季彬 彭軼楠 葉澤 杜津昊 祁宏山 席鵬 王治業(yè)*

（1，甘肅省科學(xué)院生物研究所 730030；2，甘肅省微生物資源開發(fā)利用重點實驗室 730030）

有效的無害化處理畜禽糞污污染物可以提高資源有效利用率，不僅可以減少對再生資源的浪費，還可以降低畜禽糞污污染物對生態(tài)環(huán)境的破壞，有助于我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。

1 我國畜禽養(yǎng)殖現(xiàn)狀及糞污污染物危害

1.1 我國畜禽養(yǎng)殖現(xiàn)狀

根據(jù)國家統(tǒng)計局公布的公開數(shù)據(jù)顯示，2010～2019 年我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)總體呈上升趨勢，其中牛奶總產(chǎn)量增加5.34%達(dá)3201.24 萬t，禽蛋總產(chǎn)量增加19.16%達(dá)3308.98 萬t（圖1）。雖肉類總產(chǎn)量呈下降趨勢，其原因主要是2018 年我國首次爆發(fā)了非洲豬瘟疫情，引起了生豬大批死亡，導(dǎo)致豬肉總產(chǎn)量顯著下降，而包括牛、羊及禽類在內(nèi)的其他肉產(chǎn)量仍呈穩(wěn)步上升趨勢，且隨著多種非洲豬瘟疫苗的研發(fā)并進(jìn)入臨床試驗，我國生豬養(yǎng)殖業(yè)將有望很快恢復(fù)到疫情前的水平（圖2）。且隨著我國畜禽養(yǎng)殖規(guī)模的大幅度增長，畜禽糞污污染物的排放量也逐年增加，2009 年我國畜禽糞污污染物的產(chǎn)量為32.64×104萬t[2]，2020 年畜禽糞污污染物排放量預(yù)估可達(dá)到42.44×104萬t[3]。對比《第一次全國污染源普查公報》 和《第二次全國污染源普查公報》，隨著我國相關(guān)政策的完善和養(yǎng)殖企業(yè)意識的提高，我國畜禽糞污污染物的排放量有一定程度的下降，但仍然不可放松警惕。

圖1 我國畜產(chǎn)品總產(chǎn)量

圖2 我國各類肉類總產(chǎn)量

1.2 糞污污染物危害

由于畜禽糞污污染物中含有硫化氫、甲胺等有機(jī)物，在厭氧條件下可以分解產(chǎn)生甲烷、二氧化碳及氮氧化物等氣體，進(jìn)而導(dǎo)致全球氣候變暖及大氣污染[4]；同時這些有機(jī)物及N、P等營養(yǎng)元素隨著廢水排入到水體及土壤中，可以導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化及土壤板結(jié)等污染問題[5]。除了會造成環(huán)境污染外，由于畜禽飼養(yǎng)過程中濫用抗生素[6]，造成糞污中過量抗生素殘留[7]；同時由于飼料中加入過量重金屬添加劑，致使糞污污染物已成為造成重金屬污染的重要因素之一[8]；糞污污染物中還含有包括病原菌和寄生蟲在內(nèi)的多種病原微生物，對人類和動物健康具有嚴(yán)重的危害[9]。

2 我國畜禽糞污污染物處理存在的問題

我國對于畜禽糞污污染物的無害化處理起步較晚，與國外有明顯的差距，且由于相關(guān)政策制定不夠完善、養(yǎng)殖企業(yè)相關(guān)意識不強(qiáng)、無害化處理成本高及盲目借鑒國外的無害化處理經(jīng)驗等弊端，導(dǎo)致我國畜禽糞污污染物的排放量雖有下降，但距離有效控制仍有一定的距離。

2.1 政策支持不平衡

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的《畜禽糞污資源化利用行動方案（2017～2020 年）》 顯示，我國畜禽廢棄物資源化利用政策更偏向于豬牛等畜牧業(yè)企業(yè)，而對禽類養(yǎng)殖企業(yè)的重視程度不夠；且由于畜禽廢棄物資源化利用以企業(yè)投入為主，政府扶持力度不足，導(dǎo)致企業(yè)負(fù)擔(dān)過重，積極性不高；同時政策規(guī)定與現(xiàn)實需求存在一定差距，政策出臺相對滯緩，均增加了企業(yè)有效利用畜禽廢棄物的難度，一定程度上阻礙了畜禽廢棄物的資源化利用[10]。

2.2 企業(yè)積極性不高

由于我國畜禽糞污污染物無害化處理起步較晚，相關(guān)養(yǎng)殖戶和養(yǎng)殖企業(yè)的經(jīng)驗不足，缺少合理利用畜禽糞便污染物中可利用成分的科學(xué)認(rèn)識；同時由于畜禽行業(yè)風(fēng)險大、利潤低，畜禽糞便無害化處理的成本高，而有關(guān)部門的扶持力度不高，導(dǎo)致很多養(yǎng)殖企業(yè)投入和維護(hù)成本過高，積極性不足[11]。

2.3 缺乏相關(guān)技術(shù)

畜禽糞污污染物的無害化處理除了需要國家有關(guān)部門和企業(yè)的參與，還需要相關(guān)技術(shù)人員的指導(dǎo)與幫助。由于我國整體技術(shù)與國外發(fā)達(dá)國家還有很大差距，且我國具體生態(tài)和經(jīng)濟(jì)環(huán)境與國外也有明顯不同，雖部分企業(yè)引進(jìn)了國外的糞便污染物無害化處理的技術(shù)和設(shè)備，但效果并不理想，甚至進(jìn)一步增大了處理成本。

3 畜禽糞污污染物無害化處理先進(jìn)技術(shù)

隨著交叉學(xué)科的大力發(fā)展，包括物理加工、化學(xué)處理和生物處理在內(nèi)的多種方法被廣泛應(yīng)用到畜禽糞污污染物的無害化處理中，并將糞便中的資源轉(zhuǎn)化為沼氣等生物能源或有機(jī)肥料等產(chǎn)品。

3.1 酶促反應(yīng)

由于高效、溫和、環(huán)保且特異性強(qiáng)等特點，酶促反應(yīng)被認(rèn)為是一種很有發(fā)展前景的無害化處理畜禽糞便的生物學(xué)方法。畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的各類廢水中含有大量動物油脂，這些油脂會限制傳統(tǒng)的生物處理方法。而采用吸附、過濾或凝結(jié)等物理或化學(xué)方法并不能有效地去除廢水中的膠狀物或乳化的顆粒，且成本較高，進(jìn)一步加重畜禽養(yǎng)殖企業(yè)的生產(chǎn)負(fù)擔(dān)。酶促反應(yīng)尤其是脂肪酶可以將復(fù)雜的甘油三酯降解成為簡單的游離脂肪酸，進(jìn)而提高后續(xù)生物處理的有效性。

當(dāng)對畜禽糞便進(jìn)行厭氧處理制備沼氣時，由于糞便中含有不同比例的木質(zhì)纖維素，尤其是牛糞中木質(zhì)纖維素含量較高，會嚴(yán)重限制沼氣轉(zhuǎn)化的效率。與其他機(jī)械加工、化學(xué)處理或微生物降解等方法相比，酶促反應(yīng)因受底物影響較小、可以保持較高活性，且具有更小的體積、更高的溶解性和流動性，更適合于對糞便中的木質(zhì)纖維素進(jìn)行預(yù)處理。但酶促反應(yīng)的活性會受到酶的比例、添加方式及環(huán)境條件等多種因素的影響，因此。根據(jù)具體情況建立一個更高效的處理糞便的酶促反應(yīng)體系十分必要。

3.2 生物炭

堆肥處理法是無害化處理畜禽糞污污染物的常用方法之一，該方法不僅可以將糞便中的資源回收利用制成有機(jī)肥料或土壤改良劑，還可以通過高溫殺滅糞便中攜帶的病原微生物或寄生蟲，降低重金屬或抗生素的殘留，減少糞便對環(huán)境和健康的影響。但堆肥處理法存在占地面積大、較難控制臭氣排放及技術(shù)要求高等問題，一定程度上限制了堆肥處理法的廣泛使用。研究人員發(fā)現(xiàn)，在堆肥處理過程中添加5%～10%的生物炭作為添加劑，可以有效提高堆肥處理效率，減少臭氣的產(chǎn)生。生物炭可以為堆肥所需的相關(guān)微生物提供棲息環(huán)境，并減少外界環(huán)境對微生物的影響，并通過生物炭中的微孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)堆肥過程中的通氣活動，以改善微生物的生長環(huán)境。同時，由于生物炭具有較強(qiáng)保水能力和較高的孔隙率，較大的表面積及對溶解的有機(jī)碳的高吸附性等特征促進(jìn)了生物炭的定殖。但目前對畜禽糞便堆肥處理過程中作為改良劑的生物炭的生產(chǎn)尚未有標(biāo)準(zhǔn)方法，且生物炭的原料及熱解條件會顯著影響其活性，所以需要該領(lǐng)域的研究人員加快對生物炭生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)方法的開發(fā)。

3.3 其他技術(shù)

雖然到目前糞便無害化處理仍然以加工成肥料、土壤改良劑或厭氧發(fā)酵制備沼氣為主，但由于土壤的承載能力有限，長期重復(fù)使用畜禽糞便作為肥料增強(qiáng)土壤肥力會導(dǎo)致地表水磷酸鹽和硝酸鹽污染及微量元素的大量富集，當(dāng)使用該地表水對農(nóng)作物進(jìn)行灌溉是會產(chǎn)生植物毒性作用。因此也需要研發(fā)出更多新的無害化處理畜禽糞便技術(shù)與方法，有研究人員發(fā)現(xiàn)，畜禽糞便也可以作為蘑菇生長的基質(zhì)，該方法不僅可以有效利用糞便中的營養(yǎng)物質(zhì)，還可以減少對土壤和水源的影響。而且畜禽糞便本身也可以轉(zhuǎn)化為一種有效的生物炭，提高堆肥法處理效率。此外，BHLS 公司也開發(fā)了一種新的技術(shù)，該技術(shù)將家禽糞便用作燃料燃燒以滿足禽舍正常的熱量和電力需求，而燃燒剩余的灰分及無機(jī)鹽作為營養(yǎng)物回收利用。該方法不僅降低了糞便的運輸成本，且高溫可以有效殺滅糞便中的病原微生物和寄生蟲卵，有較高的生物安全性。

4 總結(jié)

我國畜禽糞便無害化處理相關(guān)工作起步較晚，但由于政策的指導(dǎo)與幫助加上企業(yè)的自主意識，畜禽糞便亂排亂放的現(xiàn)象得到明顯遏制，畜禽糞污污染物排放量明顯下降，但距離發(fā)達(dá)國家還有明顯的差距。且同時存在政策滯后性、扶持力度不足、企業(yè)負(fù)擔(dān)過重及技術(shù)不完善等問題，因此，為有效解決我國畜禽糞便無害化處理的問題，需要政府、企業(yè)與專業(yè)技術(shù)人員三方的參與才能最終做到我國畜禽污染物的趨零排放，保障我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。