阿克苏地区规模化养殖场畜禽粪污无害化处理探究

2023-08-10张永霞龙再俊付永强阿布力米提阿布力孜龙朝宇

新疆农业科技 2023年2期

张永霞，龙再俊，冉辉，付永强，阿布力米提·阿布力孜，龙朝宇

阿克苏地区农业技术推广中心，新疆阿克苏 843000

近年来，随着阿克苏地区畜禽养殖量及规模化养殖场快速增长，畜禽粪污累积量日趋加快，畜禽粪污经过堆积发酵、机械加工和生化处理等方式，可以制备有机肥料，配合测土配方施肥技术，应用于种植业，走种养结合、农牧循环的路子，既能促进畜牧养殖业健康快速发展，又能提升耕地质量。为了在生产实践一线获得第一手资料，阿克苏地区农业技术推广中心2022 年3 月下旬至8月上旬，采用询问、实地调查和座谈相结合的方式，调研了171个规模化畜禽养殖场，了解规模化养殖企业畜禽粪污无害化处理、肥料化利用情况，并积极探索适合本地区的畜禽粪便堆沤模式和工艺要点，为阿克苏地区有机肥替代化肥减量工作奠定基础。

1 畜禽粪污直接还田的危害

1.1 易导致生长作物烧根烧苗

畜禽粪污直接还田耕翻后，当土温达到一定程度时，便会在耕层内经微生物分解，进行二次发酵，散发大量热量，从而使土壤温度迅速提升；当温度达到作物根系生长难以承受的高温界限时（如果将手插入土壤，会感觉土壤温度高于人体温度），就会抑制作物生长，常常出现烧苗烧根现象，造成点片缺苗断垄。

1.2 易导致土壤环境病原微生物污染

畜禽粪便中存在大量病原微生物和寄生虫卵，当含有致病微生物的畜禽粪便直接还田，就会造成土壤环境有害微生物污染，并通过农产品食物链威胁人类健康。

1.3 易导致土壤环境重金属和抗生素抗性基因污染

现在规模养殖场不像过去生态养殖，不用任何饲料添加剂，现代养殖几乎都使用饲料、抗生素、饲料添加剂等，随着动物粪便排出，如果不加以处理长期直接还田，可造成土壤的重金属和抗生素抗性基因污染，不仅会影响农作物的正常生长，还会在土壤-水-植物系统中积累转化，最终通过食物链对人体健康造成威胁[2]。

2 规模化养殖场调查的基本情况

2.1 畜禽粪污资源量状况

据阿克苏地区畜牧局统计数据，现有已备案规模化养殖场659 家，按农业农村部关于地区养殖场直联直报信息平台数据分析显示，2021 年地区规模养殖场畜禽粪污年产生量1 316 426.96 t，规模养殖场畜禽粪污资源化利用量1 101 737.56 t，规模养殖场畜禽粪污资源化利用率为83.69%。

2.2 畜禽粪便利用现状

2.2.1 规模化养猪场

本次调研规模化养猪场22 个，从调研情况来看规模化养猪场基本根据环保要求配备沉淀池集中收集粪污。但从调查数据分析，约70%规模化养猪场只是把粪污集中收集未采用任何无害化处理措施，而是将畜禽粪污以水泡粪的形式在沉淀池中存放，然后再低价卖给农户直接还田；约28%规模化养猪场会在沉淀池添加发酵剂进行厌氧粗放式发酵，发酵时间长短不一，发酵质量参差不齐；约2%规模化养猪场堆沤发酵设备齐全、堆沤标准，能够达到无害化处理和肥料化利用的要求。

2.2.2 规模化牛羊养殖场

本次调研规模化牛羊养殖场130 个，从调研情况来看规模化牛羊养殖场基本根据环保要求配备堆粪场。但从调查数据分析，约22%规模化牛羊养殖场只是把粪污集中到堆粪场未采用任何无害化处理措施，到施肥季节直接施到田中；约78%规模化牛羊养殖场畜禽粪污进行无害化处理或生产成有机肥，其模式主要有：约6%规模化牛羊养殖场配套工厂化生产有机肥设备，进行堆沤发酵生产有机肥销售；约3%规模化牛羊养殖场畜禽粪便集中销售给附近的有机肥加工企业；约4%规模化牛羊养殖场畜禽粪便集中到堆粪场，添加腐熟剂等配料，利用铲车翻堆进行高温好氧发酵；约87%规模化牛羊养殖场畜禽粪便集中到堆粪场，覆膜厌氧堆沤和自然堆放，不进行翻堆，施肥时期自用或者低价销售。

2.2.3 规模化养鸡场

本次调研规模化养鸡场19 个，从调研情况来看规模化养鸡场基本根据环保要求配备堆粪场。从调查数据分析，约64%规模化养鸡场只是把粪污集中到堆粪场，未采用任何无害化处理措施，到施肥季节直接施到田中；约36%规模化养鸡场畜禽粪污进行无害化处理或生产成有机肥，其模式主要有：约28%规模化养鸡场配套工厂化生产有机肥设备，进行堆沤发酵生产有机肥销售；约14%规模化养鸡场畜禽粪便集中销售给附近的有机肥加工企业；约14%规模化养鸡场畜禽粪便集中到堆粪场，添加腐熟剂等配料，利用铲车翻堆进行高温好氧发酵；约44%规模化养鸡场畜禽粪便集中到堆粪场，覆膜厌氧堆沤和自然堆放，不进行翻堆，施肥时期自用或者低价销售。

3 存在的主要问题

3.1 肥料化过程普遍不规范

从对本地区猪、牛、羊、鸡畜禽养殖大类的171 个规模化养殖场调研情况分析：畜禽粪污露天堆制、粗放式厌氧发酵、半腐熟粪肥销售利用模式较为普遍。其特点为：通常以畜禽粪污和垫圈物为原料，在硬化场地、无覆盖条件下，进行粗放式混和堆制；在堆制发酵过程中，不进行翻堆作业，堆中始终处于厌氧发酵状态，堆腐过程中水分蒸发比较快，需要的发酵时间长、腐熟质量差、有效养分含量低，一般腐熟程度在50%以下；将未经充分发酵的半熟肥或生粪，出售给种植户直接还田，对土壤和环境带来潜在危害。

3.2 配套技术服务支撑薄弱

规模化养殖场负责人缺乏必备的畜禽粪污无害化处理、肥料化利用知识与技能，又无专业化的畜禽粪污处理技术团队；养殖场管理粗放，畜禽粪污无害化处理、资源化循环利用的技术水平较低；畜禽粪污大部分靠养殖场自身处理，商品有机肥生产高效利用比例较低，第三方处理相对滞后。

3.3 配套设施建设资金投入不足

畜禽粪污处理需要投入配套场地、设施、机械及相关作业费用，需投入一定的配套建设资金。由于缺少足够的资金支持，大部分规模化养殖场配套设施简陋，无害化处理设施和场地建设不达标，无力输出严格意义上的优质有机肥。

4 地区畜禽粪污处理利用技术工艺探索

2022 年3 月至8 月，地区农技中心组建土肥技术团队，通过试验、调研、座谈、质量抽检等途径，总结分析地区养殖企业实践范例，查阅相关技术资料，积极摸索探讨关键环节技术，初步拟制了适合本地的“规模化养殖场畜禽粪污无害化处理、肥料化利用工艺流程”。

4.1 处理规模核算

根据畜禽养殖场粪便最大日产量、经济成本、处理场地等条件，选择条垛式、槽式、反应器等适宜的堆肥工艺和设备，设计处理规模不小于畜禽养殖场粪便最大日产量。

4.2 场地要求

畜禽粪便处理场区应距离水源400 m 以上，应设置原料存放区、堆沤发酵场区、堆肥成品存放区，处理场区应采取地面硬化、防渗漏等措施。

4.3 物料准备

畜禽粪便和辅料，其中畜禽粪便为养殖场所产猪粪、鸡粪、牛粪、羊粪；辅料为农作物秸秆、黑木耳菌棒渣、菇渣、木屑等有机物料。物料的粒径不大于5 cm 为宜。

4.4 物料预处理

地区产有量较大的牛粪C／N 约25∶1、羊粪C／N 约29∶1、鸡粪C／N 约10∶1、猪粪C／N 约13∶1。畜禽粪便堆肥前，应加入辅料混合均匀，调节物料的碳氮比为25∶1～35∶1，含水率50%～65%。

4.5 堆肥微生物起爆剂添加

有条件的在堆肥过程中可添加微生物菌剂或有机物料腐熟剂，添加量一般为堆肥物料质量的0.1%～0.2%，具体用量按照产品的使用说明添加。要选择已登记的产品，添加应在原料混合时均匀加入。添加微生物起爆剂是为了使堆肥物料快速达到高温，控制堆肥中臭气的产生，缩短堆肥腐熟进程；还可以有效的杀灭病原体和降解有机污染物，提高堆肥质量[3]。

4.6 堆肥模式

目前阿克苏地区运用比较成熟的堆沤模式，主要有条垛堆肥、槽式堆肥和反应器堆肥。具体选用哪种模式，要综合考虑养殖场规模、场地、资金投入等因素进行选择。

4.6.1 条垛式堆肥

条垛式堆肥工艺是将混拌均匀的物料堆成长条形的堆或条垛，在好氧条件下进行分解的一种常见的好氧发酵工艺［3］。堆体底部宽控制在120～300 cm 之间，以200 cm 左右为宜，堆高控制在80～200 cm 之间，以120 cm 左右为宜，具体以翻堆机作业宽高为准，如果用铲车翻堆，堆体适中即可；长度不限，根据堆肥场地而定；各条垛间距大约为80～100 cm。

4.6.2 槽式堆肥

槽式堆肥工艺是在长而窄的被称为“槽”的通道内，通过机械搅动将物料搅拌均匀，促进热量和水分挥发并将物料在槽内缓慢位移，将可控通风和定期翻堆相结合的一种好氧堆肥发酵工艺。发酵槽尺寸通常为L×W×H=（60～100）m×（4～9）m×（1.5～2）m，具体规格以槽式翻抛机尺寸而定；槽的壁上部铺设导轨，便于翻堆机行走；槽底部铺设曝气系统（也可不铺），向槽内发酵物料通风充氧，主要由高压风机、通风管道组成。

4.6.3 反应器堆肥

反应器有箱式、隧道式静态反应器或筒仓式、滚筒式和箱式等动态反应器，可根据实际情况选择类型，操作上根据反应器设备使用手册进行操作。

4.7 一次发酵（堆肥）

通过堆体曝气或者翻堆，使堆体温度达到55℃，条垛式堆肥维持时间不得少于15 d、槽式堆肥维持时间不少于7 d、反应器堆肥维持时间不少于5 d［4］。如未达所需温度，应及时进行翻堆补救，补充水分、添加辅料或微生物起爆剂，调节氧气浓度、湿度、碳氮比，促进高温发酵；堆体温度高于70℃时，应通过翻堆、搅拌、曝气降低温度。高温发酵阶段堆体物料含水率以50%～65%为宜，由于阿克苏气候干燥，要注意及时监测和补充水分，高温发酵阶段保持适宜的含水率，尤其是条垛式发酵可以适当覆膜保湿。随着堆肥发酵含水率逐渐下降，到一次发酵结束时含水率应在36%～45%。此过程利用微生物活动分解有机物质，同时升温产生热量，杀灭病原生物，通过分解将粪便中的一部分有机质转化成水、二氧化碳和简单无机盐，将植物不能吸收利用的养分变成可以直接利用的有效养分，同时使有机物料的性质变得疏松、分散［5］。

4.8 二次发酵（陈化）

堆肥产物作为商品有机肥产品时应进行二次发酵，经过第一次堆肥发酵后的有机固体废弃物尚未达到腐熟，需要继续进行二次发酵，即陈化。陈化的目的是将有机物中剩余大分子有机物进一步分解、稳定、干燥，以满足后续加工成商品有机肥工艺的要求，堆体温度接近环境温度时终止发酵过程。常用的堆肥陈化的方法是自然堆置法，可将完成高温发酵的物料按照条垛式堆肥的方式，堆积在专门的车间或陈化棚内，堆宽5～6 m、堆高2 m 左右，由于采取静置堆积的方式，堆体不宜过高过宽，否则不利于温度和水分的散发，定期用棍棒插出排气孔，有利于提高熟化效率。

4.9 臭氧控制

堆肥过程中产生的臭氧应进行有效收集和处理，方法有：工艺优化法，通过添加辅料或调理剂，调节碳氮比、含水率和堆体孔隙度等，确保堆体处于好氧状态，减少臭气产生；微生物处理法，通过在发酵前期和发酵过程中添加微生物除臭菌剂，控制和减少臭气产生；收集处理法，通过在原料预处理区和发酵区设置臭气收集装置，将堆肥过程中产生的臭气进行有效收集并集中处理。

5 推进畜禽粪污处理利用的对策建议

5.1 积极引进和培育商品有机肥生产龙头企业

通过积极引进商品有机肥生产龙头企业，建立和完善专业化有机肥生产厂与规模化养殖场的合作模式，完善农企利益衔接机制，带动畜禽粪污无害化处理、肥料化利用，有效解决畜禽粪污无害化处理、资源循环利用中资金不足、转化能力不强、技术力量薄弱、商品有机肥销售不畅的难题。

5.2 规范改造已建设施

强化已建成规模化养殖场粪污堆积处理设施配套建设，各级政府加大畜禽粪污无害化处理、肥料化利用工作统筹协调力度；生态环境部门依法查处，落实养殖场户主体责任，对畜禽规模养殖污染防治设施配套不到位、粪污未经无害化处理直接还田或向环境排放、不符合国家和地方排放标准的配套设施限期整改；农业农村部门加强技术指导服务；畜牧部门和财政部门加大项目资金投入力度，加快改造已建设施、规范建设新配套设施，确保设施正常运行、发挥应有作用。

5.3 加强技术和装备支撑

采取多种融资方式，加快畜禽粪污资源化利用先进工艺、技术和装备研发，着力破除粪污资源化利用过程中的技术和成本障碍；鼓励养殖场户全量收集和利用畜禽粪污，根据实际情况选择合理的输送和施用方式，不再强制要求固液分离。结合本地实际，推行经济高效的粪污肥料化化利用技术模式，积极推广全量机械化施用，逐步改进有机肥施用方式。