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畜禽糞污主要污染物處理技術

發布時間：2025-08-06 瀏覽：146

據農業部統計分析，截至2020年末，中國畜禽糞污年產量達40億t左右。當前我國的畜禽養殖業發展仍存在一些短板，比如各地畜禽糞污資源化利用執行標準不一、養殖業與種植業脫節、環境監管不到位等問題，還有大量畜禽糞污不能得到及時利用，對周邊環境造成了巨大威脅。如何解決畜禽糞污帶來的污染問題，成為當前國家對農村社會經濟發展所關注的重點任務。

一、惡臭氣體處理
惡臭氣體的產生是微生物分解畜禽糞便中的碳水化合物、蛋白質和其他成分的結果，氨氣、硫化氫和揮發性有機化合物是畜牧業生產排放的主要氣味物質，長期接觸會降低動物的生產性能。
揮發性有機化合物中的一些物質，如苯、乙醛等，也具有致癌性和危害性，可通過呼吸道、皮膚等途徑直接進入動物體內，嚴重損害肝臟和神經系統，對喉嚨和眼睛造成刺激，上述大氣污染物的排放，不僅會造成堆肥肥料營養元素的丟失，還對環境產生嚴重污染，一定程度上阻礙了堆肥技術的推廣應用。
畜禽糞便污染物的產生，歸根到底在于動物對飼料的不完全利用，在不影響生產性能的前提下，通過改進飼料配方，提高動物對各類營養的利用率，可有效降低營養物質的排放。此處主要介紹惡臭氣體末端治理的三種方法：物理、化學和生物方法。
（一）物理除臭
物理除臭技術是采用向糞便或舍內投（鋪）放吸附劑或除臭物質以減少臭氣的散發。吸附劑宜采用沸石、鋸末、膨潤土以及秸稈、泥炭等含纖維素和木質素較多的材料。除臭物質有沸石、硫酸鈣、氯化鈣和苯甲酸鈣。沸石是天然的除臭劑，豬糞堆肥中添加15%沸石，氨氣減排94%。
（二）化學除臭
畜禽糞便的化學除臭技術主要是利用化學物質與畜禽糞便中的有機物進行化學反應，主要包括吸收法和燃燒法。吸收法為將排放的氣體污染物溶解到液體中，通常加入氧化劑（過氧化氫、次氯酸鈉、臭氧）和適當催化劑（如二價鐵離子）來提高吸收效率，反應后，有機化合物氧化成二氧化碳，硫化氫氧化成元素硫，硫醇、硫化物氧化成磺酸或砜類。
吸收法是去除氨氣和硫化氫的有效解決方案，對氨的減排效率最高達到100%。但去除揮發性有機化合物（包括揮發性脂肪酸、硫醇）要困難得多。在許多情況下，化學吸收被用作以高濃度氣味為特征的排放氣體的預處理方法。有研究顯示從植物中提取的多酚類物質能夠和多種臭味化合物結合形成新的無臭化合物，為開發植物型除臭劑提供理論依據。
燃燒法通常可分為熱燃燒和催化燃燒，存在不完全燃燒、排放有毒化合物和耗能大的缺點，不太推薦。此外采用高能光電除臭設備使惡臭氣體轉化為低分子化合物、水和二氧化碳等，能夠降低畜禽舍中有害氣體氨氣含量，提高空氣質量。
（三）生物除臭
生物除臭是利用某些微生物的代謝活性，使臭味有機化合物自然分解成無味無害的最終產物，達到氣體凈化的方法。相對于物理、化學方法具有經濟高效、管理簡單、二次污染小的顯著優勢。近幾十年來發展了3種用于臭氣生物凈化的技術：生物濾池、生物洗滌塔和生物滴濾池，國內以生物濾池為主。
生物濾池是很早使用的方法，可用于去除堆肥過程中產生的臭氣。其特點是不使用流動液相，由碎石或塑料制品填料構成的生物處理構筑物，污水與填料表面上生長的微生物膜間隙接觸，使污水得到凈化。其優點在于成本低，但難以控制反應條件（溫濕度和pH等），占地面積大，處理高濃度污染物時效率低且顆粒物易導致堵床。
生物滴濾池相對于生物濾池主要區別在于多了流動液相，臭氣從底部進入填料床，轉為水相后被微生物降解，處理后的氣體從上排放，其優點在于反應條件易于控制，具有去除酸性氣體的能力，整個過程在一個罐中進行，節省了大量的空間和總成本。
生物洗滌塔與生物滴濾池的區別在于微生物是懸浮生長的，可進行有效的生物學參數控制，能處理大量高濃度臭氣，可以根據去除污染物的不同靈活選擇微生物，其優點在于不易堵塞、抗負荷沖擊能力強，但運行成本較高。

二、抗生素污染處理
近幾十年來，獸用抗生素（VAs）污染一直被認為是一個全球性的環境和健康問題。抗生素的過度使用和濫用導致了多重耐藥細菌的上升和傳播。動物糞便被認為是抗生素抗性基因（ARGs）和攜帶它們的可移動遺傳元件（MGE）的主要宿主之一。
由于施用糞肥作為土壤改良劑，容易造成抗生素耐藥性的傳播，經過調查分析發現添加含有抗生素殘留的糞肥可導致含抗性基因的細菌比例明顯提高。各種研究表明，厭氧消化可以降低抗生素耐藥性傳播的風險，據報道厭氧消化可去除73%的VAs，而糞肥堆肥和人工濕地可去除84.7%和90%的VAs，ARGs和MGE的平均水平分別顯著降低了53%和74%。
目前，許多國家限制使用抗生素作為生長促進劑，鼓勵開發抗生素替代品。在食品動物生產中，酸化劑、噬菌體、酶、植物化學物質、益生菌、益生元和抗菌肽作為抗生素的替代品已成為研究熱點。
三、病原菌污染
畜禽糞便中還存在著大量的病原微生物：植物病原菌大多為真菌，如灰梨孢菌（引起水稻稻瘟病）和尖孢鐮孢黃瓜專化型（引起黃瓜枯萎病）等，少數為細菌，主要有青枯菌等；主要的人畜共患病原菌有：大腸桿菌、沙門氏菌、金黃葡萄球菌、豬鏈球菌和志賀氏菌等，這些病原菌會給農業生產、人類健康帶來巨大威脅。
堆肥過程中產生的高溫可以殺死糞便中的病菌、蟲卵和雜草種子，達到無害化的目的，其無害化處理與堆肥過程中溫度、水分和接種劑等有關。研究發現當堆肥溫度達到50-65℃時，只要5-6d即可將蟲卵、寄生蟲、病原菌和孢子等殺滅。堆肥發酵反應速度的快慢受水分的影響，一般堆肥的起始含水量以50%-60%為適宜，堆肥水分含量過低，不利于殺死病原菌，會影響堆肥過程中有害生物的無害化處理。
另外，蚯蚓、黑水虻堆肥也是實現病原菌無害化處理的一條有效途徑。研究表明特定的蚯蚓種類堆肥后糞大腸菌群滅活率達到100%。用黑水虻處理含有大腸桿菌O157:H7（EC）、鼠傷寒沙門氏菌（ST）和金黃色葡萄球菌（SA）的廚余垃圾過程中，EC在4-6d內被滅活，ST在3-4d內被滅活，SA在6d內減少99.99%，且EC、ST和SA在黑水虻體內無殘留。種養結合方式為循環生態農業提供一種新的發展模式。
四、重金屬殘留污染處理
高銅高鋅日糧對動物，尤其是豬具有顯著的促生長和防腹瀉等效果，由于畜禽對重金屬元素的利用率很低，只有很小部分被吸收，所以絕大部分的重金屬隨著畜禽糞便排出體外，對生態環境造成潛在的污染。
目前主要是通過一些合適的措施和手段將污泥中的有害重金屬元素去除或者最大限度降低其濃度，如化學、電化學、微生物、植物修復等方法。針對已經產生的畜禽糞便，通過堆肥和沼氣發酵，可以促進重金屬鈍化，但不會降低重金屬總量，其原理是通過調節重金屬在不同形態下進行轉化，即由生物可利用形態向穩定形態轉化，達到生物有效性降低的目的。
通過好氧堆肥有效降低鉛的活性，鈍化率達21.09%-42.71%。但是僅依靠堆肥降低重金屬的生物有效性是有限的，當重金屬濃度過高時，堆肥效果不明顯。研究顯示，添加劑的使用能有效提高重金屬的鈍化效果，重金屬的鈍化作用在一定程度上可以減輕重金屬危害，但添加鈍化劑又會造成二次添加劑污染，且不能從根本上降低重金屬含量，對人類健康和環境仍存在潛在風險。
淋洗法是有效分離去除畜禽糞便中重金屬的一個途徑，采用較多的是化學淋洗和生物淋洗。化學淋洗使畜禽糞便中的重金屬由不可溶的化合物向可溶的離子態或絡合離子態轉化，去除機理主要為酸化、離子交換、溶解、表面活性劑和絡合劑等作用，常用的試劑包括鹽酸、硫酸、硝酸和一些有機絡合劑，如EDTA、檸檬酸等。化學淋洗法對有機肥中的重金屬去除率很高，但淋洗過程和中和過程要消耗大量的化學試劑，成本較高。相比其他方法，生物淋洗法運行成本低、營養元素流失少、實用性強，是一種經濟有效并具有發展潛力的重金屬處理方法。生物淋洗法起源于微生物濕法冶金，是通過微生物的新陳代謝來溶解重金屬，以氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌為主，目前已應用于處理畜禽糞污中的重金屬。