畜禽粪污资源化利用及生物有机肥技术

       我国是畜禽养殖大国，畜禽粪污成为农业面源污染中不可忽视的一项，其治理效果与环境保护、土壤改善、减排等密切相关，生态农业发展面临的挑战就是寻求化肥替代品。因此，推动养殖资源化再利用、强化绿色高效环保意识及实现效益最大化很有必要。

一、畜禽粪污

畜禽粪污包括畜禽粪便、尿液以及养殖过程中产生的废水和废料等。在一些经济较落后地区，由于人们思想意识、技术条件及政府重视度等因素的限制，畜禽粪污处置不彻底，造成环境污染隐患和资源浪费。

据第2次污染源统计，我国畜禽养殖粪污超过30亿t，这些粪污中含有大量的有机质、全磷、全氮等物质和多种金属元素如K、Cu、Zn、Cr、Ni、Hg等，它们既是提高土壤肥力的宝贵资源，也是工业材料开发和合成原料。因为这些粪污中含有大量的微生物病菌、有机质和N、P等元素，没有被机体消化吸收，不经处理排放，不仅对环境造成污染，形成资源浪费，而且增加了畜禽的病死率，甚至对人们的健康生活造成威胁。

二、资源化利用模式

目前，我国畜禽粪污资源化利用模式以种养结合的肥料化和能源化利用为主，以饲料化和基料化为辅，不管以何种利用方式其最终产物为达到改善土质和提供肥力而进行还田，见下图。

通常利用微生物的作用进行厌氧发酵或好氧发酵，好氧发酵所产生的能量基本上都是以热能的形式出现，其优点在于工艺相对简单，但热能回收利用并不方便。厌氧发酵如沼气发电过程，主要为收集可燃性气体甲烷进行利用，除厌氧过程和管理繁琐、投入成本较高外，厌氧微生物还会产生甲烷，成为有发展前景的新能源。

畜禽粪便还含有多种维生素、矿物质、氨基酸和粗纤维等营养物质，特别是禽类因消化道短，大部分营养物质没有被消化吸收，经简单的加工，达到畜禽饲料的标准。特别是鸡粪，由于含有大量未经消化的养分和一些促进动物生长的不明因子等，经过进一步加工处理成为非常规的饲料资源，可用于饲喂生猪，也可用于鱼类、黄粉虫、蝇蛆、蚯蚓等动物的养殖，而这些动物本身也是非常不错的动物性饲料。

基料化利用是将畜禽粪污直接作为基料使用，或者作为辅助材料，将其添加到基料中，使基料的质量得到提高。与无土栽培的重要原料秸秆等农作物一起作为基料，用于食用菌的种植，可粪污再利用，又可建立生态农业多层次体系。但目前畜禽粪污普遍存在重金属超标、食用植物培植难、生产过程中生产工艺标准缺失等问题，造成产品质量良莠不齐。

三、肥料化和能源化利用技术

（一）贮存池发酵技术

储存池是将畜禽的粪尿、冲洗水和少量分散饲料等混合物，在敞口、密闭或半密闭的贮存条件下，全量集中收集（液态粪污），并伴有好氧或厌氧发酵过程。目前大部分小规模养殖场（户）均采用该技术进行贮存粪污。由于粪便未经发酵直接还田，会造成土壤缺氧，造成烧苗和重金属污染现象，对植物吸收养分也不利，故通常添加微生物菌剂作为基肥对贮存池内的粪污进行不少于3个月的发酵。

（二）干湿分离处理技术

干湿分离即固液分离，指在收集和处理畜禽粪污时，需对粪污中的固体悬浮物、粪便同尿液污水进行分离，一般采用化学沉降、筛选、挤压等分离技术。干湿分离有自然分离和人工干粪清理2种，自然分离要求畜禽场地预留一定坡度或设置排污沟、漏缝地板等，形成干粪收集池和雨污分流设施，使粪、尿分离；人工干湿分离需要借助干湿分离设备进行集中处理，分离后的固体物料可装袋作为优质肥料，分离后的液态物可进入沼气池发酵产气。干湿分离机的优点是操作简单、占用体积小、处理效率高、自动化程度高、投入回报率高。

（三）膜覆盖处理技术

膜覆盖技术指用特殊复合膜覆盖粪污环境中进行好氧发酵，通过人工控制，降低料堆排放的污染物浓度，使其与周围环境的物质和能量交换达到一定的要求。为保证发酵效果，构建适宜的好氧发酵密闭小环境，在常规仓槽式反应器上覆盖一种半渗透功能膜，以达到处理效果。现在猪场普遍采用的是高密度聚乙烯薄膜发酵方式，这种黑膜将粪污覆盖中间，既能很好地起到防渗效果，又能避免空气中散发出的污水恶臭；还有高分子纳米膜覆盖发酵，配有增氧设备和物联网控制系统，管理更加机械化和智能化。

（四）高温发酵罐处理技术

畜禽粪便发酵罐工作原理为在一定温度、湿度和充足氧气环境状态下，将畜禽粪污以及生物质（秸秆及锯末等）按照一定比例混合均匀，使微生物快速繁殖而分解有机物，释放大量热量，杀死粪污中大量病原菌和寄生虫卵等有害物质，同时对排放的氨气、二氧化碳等气体进行生物臭味。目前市场上广泛使用的有立式发酵槽、卧式发酵槽、机械搅拌槽、全封闭式发酵槽等，经过这种技术处理的熟料既可作为肥料直接使用，也可作为生产复合有机肥的原料。通常将发酵罐埋在地下1.5 m以下，操作使用方便，并具有节约用地、使用寿命长、经济适用、无渗漏等优势和特点。

（五）堆肥沤肥技术

堆肥就是通过好氧法分解粪污中有机质为腐殖质的一种生物肥料，是利用粪污、泥土和矿物质混合堆积，在高温条件下发酵腐熟而成。其原理是利用多种微生物作用，将粪污中有机质进行腐殖化，转化为可溶性营养物质，一般要在50-60 ℃高温发酵条件下10 d即可发酵腐熟。目前成熟的堆肥化处理工艺主要有4种。一是条垛式堆肥，指将粪污原料堆置成条垛式，通过翻抛以达到促进粪污发酵的处理工艺。二是静态堆沤，是在条垛式堆肥基础上通过自然通风或增设通风设备而构成的一种堆肥方法，堆体底部可布置曝气系统传统。三是槽式堆肥，这种方式一般在密闭式发酵车间环境中进行，利用槽式翻动、抛动动式动料，并布置曝气系统，使物料达到迅速腐熟的目的。四是反应器堆肥，是指利用堆肥反应设备，采用曝气、搅拌等措施使粪污快速发酵、腐熟，从而使畜禽粪便转化为有机肥的一种堆肥。

沤肥也称为堆沤，原理和堆肥技术一样，通常是将畜禽液体粪污集中于坑洞内，在表面铺上一层秸秆、腐熟料等覆盖物进行堆沤3个月以上，中小型养殖场户以半开放式堆料池最为常见，要求沤肥坑做到防雨、防渗、防漏。

（六）氧化塘处理技术

氧化塘也叫稳定塘，其原理是通过厌氧生物发酵降解有机质，达到粪污净化目的，其过程实质上是将畜禽粪污中溶解性有机污染物转化为无机物和固态有机物—细菌与藻类细胞的过程。好氧菌在此过程中利用水中的氧气，通过好氧代谢氧化分解有机污染物，使之成为无机物CO2、NH4+、和PO43-，通过藻类的光合作用形成新的藻类细胞，释放出氧气，并在代谢过程中提供给好氧菌所需的氧气，从而使藻类、好氧菌、有机碎屑与塘水共同构成水生态系统，通过好氧代谢将有机污染物氧化分解为有机污染物从而净化了入塘污水，完成了物质、能源在系统内的循环和中转。氧化塘具有投资成本低、维护方便和粪污处理高效等优点，具有一定的推广性。

（七）微生物发酵床技术

基于微生态学相关理论，将作物秸秆等基质垫料平铺于圈内舍，同畜禽排放粪尿、废料混合发酵，一定时间后进行清理的工艺，包括普通垫料养殖、微生物发酵床、异位发酵等。微生物在发酵过程中不仅可以有效地降解粪污中的有机物质，杀灭致病微生物和寄生虫卵，降低畜种发病率，提高畜禽舒适度。微生物发酵床是以锯木、秸秆、益生菌等为原料，铺垫形成微生物发酵床，然后在发酵床上饲养畜禽，特别在一些猪、鸡养殖场中应用十分广泛，其缺点是不能对发酵床进行有效消毒，因为消毒药品会对菌群产生杀灭的作用。异位发酵又称场外发酵，一般由集污池（排污管道）、发酵池、垫料及喷淋设备、翻耙设备等部分组成，当对粪污收集后进入发酵池，还需要添加微生物菌剂、通过翻拱等措施使其与粪便充分混合，以提高发酵效率；由于异位发酵避免了发酵床与畜体接触，解决了对圈舍不能有效消毒带来的负面影响，同时也更具备机械化和规模化作业的优势。

（八）厌氧发酵技术

在微生物的作用下，利用厌氧发酵技术将有机质分解成可燃性气体如甲烷，作为新能源进行收集利用。这种方式特别是在大中型场或养殖密集区应用广泛，弊端就是占用地方大。可通过发酵设施保证发酵温度稳定，建议厌氧发酵温度为30-60 ℃，发酵周期不低于8周。在微生物的作用下，粪便中的病原体和寄生虫被杀死，有效阻断了寄生虫的传播，减少病菌的传播。

沼气模式首先要收集和储存厌氧消化所需的原材料，其次是改善基料材料，在厌氧消化阶段，先后进行初级消化和二级消化，形成厌氧消化循环。沼气是从厌氧消化过程中提炼出来的，主要由二氧化碳和甲烷组成，厌氧发酵处理过程产生的残留物经过处理可作为土壤施肥的有益肥料。沼气发电的优势是提供优质能源，将粪污转化为多样化的能源而输出再利用，厌氧消化具有显著的养殖效益和生态效益，降低碳排放、减少养殖大气和水污染，节约饲养成本，最终粪污可有效改善土壤肥力。

       安徽中邦济国环保科技有限公司与华中农业大学博士生导师刘广龙教授农业面源污染治理团队在农业面源污染治理领域合作开发新产品、新技术、新解决方案等方面进行“精耕细作”。双方围绕国家农业农村发展战略，深度研究并开展农业面源污染防治工作，目前已开发并获得了“农业面源污染智慧监管平台”等相关知识产权。后续，我们将建立更紧密的产学研深度合作关系，推动更多科技成果落地转化，为农业面源污染治理提供更高质量的科技支撑。