糞便處理的不同策略

動(dòng)物糞便可以根據(jù)其稠度或水分含量分為液體糞肥（固形物含量最高為5％）、漿料和半固態(tài)糞肥（固形物含量為5％至25％）和固態(tài)糞肥（固形物含量超過25％）。通過利用物理、生物或化學(xué)等方式可以達(dá)到減少糞便量、提高其適用性和提高肥料價(jià)值的目標(biāo)。處理形式包括脫水、固液分離、厭氧和好氧污水貯留池、營養(yǎng)強(qiáng)化、制粒、堆肥、精制和沼氣池等。下面重點(diǎn)介紹幾種糞便處理方式。

1、厭氧消化

糞便的最常用處理技術(shù)是厭氧消化，糞便的厭氧消化是糞便產(chǎn)生能量的過程，該過程是在沒有氧氣的情況下，厭氧細(xì)菌將有機(jī)廢物中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷，將其用于發(fā)電。動(dòng)物糞便在儲(chǔ)存過程中會(huì)釋放出大量的氮?dú)夂图淄椋梢酝ㄟ^冷卻，使用固體覆蓋物，從漿液中機(jī)械分離固體或捕獲排放的甲烷來減少糞便中甲烷的排放量。此外，厭氧消化過程會(huì)產(chǎn)生潛在有價(jià)值的副產(chǎn)物。

愛爾蘭國立大學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器內(nèi)的青貯飼料與豬糞以1∶1的比例共同消化，可以在一定程度上提高甲烷產(chǎn)量。當(dāng)反應(yīng)器每日每立方米的有機(jī)負(fù)荷率高達(dá)3kg揮發(fā)性固體，并且青貯飼料的揮發(fā)性固體比例為40%時(shí)，甲烷的產(chǎn)量是非常穩(wěn)定的，每日高達(dá)501m3。在中試中，混合使用糞便+青貯飼料的揮發(fā)性固體去除率比單獨(dú)使用糞便從41.4%提高到53.9%，表明豬糞與青貯飼料混合消化比單獨(dú)消化的效果要顯著。

2、好氧消化

好氧消化也是糞便處理的常用技術(shù)之一，可用于處理液體肥料以減少氣味、化學(xué)需氧量（COD）和生化需氧量（BOD），以及控制病原體。好氧處理通常是分批或半連續(xù)（分批進(jìn)料）處理，在分批處理中，所有未處理的物料都從設(shè)備中移出，然后再重新填充未處理的漿料，而分批進(jìn)料則會(huì)將未處理的物料添加到消化器中，從而將某些處理過的物料置換掉。1kg糞便大概含63.7g粗蛋白，2.1g總氮，0.9g總磷，1.1g總鉀，1.8g鈣，0.7g鎂，0.3g硫，37.6mg銅，137.2mg鋅，6.0g鐵，425.5mg錳，9.2mg硼，1.0mg鉬等，經(jīng)過合適的處理，大量糞便轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料在經(jīng)濟(jì)上是可行的，并且對(duì)于環(huán)境也是有益的。豬場建議用3種方式管理糞便：牧場管理、堆肥和清除。其中對(duì)于將豬飼養(yǎng)在舍內(nèi)或混凝土地面上的農(nóng)場來說，堆肥是一種選擇，因?yàn)榧S便很容易被鏟起并轉(zhuǎn)移到堆肥區(qū)域。大型商業(yè)養(yǎng)豬場在大的污水貯存池儲(chǔ)存糞尿，利用細(xì)菌將糞尿分解為固體和液體，然后將其作為燃料或肥料出售。貯存池設(shè)置的地點(diǎn)需遠(yuǎn)離住宅及考慮當(dāng)?shù)氐匦魏蜌夂蚩梢赃x擇露天堆肥，為了減少異味，需要將儲(chǔ)存罐圍起來，并在其上面放一個(gè)罩子，還可以在儲(chǔ)存罐周圍種植茂密的灌木，例如一些生長快速的雜交澳大利亞柳樹，以幫助交換氣體并捕獲氣味。一般來說，1頭體重90.7kg的豬每天可排泄5.9kg的糞便，一年可排泄2150kg的糞便，豬場農(nóng)戶可選擇相關(guān)的堆肥機(jī)器和有機(jī)肥設(shè)備來生產(chǎn)糞便生物有機(jī)肥，經(jīng)過堆肥處理后，糞便作為土壤添加劑是非常安全的。

實(shí)際生產(chǎn)中，推薦使用一系列在豬糞便有機(jī)肥生產(chǎn)過程中起到關(guān)鍵作用的裝備，包括固液分離器、用于堆肥和發(fā)酵過程的堆肥轉(zhuǎn)換器、用于糞便顆粒化處理過程的有機(jī)肥料制粒機(jī)、用于篩選過程的篩網(wǎng)、旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)、冷卻器和自動(dòng)包裝機(jī)等。

影響高效堆肥的因素很多（見表4），其中主要受4個(gè)因素影響：通風(fēng)、營養(yǎng)平衡、水分含量、溫度。如果合理控制這4個(gè)因素，堆肥會(huì)非常快速地完成。其中通風(fēng)是非常關(guān)鍵的因素，堆肥過程中需要很多氧氣，而空氣來源可以利用風(fēng)機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行攪拌或混勻。

堆肥的方法有很多，其中畜牧業(yè)中最具實(shí)用性的兩種方法是：1）翻動(dòng)的條垛系統(tǒng)和注入空氣的垛。一般情況下，可使用被定期攪動(dòng)或翻動(dòng)的窄長垛。垛的大小取決于給它們充氣的設(shè)備以及材料組成。如果條垛系統(tǒng)橫斷面過大，當(dāng)它被翻動(dòng)時(shí)，垛的中心會(huì)產(chǎn)生厭氧和難聞的氣味。如果條垛系統(tǒng)橫斷面太小，可能會(huì)快速丟失熱量，并且垛自身無法達(dá)到蒸發(fā)濕度、滅菌和除掉雜草種子的高溫（見表5）。強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛，是通過一條或多條管道給垛提供空氣，保持穩(wěn)定的空氣供應(yīng)，這個(gè)過程保證堆肥在3～5個(gè)星期完成處理并產(chǎn)生的氣味最少，不過該系統(tǒng)容易堵塞供氣管道。 

條垛堆肥是勞動(dòng)密集型工作，幾乎每天都需要跟蹤處理；相反，充氣垛只需要在堆肥建造或移動(dòng)的時(shí)候進(jìn)行人工處理，占用較少的土地并且糞肥很容易堆到屋頂。

3、營養(yǎng)策略

降低畜禽糞便的產(chǎn)量和糞便管理的潛在排放量，也可以采取營養(yǎng)策略進(jìn)行。研究發(fā)現(xiàn)給豬只飼喂低蛋白日糧與高蛋白日糧相比，前者糞便產(chǎn)量較低，氮素輸出強(qiáng)度降低；另有研究表明用各種類型的明礬給豬補(bǔ)充氨基酸、添加酶等，可進(jìn)一步減少豬的氮排泄。這也意味著有較低的肥料和養(yǎng)分輸出，并減少了糞便對(duì)環(huán)境的潛在影響。

4、減少糞便臭氣的策略

盡管降低糞便產(chǎn)量是豬場糞污處理的重頭戲，但是豬場糞便的臭氣處理也需要密切關(guān)注。以下是關(guān)于豬場糞便臭氣處理的一些方法：1）相比到處散布糞便，注入型糞便可以減少50%～75%的氣味，成本大約是0.0055元/L。2）日糧控制是相對(duì)較容易實(shí)現(xiàn)減少氣味的方式。研究發(fā)現(xiàn)，降低日糧中的粗蛋白水平和單體氨基酸可以減少20%的氣味。3）在室外種植一排較短的灌木/喬木。靠近建筑物種植一排較高的喬木，將有助于改善豬場氣味。實(shí)施過程中需要考慮耗費(fèi)的時(shí)間成本及樹木對(duì)自然通風(fēng)設(shè)施的影響。4）覆蓋糞坑。無論是可透氣的（稻草、玉米秸稈、土工織物）或不可透氣的（高密度聚乙烯）的覆蓋物，覆蓋后有助于防止氣體逸出。透氣罩可減少40%～50%的氣味，成本7.5～18.8元/平方米（10～25美分/平方英尺），不透水覆蓋物的成本更高，75.3～105.5元/平方米（1～1.4美元/平方英尺），能減少70%～80%的氣味，但需要對(duì)覆蓋物上的積雪和雨水加以管理。5）漿料酸化是丹麥養(yǎng)豬生產(chǎn)中常用的一種方法，農(nóng)場主可以通過這種方法在很大程度上減少氨氣和溫室氣體（GHG）的排放。據(jù)報(bào)道，當(dāng)酸化發(fā)生在室外糞肥儲(chǔ)存階段之前，減少量最大。6）通過螺旋壓榨機(jī)機(jī)械分離漿料是另一種流行的處理方法。該工藝可返回液體和較少量的漿料固體成分，并通過在偏遠(yuǎn)的農(nóng)場中使用富含磷的固體成分來提高養(yǎng)分的再分配，同時(shí)減少糞便運(yùn)輸過程中的燃料消耗。7）糞便刮除系統(tǒng)相對(duì)常規(guī)糞便清除系統(tǒng)，可顯著降低豬舍內(nèi)硫化氫和氨氣的濃度和排放（降低了90%），而且刮除系統(tǒng)的每頭豬運(yùn)營成本只需要9元，比改造豬舍的成本降低了35%。盡管目前正在采用旨在減少與豬糞管理相關(guān)的排放量的技術(shù)，但評(píng)估和提高其有效性非常重要。

5、其他策略

5.1  采用人工濕地

在泰加斯莫爾公園建立的16個(gè)中等規(guī)模的綜合人工濕地系統(tǒng)（ICW），發(fā)現(xiàn)其中9個(gè)處理養(yǎng)豬業(yè)廢水的ICW系統(tǒng)的腸道指示劑細(xì)菌的數(shù)量減少，并在最終液體中未檢測到大腸桿菌、鏈球菌和沙門氏菌。但由于ICW需要耗費(fèi)大量土地，故限制其在養(yǎng)豬業(yè)的使用。

5.2  采用生物濾池

生物濾池床可吸收氨氣、硫化氫和灰塵等，降低65%～80%的氣味，成本約為2.7元/每頭育肥豬，但需要加強(qiáng)濾池管理，特別是水分含量，確保生物濾池設(shè)計(jì)與通風(fēng)系統(tǒng)兼容。

NUI戈?duì)栱f實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的木屑生物濾池成功去除了豬糞中分離出的液體部分中的營養(yǎng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，影響因素包括生物濾池規(guī)模、氣溫和降雨變化，中試規(guī)模的木屑生物濾池可減少多達(dá)54%的固體、80%的化學(xué)需氧量、93%的5日生物需氧量、86%的總氮和79%的總磷。在用不同化學(xué)方式處理濾池廢水時(shí)，硫酸鋁的效果要顯著好于石灰，其可去除廢水84%的渾濁度、76%的化學(xué)耗氧量以及99.6%的總磷。微生物學(xué)分析表明，沙門氏菌從未在生物濾池中出現(xiàn)，另外大腸桿菌和腸球菌在進(jìn)水中的含量始終低于出水檢測限度，并且大腸桿菌數(shù)量也減少了。