蚯蚓消解畜禽粪便生态资源化利用技术研究.doc

蚯蚓消解畜禽粪便生态资源化利用技术研究姓名：赵海涛 学号：D08036 导师：封克教授摘 要：利用蚯蚓处理畜禽粪便不但可以生态资源化处理畜禽粪便、而且降低了畜禽粪便处理成本，并可以高效利用处理后得到的蚓粪和蚯蚓，达到即提高畜禽粪便处理的经济效益，又保护生态环境的目的。本文在叙述了畜禽粪便对生态环境的压力，国内外现行的畜禽粪便处理手段，蚯蚓消解有机固体废弃物的原理的基础上提出了蚯蚓消解畜禽粪便生态资源化利用技术研究的路线图和工艺流程，指出了该技术的创新点，并分析了该技术的经济、生态和社会效益。关键词：蚯蚓；生物处理；畜禽粪便；生态资源化利用一、研究背景 畜禽养殖业发达程度已成为衡量一个国家或地区农业发达水平的标志，许多欧洲发达国家畜禽养殖业产值已占其农业总产值的50%以上。近二十年来，随着我国实行改革开放的利民政策，畜牧产业化经营迅速推进。我国畜禽业规模由小变大，由农村副业发展成为独立的行业。特别是自 1988年实施城市“菜篮子工程”后，集约化、规模化养殖场如雨后春笋般蓬勃发展；畜禽养殖规模和产值每年的递增速度超过10%；按农业部畜牧业九五及2010发展规划，2010年畜牧业的产值还将以每年8%左右的速度增长。据不完全统计，2004年我国畜牧业产值达12173.8亿元，占农业总产值的33.6%。2002年我国就已成为世界第一大畜产品生产国，肉类在世界所占的份额达到 27%，猪肉和禽蛋产量均居世界首位，其中猪肉占到47.2%，禽蛋产量占世界的39.5%。但在成为世界第一大畜产品生产国的同时，我国也成为世界第一污染大国。规模化畜禽业的发展在解决了畜产品供给和带动农村经济发展的同时也带来了日益严重的环境污染问题。规模化畜禽场大多分布于大中城市和人口稠密地区。畜禽业的这种大规模集约化养殖及畜禽养殖区的城市化，畜禽粪便不能及时为农业利用，也难以进行有效处理；加之农业上由传统的使用有机肥转向大量使用化学肥料，畜禽粪便利用率低，成为严重的环境污染物，畜禽粪便造成的环境污染问题日益严重。根据2000年全国畜禽养殖统计资料，全国畜禽粪便年产生量已达到20.1亿t，其中猪粪4.83亿t、牛粪10.9亿t、羊粪2.29亿t、禽粪2.01亿t。各种污染成分的年产生量分别是：氮约0.114亿t，磷约0.047亿t，BOD5约0.65亿t。随着我国畜禽养殖业的进一步发展，这一数字还将上升。生产的高度密集，使畜禽粪便量大大超过其周围环境的处理和合理使用的能力。畜禽粪便含有大量未被消化吸收的有机物、无机物、病菌等，能造成大气、水体、土壤、生物等多方面的污染。国外对家禽生物质废弃物的开发研究始于20世纪40年代初，到60年代中后期，欧美、日本等发达国家已基本解决了养鸡生物质废弃物的干燥等难题。并对多种生物质废弃物直接施用后在土壤中的转化与环境风险、积制堆放过程中养分的分解与去向、肥料的施用效果与有效施用条件等进行了一些有益的探索，取得了一些重要研究成果。概括起来，常用的生物质废弃物干燥方法有以下几种：太阳能干燥或自然通风与太阳能干燥相结合，干燥场地设有封闭的玻璃大棚，并备有可移动的搅拌机；火力干燥，以油或煤作燃料，加热干燥，该方法运行成本高，使用不普遍；发酵脱水干燥，此法能够达到除臭、灭菌、脱水的目的，使用较为普遍。关于生物质废弃物干燥尾气的处理，目前国外主要采用以下几种方法：稀释分散法，即利用高烟囱将尾气直接排到大气中，让臭气浓度迅速降低到人的嗅觉刚好闻不到的浓度以下；燃烧法，将废气在700800下燃烧，除掉其中的臭味；吸收法，用水或化学溶液吸收尾气中的臭气；吸附法，利用吸附剂在常温下吸附臭气。我国家禽养殖场生物质废弃物的开发研究始于20世纪80年代初，最初是将晒干的家禽养殖场生物质废弃物用作鱼饲料和猪饲料，目前也有用于牛和绵羊饲料的。有机固体废弃物干燥方法与国外基本相近，也有采用热喷膨化和微波干燥的方法等。近年来，部分地区将家禽养殖场有机固体废弃物简单地加工成有机复合肥，施用效果较好。但生产技术中造粒、包膜问题始终没有得到很好地解决，肥料品质得不到农民的广泛认可。尽管有机固体废弃物经处理后作饲料是一条重要出路。然而，在一些经济发达国家，出于多方面的综合考虑，有机固体废弃物作肥料还田已逐渐成为其利用的主要途径。蚯蚓消解处理有机废弃物(vermicom-posting)的技术是近年来发展起来的一项新型生物处理技术。蚯蚓具有促进植物生长，增加植物产量的重要作用已经为许多研究工作所证明。这一作用是蚯蚓通过对生态系统中有机物质的分解转化，促进C、N循环，从而提高土壤肥力和通过其在土壤中的活动对土壤结构的改善来实现的。Sharpley et a1，Syers et a1，Cortez and Hameed，和Hameed et a1的研究表明蚯蚓具有增强土壤中N、P循环的作用。Cortez et a1指出在有微生物参与的情况下，蚯蚓明显促进土壤有机物质及植物残落物质中的C、N的循环转化，增加土壤中的可给态C、N。事实上，几乎所有的蚯蚓都参与环境中有机物质的降解过程。由于蚯蚓具有惊人的吞噬能力(日吞食量可达其体重的数倍)，且其消化道可分泌蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、甲壳素酶、淀粉酶等多种酶类，对绝大多数有机废弃物有较强的分解作用。有机物质被蚯蚓摄食后少部分被直接同化利用，大部分经蚯蚓体内的磨碎和挤压作用后以颗粒状排出，起到类似于挤压造粒的作用，从而达到物理改性的目的。同时，蚯蚓能促进微生物的活性，它们间的联合作用加速了有机物的分解和转化，并能有效除去或抑制堆制过程中产生的臭味，此外，蚯蚓代谢活动还可产生大量生物活性物质，有利于作物的生长和品质的改善；蚯蚓本身又是优质的饲料和生物医药原材料。因此利用蚯蚓处理畜禽粪便，可促进畜禽粪便资源化的良性循环，实现可持续发展。目前国内外对于畜禽粪便的处理主要通过堆肥和生产沼气的方式，但这两种方式需要一次性固定资产投资大（投资一个能正常运作的有机肥料厂至少需要200万元以上），畜禽粪便处理的经济附加值低，对于广大中小规模的养殖基地和农村面广量大的分散型有机废物的处理缺乏可行性。利用蚯蚓处理畜禽粪便，不但技术上可行，而且一次性投资少（可以根据畜禽粪便产生量确定投资规模，每亩消解床最少投资不到0.5万元），有效降低畜禽粪便处理成本，并高效利用处理后得到的蚓粪和蚯蚓，提高了畜禽粪便处理的经济效益。利用蚯蚓处理畜禽粪便，可以把废弃物中的氮、磷提取出来，蚯蚓和蚓粪作为饲料蛋白使氮、磷从新进入畜禽养殖循环体系，这样有效地降低了区域内氮、磷的投放总量，缓解了区域内氮磷对环境压力，这对太湖地区环境治理，特别是水环境的改善具有极其重大的意义。二、技术路线：（1）对养畜场的粪、尿、冲洗污水进行三质分流分贮的前处理；（2）对粪、尿、冲洗污水进行不同方法处理。以深池设施养殖商品蚓，人工气候室批量孵育幼蚓，机械运粪为关键技术，集约化养殖蚯蚓消化畜粪；畜尿与蚓粪均匀混合制作蚓粪复合肥基料；冲洗污水通过物理、生物处理后循环利用。产出的蚯蚓供制药公司提取蚓激酶；（3）蚯蚓提取蚓激酶后的下脚料以鲜浆形态作原料生产特种水产配合饵料，蚓粪不制颗粒而保持其原始形态，直接配制复合肥；（4）特种水产饵料采用水上湿润投喂法，减少粘合剂使用；（5）开展蚯蚓粪便高吸附机理、蚯蚓粪便中有益酶类和激素作用机理、蚯蚓粪便对土壤微生物区系影响等研究工作。三、工艺流程图：粪、尿、水分流分贮技术冲洗污水畜 尿畜 粪液态肥沉淀、过滤人工气候室孵育幼蚓技术系列蚓粪复合肥蚓粪复合肥基 料蚓 粪商品蚓养殖水生动物处理一次性投饵深池养蚯蚓技术种植业灌溉或冲洗水蚯蚓浆及其冰冻粉制作技术蚯蚓浆或其冰冻粉提取蚯蚓蚓激酶蚯蚓水生植物处理植物蛋白动物蛋白特种水产养殖饲料OU 料 蚯蚓粪便高吸附性能研究蚯蚓粪便中有益酶类和激素研究蚯蚓粪便及其产品对土壤微生物区系影响研究表示物质技术流向表示信息反馈四、特色和创新之处：（1）提出运用蚯蚓消解畜禽粪便。对于畜禽粪便处理，国内外广泛采用的利用处理方法是直接施用、焚烧和堆制后施用。但是现阶段采用的各种畜禽粪便处理和利用方法都存在一定的弊端，在实际操作中还存在着浪费资源，运营成本过高，产生二次污染等很多问题。运用蚯蚓消解畜禽粪便不但可以实现畜禽粪便无害化处理，而且可以最大限度的利用资源，降低畜禽粪便处理成本，提高畜禽粪便处理的经济效益，保护生态环境。（2）项目适用范围广。既适用于各类型养殖场的养殖有机废弃物资源化、无害化处理，也适用于农村家庭的养殖有机废弃物、人粪尿、厨余物等的集中处理。（3）对蚓粪吸附机理及其利用技术研究。对于蚓粪高吸附性能的现象，国内外有过研究报道，但鲜见其吸附机理和利用方式的研究信息。本课题通过对蚓粪吸附机理的研究，拓展其在环境保护，有机肥制造，生物除臭、有机生态农业等领域的应用。（4）对蚓粪中有益酶类和激素作用机理研究。本研究前期实验表明，蚓粪能促进植物生长，提高其抗虫抗病能力，这些现象可能与蚓粪中存在有益酶类和激素有关系，国内外对蚓粪中有益酶类和激素作用机理研究鲜见报道，通过本项目研究可以明确蚓粪中有益酶类和激素的作用机理，为蚯蚓粪便大田使用和生物学研究奠定基础。（5）蚯蚓粪便制造有机肥技术研究。对于畜禽粪便制造有机肥，国内外的研究和运用上集中在畜禽粪便堆肥技术上，本研究提出利用蚯蚓处理畜禽粪便后的蚓粪来制造有机肥。五、效益分析：（1）经济效益分析：以200头奶牛场为例蚯蚓养殖6亩，投资固定资产约6万，第二年进入正常运行期，年收入12万元，需要3个劳力，第2年完全收回投资。第3年起每年加运行费5千元，以后要连续收益18年。计718=126， 12620=6.3万元/年， 年均收益6.3万元。水生生物净化池的一次性投资3万元，收益约2万元/年。两项收益合计8.3万元/年。相对于一次性投资9万元，第2年末收回投资。20年实际收益8.3万元/年。这种回报是高的。（2）生态效益： 对农业生态的修复作用。首先是提高土壤质量。石油农业的一大特点是大量施用化肥，化肥的方便和速效，使人们再也不愿使用有机肥，积年造成的结果是土壤板结，保水保肥能力降低，使基础肥力下降，化肥因流失而利用率变小，从而施用更多化肥，造成恶性循环，使农业生态日趋脆弱。其次蚓粪可以增加土壤团粒结构。土壤中的有机质经过微生物活动，与土壤微粒一起形成团粒结构，肥沃土壤的重要特征是团粒结构丰富，蚓粪是有机质在蚯蚓体腔内经微生物作用生成的微小颗料，酷似土壤的团粒结构，长期坚持施用蚓粪，必然增加土壤的团粒结构，恢复肥力，提高保水保肥和平衡供应营养的能力。第三提高农产品品质。大量施用化肥，使植物得不到平衡营养的供给，氮磷的供应往往过量，结果导致作物品质低下，所以有机农产品一定要有足够的有机肥，蚓粪是速效有机肥，可以为作物提供平衡养分，保证品质。 促进绿色产品生产。蚯蚓是环节动物，体内含有促进动物生长的未知因子。用蚯蚓浆作营养强化剂的水产饲料，能保证水生食肉动物（甲鱼、黄鳝等）生长迅速，不必再用化学激素也能高产，从而保证了水产品品质。 保护生态环境。首先，改善养殖周边环境。畜粪及时送往蚯蚓养殖场，用上位带土接种法，有蚓粪覆盖畜粪，无异味，无蝇蛆，空气质量明显改善；畜尿被及时由蚓粪吸附或除臭，无异味，不乱流，不污染周边环境。其次，减少淡水养殖对水体的污染。畜粪养殖蚯蚓，经济效益高于畜粪喂鱼养蚌，所以将畜粪直接投入水体进行淡水养殖的做法就会显著减少，从而减少了对水体的污染。再次，减少对水体的污染。畜粪尿得到及时的清洁方式的处理处置，不遭雨淋不流淌，阻断了其直接流入地表径流或通过浸透到地下再逐渐污染水源的通道。第四，减少化肥流失的面源污染。蚓粪复合肥，由于蚓粪的高吸附力，使其中化肥变成缓释性的，减轻直至避免了流失，从而减少了化肥中氮、磷等流失造成的面源污染。（3）社会效益： 减少化肥、农药使用量。蚓粪中的养分具有速效性，可以替代相当部分化肥，减少化肥施用。由于蚓粪复合肥中的化肥流失较少，就使化肥的利用率显著提高，可达45%以上。蚓粪复合肥提供的是平衡营养，植物生长发育正