近幾年，我國畜禽養殖業發展突飛猛進。與過去以農家畜禽養殖為主的經濟模式相比，規模化集約化的商品養殖生產已占主導地位。大中型養殖場主要分布在人口密集的沿海一帶，如遼寧、山東、江蘇、浙江、福建和廣東等省區。這些具有城市集中、人口密度大、工業化程度高、對肉蛋奶的需求量大等優勢的地區，成了集約化、工廠化養殖業發展的搖籃。
以福建省為例，1995年全省規模化養豬場年出欄商品豬1 000．84萬頭，到2006年為2229．36萬頭，規模化養豬場得到快速發展，lO年增長122．74％。規模化工廠化養殖產業一方面提高了養殖效率，降低r生產成本，為我國的出口創匯和穩定國內市場供應作出了顯著貢獻，另一方面，也帶來了一系列的環境問題，畜禽養殖場對環境的污染包括粉塵、噪聲和糞污，特別是糞污處理利用不當對大氣、水源和土壤造成污染。豬糞便是畜禽業廢棄物中最難處理的一種，極易造成環境污染。
據北京市環保局等部門對一些豬場排放的豬糞尿進行監測，并用國家污水排放標準進行評價，結果表明，化學耗氧量超標53倍，五日生化耗氧量超標76倍，懸浮物超標4倍，3項綜合指標數(P)達63．61，達到了嚴重污染程度。在這些豬場附近，惡臭熏天，蚊蠅孳生，細菌繁殖，疫病傳播，除影響周圍居民的生活環境外，還造成豬場本身的污染。并且通過周圍水渠、河道造成地表水及地下水的污染。
然而，從資源的循環利用考慮，排泄物有很大的潛在經濟價值，由于家畜糞便中有機物含量高，家畜污水可作為農用肥料及能源加以利用。養豬廢水產氣巾甲烷含量高達60％，發熱量2．508×104 kl．m-3，是很好的牛物能源。同時，污水經過凈化處理后可用于農田灌溉，也可以經消毒后回用于沖洗豬場。良好的廢棄物處理方法不但可以減少環境污染，還可以降低養殖成本，甚至可以帶動相關連的其他產業發展。因此，對規模化養豬場的糞污治理與再利用研究，成為農業環保方面學者關注的熱點。
本文按照常規的糞污治理循環利用模式，從糞污前處理、厭氧發酵、固體糞便利用、沼氣利用、沼液凈化與利用等方面分析了國內外對規模化養豬場糞污治理與再利用現狀，以期為推進規模化豬場糞污循環再利用提供參考。
1糞污前處理技術
規模化養豬場其糞便污水排放量大，水量集中，且污染物濃度高，根據GBl8596—2001標準規定，每百頭豬污水排放為2．5～3．5 m2，一般懸浮物濃度為1％～2％，因此，為了減少污水處理水力停留時間，降低工程投資，大都采用固液分離和沉淀等前處理技術。
1．1 機械分離去除固體糞污
林代炎等利用板框壓濾機、離心機、斜板篩擠壓和振動篩擠壓機對豬糞污水進行懸浮物去除效果研究，認為振動篩擠壓機更適合規模化豬場使用，處理能力達15 m3·h-1，TS、CODcr和BOD5去除率分別達62．6％、61．2％和57．5％，且收集的豬糞渣含水率為53．2％，便于干化處理集中資源化再利用。
1．2沉淀技術去除固體糞污
根據陳梅雪等報道，日本畜禽產業排泄物處理方面，應用沉淀槽處理畜舍廢水，對BOD5、COD、SS、T—N和T—P去除率分別達27．3％、23．2％、45．5％、20．3％和22．5％，能快速有效降低污水中污染物濃度，但沉淀渣含水率高，干化處理難度大，而且干化過程容易造成惡臭氣體污染環境，因此，對沉淀糞渣必須就地利用，否則會產生二次污染。
2厭氧發酵
應用厭氧發酵技術處理規模化養豬場糞便污水，收集沼氣能源是經濟而有效的一種處理方法。據徐潔泉等報道，處理農業廢棄物的大中型能源環境工程占大中型能源環境工程總量的76．6%，既能解決糞污減量化和無害化問題，又可為社會提供清潔的生活能源和發電能源。
2．1厭氧發酵菌
目前分離提純的產甲烷菌有200多種，分屬于3個綱5個目。在產甲烷菌分類研究方面，隨著分子生物學的發展，人們利用不同物種問small— subunit ribosomal RNA的同源性進行分類取得了較為滿意的結果；1996年伊利諾伊大學完成了第一個產甲烷菌Methanococcus jannaschii的基因組測序，迄今為止已有4個目的的5種產甲烷菌完成基因組測序，在產甲烷菌代謝方面研究，已明確它是自養型微生物，能利用環境中的化學能，并發現甲烷生物合成過程的3種途徑；在產甲烷菌必需營養研究方面，發現產甲烷菌不僅需C、N、P等營養元素，還需要礦物質營養元素，如K+、Na+、Ca2+、C02+、C1-、Fe2+、Fe2+等，同時，已對產甲烷菌的生理生化特征進行深入研究，明確了具合適的生長環境條件，為工程上的應用提供了依據。
2．2厭氧發酵器
厭氧消化是極為復雜的生物過程，在參與反應的眾多微生物巾，產甲烷菌的優劣和密度是影響厭氧消化率及甲烷產量的重要因素，因此，減少產甲烷菌的流失及為產甲烷菌創造合適的生長環境，以提高產甲烷菌密度成J，厭氧反應器的設計目標。
目前，國內用在豬場糞污治理方面應用較多的厭氧發酵器主要有塞流式(推流式)、升流式厭氧固體反應器(USR)、升流式厭氧復合床(UBF)、厭氧過濾器(AF)和升流式厭氧污泥床(UASB)。根據《沼氣工程技術規范：工藝設計》NY／T1220．1—2006，認為這些反應器在常溫條件下，其COD的容積負荷一般都在5 kg·m-3·d-1以內，與胡紀萃報道荷蘭應用的內循環厭氧反應器(IC)COD容積復核25～305 kg·m-3·d-1相比，差距較大，說明我國在反應器方面的研究還有很大的發展空間。
2．3厭氧發酵器結構材料應用
厭氧發酵器的結構材料不同，一方面將直接改變發酵器的建設工藝和建設效率，另一方面將直接影響發酵器的保溫性能。
國內目前推廣的大中型厭氧發酵器結構材料主要是應用磚混和鋼筋混凝土結構，工業污水處理方面有部分應用鋼結構材料建設厭氧發酵塔，在戶用沼氣池建設方面有應用玻璃鋼材料。后兩者便于工廠化生產，產品質量便于統一管理，能顯著縮短建造工期，而且不受天氣影響，但造價相對會高20％左右；目前德國采用Lipp罐作用厭氧發酵器，鋼材用量基本與鋼筋混凝土的鋼筋用量相當，施工周期極大縮短，300～500 m3的金屬發酵罐一般不超過一周即可完工。
2．4其他方面研究
為了調節污水適合甲烷生長，提高厭氧發酵效率，李亞新等研究認為以醋酸鈣、乙醇為基質，向厭氧反應器補充Fe、Co、Ni的最佳劑量分別為10 mg·L-1·d-1、O．1 mg·L-1·d-1和O．2 mg·L-2·d-1，并認為投入微量金屬元素會改變厭氧發酵器甲烷菌的優勢菌種。龍騰銳等研究認為，某些微量金屬元素，如鐵、鈷、鎳、銅、鋅、錳、鉬、鎢、鉻等，在低濃度時能促進厭氧反應的進行，高濃度時會產生抑制；張信連等研究認為，稀土元素對動物、植物及微牛物均存在Hormesis“低促高抑”效應；夏青等研究認為La3+和Ce3。。對不同VFA底物的產甲烷菌促進效應不同。這些研究表明產甲烷菌生長繁殖過程，不僅需要c、N、P、K等營養物質，同時，還需要中、微量金屬元素平衡供應，且不同產甲烷菌對中、微量元素的需求不同。
產甲烷菌的生長對C、N、P比例及含量也有嚴格要求，一般而言，C：N：P為75：5：1，適量的碳源對細菌的生長和活性是決定性的條件，但碳源濃度增加應有一個限度，超過限度微生物的牛長率就會下降，這一影響通常稱為基質抑制，碳水化合物基質抑制的濃度為100～150 g·L-1。
從污水處理的另一目標——脫氮角度看，甲烷的生物合成和氮素的固定是產甲烷菌獨特的代謝過程。Kunna認為較高的碳氮比將有利于異化性硝酸鹽還原反應的發生，當進水COD：N小于53：1時，反硝化最終產物以N2為主，而COD：N大于53：1時，則有較大量的氨氮合成。同時，還有研究認為：以葡萄糖為碳源有利于硝酸鹽還原為氨氮，而以VFA之類的碳源則有利于進行硝酸鹽反硝化為氮氣的過程。因此，還可以通過調節C源及C／N比例，實現脫氮的目的。
厭氧微生物的生命活動、物質代謝與pH值有密切關系，pH值的變化直接影響著消化過程和消化產物，不同的微生物要求不同的pH值。顆粒污泥利用不同底物時的生長適應pH范圍不同，一般認為，反應器內的pH值應保持在7．2～7．6。
3 固體糞便利用技術
3．1豬糞渣栽培菌類
豬糞作為有機肥原料，由于含水率高，需要添加大量輔助原料，因此，大部分豬糞還未能實現資源化利用。依據林代炎等利用豬糞渣栽培雙孢蘑菇的試驗研究認為，應用固液分離機分離處理的豬糞渣，與稻草混合進行堆制發酵，腐熟豬糞培養料腐熟時顏色呈深咖啡色，腐熟均勻，無糞臭味，水分適中，富有彈性，手捏攏，松手后自然伸展，有濃郁的草香味和許多有益微生物菌落，pH 7．8，表現出對環境的友好性。雙孢蘑菇菌絲在豬糞渣培養料中生長旺盛，潔白，濃密，出菇時間比對照組牛糞便培養料早3 d，且子實體生長期較對照組長2 d，在豬糞渣培養料生長的雙孢蘑菇子實體密度大于以牛糞便培養料生長的，表現為菇體致密，硬度大，不易開傘。豬糞渣栽培的雙孢蘑菇與牛糞栽培的雙抱蘑菇相比較，其氨基酸總量和還原糖含量分別提高了16．9％和33．3％，說明利用豬糞渣替代牛糞栽培雙孢蘑菇還能提高蘑菇產品品質。由此可見，豬糞在培養食用菌類的應用方面具有廣闊的前景。
3．2高品質堆肥
豬糞便是一種富含有機物和氮磷鉀的肥源，對豬糞便利用一般是采用堆肥化處理后，制成有機肥進行土地利用，實現資源化。根據畜種不同，糞便的性狀不同，堆肥產量也不相同。豬糞中可分解物質比例大，堆肥產品中水分含量低，堆肥產量較高。肥料作為循環產業鏈中的關鍵一環可以在很多地方發揮作用，典型的如南方的“豬一沼一果”工程模式，將生豬、果業生產結合起來，利用人畜糞便人池發酵，產牛的沼氣用于農戶做飯點燈，沼肥施用于果樹，果園套種蔬菜或飼料作物，可滿足生豬的飼料要求，達到系統內能源、飼料、肥料良性利用的農業生產經營模式。豬糞由于碳氮含量比較低和含水量較高，不適宜單獨堆肥，因此南方廣大地區豬糞混合堆肥的最佳填充料及方法是，將豬糞、稻草、粉煤灰按3：1：1(濕重比)混合，或豬糞、木屑、樹葉按3：1：1(濕重比)混合，將所用稻草和樹葉鍘成3 cm長，按比例將配料混合均勻堆成堆。日本的高品質堆肥技術采用好氧發酵處理，產品腐熟度高，易于儲存，該方法已在日本普遍使用。在反應槽內，添加木屑等作為載體供高溫好氧微生物附著生長，這些微生物可以將原料中的有機物分解為二氧化碳和水。有機物分解過程中產生的熱量可以將水分完全蒸發；與中溫菌相比，高溫菌的基質攝取速度與自身分解速度都有明顯的提高。美國有5 700個豬場使用豬糞堆肥，而且數量在增加。堆肥可以殺死糞中的病原微生物和草種，是很好的肥料資源。但是在堆肥過程中氮、磷、和碳水化合物的損失很高(平均超過6．5％)。試驗表明按碳氮比為25：1～30：1，在豬糞中添加含碳水化合物類物質，可以降低上述營養素的損失。堆肥后的豬類與化肥相比，糞肥中磷的損失比化肥中磷的損失小，從而達到減輕環境污染的目的。
4 沼氣能源利用
沼氣是可再生的清潔能源，既可替代秸稈、薪柴等傳統生物質能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明顯高于秸稈、薪柴、煤炭等。沼氣發酵系統在生態農業建設中應用相當廣泛，它把能源、養殖業和種植業結合起來，實現了農業資源的多層次利用和良性循環，達到了農業生產少投入、多產出，高效無污染的可持續發展。
沼氣中的甲烷無色無味，是·種理想的氣體燃料。1 m3沼氣完全燃燒后，能產牛相當于O．7 kg無煙煤所提供的熱量。修建一個容積為6 m3的沼氣池，每天投入4頭豬的糞便發酵，它所產的沼氣能供給4口人的家庭點燈、做飯所需的燃料。
小型沼氣電站每千瓦時投資只需要400元左右，僅為小型水力電站的1／3～1／2。因此從成本上來說，沼氣發電是十分可行的。除了常見的照明、供暖等用途外，沼氣作為清潔能源，在用作燃料方面也有一定的前景。此外，目前農村中采用的一些新型沼氣綜合利用技術，如利用沼氣儲糧，沼氣燈光誘蟲等都大大增加了沼氣的使用價值。
5 沼液利用與凈化
5．1 沼液利用
沼氣發酵的副產物——沼液、沼渣，是我國無公害蔬菜生產提倡施用的肥料之一。沼液含有各種農作物生長所需的N、P、K等各種營養元素，同時還含有生理活性物質及Mg、S、Si、Na、Fe、Zn、Cu等微量元素。
根據楊鴻燕的試驗結果，沼液浸種和清水浸種相比，不僅可以提高促進種子出苗和種子的生理代謝，而且可以提高秧苗質量，增強秧苗的抗病、抗逆性能。沼液浸種是一項操作簡便、容易推廣的技術，具有較好的增產效果。各處理在按每667 m2施有機肥2 000kg、復合肥60kg的基礎上，增施沼液和糞水能顯著提高萵筍的產量，其中每667 m2增施沼液4000 kg的處理增產最多，為36．87％。張嬡等采用溫室小區試驗，研究了沼液、化肥不同水平組合對油菜產量及品質的影響，結果表明，沼液與化肥配施可以顯著提高油菜產量，改善油菜品質，表現為沼液與化肥配施比等養分的化肥處理增產86．71％，產量差異達顯著水平；油菜中的Vc和還原糖含量比等養分的化肥處理分別增加59．22％和51．93％，硝酸鹽含量減少7．83％。這些試驗說明：沼液是一種富含多種水溶性養分的腐熟速效性肥料，能迅速被作物吸收利用，促進作物生長發育，抑制病蟲害發生，使產量明顯增加，提高品質。沼液用作肥料，不僅可以節約生產成本，還可以增產，提高品質，且沒有化肥、農藥的毒害和污染，符合無公害蔬菜生產要求，其綜合利用技術值得大面積普及和推廣。
5．2 沼液凈化
隨著養殖業的規模化發展，目前污水處理產生的沼液與種植區沼液消納平衡方面普遍出現新矛盾，即通常沼液的產牛量超過或季節性超過周邊耕地的消納能力，因此，解決沼液凈化達標排放成了新問題。目前對沼液的凈化主要采取3種模式：一是應用曝氣處理達標外；二是用化學試劑處理實現達標排放；三是應用生物氧化塘凈化實現達標排放。
6 研究展望
很多研究表明畜禽糞便及其沼氣發酵的副產物能提高作物產量和農產品品質。但隨著集約化養殖業的發展，養殖規模不斷擴大，糞便污染物排放量_小斷增加，其對周邊土壤一水一牛物系統造成的潛在環境風險日益突出。
從現有規模化養豬場糞污處理的技術水平看，一個規模化養豬場的發展規模，若能從養殖場周邊生態環境的承載能力出發，設置養殖規模與選擇合理的糞污治理模式和發展糞污循環再利用產業，可以解決規模化養豬場的糞污治理和循環再利用，實現“零”排放的問題。
單位面積的耕地土壤對糞便污水的承載負荷與土壤性質、氣候條件以及作物種類等密切相關。目前國內在耕地土壤系統對糞污承載負荷方面的研究報道較少，尤其缺少長期定位試驗。因此，需要進行消納動態篩選研究，加強田間試驗進一步了解土壤系統對糞污的承載負荷，這對確保耕地對糞污安全冉利用至關重要。
在設計規模化養豬場糞污治理與循環再利用模式時，關鍵要設計可控措施，將超過環境負荷的污染物通過堆肥化處理制成有機肥商品移出區域系統，及設置生物氧化塘兼貯液池以緩沖和凈化季節性消納不完的沼液，確保系統穩定運行。
