近幾年，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn),。與過去以農(nóng)家畜禽養(yǎng)殖為主的經(jīng)濟(jì)模式相比,，規(guī)模化集約化的商品養(yǎng)殖生產(chǎn)已占主導(dǎo)地位。大中型養(yǎng)殖場主要分布在人口密集的沿海一帶,，如遼寧、山東,、江蘇,、浙江、福建和廣東等省區(qū),。這些具有城市集中,、人口密度大、工業(yè)化程度高,、對肉蛋奶的需求量大等優(yōu)勢的地區(qū),，成了集約化、工廠化養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的搖籃,。以福建省為例,，1995年全省規(guī)模化養(yǎng)豬場年出欄商品豬1 000．84萬頭,，到2006年為2229．36萬頭,，規(guī)模化養(yǎng)豬場得到快速發(fā)展,，lO年增長122．74%,。規(guī)模化工廠化養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)一方面提高了養(yǎng)殖效率,，降低r生產(chǎn)成本,，為我國的出口創(chuàng)匯和穩(wěn)定國內(nèi)市場供應(yīng)作出了顯著貢獻(xiàn)，另一方面,，也帶來了一系列的環(huán)境問題,，畜禽養(yǎng)殖場對環(huán)境的污染包括粉塵、噪聲和糞污,，特別是糞污處理利用不當(dāng)對大氣,、水源和土壤造成污染。豬糞便是畜禽業(yè)廢棄物中最難處理的一種,，極易造成環(huán)境污染,。

　　據(jù)北京市環(huán)保局等部門對一些豬場排放的豬糞尿進(jìn)行監(jiān)測，并用國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價,，結(jié)果表明,，化學(xué)耗氧量超標(biāo)53倍，五日生化耗氧量超標(biāo)76倍,，懸浮物超標(biāo)4倍,，3項綜合指標(biāo)數(shù)（P）達(dá)63．61，達(dá)到了嚴(yán)重污染程度。在這些豬場附近,，惡臭熏天,，蚊蠅孳生，細(xì)菌繁殖,，疫病傳播,，除影響周圍居民的生活環(huán)境外，還造成豬場本身的污染,。并且通過周圍水渠,、河道造成地表水及地下水的污染。

　　然而,，從資源的循環(huán)利用考慮,，排泄物有很大的潛在經(jīng)濟(jì)價值，由于家畜糞便中有機(jī)物含量高,，家畜污水可作為農(nóng)用肥料及能源加以利用,。養(yǎng)豬廢水產(chǎn)氣巾甲烷含量高達(dá)60%，發(fā)熱量2．508×104 kl．m－3,，是很好的牛物能源,。同時，污水經(jīng)過凈化處理后可用于農(nóng)田灌溉,，也可以經(jīng)消毒后回用于沖洗豬場,。良好的廢棄物處理方法不但可以減少環(huán)境污染，還可以降低養(yǎng)殖成本,，甚至可以帶動相關(guān)連的其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展,。因此，對規(guī)?；B(yǎng)豬場的糞污治理與再利用研究,，成為農(nóng)業(yè)環(huán)保方面學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。本文按照常規(guī)的糞污治理循環(huán)利用模式,，從糞污前處理,、厭氧發(fā)酵、固體糞便利用,、沼氣利用,、沼液凈化與利用等方面分析了國內(nèi)外對規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污治理與再利用現(xiàn)狀,，以期為推進(jìn)規(guī)?；i場糞污循環(huán)再利用提供參考。

　　1　糞污前處理技術(shù)

　　規(guī)?；B(yǎng)豬場其糞便污水排放量大,，水量集中,，且污染物濃度高，根據(jù)GBl8596—2001標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,，每百頭豬污水排放為2．5－3．5 m²,，一般懸浮物濃度為1－2%，因此,，為了減少污水處理水力停留時間,，降低工程投資，大都采用固液分離和沉淀等前處理技術(shù),。

　　1．1　機(jī)械分離去除固體糞污

　　林代炎等利用板框壓濾機(jī)、離心機(jī),、斜板篩擠壓和振動篩擠壓機(jī)對豬糞污水進(jìn)行懸浮物去除效果研究,，認(rèn)為振動篩擠壓機(jī)更適合規(guī)模化豬場使用,，處理能力達(dá)15 m³·h－1,，TS、CODcr和BOD5去除率分別達(dá)62．6%,、61．2%和57．5%,，且收集的豬糞渣含水率為53．2%，便于干化處理集中資源化再利用,。

　　1．2　沉淀技術(shù)去除固體糞污

　　根據(jù)陳梅雪等報道,，日本畜禽產(chǎn)業(yè)排泄物處理方面，應(yīng)用沉淀槽處理畜舍廢水,，對BOD5,、COD、SS,、T—N和T—P去除率分別達(dá)27．3%,、23．2%、45．5%,、20．3%和22．5%,，能快速有效降低污水中污染物濃度，但沉淀渣含水率高,，干化處理難度大,，而且干化過程容易造成惡臭氣體污染環(huán)境，因此,，對沉淀糞渣必須就地利用,，否則會產(chǎn)生二次污染。

　　2　厭氧發(fā)酵

　　應(yīng)用厭氧發(fā)酵技術(shù)處理規(guī)?；B(yǎng)豬場糞便污水,，收集沼氣能源是經(jīng)濟(jì)而有效的一種處理方法。據(jù)徐潔泉等報道，處理農(nóng)業(yè)廢棄物的大中型能源環(huán)境工程占大中型能源環(huán)境工程總量的76．6%,，既能解決糞污減量化和無害化問題,，又可為社會提供清潔的生活能源和發(fā)電能源。

　　2．1　厭氧發(fā)酵菌

　　目前分離提純的產(chǎn)甲烷菌有200多種,，分屬于3個綱5個目,。在產(chǎn)甲烷菌分類研究方面，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展,，人們利用不同物種問small— subunit ribosomal RNA的同源性進(jìn)行分類取得了較為滿意的結(jié)果,；1996年伊利諾伊大學(xué)完成了第一個產(chǎn)甲烷菌Methanococcus jannaschii的基因組測序，迄今為止已有4個目的的5種產(chǎn)甲烷菌完成基因組測序,，在產(chǎn)甲烷菌代謝方面研究,，已明確它是自養(yǎng)型微生物，能利用環(huán)境中的化學(xué)能,，并發(fā)現(xiàn)甲烷生物合成過程的3種途徑,；在產(chǎn)甲烷菌必需營養(yǎng)研究方面，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)甲烷菌不僅需C,、N,、P等營養(yǎng)元素，還需要礦物質(zhì)營養(yǎng)元素,，如K+,、Na+、Ca2+,、C02+,、C1－、Fe2+,、Fe2+等,，同時，已對產(chǎn)甲烷菌的生理生化特征進(jìn)行深入研究,，明確了具合適的生長環(huán)境條件,，為工程上的應(yīng)用提供了依據(jù)。

　　2．2　厭氧發(fā)酵器

　　厭氧消化是極為復(fù)雜的生物過程,，在參與反應(yīng)的眾多微生物巾,，產(chǎn)甲烷菌的優(yōu)劣和密度是影響厭氧消化率及甲烷產(chǎn)量的重要因素，因此,，減少產(chǎn)甲烷菌的流失及為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造合適的生長環(huán)境,，以提高產(chǎn)甲烷菌密度成J，厭氧反應(yīng)器的設(shè)計目標(biāo),。

　　目前,，國內(nèi)用在豬場糞污治理方面應(yīng)用較多的厭氧發(fā)酵器主要有塞流式（推流式）,、升流式厭氧固體反應(yīng)器（USR）、升流式厭氧復(fù)合床（UBF）,、厭氧過濾器（AF）和升流式厭氧污泥床（UASB）,。根據(jù)《沼氣工程技術(shù)規(guī)范：工藝設(shè)計》NY／T1220．1—2006，認(rèn)為這些反應(yīng)器在常溫條件下,，其COD的容積負(fù)荷一般都在5 kg·m－3·d－1以內(nèi),，與胡紀(jì)萃報道荷蘭應(yīng)用的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）COD容積復(fù)核25－305 kg·m－3·d－1相比，差距較大,，說明我國在反應(yīng)器方面的研究還有很大的發(fā)展空間,。

　　2．3　厭氧發(fā)酵器結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用

　　厭氧發(fā)酵器的結(jié)構(gòu)材料不同，一方面將直接改變發(fā)酵器的建設(shè)工藝和建設(shè)效率,，另一方面將直接影響發(fā)酵器的保溫性能,。

　　國內(nèi)目前推廣的大中型厭氧發(fā)酵器結(jié)構(gòu)材料主要是應(yīng)用磚混和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，工業(yè)污水處理方面有部分應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)材料建設(shè)厭氧發(fā)酵塔,，在戶用沼氣池建設(shè)方面有應(yīng)用玻璃鋼材料。后兩者便于工廠化生產(chǎn),，產(chǎn)品質(zhì)量便于統(tǒng)一管理,，能顯著縮短建造工期，而且不受天氣影響,，但造價相對會高20%左右,；目前德國采用Lipp罐作用厭氧發(fā)酵器，鋼材用量基本與鋼筋混凝土的鋼筋用量相當(dāng),，施工周期極大縮短,，300－500 m³的金屬發(fā)酵罐一般不超過一周即可完工。

　　2．4　其他方面研究

　　為了調(diào)節(jié)污水適合甲烷生長,，提高厭氧發(fā)酵效率,，李亞新等研究認(rèn)為以醋酸鈣、乙醇為基質(zhì),，向厭氧反應(yīng)器補(bǔ)充Fe,、Co、Ni的最佳劑量分別為10 mg·L－1·d－1,、O．1 mg·L－1·d－1和O．2 mg·L－2·d－1,，并認(rèn)為投入微量金屬元素會改變厭氧發(fā)酵器甲烷菌的優(yōu)勢菌種。龍騰銳等研究認(rèn)為,，某些微量金屬元素,，如鐵、鈷,、鎳,、銅,、鋅、錳,、鉬,、鎢、鉻等,，在低濃度時能促進(jìn)厭氧反應(yīng)的進(jìn)行,，高濃度時會產(chǎn)生抑制；張信連等研究認(rèn)為,，稀土元素對動物,、植物及微牛物均存在Hormesis“低促高抑”效應(yīng)；夏青等研究認(rèn)為La3+和Ce3,。,。對不同VFA底物的產(chǎn)甲烷菌促進(jìn)效應(yīng)不同。這些研究表明產(chǎn)甲烷菌生長繁殖過程,，不僅需要c,、N、P,、K等營養(yǎng)物質(zhì),，同時，還需要中,、微量金屬元素平衡供應(yīng),，且不同產(chǎn)甲烷菌對中、微量元素的需求不同,。

　　產(chǎn)甲烷菌的生長對C,、N、P比例及含量也有嚴(yán)格要求,，一般而言,，C：N：P為75：5：1，適量的碳源對細(xì)菌的生長和活性是決定性的條件,，但碳源濃度增加應(yīng)有一個限度,，超過限度微生物的牛長率就會下降，這一影響通常稱為基質(zhì)抑制,，碳水化合物基質(zhì)抑制的濃度為100－150 g·L－1,。

　　從污水處理的另一目標(biāo)——脫氮角度看，甲烷的生物合成和氮素的固定是產(chǎn)甲烷菌獨(dú)特的代謝過程,。Kunna認(rèn)為較高的碳氮比將有利于異化性硝酸鹽還原反應(yīng)的發(fā)生,，當(dāng)進(jìn)水COD：N小于53：1時，反硝化最終產(chǎn)物以N2為主,，而COD：N大于53：1時,，則有較大量的氨氮合成,。同時，還有研究認(rèn)為：以葡萄糖為碳源有利于硝酸鹽還原為氨氮,，而以VFA之類的碳源則有利于進(jìn)行硝酸鹽反硝化為氮?dú)獾倪^程,。因此，還可以通過調(diào)節(jié)C源及C／N比例,，實(shí)現(xiàn)脫氮的目的,。

　　厭氧微生物的生命活動、物質(zhì)代謝與pH值有密切關(guān)系,，pH值的變化直接影響著消化過程和消化產(chǎn)物,，不同的微生物要求不同的pH值。顆粒污泥利用不同底物時的生長適應(yīng)pH范圍不同,，一般認(rèn)為,，反應(yīng)器內(nèi)的pH值應(yīng)保持在7．2－7．6。

　　3　固體糞便利用技術(shù)

　　3．1　豬糞渣栽培菌類

　　豬糞作為有機(jī)肥原料,，由于含水率高,，需要添加大量輔助原料，因此,，大部分豬糞還未能實(shí)現(xiàn)資源化利用,。依據(jù)林代炎等利用豬糞渣栽培雙孢蘑菇的試驗研究認(rèn)為，應(yīng)用固液分離機(jī)分離處理的豬糞渣,，與稻草混合進(jìn)行堆制發(fā)酵，腐熟豬糞培養(yǎng)料腐熟時顏色呈深咖啡色,，腐熟均勻,，無糞臭味，水分適中,，富有彈性,，手捏攏，松手后自然伸展,，有濃郁的草香味和許多有益微生物菌落,，pH 7．8，表現(xiàn)出對環(huán)境的友好性,。雙孢蘑菇菌絲在豬糞渣培養(yǎng)料中生長旺盛,，潔白，濃密,，出菇時間比對照組牛糞便培養(yǎng)料早3 d,，且子實(shí)體生長期較對照組長2 d，在豬糞渣培養(yǎng)料生長的雙孢蘑菇子實(shí)體密度大于以牛糞便培養(yǎng)料生長的,，表現(xiàn)為菇體致密,，硬度大,，不易開傘。豬糞渣栽培的雙孢蘑菇與牛糞栽培的雙抱蘑菇相比較,，其氨基酸總量和還原糖含量分別提高了16．9%和33．3%,，說明利用豬糞渣替代牛糞栽培雙孢蘑菇還能提高蘑菇產(chǎn)品品質(zhì)。由此可見,，豬糞在培養(yǎng)食用菌類的應(yīng)用方面具有廣闊的前景。

　　3．2　高品質(zhì)堆肥

　　豬糞便是一種富含有機(jī)物和氮磷鉀的肥源,，對豬糞便利用一般是采用堆肥化處理后,，制成有機(jī)肥進(jìn)行土地利用，實(shí)現(xiàn)資源化,。根據(jù)畜種不同,，糞便的性狀不同，堆肥產(chǎn)量也不相同,。豬糞中可分解物質(zhì)比例大,，堆肥產(chǎn)品中水分含量低，堆肥產(chǎn)量較高,。肥料作為循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵一環(huán)可以在很多地方發(fā)揮作用,，典型的如南方的“豬一沼一果”工程模式，將生豬,、果業(yè)生產(chǎn)結(jié)合起來,，利用人畜糞便人池發(fā)酵，產(chǎn)牛的沼氣用于農(nóng)戶做飯點(diǎn)燈,，沼肥施用于果樹,，果園套種蔬菜或飼料作物，可滿足生豬的飼料要求,，達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)能源,、飼料、肥料良性利用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營模式,。豬糞由于碳氮含量比較低和含水量較高,，不適宜單獨(dú)堆肥，因此南方廣大地區(qū)豬糞混合堆肥的最佳填充料及方法是,，將豬糞,、稻草、粉煤灰按3：1：1（濕重比）混合,，或豬糞,、木屑、樹葉按3：1：1（濕重比）混合,，將所用稻草和樹葉鍘成3cm長,，按比例將配料混合均勻堆成堆,。日本的高品質(zhì)堆肥技術(shù)采用好氧發(fā)酵處理，產(chǎn)品腐熟度高,，易于儲存,，該方法已在日本普遍使用。在反應(yīng)槽內(nèi),，添加木屑等作為載體供高溫好氧微生物附著生長,，這些微生物可以將原料中的有機(jī)物分解為二氧化碳和水。有機(jī)物分解過程中產(chǎn)生的熱量可以將水分完全蒸發(fā),；與中溫菌相比,，高溫菌的基質(zhì)攝取速度與自身分解速度都有明顯的提高。美國有5 700個豬場使用豬糞堆肥,，而且數(shù)量在增加,。堆肥可以殺死糞中的病原微生物和草種，是很好的肥料資源,。但是在堆肥過程中氮,、磷、和碳水化合物的損失很高（平均超過6．5%）,。試驗表明按碳氮比為25：1－30：1,，在豬糞中添加含碳水化合物類物質(zhì)，可以降低上述營養(yǎng)素的損失,。堆肥后的豬類與化肥相比,，糞肥中磷的損失比化肥中磷的損失小，從而達(dá)到減輕環(huán)境污染的目的,。

　　4　沼氣能源利用

　　沼氣是可再生的清潔能源,，既可替代秸稈、薪柴等傳統(tǒng)生物質(zhì)能源,，也可替代煤炭等商品能源,，而且能源效率明顯高于秸稈,、薪柴,、煤炭等。沼氣發(fā)酵系統(tǒng)在生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛,，它把能源,、養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)資源的多層次利用和良性循環(huán),，達(dá)到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)少投入,、多產(chǎn)出，高效無污染的可持續(xù)發(fā)展,。

　　沼氣中的甲烷無色無味,，是·種理想的氣體燃料,。1 m³沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)牛相當(dāng)于O．7 kg無煙煤所提供的熱量,。修建一個容積為6 m³的沼氣池,，每天投入4頭豬的糞便發(fā)酵，它所產(chǎn)的沼氣能供給4口人的家庭點(diǎn)燈,、做飯所需的燃料,。

　　小型沼氣電站每千瓦時投資只需要400元左右，僅為小型水力電站的1／3－1／2,。因此從成本上來說,，沼氣發(fā)電是十分可行的。除了常見的照明,、供暖等用途外,，沼氣作為清潔能源，在用作燃料方面也有一定的前景,。此外,，目前農(nóng)村中采用的一些新型沼氣綜合利用技術(shù)，如利用沼氣儲糧,，沼氣燈光誘蟲等都大大增加了沼氣的使用價值,。

　　5　沼液利用與凈化

　　5．1　沼液利用

　　沼氣發(fā)酵的副產(chǎn)物——沼液、沼渣,，是我國無公害蔬菜生產(chǎn)提倡施用的肥料之一,。沼液含有各種農(nóng)作物生長所需的N、P,、K等各種營養(yǎng)元素,，同時還含有生理活性物質(zhì)及Mg、S,、Si,、Na、Fe,、Zn,、Cu等微量元素。

　　根據(jù)楊鴻燕的試驗結(jié)果,，沼液浸種和清水浸種相比,，不僅可以提高促進(jìn)種子出苗和種子的生理代謝，而且可以提高秧苗質(zhì)量,，增強(qiáng)秧苗的抗病,、抗逆性能。沼液浸種是一項操作簡便、容易推廣的技術(shù),，具有較好的增產(chǎn)效果,。各處理在按每667 m²施有機(jī)肥2 000kg、復(fù)合肥60kg的基礎(chǔ)上,，增施沼液和糞水能顯著提高萵筍的產(chǎn)量,，其中每667 m²增施沼液4000 kg的處理增產(chǎn)最多，為36．87%,。張嬡等采用溫室小區(qū)試驗,，研究了沼液、化肥不同水平組合對油菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,，結(jié)果表明,，沼液與化肥配施可以顯著提高油菜產(chǎn)量，改善油菜品質(zhì),，表現(xiàn)為沼液與化肥配施比等養(yǎng)分的化肥處理增產(chǎn)86．71%,，產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平；油菜中的Vc和還原糖含量比等養(yǎng)分的化肥處理分別增加59．22%和51．93%,，硝酸鹽含量減少7．83%,。這些試驗說明：沼液是一種富含多種水溶性養(yǎng)分的腐熟速效性肥料，能迅速被作物吸收利用,，促進(jìn)作物生長發(fā)育,，抑制病蟲害發(fā)生，使產(chǎn)量明顯增加,，提高品質(zhì),。沼液用作肥料，不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本,，還可以增產(chǎn),，提高品質(zhì)，且沒有化肥,、農(nóng)藥的毒害和污染,，符合無公害蔬菜生產(chǎn)要求，其綜合利用技術(shù)值得大面積普及和推廣,。

　　5．2　沼液凈化

　　隨著養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，目前污水處理產(chǎn)生的沼液與種植區(qū)沼液消納平衡方面普遍出現(xiàn)新矛盾,，即通常沼液的產(chǎn)牛量超過或季節(jié)性超過周邊耕地的消納能力,，因此,，解決沼液凈化達(dá)標(biāo)排放成了新問題,。目前對沼液的凈化主要采取3種模式：一是應(yīng)用曝氣處理達(dá)標(biāo)外；二是用化學(xué)試劑處理實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放；三是應(yīng)用生物氧化塘凈化實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放,。

　　6　研究展望

　　很多研究表明畜禽糞便及其沼氣發(fā)酵的副產(chǎn)物能提高作物產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì),。但隨著集約化養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大,，糞便污染物排放量_小斷增加,，其對周邊土壤一水一牛物系統(tǒng)造成的潛在環(huán)境風(fēng)險日益突出。

　　從現(xiàn)有規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污處理的技術(shù)水平看,，一個規(guī)模化養(yǎng)豬場的發(fā)展規(guī)模,，若能從養(yǎng)殖場周邊生態(tài)環(huán)境的承載能力出發(fā),，設(shè)置養(yǎng)殖規(guī)模與選擇合理的糞污治理模式和發(fā)展糞污循環(huán)再利用產(chǎn)業(yè)，可以解決規(guī)?；B(yǎng)豬場的糞污治理和循環(huán)再利用,，實(shí)現(xiàn)“零”排放的問題。

　　單位面積的耕地土壤對糞便污水的承載負(fù)荷與土壤性質(zhì),、氣候條件以及作物種類等密切相關(guān),。目前國內(nèi)在耕地土壤系統(tǒng)對糞污承載負(fù)荷方面的研究報道較少，尤其缺少長期定位試驗,。因此,，需要進(jìn)行消納動態(tài)篩選研究，加強(qiáng)田間試驗進(jìn)一步了解土壤系統(tǒng)對糞污的承載負(fù)荷,，這對確保耕地對糞污安全冉利用至關(guān)重要,。

　　在設(shè)計規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污治理與循環(huán)再利用模式時,，關(guān)鍵要設(shè)計可控措施,，將超過環(huán)境負(fù)荷的污染物通過堆肥化處理制成有機(jī)肥商品移出區(qū)域系統(tǒng)，及設(shè)置生物氧化塘兼貯液池以緩沖和凈化季節(jié)性消納不完的沼液,，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,。

　　福建農(nóng)業(yè)學(xué)報2009.5　陳方舟1,2，吳飛龍1,，葉美鋒1,，林代炎1　（1．福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所,，福建福州　350003,；　2．廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，福建廈門　361005）