我國豬糞的資源化利用技術現狀分析

徐家琦，王 毅，金 燦，黃俊偉，代知廣

（1.中煤科工集團武漢設計研究院有限公司，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?？萍加邢薰?，湖北 武漢 430079；4.武漢格?；ōh境科技有限公司，湖北 武漢 430062）

隨著經濟的發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?；?、集約化的養豬模式逐漸替代了過去小規模、區域化、散養的模式，我國逐漸成為世界第一的養豬大國，飼養生豬總量已高達全球的50%，與此相對應的是豬糞產量的不斷增加。有研究表明[1]，每出欄1 000頭豬，養豬場的糞尿年排放量將高達40萬t。如此大量的豬糞不經有效處理直接排放，將導致嚴重的環境污染問題。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，不但關乎環境問題，還對養豬行業可持續發展的實現有十分重要的影響，同時對促進農村能源革命和農村經濟發展具有重要意義。本文介紹了豬糞的主要資源化利用技術，總結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展進行了展望，以期為養豬行業的可持續發展提供參考。

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、鉀等農作物的營養元素，同時還含有胡敏酸等膠性成分，可改善土層的團粒結構，增加其蓄水性和透氣性，有利于農作物的生長[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還提高了土壤肥力和農作物的產量[3]。但與此同時，豬糞含水率較高且具有惡臭，直接還田過程中氨的揮發會導致肥效下降，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酵產熱和分解產物均可能對農作物的生長發育產生不良影響，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境條件下分解豬糞中的有機物并形成農作物易于吸收利用及對其生長有利的有機肥[4]，同時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質和肥力，并保持土層的團粒結構和避免土壤板結[6]，最終可提高農作物的產量及品質。豬糞還可與秸稈等農業廢棄物協同堆肥，并以此調節pH、含水量等堆肥關鍵參數[7]。豬糞好氧堆肥法在我國起步較晚，雖然具有一定的應用前景，但傳統好氧堆肥技術存在占地面積大、惡臭污染環境、蚊蠅滋生、腐熟時間較長、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、加快腐熟進程及保存氮素等養分問題決定了豬糞好氧堆肥的進一步推廣應用。

2 能源化

豬糞的能源化利用技術也日益成熟，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]，熱解產生木炭、生物油及燃氣，厭氧發酵產生沼氣等。其中，利用厭氧微生物（如產酸微生物、產甲烷菌等）在厭氧環境條件下分解豬糞中的有機物并產生沼氣，是目前我國應用最多的豬糞能源化方式。豬糞的厭氧發酵產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，同時沼氣可作為一種重要的清潔能源供人們日常生活使用（如發電等）。此外，發酵后的沼渣沼液也可進行資源化利用，如作為糧食作物、經濟作物、花卉等的有機肥[9]，作為魚餌及飼料添加劑，或作為食用菌培養基等[10]。豬糞的沼氣發酵受到溫度及pH等[11]條件的影響，在一定范圍內沼氣的產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間（5～6個月）短于南方（8～10個月）[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間，在川南、云貴及華南等地區幾乎可全年實現豬糞尿的沼氣化利用。豬糞的厭氧沼氣發酵還受到微量元素（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厭氧發酵的產氣量。我國的豬糞厭氧沼氣發酵技術發展已經比較成熟，但其初期投資相對較大，同時存在發酵后重金屬殘留[14]、規?；B豬場離居民區距離較遠、沼氣運輸安全性相對較低等問題，這些因素限制了其進一步的推廣應用。

3 飼料化

3.1 直接飼料化

豬糞中含有豐富的粗蛋白質，且幾乎比豬取食的飼料中粗蛋白質含量還高，同時還含有未消化的粗脂肪、粗纖維、氨基酸、各種維生素、礦物質、磷、鈣以及大量微量元素等，因此可經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豬糞中的水分，該法耗時較長且易導致異味散發和蚊蠅滋生；高溫干燥則主要通過高溫烘干機在短期內升溫至500 ℃實現對豬糞的快速干燥，該法可避免異味的擴散和蚊蠅滋生，還能降低養分的流失并通過高溫殺滅有害病菌。青貯法是指在厭氧環境條件下，豬糞按一定比例和秸稈等粗草料混合后經乳酸菌發酵，實現飼料的長期保存與利用，該法操作簡便且費用較低，具有實用性，比較適于中小型養殖企業。微波法是指利用電磁波對豬糞進行微波輻射處理，該法可實現對豬糞的高效除臭和滅菌，同時耗時短、效率高，但不夠經濟，難以在大型養豬場應用。經加工后的豬糞飼料產品可替代棉籽餅、花生粉或大豆粉等，并可用于養魚[15]、豬或反芻動物等，其中特別是養魚的效果較好。但是，使用加工后的豬糞飼料產品需要加強防疫工作，避免相應疾病的產生與傳播。

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

3.2 動物處理后飼料化

動物處理后飼料化系指將豬糞尿用于養殖微小型動物，再將該微小型動物進一步作為飼料。例如，豬糞可用于養殖蠅蛆及蚯蚓等，二者皆以腐敗有機物為食，且均富含氨基酸、蛋白質等多種營養物質，其營養價值遠高于普通魚粉，因此利用豬糞養殖的蠅蛆及蚯蚓可作為魚、螃蟹等的優質飼料，此外，豬糞養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，可進一步用作生物肥；而經過蚯蚓處理后的豬糞變得松軟，且pH中性偏堿，其氮、磷、鉀等養分含量上升，重金屬等含量下降，適宜農作物生長，可用作蔬菜、果蔬等的有機肥。近年來養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，飼養成本較低且繁殖速度快，其幼蟲和蛹均是較好的動物蛋白質飼料，可用于雞、鴨等的養殖，同時黑水虻糞還可作為有機肥出售。動物處理后飼料化可使豬糞資源得到充分的利用，同時投入低、風險小，遵循了綠色低碳循環的發展理念，是我國豬糞資源化的重要發展方向之一。

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，再將水生植物進一步作為飼料。比如，豬糞尿及沖棚水等可用于養殖綠萍及水葫蘆等水生植物，這些水生植物又可用于養魚，而經綠萍及水葫蘆等水生植物處理后的糞尿水還可再用于農田灌溉及養豬場沖棚。該法既有效地處理并利用了豬糞尿，還節約了水資源[17]。此外，豬糞污水在分級沉淀后可通過狐尾藻氧化塘進行處理，在污水得到凈化的同時，狐尾藻還可用于養殖雞、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資源，除肥料化、能源化、飼料化外，在其他方向也有不錯的利用前景。例如，通過干濕分離，豬糞可代替鋸末作為食用菌的培養基，該方向已經在毛木耳及姬松茸等食用菌的栽培中得到運用，且研究表明其重金屬含量也已達標[19-20]。上文已述，豬糞在沼氣發酵后的沼渣也可用于食用菌的培養基。豬糞還可作為能源微藻的培養基質，并由此降低生物柴油的生產成本[21]。此外，豬糞經熱解產生的生物炭在土壤修復及水處理行業也有一定的應用前景。張鵬等[22]研究表明，豬糞生物炭可用于西維因等農藥污染土壤的修復。陳佼等[23]則研究發現豬糞生物炭在經“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]還發現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

養豬業本身屬于弱勢產業，其市場風險較大且產出較低，而豬糞的資源化利用所需投資和運行成本較高，同時經濟效益遠遠低于社會效益和環境效益，因此社會資本的投資意愿并不強。盡管國家對畜禽糞便沼氣利用等資源化方向有相關的補貼政策，但補貼力度十分有限，同時合作社申請項目也需先自籌資金立項后補助，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。建議政府調整幫扶政策和方式、加大財政扶持力度、加大資源化的科研投入、擴大補貼范圍，如完善豬糞等畜禽糞便的集中轉運、有機肥生產及施用的配套補貼，補貼形式可以根據實際情況采取貸款貼息、用地優惠、稅收減免等，從而鼓勵養殖戶資源化處理豬糞、利用豬糞飼料等，鼓勵種植戶使用豬糞肥料等，由此進一步推動豬糞的資源化利用向可持續發展不斷邁進。

5.2 設備及工程建設問題

豬糞養殖屬于微利行業，但豬糞資源化利用所需的設備、工程投資和運行成本較高，很多非規模的散戶和小規模的養殖場受到資金、場地等因素的限制而無法承受，因此現有設備的運行效率不夠高，相比進口設備競爭力也較弱，還存在故障率高、使用壽命短等問題，部分沼氣工程設備難以滿足耐水、耐壓及耐腐蝕的要求，一些由非正規單位設計的工程甚至因設計不合理而導致后期無法正常運行。此外，豬糞公共基礎設施的建設也需進一步完善，建議政府部門要加快建立豬糞等廢棄物的集中處理網絡系統，構建養殖戶與豬糞資源化利用企業間溝通的橋梁，從而有效引導養殖戶集中處理豬糞等廢棄物。

5.3 環境問題

2018年我國發生非洲豬瘟以來，部門地區大力發展畜牧養殖業，因此一旦資源化利用過程出現問題導致無法及時、有效地處理豬糞等廢棄物，將極有可能造成威脅人類生產生活及社會環境的面源污染。此外，作為豬糞的主要利用方向，肥料化過程的惡臭會污染大氣，重金屬、有害病原微生物等還會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防疫不到位，則可能導致相應疾病的產生與傳播。

5.4 人員問題

養豬企業和散戶具有點多、面廣及分散的特點，部門養豬企業和散戶為節約人力和電力成本并未長期運行豬糞的處理和資源化利用設施；而農業部門存在基層人員數量不足、知識老化及身兼數職等現象，無法及時掌握養豬場的動態；同時環保部門則因項目驗收、群眾舉報、投訴及環評等環境執法問題難以及時監管未達標處理豬糞的非法亂排和偷排。這些企業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程。此外，我國養豬業的環保技術研發水平和技術創新相對滯后，研發高效、快捷、低投資而成熟的豬糞資源化利用技術關鍵依靠創新，因此相關人員的素質也有待加強。

5.5 政策問題

目前，僅通過市場運作機制仍難以維持豬糞的長效資源化，不但養殖戶參與度還不夠，資源化的效果也不顯著，因此政府和相關部門需要采取相關政策促進豬糞資源化的長效運營：在財政扶持政策方面，要細化考核方案及獎勵機制，調動養殖戶與豬糞資源化利用企業的積極性；在監督管理政策方面，要完善約束機制，如環保局應加大環保監督的執法力度，嚴格落實規模養豬的環評及污染監管制度，政府和畜牧獸醫局等部門還需要建立健全權責清晰的監管制度和完善規模養殖主體責任制、屬地責任制等，從而通過激勵和監管雙管齊下的作用構建豬糞資源化利用的一種長效運營機制。

6 結語

豬糞可通過肥料化、能源化和飼料化實現資源的轉化，變廢為寶，符合我國的鄉村振興戰略和可持續發展戰略。我國是世界第一養豬大國，年產豬糞量十分可觀，因此豬糞的資源化利用在我國具有相當廣泛的應用前景。然而，豬糞的資源化利用在我國還面臨著資金、設備、工程建設、環境、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營的推廣應用還有較長的路要走。隨著綠色低碳循環發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創新，加快研發綠色、高效、環保、低成本的豬糞資源化利用技術，并探索新的資源化利用模式，如種養結合模式、PPP模式等。種養結合模式已取得不錯的成果，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。