规模化猪场粪污资源化利用技术及展望.pdf

2023 年第 16 期 总第 104 期生态环境15规模化猪场粪污资源化利用技术及展望赵德浩（山东省烟台海阳市发城镇畜牧兽医站，山东烟台 265100）摘 要：随着全球养猪规模的迅猛扩张，规模化猪场粪污排放成为环境和气候变化的严重影响因素。为解决这一问题，探讨规模化猪场粪污资源化利用技术至关重要。通过微生物降解和转化有机物的生物处理技术成为重要方向。物理化学处理技术为粪污处理提供了新的可能性。尽管取得积极成果，但面临技术问题、环境影响和经济可行性等挑战。本文旨在综述规模化猪场粪污资源化利用技术，探讨问题和挑战，并展望未来发展方向，为推动养猪业绿色转型提供支持。关键词：规模化；猪场；粪污；技术；展望 作者简介：赵德浩（1981），男，汉族，山东海阳人，本科，兽医师，主要从事畜牧兽医相关工作。随着养猪业的不断扩张，规模化猪场产生的粪污问题日益凸显。粪污的大量排放不仅对周边环境造成严重污染，还加剧了温室气体排放，对气候变化产生负面影响。为了应对这一挑战，本文深入探讨了规模化猪场粪污资源化利用技术，旨在实现废弃物向资源的转化，兼顾环境保护和农业可持续发展。当前，传统的粪污处理方式难以满足规模化猪场的需求，所以迫切需要引入先进技术来实现粪污的高效利用1。生物处理技术是其中的重要方向，通过引入微生物实现有机物的降解和转化，从而减少对环境的不良影响。同时，物理化学处理技术的发展也为粪污处理提供了更多可能性，包括液固分离技术、生物质气化技术等，这些技术的应用使得庞大的粪污资源得以有效分离和转化2。但尽管已取得一些积极成果，规模化猪场粪污资源化利用仍然面临着多方面的挑战。技术问题、环境影响、经济可行性等方面的考量都需要在不同利益主体之间寻找平衡点。因此，本文旨在综述规模化猪场粪污资源化利用技术，探讨当前面临的问题和挑战，并展望未来可能的发展方向。1 猪场粪污现状1.1 全球猪场粪污排放问题 全球猪场粪污排放问题已成为农业和环境领域的重大挑战。随着养猪业规模的扩大，庞大的猪场产生了大量粪污，其规模和密度使得传统处理方法难以满足需求。规模庞大的养殖场通常采用集中化管理，导致粪污集中排放，加剧了水体和土壤的污染。全球猪场粪污排放不仅加速了水资源的污染，还释放了大量温室气体，对气候变化产生了直接和间接的影响。因此，寻找高效处理和资源化利用猪场粪污的方法变得尤为迫切。1.2 粪污对环境的影响 粪污对环境的影响主要表现在水体和土壤污染。由于猪场规模大、密度高，产生的粪污中富含氮、磷等有害物质，容易通过径流进入周边水体，导致水质污染3。不仅危害水生生物，还会威胁饮用水安全。同时，粪污中的气体排放（如氨和硫化氢）不仅对空气质量造成威胁，还对附近的生态系统产生直接影响。此外，粪污中的微生物和抗生素等物质可能引起环境微生物群落失衡，形成抗生素抗性基因的传播，对生态系统和人类健康构成潜在威胁。1.3 国内外相关政策法规与标准 在认识到猪场粪污排放对环境的潜在危害后，各国纷纷制定了相关政策法规与标准，以规范猪场的养殖和粪污处理。这些政策旨在促使猪场采取更环保的养殖方式，减少粪污的排放和对环境的影响。一些国家对猪场的位置、规模、粪污排放标准等方面进行了详细规定，通过法规的制定和执行，推动猪场进行技术升级和管理改进。国际上也存在一些涉及养猪业的国际标准，以促进全球猪业的可持续发展。这些政策法规的实施将有助于引导养猪业朝着更环保、可持续的方向发展，从而更好地应对猪场粪污排放问题。2 粪污资源化利用技术2.1 生物处理技术 在规模化猪场粪污资源化利用的众多技术中，生物处理技术以其显著的优势占据了重要的地位。这一技术领域的关键手段之一是厌氧发酵技术，通过在无16氧条件下引入精心筛选的微生物，将有机废物高效转化为沼气。这一独特的处理过程不仅在本质上减少了废弃物的体积，还产生了沼气这一可再生能源，为猪场带来了实质性的双重利益。这样的创新技术不仅在废弃物处理上取得了积极成果，还为猪场提供了替代传统能源的绿色能源来源。其次，好氧处理技术是生物处理技术中的另一个重要方向。这项技术强调氧的介入，通过提高氧气水平，有效激活微生物的代谢活动，从而更有效地降解有机物。相较于厌氧发酵技术，好氧处理技术在氧气的参与下实现了更为全面、深入的有机物降解。2.2 物理化学处理技术 物理化学处理技术在粪污资源化利用中也发挥着关键作用。首先，液固分离技术通过物理手段将粪污中的固体和液体分离，降低了处理难度，方便了后续的资源化利用。其次，生物质气化技术将粪污转化为生物质气，不仅可以用于能源生产，还能减少温室气体排放。另外，热解技术采用高温处理粪污，使其分解为有机气体和碳残留物，为有机肥料的制备提供了一种有效途径。这些物理化学处理技术的引入使得粪污资源化利用更加多元和高效。2.3 微生物制剂的应用 微生物制剂的应用是粪污资源化利用中的创新方向之一。首先，通过有益微生物的筛选可以选育出在粪污处理中具有高效降解能力的微生物菌种。不仅能提高废弃物的降解效率，还有助于减少有害物质的产生。其次，将这些有益微生物制剂应用于粪污处理过程，通过微生物的代谢活动促使废弃物中的有机物更加迅速、彻底地分解。这种微生物制剂的使用不仅能提高处理效率，还有望减轻处理过程对环境的影响。这一领域的研究为粪污资源化利用提供了全新的技术途径，拓展了处理手段的广度和深度。2.4 水热炭化技术 水热炭化是一种热化学转化技术，通过在一定温度（180 250）和压力（2 10 MPa）下将生物质与水反应，将其转化为以水热碳为主的高附加值产物。该技术具有操作简单、反应条件温和、无需干燥处理、转化效率高、固液两相产物分离简便等特点4。对于典型的高含水生物质，如猪粪，水热炭化的关键在于无害化处理和资源化利用。猪粪水热炭化已有研究报道，其产物具有潜在应用价值，可作为无机肥、有机肥及土壤改良剂使用。水热炭化反应机理涉及生物质中纤维素、半纤维素和木质素的复杂转化过程，形成富含氧官能团的炭微球。纤维素、半纤维素和木质素在水热炭化过程中分别经历特定的反应路径，生成水热碳。研究还发现，生物质三组分间的交互作用有助于生成芳香化程度更高的水热碳。3 粪污资源化利用的关键问题与挑战3.1 技术问题 尽管粪污资源化利用技术不断取得进展，但仍然存在一系列关键的技术问题。首先，不同规模和类型的猪场面临着差异化的废弃物特征，导致该技术在实际应用中的适用性不一。因此，需要更加差异化和定制化的技术解决方案来满足各类猪场的需求。其次，目前的一些处理技术在大规模应用时可能面临高能耗和高成本的问题，限制了其在实际生产中的广泛应用，粪污无害化不规范5。因此，急需寻找更加节能高效的处理技术，以确保其在猪场粪污资源化利用中的可行性和可持续性。3.2 资源化利用意识不强 许多养殖户对粪污仅视为废弃物，缺乏将其视为有价值资源的意识。这种认知不足导致了大量粪污被简单排放，未能实现有效利用。养殖户资源化利用意识不强的原因主要包括以下几点。首先，一些养殖户缺乏对现代农业可持续发展理念的了解，对粪污资源化利用的相关知识了解有限。其次，经济效益也是一个因素，部分养殖户认为资源化利用需要投入较多成本，但未能看到立即的经济回报，从而降低了他们的积极性。解决这一问题的关键在于加强养殖户的培训和宣传工作。通过向养殖户普及粪污资源化利用的科学知识，说明其对农业可持续发展的积极影响，提高其对资源化利用的认识。同时，政府和相关机构可提供相应的政策支持和经济激励，鼓励养殖户采取资源化利用的先进技术和方法，降低其实施的经济负担，增强其参与的积极性。3.3 环境影响与生态平衡 粪污资源化利用在降低环境负担方面取得了显著成果，但其实施也可能带来一系列新的环境问题。首2023 年第 16 期 总第 104 期生态环境17先，排放出的废水和气体仍可能包含一些有害物质，对周边水域和大气产生负面影响。其次，资源化利用过程中可能引入了新的化学物质，对土壤和生态系统的长期稳定性产生不确定的影响。同时，生物处理中可能产生的异味和噪声等问题也可能干扰周边居民的生活。因此，如何在粪污资源化利用过程中保障环境友好，维护生态平衡是亟须解决的重要问题。3.4 经济可行性与市场前景 粪污资源化利用的推广还面临着经济可行性和市场前景的挑战。首先，一些先进的处理技术需要较高的投资和运营成本，对猪场经济效益造成一定冲击。因此，需要在提高处理效率的同时降低成本，以确保猪场的可持续经营。其次，尽管废弃物资源化利用有望开拓新的产业链，但市场接受度和需求尚不明朗。需要进一步研究和开发市场化产品，提高资源化利用产业的竞争力，从而激发市场对粪污资源化利用的认可和需求。解决这些问题将促进粪污资源化利用技术的更广泛应用，推动养猪业向更加可持续的方向发展。4 未来的发展方向4.1 技术创新与研发趋势 展望未来，技术创新将推动规模化猪场粪污资源化利用的关键驱动力。首先，研发更高效、低成本的生物处理技术是一个重要方向。通过深入挖掘微生物的降解潜力，设计更加智能的处理系统可以提高粪污降解效率，降低运营成本。同时，新型的物理化学处理技术如超声波处理、微波处理等也有望成为未来的发展趋势，为废弃物资源化利用提供更多选择。此外，生物质气化和热解等高温处理技术的进一步优化和创新有助于提高能源回收效率，促进资源化利用的可持续发展。4.2 政策法规的影响与引导 政策法规的制定和实施将在未来继续发挥引导作用，推动规模化猪场粪污资源化利用的发展。国家和地方政府应加强对猪场粪污的管理，通过建立更严格的排放标准和废弃物处理规定，促使猪场采用更环保、可持续的养殖方式。鼓励技术创新和研发，通过提供财政支持、税收优惠等政策激励企业投入更多的资源开发先进的粪污处理技术。政府还可设立奖励机制，以鼓励规模化猪场在粪污资源化利用方面取得显著成果，促进整个行业向更加可持续的方向发展。4.3 可持续发展的路径与前景 在可持续发展的路径上，规模化猪场粪污资源化利用将成为养猪业转型的关键领域。首先，建立猪场与农田循环利用体系，将经过处理的粪污用于土壤改良和有机肥生产，提高农田养分含量，形成农业的良性循环。其次，将粪污转化为生物质能源，通过沼气发电等方式为猪场提供可再生能源，减轻对传统能源的依赖，促进能源的绿色转型。此外，发展更为智能、集成化的猪场管理系统，实时监测和调控粪污处理过程，提高管理效率，减少对环境的负面影响。5 结论 规模化猪场粪污资源化利用技术涵盖了生物处理、物理化学处理及微生物制剂等多个领域，为解决庞大的粪污问题提供了多元化的解决途径。展望未来，随着技术的不断创新和完善，有望实现更加高效、环保的规模化猪场粪污资源化利用。与实际产业需求密切结合，制定更为切实可行的技术路线和政策支持，以促使技术研究真正服务于规模化猪场的实际生产需求，推动粪污资源化利用技术的实际应用。通过这些努力，有望在未来建立更为成熟和可持续的规模化猪场粪污资源化利用体系，为农业与环境的和谐发展作出贡献。参考文献1 何娜,梁显义,唐明艳,等.猪粪污在种养循环中存在的问题与对策 J.猪业科学,2023,40(9):76-78.2 曹瑛.生态猪养殖与粪污处理技术探究 J.中国畜牧业,2023(10):87-88.3 吴娴.生态猪养殖与粪污处理技术探究 J.世界热带农业信息,2023(9):86-87.4 吴可,张睿川,李晓珍,等.浅析联合水热炭化技术处理猪粪的应用前景 J.南方农机,2023,54(23):1-3,7.5 张治家.寿光市畜禽粪污资源化利用模式探讨、存在问题及对策建议 J.中国动物保健,2023,25(12):131-132.