猪粪资源化利用的研究进展 王婧.pdf

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20221731-36
:
.
猪粪资源化利用的研究进展
王婧1,赵万余2,吴鸿亿1,赵力1,陈井生1,肖国生1,赵峰1*
(,;,

)
宁夏固原756000
:;::()
中图分类号S828X713文献标识码A文章编号1004-7034202217-0031-06
:
摘要我国是世界最大的生猪养殖国家,每年有超5亿t的猪粪产出,大量的猪粪给环境带来巨大
压力,如何有效利用猪粪是我国生猪养殖业面临的巨大挑战。文章对猪粪的资源化利用方式进行了
综述,分析了不同利用方式存在的问题及发展策略,旨在为有效利用猪粪,改善生态环境提供新的研
究思路。
关键词:猪粪;资源化利用;异味处理;抗生素;重金属
随着人们生活水平的提高,对猪肉需求量逐年增气体处理及脱除抗生素和重金属四个方面进行综述,
,
加我国的生猪养殖产业具有广阔的发展前景。2021旨在为控制猪粪污染、提高猪粪利用率和改善生态环
年生猪出栏量和猪肉产量分别达到了67128万头和5境提供理论依据。
万,同比分别增加和,生猪养殖
%%1猪粪的主要成分
[]
1,
规模进一步扩大。据统计我国2017年猪粪的排新鲜猪粪外观呈黑褐色,易结块,且具有较大的
[]
放量约为4万,其中化学需氧量()总6
×10tCOD、黏度和颗粒度。猪粪中含有蛋白质、脂肪、维生素
、,并且健康猪只的粪便中水分
[]
2若猪粪排放量远超过农田粪便承载量,[]
。%7-8。猪粪、牛粪、羊粪与鸡粪的养分
[][]
会导致农田***盐污染3因此,如何有效控制猪粪()8,,
。含量比较结果见表1表明相较于其他动物粪便
污染,将猪粪有效合理地资源化利用,对我国生猪养殖
猪粪的利用价值更大。但未经处理的猪粪中含有大量
业的可持续发展具有重要意义()
。重金属铜、锌、***和***等、抗生素、病原微生物和寄生
[]
目前,由于技术和成本的制约,猪粪资源化利用9,
虫卵等有害成分。此外猪粪是生猪养殖的主要温
[]
亟待解决的问题主要有以下几方面:一是生猪养殖人室气体排放源10,猪粪经发酵腐化会产生
NH3、H2S、
员环境保护意识薄弱,为节约养殖成本,并未按照国粪臭素吲哚和挥发性脂肪酸等有毒的臭味气
CH4、、
家相关规定设置养殖设施,在生猪养殖规模扩大的同[]
体11直接施用猪粪可能会污染生态环境和威胁人
,,。
时相应的环境保护措施没有到位从而造成严重的体健康等,因此猪粪经合理处理后,利用其生产肥料
[]、
环境污染4二是富集于猪粪中的有害物质除了会,
。饲料或可利用能源是猪粪资源化利用的有效途径。
污染土壤和水体外,其分解所产生的有害气体还会污
染空气,降低空气质量,并对动物和人体的健康产生表1猪粪、牛粪、羊粪与鸡粪的养分含量比较
[],
危害5。三是有关猪粪资源无害化的研究多处于试Table1Nutrientcontentcomparisonofpigmanure
,,,
验阶段由于技术、成本和可操作性等问题进行实际cowmanuresheepmanureandchickenmanure%
项目总碳全氮全磷全钾
应用的少见。
猪粪
本文主要从猪粪的成分、资源化利用方式、


收稿日期:;修回日期:
2022-05-222022-07-
:
基金项目重庆市技术创新与应用发展专项重点项目“万州区
百万头生猪生态养殖关键技术集成与应用(
”cstc2021jscx-猪粪资源化利用的方式
)2
tpyzxX0004猪粪肥料化
:(),,,
作者简介王婧1997—女硕士研究生研究方向为
,肥料化是猪粪资源化最常见的方式之一,肥料化
生物资源开发与利用******@.
:(),,,,方法包括自然发酵法和堆肥发酵法
*通信作者赵峰1982—男研究员博士硕士生。
,,自然发酵法自然发酵法是在自然条件下利
导师研究方向为生物资源综合利用******@
·13·
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,
用微生物对猪粪进行缓慢厌氧发酵最终使猪粪转化可能与Salinithrix、Truepera、Azomonas等微生物相对
[]
,,20,
为无害的有机肥的方法但该法的缺点尤为明显即丰度的降低有关。陈云峰等研究结果表明添加
[]
7,,
异味大、耗时长、效率低下及易造成环境污染。碳酸盐能加快猪粪堆肥的腐熟过程提高其安全性
,
、镁和磷的含量但也会加
,
畜禽粪便的传统技术之一该方法是人为控制发酵条剧钾、有机碳和全氮的损失。
件,利用微生物通过高温发酵将猪粪便中的有机物分由此可见,猪粪与其他物质共堆肥,既有助于堆
,
解为无害且稳定的腐殖质并将其中的病原微生物杀体中有机质的降解、营养素的保留、堆肥产品安全性
[]
12,
灭的生化过程。的提高和温室气体排放量的减少还能够提高农业废
,
堆肥发酵法主要包括堆积式、开放式和密闭搅拌弃物的利用率减少资源浪费。但在堆肥过程中也需
式等发酵法。要考虑辅料或添加剂对堆体中某些元素含量的动态
),
1堆积式发酵法。堆积式发酵法具有操作简便影响以进一步提高猪粪堆肥效果和经济效益。
,)
和资金投入较少等优点但也具有劳动成本高、发酵2接种微生物对堆肥效果的影响。.
[]
21,
温度和恶臭气体的控制难度大、堆肥周期长及易受气等研究结果表明不动杆菌、枯草芽孢杆菌和高地
,
候影响等缺点。芽孢杆菌可使猪粪堆肥提前进入嗜热期能有效提高
),,
2开放式发酵法。开放式发酵法主要包括条垛纤维素酶、尿素酶和磷酸酶活性从而加快堆肥进程
[]
22,
式堆肥法、强制通风静态垛堆肥法和异位发酵床促进堆体的腐熟。
技术。中接种木质纤维素降解菌可以通过加速木质纤维素
,,
条垛式堆肥法的优点是技术难度小、发酵场所基的转化为重氮营养菌提供更多能量提高堆肥过程
,,
本不受限制和粪便处理量大等缺点是占地面积大、中相关功能基因的丰度和质量从而促进堆体中氮素
[]
23,
发酵周期长、异味气体回收难度大、易受气候影响和的产生。肖礼等研究结果表明白腐真菌能显著
[]
13,,
发酵温度难控制等。促进猪粪堆肥有机碳的降解增加全磷和全钾含量
,,
强制通风静态垛堆肥法的优点是无需翻堆、省时减少铵态氮的损失有利于肥料中氮素的保留并加
,,
省力、操作难度低和异味气体的排放量易于控制等缺速猪粪中土霉素和四环素的降解从而提高了堆肥质
,
点是占地面积大、堆体温度不易控制及发酵周期长等。量。因此使用微生物制剂能够有效减少猪粪中营养
[]
李路瑶等14研究结果表明,异位发酵床内稳定成分的损失,有助于猪粪中抗生素的降解,从而提高
的温度和pH值能够促进猪粪中有机质的分解和微堆肥产品的品质及其作为有机肥的安全性。
,

[]
猪粪便和废弃秸秆的降解。、生产乙醇和
,,
果表明在异位发酵床系统中采用连续供氮技术可生产沼气等。
,

至,从而有效减少的排放由此可微生物的同时分解其中的有机质,并且焚烧所产生的
。
[]
,24
见异位发酵床技术的优点是发酵周期短、有助于生能量可供发电厂发电。但直接焚烧易导致焚烧场
,,
猪生长和能有效控制臭气排放等。但由于发酵床的地周围的空气质量变差并对人体产生较大危害因
,,
粪便容纳量有限因此需控制粪便的添加量防止因此该方式已逐渐被其他能源化方式替代。
[][]
添加过量导致发酵床的发酵性能下降16。
[]
)17,
3密闭搅拌式发酵法。%的
[]
,,,26,
明猪粪使用密闭反应器堆肥堆肥周期可缩短至8d生物乙醇。%硫
,,
%但经酸糖化后再用酵母发酵猪粪的生物乙醇产量为
()
济成本较高。密闭搅拌式发酵法具有占地面积小、%。但目前生产
,,
械化程度高、发酵周期短和异味气体排放可控等优点生物乙醇尚未成为猪粪能源化利用的主要方式因此
其缺点为粪便处理量少和生产成本高。未来可深入研究猪粪作为乙醇有效来源的可行性。
[]
)27,
.
[]
18,
肥效果的影响。
粪堆肥过程中添加豆渣能够促进堆体中有()能显著提高总的产量有机物的去除
%coAD-RCH4、
机质的降解,加速腐殖化,并提高堆肥产品的成熟度率及反应速率,并且沼液再循环还能显著增加厌氧消
[][]
19,28
和稳定性。。
堆肥能提高堆体的温度,降低高温和成熟阶段中表明,在猪粪稻草厌氧消化过程中添加纤维素降解
N2O-
的排放量,有利于固氮,并且堆肥过程中的减少菌,可显著提高产量和厌氧消化率,并能明显缩
N2OCH4
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短有效产时间化利用的有效方式之一,但该方式会导致重金属和抗
CH4。
然而残留于猪粪中的土霉素和强力霉素等抗生生素富集于食用菌中,产生潜在的食品安全危害,因
素会抑制猪粪厌氧消化产速率,土霉素的抑制此未来还需要更深入地研究并解决这一问题,从而推
CH4
,
作用大于强力霉素并且土霉素会降低厌氧消化系统动猪粪与食用菌产业的共同可持续发展。
[][]
29,37
的稳定性。
,,
%%℃下
(),
猪粪绿色循环利用、完善能源生产体系、%并且生
境和推动经济发展提供理论支持。物炭表面含有的醇、酰***和直链烃等官能团可以促进
。
由于饲料中大量未消化完全的营养物质残留于采用碱熔粉煤灰与猪粪合成的改性生物炭对土壤中
,,
猪粪中因此将猪粪经过加工处理后可作为饲养其他铜、铅和镉的钝化效果显著三者在土壤中含量分别
,
动物的饲料。%、%%但锌在土壤中的
[][][]
30,3839,
。杨婧等研究结果表明富磷
鱼粉结合制备而成的罗非鱼饲料,可通过增加鱼塘中型猪粪基生物炭肥在改善施肥土壤环境理化性质的
,,
浮游植物的数量和多样性促进鱼体健康并且饲料中同时还有助于提高樱桃萝卜的产量和品质。
的蛋白质、脂肪和粗纤维是罗非鱼增重增产的主要原猪粪生物炭作为自由基清除剂、重金属吸附剂和
因,但在鱼体内发现了大量土臭素,这一现象可能与土壤改良剂具有广阔的应用前景,但还不足以解决我
[]
31,,
猪粪除臭不完全有关。李林笑等研究结果表明国生物废弃物产量大的这一难题因此应继续开发功
,,
%花生麸饲养黑水虻幼虫能性猪粪生物炭新的应用途径以达到有效改善生态
能显著提高其生长性能和猪粪中残留营养物质的利环境的目的。
,
用率从而有效节约饲养成本。用猪粪饲养黑水虻幼3猪粪异味处理技术
[]
32猪粪便中引起恶臭的物质包括挥发性脂肪酸
%。、
[]
此外,等33研究结果表明,猪粪氨挥发性含硫化合物吲哚类***类和酚类等,
%、、NH3
[]
和苹果渣在下共厌氧发酵时,乳酸和则是其中最主要的成分40这些异味气体除
%℃H2S。
浓度最高(),并且在发酵过程中梭状芽孢
、消化、呼吸和神经系统等
[][]
杆菌和乳杆菌促进了乳酸的产生等34研究41,
。、抵抗力及
[]
结果表明,从猪粪中分离得到的动物乳杆菌对大肠杆生长性能产生消极影响42,并且不利于生猪养殖产
菌单增李斯特菌金黄色葡萄球菌鼠伤寒沙门氏,,
、、、业的发展。因此研究猪粪异味处理技术有效控制
菌波氏志贺菌和溶血葡萄球菌等致病菌表现出良好,
、猪粪便产生恶臭尤为重要。目前国内外常用的异味
的抑制作用,并且能促进小鼠体内免疫球蛋白和白细
处理技术主要包括生物法、物理法和化学法。
胞介素等免疫物质的增加
。
因此,可将从猪粪中分离出来的乳杆菌作为潜在
用生物法处理异味具有二次污染小、投资费用少
[]
益生菌加入畜禽动物饲料中,进一步研究乳杆菌对动40,
和处理效果好等优点主要包括微生物、植物提取
物生长机能免疫力和抗炎能力的影响,并评估其对
、物和昆虫除臭法。
[]
动物细菌性疾病的预防治疗效果,以提升猪粪在动43,
、
物饲料中的应用价值。乳杆菌对猪粪发酵过程中产生的粪臭素去除率可达
[,]
4144,
%。沈琦等研究结果表明弯曲芽孢杆菌
除了肥料化饲料化和能源化三种常见的猪粪资和解淀粉芽孢杆菌对猪粪中和的降解率可
、NH3H2S
,;
%、%%、%并且
炭等。解淀粉芽孢杆菌还对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具
[][]
35,,45
。此外邢伟杰等研究结果表
,
用猪粪和甜叶菊残渣栽植双孢蘑菇具有较高的安全明由芽孢杆菌、酵母菌和放线菌制得的复合菌剂对
性,且出菇密度大,对蘑菇的品质和风味具有较好的猪粪中和的抑制率分别为
%、
[]
36,,
提升效果。%并表现出良好的嗜热除臭和固氮性能。
杏鲍菇菌糠可以增加平菇栽培料中的营养,从而提高微生物制剂作为一种可快速获取的优质生物资
,,,
平菇菌丝的生长速率加强菌丝长势并提高生物转源能够有效去除猪粪中的异味。而特定的微生物除
化率。臭剂只对粪便中某些特定的恶臭物质具有较好的去
,,
由此可见利用猪粪栽植食用菌是实现猪粪资源除效果。因此未来可将复合微生物除臭剂的开发作
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为研究重点,以进一步提高微生物在猪粪异味处理技果,将纳米技术作为有效去除猪粪臭味的手段之一进
术中的实际应用价值。行深入研究。

,
利用其具有特殊气味和挥发性较强的特点对畜禽粪化学除臭法主要是通过利用过氧化氢、碳酸钙或
便中的异味进行处理,从而达到去除粪便中臭味的高锰酸钾等具有氧化作用的化学物质,将畜禽粪便中
[]
46,
目的。的恶臭物质转化为无异味物质从而达到除臭的目
[][][]
肖英平等47研究结果表明,在饲料中添加肉桂的57等58研究结果表明,利用光催
。
醛,在能够显著降低猪粪中含量的同时,还能降化的紫外技术对猪粪中产生恶臭味的丙酸丁酸吲
NH3、、
低血清尿素氮的水平,提高饲料中的蛋白质消化率及哚和甲酚等物质及和等温室气体的处
CH4、O3CO2
,理效果较好此外,在家禽粪便中添加碳酸钙明矾
改善猪只的生长性能。此外山楂提取液、龙井茶提。、
[]
取液对三甲***和吲哚的除臭率分别为和或氢氧化镁能有效减少的释放46但关于使
100%NH3。
[]
48,用化学除臭剂控制猪粪中异味气体产生的相关研究
%因此可以研究以上植物提取物对猪粪恶
极少,且有可能造成再次污染,增加除臭成本,影响养
臭的抑制效果及其对猪只健康状态的影响。然而采
用植物提取物作为除臭剂的成本较高,将其直接用于殖人员的健康状态,因此不建议使用化学物质抑制猪
,粪中异味气体的释放
猪粪也可能产生更加难以接受的不愉快气味。因此。
应将上述问题纳入考虑范围,在利用植物提取物去除4猪粪中抗生素和重金属的去除技术
除异味气体外,抗生素和重金属对实现猪粪的资
猪粪中异味气体的同时控制生产成本。
源化利用也具有极大的阻碍作用,粪便中的抗生素和

重金属不仅会导致土壤和水体环境恶化,两者在食物
蚓、黑水虻、蝇蛆和蜣螂等昆虫抑制畜禽粪便中产臭
微生物的生长和恶臭物质的释放,以达到粪便除臭的链中的富集作用也会威胁动物生产和人体健康,有效
[]
49去除猪粪中的抗生素和重金属是实现猪粪无害化利
目的。
[]
李峰等50研究结果表明,亮斑扁角水虻能明显用过程中需要攻克的又一大难题。现阶段主要是利
用物理吸附和微生物去除残留于猪粪中的抗生素和
抑制猪粪发酵过程中乙酸、丙酸和丁酸等挥发性脂肪
酸的产生,并且对苯酚类和吲哚类等恶臭物质也有较重金属。
[]
51,抗生素的去除
好的去除效果。
[]
粪便中粗脂肪和氮的高效转化利用是猪粪便在发酵59,

,
过程中恶臭味快速减弱的原因。此外蚯蚓粪对猪粪中添加玉米芯可显著降低抗生素抗性基因和移动遗
发酵过程中产生的和有较好的去除效传元件的相对丰度,从而达到去除抗生素的目的此
NH3H2S。
[][]
52外,等60研究结果表明,接种黄孢原毛平革
果。.
,
除猪粪的臭味,但目前利用昆虫去除猪粪中恶臭物质菌、黑曲霉和地衣芽孢杆菌能减少猪粪便中的多种
,
及除臭机理的研究相对较少,未来可将昆虫处理作为抗生素及其抗性基因含量三者接种比例为1∶5∶5
时,对四环素和土霉素的去除率最高,分别为
猪粪恶臭物质去除的重要发展方向之一。
和,单独使用黄孢原毛平革菌时则对
%%
强力霉素和恩诺沙星的去除率最高,分别为
现阶段的物理除臭技术包括吸附法、掩蔽法、%
[]
米分解法和扩散稀释法等53,%。因此可以深入研究微生物和农业废弃
[]
54物等安全性较高的生物质吸附剂,以推动猪粪抗生素
便除臭技术中的研究与应用较多。胡明勇等研究
结果表明,稻草和米糠能使猪粪发酵过程中和去除技术的发展
NH3。
的挥发量分别降低与重金属的去除
%、%%、
[][]
,55等61研究结果表明,凹凸棒土活性炭复
%并且具有较好的保氮效果。沈玉君等研LinH.-
,合材料可以减少猪粪堆肥过程中重金属(特别是铬
、
),,,
式有利于控制猪粪堆肥发酵过程中恶臭气体的累积镉、铅和***的富集改善氮转化降低植物毒性并
释放,其中,总挥发性有机物和二甲二硫等恶臭获得较高的蛔虫卵死亡率在猪粪厌氧发酵过程中,
H2S、。
添加经过短时微波处理的膨润土,除了对粪便中的铬
%、%和
[]
此外,李永双等56研究结果表明,纳米膜有明显的钝化效果外,还有助于提高产量,强化
%。CH4
[]
覆盖能使鸡粪堆肥过程中的和挥发性有机物累有机质腐殖化程度62
NH3。
[]
积排放量分别降低和,并且的等63研究结果表明,黑曲霉和米曲霉
%%.
,,
累积排放量低于检出限。%左右这表明曲霉可作
研究结果,探究纳米膜对猪粪中异味气体的抑制效为生物吸附剂处理猪粪中的铜,并且还可继续研究曲
·43·
():专论与综述
20221731-36
[],,,

,废弃物污染对比[]农业环境科学学报,,():
制以便于扩大真菌作为生物吸附剂的应用潜力。
总结2208-2216.
5[],,,
我国是生猪养殖大国,
andfunctioninnitrogentransformationofectopicfermentationbed
化处理是平衡生态环境与生猪养殖友好关系的一大[],,

:
难题。猪粪中含有的大量矿物元素和蛋白质等营养319124155.
[],,,[]
.
。江苏农业科学,,():
料化饲料化及能源化是实现猪粪资源化利用的有效201745216-9.
、[],,,

手段,并且随着科技和研究水平的提高,栽植食用菌[](),[]
究J/-102022-04-09.
,:
和制备生物炭等新型资源化方式应运而生猪粪的资http//..
源化利用由此进入更深层次,在动物生产和建筑行业html.
[],,,
-
。,,
富集于猪粪中的异味气体抗生素和重金属等有mentontheorganicmatterdegradationhumificationmaturityand
[],,
、
害成分是猪粪资源化利用的极大阻力,如何建立高效:
708134623.
的异味处理技术抗生素和重金属等危害物的去除技[],,,
、
,
术是亟待解决的关键性问题。因此可将研究发展微theemissionofnitrousoxideinpigmanurecompostingbyaltering
[]

,,():
剂,利用秸秆和稻壳等农业废弃物的吸附作用及微生PollutResInt20222933733-3742.
[],,,

物的生长代谢作用去除猪粪中的抗生素和重金属,作[],():
程、
为实现猪粪无害化,并带动其他农业废弃物资源化利301-307.
[],,,

。,,
综上所述,研究开发高效多样化的猪粪资源化enzymeactivityavailablenitrogencontentandbacterialsuccession
、[],,
,
利用技术是实现生物质资源可持续循环利用改善生:
306123167.
态环境,获得可观的生态效益和经济效益的重要[],,,
-
手段。munityandfunctionalgeneresponsetoinoculatingswinemanure
[]
参考文献:compostwithalignocellulose-
,,:
[],Technol2021337125469.
、未来发展趋势与建
[]肖礼,黄懿梅,赵俊峰,等外源菌剂对猪粪堆肥质量及四环素
[],,():23.
-209.
[],,():
[][]
.
:,172-178.
长春吉林农业大学2021.
[],,,[]孙朋朋,宋春阳猪场粪便新型处理技术探讨[]猪业科学,
.
[],,():,():-
-.
[],,[],,

[](),():[],
-
[][]:,:
.
,[],,,
-
[],,,[][]
.
,,():,,():
家畜生态学报2020410785--2143.
[],,,[],,,
-stagether-
[](),():
--mesophilicanaerobicco-digestionofswinemanureand
[],,,[],,

[],,()::
.
[],,,
37--digestio