粪便处理的不同策略

动物粪便可以根据其稠度或水分含量分为液体粪肥（固形物含量最高为5％）、浆料和半固态粪肥（固形物含量为5％至25％）和固态粪肥（固形物含量超过25％）。通过利用物理、生物或化学等方式可以达到减少粪便量、提高其适用性和提高肥料价值的目标。处理形式包括脱水、固液分离、厌氧和好氧污水贮留池、营养强化、制粒、堆肥、精制和沼气池等。下面重点介绍几种粪便处理方式。

1、厌氧消化

粪便的最常用处理技术是厌氧消化，粪便的厌氧消化是粪便产生能量的过程，该过程是在没有氧气的情况下，厌氧细菌将有机废物中的有机物转化为甲烷，将其用于发电。动物粪便在储存过程中会释放出大量的氮气和甲烷，可以通过冷却，使用固体覆盖物，从浆液中机械分离固体或捕获排放的甲烷来减少粪便中甲烷的排放量。此外，厌氧消化过程会产生潜在有价值的副产物。

爱尔兰国立大学实验室研究发现，反应器内的青贮饲料与猪粪以1∶1的比例共同消化，可以在一定程度上提高甲烷产量。当反应器每日每立方米的有机负荷率高达3kg挥发性固体，并且青贮饲料的挥发性固体比例为40%时，甲烷的产量是非常稳定的，每日高达501m3。在中试中，混合使用粪便+青贮饲料的挥发性固体去除率比单独使用粪便从41.4%提高到53.9%，表明猪粪与青贮饲料混合消化比单独消化的效果要显著。

2、好氧消化

好氧消化也是粪便处理的常用技术之一，可用于处理液体肥料以减少气味、化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD），以及控制病原体。好氧处理通常是分批或半连续（分批进料）处理，在分批处理中，所有未处理的物料都从设备中移出，然后再重新填充未处理的浆料，而分批进料则会将未处理的物料添加到消化器中，从而将某些处理过的物料置换掉。1kg粪便大概含63.7g粗蛋白，2.1g总氮，0.9g总磷，1.1g总钾，1.8g钙，0.7g镁，0.3g硫，37.6mg铜，137.2mg锌，6.0g铁，425.5mg锰，9.2mg硼，1.0mg钼等，经过合适的处理，大量粪便转化为有机肥料在经济上是可行的，并且对于环境也是有益的。猪场建议用3种方式管理粪便：牧场管理、堆肥和清除。其中对于将猪饲养在舍内或混凝土地面上的农场来说，堆肥是一种选择，因为粪便很容易被铲起并转移到堆肥区域。大型商业养猪场在大的污水贮存池储存粪尿，利用细菌将粪尿分解为固体和液体，然后将其作为燃料或肥料出售。贮存池设置的地点需远离住宅及考虑当地地形和气候可以选择露天堆肥，为了减少异味，需要将储存罐围起来，并在其上面放一个罩子，还可以在储存罐周围种植茂密的灌木，例如一些生长快速的杂交澳大利亚柳树，以帮助交换气体并捕获气味。一般来说，1头体重90.7kg的猪每天可排泄5.9kg的粪便，一年可排泄2150kg的粪便，猪场农户可选择相关的堆肥机器和有机肥设备来生产粪便生物有机肥，经过堆肥处理后，粪便作为土壤添加剂是非常安全的。

实际生产中，推荐使用一系列在猪粪便有机肥生产过程中起到关键作用的装备，包括固液分离器、用于堆肥和发酵过程的堆肥转换器、用于粪便颗粒化处理过程的有机肥料制粒机、用于筛选过程的筛网、旋转干燥机、冷却器和自动包装机等。

影响高效堆肥的因素很多（见表4），其中主要受4个因素影响：通风、营养平衡、水分含量、温度。如果合理控制这4个因素，堆肥会非常快速地完成。其中通风是非常关键的因素，堆肥过程中需要很多氧气，而空气来源可以利用风机或鼓风机进行搅拌或混匀。

堆肥的方法有很多，其中畜牧业中最具实用性的两种方法是：1）翻动的条垛系统和注入空气的垛。一般情况下，可使用被定期搅动或翻动的窄长垛。垛的大小取决于给它们充气的设备以及材料组成。如果条垛系统横断面过大，当它被翻动时，垛的中心会产生厌氧和难闻的气味。如果条垛系统横断面太小，可能会快速丢失热量，并且垛自身无法达到蒸发湿度、灭菌和除掉杂草种子的高温（见表5）。强制通风静态垛，是通过一条或多条管道给垛提供空气，保持稳定的空气供应，这个过程保证堆肥在3～5个星期完成处理并产生的气味最少，不过该系统容易堵塞供气管道。 

条垛堆肥是劳动密集型工作，几乎每天都需要跟踪处理；相反，充气垛只需要在堆肥建造或移动的时候进行人工处理，占用较少的土地并且粪肥很容易堆到屋顶。

3、营养策略

降低畜禽粪便的产量和粪便管理的潜在排放量，也可以采取营养策略进行。研究发现给猪只饲喂低蛋白日粮与高蛋白日粮相比，前者粪便产量较低，氮素输出强度降低；另有研究表明用各种类型的明矾给猪补充氨基酸、添加酶等，可进一步减少猪的氮排泄。这也意味着有较低的肥料和养分输出，并减少了粪便对环境的潜在影响。

4、减少粪便臭气的策略

尽管降低粪便产量是猪场粪污处理的重头戏，但是猪场粪便的臭气处理也需要密切关注。以下是关于猪场粪便臭气处理的一些方法：1）相比到处散布粪便，注入型粪便可以减少50%～75%的气味，成本大约是0.0055元/L。2）日粮控制是相对较容易实现减少气味的方式。研究发现，降低日粮中的粗蛋白水平和单体氨基酸可以减少20%的气味。3）在室外种植一排较短的灌木/乔木。靠近建筑物种植一排较高的乔木，将有助于改善猪场气味。实施过程中需要考虑耗费的时间成本及树木对自然通风设施的影响。4）覆盖粪坑。无论是可透气的（稻草、玉米秸秆、土工织物）或不可透气的（高密度聚乙烯）的覆盖物，覆盖后有助于防止气体逸出。透气罩可减少40%～50%的气味，成本7.5～18.8元/平方米（10～25美分/平方英尺），不透水覆盖物的成本更高，75.3～105.5元/平方米（1～1.4美元/平方英尺），能减少70%～80%的气味，但需要对覆盖物上的积雪和雨水加以管理。5）浆料酸化是丹麦养猪生产中常用的一种方法，农场主可以通过这种方法在很大程度上减少氨气和温室气体（GHG）的排放。据报道，当酸化发生在室外粪肥储存阶段之前，减少量最大。6）通过螺旋压榨机机械分离浆料是另一种流行的处理方法。该工艺可返回液体和较少量的浆料固体成分，并通过在偏远的农场中使用富含磷的固体成分来提高养分的再分配，同时减少粪便运输过程中的燃料消耗。7）粪便刮除系统相对常规粪便清除系统，可显著降低猪舍内硫化氢和氨气的浓度和排放（降低了90%），而且刮除系统的每头猪运营成本只需要9元，比改造猪舍的成本降低了35%。尽管目前正在采用旨在减少与猪粪管理相关的排放量的技术，但评估和提高其有效性非常重要。

5、其他策略

5.1  采用人工湿地

在泰加斯莫尔公园建立的16个中等规模的综合人工湿地系统（ICW），发现其中9个处理养猪业废水的ICW系统的肠道指示剂细菌的数量减少，并在最终液体中未检测到大肠杆菌、链球菌和沙门氏菌。但由于ICW需要耗费大量土地，故限制其在养猪业的使用。

5.2  采用生物滤池

生物滤池床可吸收氨气、硫化氢和灰尘等，降低65%～80%的气味，成本约为2.7元/每头育肥猪，但需要加强滤池管理，特别是水分含量，确保生物滤池设计与通风系统兼容。

NUI戈尔韦实验室研发的木屑生物滤池成功去除了猪粪中分离出的液体部分中的营养。试验结果表明，影响因素包括生物滤池规模、气温和降雨变化，中试规模的木屑生物滤池可减少多达54%的固体、80%的化学需氧量、93%的5日生物需氧量、86%的总氮和79%的总磷。在用不同化学方式处理滤池废水时，硫酸铝的效果要显著好于石灰，其可去除废水84%的浑浊度、76%的化学耗氧量以及99.6%的总磷。微生物学分析表明，沙门氏菌从未在生物滤池中出现，另外大肠杆菌和肠球菌在进水中的含量始终低于出水检测限度，并且大肠杆菌数量也减少了。