我國豬糞的資源化利用技術(shù)現(xiàn)狀分析

徐家琦，王 毅，金 燦，黃俊偉，代知廣

（1.中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430064；2.三川德青科技有限公司，湖北 武漢 430075；3.武漢智匯元環(huán)保科技有限公司，湖北 武漢 430079；4.武漢格?；ōh(huán)境科技有限公司，湖北 武漢 430062）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對豬肉等肉類制品的需求量也不斷增加，規(guī)?；⒓s化的養(yǎng)豬模式逐漸替代了過去小規(guī)模、區(qū)域化、散養(yǎng)的模式，我國逐漸成為世界第一的養(yǎng)豬大國，飼養(yǎng)生豬總量已高達(dá)全球的50%，與此相對應(yīng)的是豬糞產(chǎn)量的不斷增加。有研究表明[1]，每出欄1 000頭豬，養(yǎng)豬場的糞尿年排放量將高達(dá)40萬t。如此大量的豬糞不經(jīng)有效處理直接排放，將導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。因此如何有效地處理豬糞并利用其中的有用成分，變廢為寶，不但關(guān)乎環(huán)境問題，還對養(yǎng)豬行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)有十分重要的影響，同時(shí)對促進(jìn)農(nóng)村能源革命和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。本文介紹了豬糞的主要資源化利用技術(shù)，總結(jié)了我國在豬糞的資源化利用方面遇到的問題，并對我國豬糞資源化利用的未來發(fā)展進(jìn)行了展望，以期為養(yǎng)豬行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 肥料化

1.1 直接還田

直接還田是豬糞最原始和最簡單的資源化利用方式。豬糞中富含氮、磷、鉀等農(nóng)作物的營養(yǎng)元素，同時(shí)還含有胡敏酸等膠性成分，可改善土層的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加其蓄水性和透氣性，有利于農(nóng)作物的生長[2]。由于土壤的過濾作用及植物根系的過濾、吸附、離子交換、氧化、土壤微生物之間的拮抗作用等，豬糞中的有機(jī)物和病原體等在直接還田后可被降解和殺滅，在避免二次污染的同時(shí)還提高了土壤肥力和農(nóng)作物的產(chǎn)量[3]。但與此同時(shí)，豬糞含水率較高且具有惡臭，直接還田過程中氨的揮發(fā)會(huì)導(dǎo)致肥效下降，且土壤自凈能力有限，過多施用豬糞極易引起面源污染，豬糞中的病原微生物及其在土壤中的發(fā)酵產(chǎn)熱和分解產(chǎn)物均可能對農(nóng)作物的生長發(fā)育產(chǎn)生不良影響，因此直接還田的方式受到一定的限制。

1.2 好氧堆肥

好氧堆肥是指利用好氧微生物在有氧環(huán)境條件下分解豬糞中的有機(jī)物并形成農(nóng)作物易于吸收利用及對其生長有利的有機(jī)肥[4]，同時(shí)堆肥過程的高溫還可殺滅其中的病原微生物和寄生蟲卵等[5]。通過好氧堆肥，腐熟的豬糞可提高土壤的有機(jī)質(zhì)和肥力，并保持土層的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和避免土壤板結(jié)[6]，最終可提高農(nóng)作物的產(chǎn)量及品質(zhì)。豬糞還可與秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物協(xié)同堆肥，并以此調(diào)節(jié)pH、含水量等堆肥關(guān)鍵參數(shù)[7]。豬糞好氧堆肥法在我國起步較晚，雖然具有一定的應(yīng)用前景，但傳統(tǒng)好氧堆肥技術(shù)存在占地面積大、惡臭污染環(huán)境、蚊蠅滋生、腐熟時(shí)間較長、滲濾液流淌等問題。此外，好氧堆肥過程同樣存在氮肥的流失問題，因此如何減小堆肥過程的臭味、加快腐熟進(jìn)程及保存氮素等養(yǎng)分問題決定了豬糞好氧堆肥的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

2 能源化

豬糞的能源化利用技術(shù)也日益成熟，如直接作燃料用于豬舍加溫灶燃燒提升豬舍及地面溫度[8]，熱解產(chǎn)生木炭、生物油及燃?xì)?，厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣等。其中，利用厭氧微生物（如產(chǎn)酸微生物、產(chǎn)甲烷菌等）在厭氧環(huán)境條件下分解豬糞中的有機(jī)物并產(chǎn)生沼氣，是目前我國應(yīng)用最多的豬糞能源化方式。豬糞的厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣過程不但可以去除豬糞尿的惡臭，還可同步殺滅有害病原微生物及寄生蟲等，同時(shí)沼氣可作為一種重要的清潔能源供人們?nèi)粘Ｉ钍褂茫ㄈ绨l(fā)電等）。此外，發(fā)酵后的沼渣沼液也可進(jìn)行資源化利用，如作為糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、花卉等的有機(jī)肥[9]，作為魚餌及飼料添加劑，或作為食用菌培養(yǎng)基等[10]。豬糞的沼氣發(fā)酵受到溫度及pH等[11]條件的影響，在一定范圍內(nèi)沼氣的產(chǎn)氣量隨溫度升高而增加，因此在北方豬糞尿可沼氣化利用的時(shí)間（5～6個(gè)月）短于南方（8～10個(gè)月）[12]，加溫或保溫措施有利于延長北方豬糞尿可沼氣化利用的時(shí)間，在川南、云貴及華南等地區(qū)幾乎可全年實(shí)現(xiàn)豬糞尿的沼氣化利用。豬糞的厭氧沼氣發(fā)酵還受到微量元素（如鈷、鎳、鐵等）、碳氮比及添加劑等因素的影響，其中碳氮比在25∶1左右較為適宜，而添加四氧化三鐵[13]及沸石等添加劑則可促進(jìn)厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣量。我國的豬糞厭氧沼氣發(fā)酵技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但其初期投資相對較大，同時(shí)存在發(fā)酵后重金屬殘留[14]、規(guī)模化養(yǎng)豬場離居民區(qū)距離較遠(yuǎn)、沼氣運(yùn)輸安全性相對較低等問題，這些因素限制了其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

3 飼料化

3.1 直接飼料化

豬糞中含有豐富的粗蛋白質(zhì)，且?guī)缀醣蓉i取食的飼料中粗蛋白質(zhì)含量還高，同時(shí)還含有未消化的粗脂肪、粗纖維、氨基酸、各種維生素、礦物質(zhì)、磷、鈣以及大量微量元素等，因此可經(jīng)過加工處理直接作畜禽飼料。豬糞直接飼料化的加工方法包括干燥法、青貯法及微波法等。其中干燥法可采用自然干燥和高溫干燥。自然干燥即通過利用太陽光照蒸發(fā)豬糞中的水分，該法耗時(shí)較長且易導(dǎo)致異味散發(fā)和蚊蠅滋生；高溫干燥則主要通過高溫烘干機(jī)在短期內(nèi)升溫至500 ℃實(shí)現(xiàn)對豬糞的快速干燥，該法可避免異味的擴(kuò)散和蚊蠅滋生，還能降低養(yǎng)分的流失并通過高溫殺滅有害病菌。青貯法是指在厭氧環(huán)境條件下，豬糞按一定比例和秸稈等粗草料混合后經(jīng)乳酸菌發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)飼料的長期保存與利用，該法操作簡便且費(fèi)用較低，具有實(shí)用性，比較適于中小型養(yǎng)殖企業(yè)。微波法是指利用電磁波對豬糞進(jìn)行微波輻射處理，該法可實(shí)現(xiàn)對豬糞的高效除臭和滅菌，同時(shí)耗時(shí)短、效率高，但不夠經(jīng)濟(jì)，難以在大型養(yǎng)豬場應(yīng)用。經(jīng)加工后的豬糞飼料產(chǎn)品可替代棉籽餅、花生粉或大豆粉等，并可用于養(yǎng)魚[15]、豬或反芻動(dòng)物等，其中特別是養(yǎng)魚的效果較好。但是，使用加工后的豬糞飼料產(chǎn)品需要加強(qiáng)防疫工作，避免相應(yīng)疾病的產(chǎn)生與傳播。

除干燥法、青貯法及微波法外，發(fā)酵床養(yǎng)豬也是一種值得提倡的高效豬糞飼料化方法。發(fā)酵床法主要是利用發(fā)酵劑、鋸末、松葉或秸稈等墊料與豬糞尿的協(xié)同發(fā)酵，使二者被轉(zhuǎn)化為牲畜可食用的蛋白質(zhì)、糖類、維生素及有機(jī)酸等營養(yǎng)物。該法可通過在豬舍設(shè)置墊坑將豬糞尿長期貯存于發(fā)酵床，并在微生物的作用下避免形成二次污染，發(fā)酵過程的產(chǎn)熱也可殺滅有害微生物和抑制寄生蟲卵繁殖；而發(fā)酵床的使用也減少了飼養(yǎng)員的清糞環(huán)節(jié)，提高了工作效率；同時(shí)墊料和豬糞尿等轉(zhuǎn)化成的營養(yǎng)物可供豬拱食而節(jié)約豬飼料，降低了養(yǎng)豬成本；此外，在有益菌發(fā)酵后，發(fā)酵產(chǎn)物營養(yǎng)豐富，可提高豬肉品質(zhì)。但另一方面，發(fā)酵床法對發(fā)酵菌有較高的要求，而且不能使用抗生素等藥物，這容易導(dǎo)致呼吸道疾病及皮膚病等的發(fā)生。因此，發(fā)酵床法雖然低碳環(huán)保，但就目前我國的養(yǎng)豬水平而言，其推廣應(yīng)用尚需通過實(shí)踐不斷完善。

3.2 動(dòng)物處理后飼料化

動(dòng)物處理后飼料化系指將豬糞尿用于養(yǎng)殖微小型動(dòng)物，再將該微小型動(dòng)物進(jìn)一步作為飼料。例如，豬糞可用于養(yǎng)殖蠅蛆及蚯蚓等，二者皆以腐敗有機(jī)物為食，且均富含氨基酸、蛋白質(zhì)等多種營養(yǎng)物質(zhì)，其營養(yǎng)價(jià)值遠(yuǎn)高于普通魚粉，因此利用豬糞養(yǎng)殖的蠅蛆及蚯蚓可作為魚、螃蟹等的優(yōu)質(zhì)飼料，此外，豬糞養(yǎng)殖的蠅蛆及蚯蚓因含有多肽和抗菌活性蛋白等成分，還可入藥。經(jīng)過蠅蛆處理后的豬糞變成疏松的顆粒狀，其糞臭素和大腸桿菌均有效減少，可進(jìn)一步用作生物肥；而經(jīng)過蚯蚓處理后的豬糞變得松軟，且pH中性偏堿，其氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量上升，重金屬等含量下降，適宜農(nóng)作物生長，可用作蔬菜、果蔬等的有機(jī)肥。近年來養(yǎng)殖黑水虻也成為一種豬糞的資源化利用推廣模式[16]，黑水虻可以生活垃圾和畜禽糞便為食，飼養(yǎng)成本較低且繁殖速度快，其幼蟲和蛹均是較好的動(dòng)物蛋白質(zhì)飼料，可用于雞、鴨等的養(yǎng)殖，同時(shí)黑水虻糞還可作為有機(jī)肥出售。動(dòng)物處理后飼料化可使豬糞資源得到充分的利用，同時(shí)投入低、風(fēng)險(xiǎn)小，遵循了綠色低碳循環(huán)的發(fā)展理念，是我國豬糞資源化的重要發(fā)展方向之一。

3.3 植物處理后飼料化

植物處理后飼料化是指將豬糞尿用于種植水生植物，再將水生植物進(jìn)一步作為飼料。比如，豬糞尿及沖棚水等可用于養(yǎng)殖綠萍及水葫蘆等水生植物，這些水生植物又可用于養(yǎng)魚，而經(jīng)綠萍及水葫蘆等水生植物處理后的糞尿水還可再用于農(nóng)田灌溉及養(yǎng)豬場沖棚。該法既有效地處理并利用了豬糞尿，還節(jié)約了水資源[17]。此外，豬糞污水在分級(jí)沉淀后可通過狐尾藻氧化塘進(jìn)行處理，在污水得到凈化的同時(shí)，狐尾藻還可用于養(yǎng)殖雞、鴨、鵝、魚及豬等[18]。

4 其他利用方向

豬糞是一種可再生的生物質(zhì)資源，除肥料化、能源化、飼料化外，在其他方向也有不錯(cuò)的利用前景。例如，通過干濕分離，豬糞可代替鋸末作為食用菌的培養(yǎng)基，該方向已經(jīng)在毛木耳及姬松茸等食用菌的栽培中得到運(yùn)用，且研究表明其重金屬含量也已達(dá)標(biāo)[19-20]。上文已述，豬糞在沼氣發(fā)酵后的沼渣也可用于食用菌的培養(yǎng)基。豬糞還可作為能源微藻的培養(yǎng)基質(zhì)，并由此降低生物柴油的生產(chǎn)成本[21]。此外，豬糞經(jīng)熱解產(chǎn)生的生物炭在土壤修復(fù)及水處理行業(yè)也有一定的應(yīng)用前景。張鵬等[22]研究表明，豬糞生物炭可用于西維因等農(nóng)藥污染土壤的修復(fù)。陳佼等[23]則研究發(fā)現(xiàn)豬糞生物炭在經(jīng)“硫酸+超聲波”改性后可用于吸附水體的鉻等重金屬。陳喬等[24]還發(fā)現(xiàn)豬糞生物炭對重金屬鎘的吸附受到灰分、熱解溫度等因素的影響。

5 豬糞資源化存在的問題分析

5.1 資金問題

養(yǎng)豬業(yè)本身屬于弱勢產(chǎn)業(yè)，其市場風(fēng)險(xiǎn)較大且產(chǎn)出較低，而豬糞的資源化利用所需投資和運(yùn)行成本較高，同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于社會(huì)效益和環(huán)境效益，因此社會(huì)資本的投資意愿并不強(qiáng)。盡管國家對畜禽糞便沼氣利用等資源化方向有相關(guān)的補(bǔ)貼政策，但補(bǔ)貼力度十分有限，同時(shí)合作社申請項(xiàng)目也需先自籌資金立項(xiàng)后補(bǔ)助，其自籌資金也十分有限，因此豬糞的資源化仍面臨著資金問題需要解決。建議政府調(diào)整幫扶政策和方式、加大財(cái)政扶持力度、加大資源化的科研投入、擴(kuò)大補(bǔ)貼范圍，如完善豬糞等畜禽糞便的集中轉(zhuǎn)運(yùn)、有機(jī)肥生產(chǎn)及施用的配套補(bǔ)貼，補(bǔ)貼形式可以根據(jù)實(shí)際情況采取貸款貼息、用地優(yōu)惠、稅收減免等，從而鼓勵(lì)養(yǎng)殖戶資源化處理豬糞、利用豬糞飼料等，鼓勵(lì)種植戶使用豬糞肥料等，由此進(jìn)一步推動(dòng)豬糞的資源化利用向可持續(xù)發(fā)展不斷邁進(jìn)。

5.2 設(shè)備及工程建設(shè)問題

豬糞養(yǎng)殖屬于微利行業(yè)，但豬糞資源化利用所需的設(shè)備、工程投資和運(yùn)行成本較高，很多非規(guī)模的散戶和小規(guī)模的養(yǎng)殖場受到資金、場地等因素的限制而無法承受，因此現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行效率不夠高，相比進(jìn)口設(shè)備競爭力也較弱，還存在故障率高、使用壽命短等問題，部分沼氣工程設(shè)備難以滿足耐水、耐壓及耐腐蝕的要求，一些由非正規(guī)單位設(shè)計(jì)的工程甚至因設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致后期無法正常運(yùn)行。此外，豬糞公共基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也需進(jìn)一步完善，建議政府部門要加快建立豬糞等廢棄物的集中處理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，構(gòu)建養(yǎng)殖戶與豬糞資源化利用企業(yè)間溝通的橋梁，從而有效引導(dǎo)養(yǎng)殖戶集中處理豬糞等廢棄物。

5.3 環(huán)境問題

2018年我國發(fā)生非洲豬瘟以來，部門地區(qū)大力發(fā)展畜牧養(yǎng)殖業(yè)，因此一旦資源化利用過程出現(xiàn)問題導(dǎo)致無法及時(shí)、有效地處理豬糞等廢棄物，將極有可能造成威脅人類生產(chǎn)生活及社會(huì)環(huán)境的面源污染。此外，作為豬糞的主要利用方向，肥料化過程的惡臭會(huì)污染大氣，重金屬、有害病原微生物等還會(huì)造成土壤和地下水的面源污染；而在直接飼料化過程若出現(xiàn)防疫不到位，則可能導(dǎo)致相應(yīng)疾病的產(chǎn)生與傳播。

5.4 人員問題

養(yǎng)豬企業(yè)和散戶具有點(diǎn)多、面廣及分散的特點(diǎn)，部門養(yǎng)豬企業(yè)和散戶為節(jié)約人力和電力成本并未長期運(yùn)行豬糞的處理和資源化利用設(shè)施；而農(nóng)業(yè)部門存在基層人員數(shù)量不足、知識(shí)老化及身兼數(shù)職等現(xiàn)象，無法及時(shí)掌握養(yǎng)豬場的動(dòng)態(tài)；同時(shí)環(huán)保部門則因項(xiàng)目驗(yàn)收、群眾舉報(bào)、投訴及環(huán)評等環(huán)境執(zhí)法問題難以及時(shí)監(jiān)管未達(dá)標(biāo)處理豬糞的非法亂排和偷排。這些企業(yè)和散戶的僥幸心理和違法行為阻礙了豬糞的資源化利用進(jìn)程。此外，我國養(yǎng)豬業(yè)的環(huán)保技術(shù)研發(fā)水平和技術(shù)創(chuàng)新相對滯后，研發(fā)高效、快捷、低投資而成熟的豬糞資源化利用技術(shù)關(guān)鍵依靠創(chuàng)新，因此相關(guān)人員的素質(zhì)也有待加強(qiáng)。

5.5 政策問題

目前，僅通過市場運(yùn)作機(jī)制仍難以維持豬糞的長效資源化，不但養(yǎng)殖戶參與度還不夠，資源化的效果也不顯著，因此政府和相關(guān)部門需要采取相關(guān)政策促進(jìn)豬糞資源化的長效運(yùn)營：在財(cái)政扶持政策方面，要細(xì)化考核方案及獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，調(diào)動(dòng)養(yǎng)殖戶與豬糞資源化利用企業(yè)的積極性；在監(jiān)督管理政策方面，要完善約束機(jī)制，如環(huán)保局應(yīng)加大環(huán)保監(jiān)督的執(zhí)法力度，嚴(yán)格落實(shí)規(guī)模養(yǎng)豬的環(huán)評及污染監(jiān)管制度，政府和畜牧獸醫(yī)局等部門還需要建立健全權(quán)責(zé)清晰的監(jiān)管制度和完善規(guī)模養(yǎng)殖主體責(zé)任制、屬地責(zé)任制等，從而通過激勵(lì)和監(jiān)管雙管齊下的作用構(gòu)建豬糞資源化利用的一種長效運(yùn)營機(jī)制。

6 結(jié)語

豬糞可通過肥料化、能源化和飼料化實(shí)現(xiàn)資源的轉(zhuǎn)化，變廢為寶，符合我國的鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。我國是世界第一養(yǎng)豬大國，年產(chǎn)豬糞量十分可觀，因此豬糞的資源化利用在我國具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景。然而，豬糞的資源化利用在我國還面臨著資金、設(shè)備、工程建設(shè)、環(huán)境、人員、政策等多方面的問題，各資源化利用方向也受到一定的限制，因此距離豬糞資源化利用長效運(yùn)營的推廣應(yīng)用還有較長的路要走。隨著綠色低碳循環(huán)發(fā)展理念的深入和科技水平的提高，相信資源化利用必將成為豬糞未來處理的必由之路。在今后，豬糞資源化之路仍需不斷加強(qiáng)創(chuàng)新，加快研發(fā)綠色、高效、環(huán)保、低成本的豬糞資源化利用技術(shù)，并探索新的資源化利用模式，如種養(yǎng)結(jié)合模式、PPP模式等。種養(yǎng)結(jié)合模式已取得不錯(cuò)的成果，相信在未來科研工作者還將在豬糞資源化方向取得更多更大的成果。