀉和傳染性胃腸炎癥狀相似，常發(fā)生混合感染；高溫生物降解消滅了病死豬攜帶的所有病原體，將這一過程完全地實現(xiàn)了無害化，避免這些病原體被攜帶進(jìn)入生活生產(chǎn)區(qū)再次擴(kuò)散傳播，避免了病死豬進(jìn)入流通環(huán)節(jié)，一定程度上也避免了食品安全問題的發(fā)生，促進(jìn)了養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展[31]。病死豬無害化處理得到的肉骨粉中含有豐富的氨基酸及其他營養(yǎng)元素，其粗蛋白含量為44.64%，粗脂肪含量為11.02%，鈣和磷含量分別為2.02%和1.02%，谷氨酸、甘氨酸、亮氨酸和精氨酸含量分別為4.61%、2.02%、1.96%和1.62%，營養(yǎng)成分及氨基酸組分比較平衡，可以作為優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥；還可添加在畜禽飼料中，有助于保證日糧的氨基酸平衡及氨基酸消化率[32]，肉粉中的粗脂肪還可為動物生長提供能量；還可以適當(dāng)?shù)谋壤骠~粉，其氨基酸組分較魚粉更為全面均衡、含量也與魚粉接近且成本更低，是理想的蛋白粉來源和替代品[33]。

豬場糞污水和病死豬無害化處理后生產(chǎn)出的有機(jī)肥有效地促進(jìn)了甘蔗產(chǎn)量的增加及糖分的提高。其中，有機(jī)肥噴灌處理較常規(guī)施肥的桂糖31號和桂糖32號的產(chǎn)量分別增長14.77%和17.40%，糖分分別提高5.67%和3.46%，有機(jī)肥澆灌處理較常規(guī)施肥的桂糖41號和桂糖31號的產(chǎn)量分別增長36.65%和24.02%。甘蔗渣及甘蔗糖蜜發(fā)酵后還可用來飼喂豬，施用有機(jī)肥可以很大程度上減少無機(jī)肥的施用量，減少環(huán)境污染；還可有效地防止土壤板結(jié)，培肥土壤肥力，提高甘蔗的防風(fēng)能力，促進(jìn)甘蔗生長，提高甘蔗的品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本[9,34]。項目的實施有效地解決了養(yǎng)豬過程中所出現(xiàn)的污染問題，實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，將整套養(yǎng)豬生產(chǎn)體系實現(xiàn)了生態(tài)養(yǎng)殖，將養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)結(jié)合在一起，建成了一套循環(huán)、高效、節(jié)能、環(huán)保的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，極大地促進(jìn)了生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

研究建立了“豬-有機(jī)肥-甘蔗-蔗糖發(fā)酵(甘蔗糖蜜)-豬”的資源循環(huán)體系，實現(xiàn)了種養(yǎng)結(jié)合的生產(chǎn)模式，具有極高的推廣價值。廣西作為養(yǎng)豬大省，豬場逐漸增多，但豬場產(chǎn)生的廢棄物并不能得到及時的處理和應(yīng)用，給環(huán)境造成了極大的壓力。因此厭氧消除技術(shù)、高溫生物降解技術(shù)以及將無害化處理后的有機(jī)肥應(yīng)用于甘蔗的整個技術(shù)體系為廣西的規(guī)模豬場做了示范，推廣應(yīng)用后可以有效地改善廣西各地豬場廢污處理不當(dāng)?shù)默F(xiàn)狀，將有機(jī)肥施用于農(nóng)作物，減少無機(jī)肥的使用，減少環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)廣西畜牧業(yè)和種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。