近年来，随着生猪养殖业不断发展，生猪养殖已成为畜牧业中的支柱性产业。在市场经济的带动下，人们对于优质猪肉及其他猪产品的需求量也逐年增加，直接促进了生猪养殖场户数量的增加。随着工业化、信息化、科技化进程不断加快，生猪养殖技术水平也有了显著性提高，有力推动了生猪养殖由传统向现代畜牧业的转型升级。在发展的同时，也出现了较多的问题，比如养殖污染处理环节不重视、粪污处理设施设备落后、种养脱节、部分地区养殖总量超过土地容量等成为生猪养殖业发展中尤为重点关注和亟需解决的问题。因此，在“双碳”背景下，对生猪养殖中粪污资源化利用技术进展进行研究，对于生猪养殖业提档升级、减少农业面源污染具有十分重要的意义。
1 研究背景
2017年，国务院办公厅颁布了《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》，可见做好畜禽粪污粪污资源化利用工作，关系到畜禽产品有效供给和美丽乡村建设，是一项重大的民生工程。《第二次全国污染源普查公报》显示，养殖业水污染物排放量中化学需氧量为1.0×107 t、总氮量为0.596×106 t、总磷量0.12×106 t，这三个指标与第一次污染普查数据相比，分别降低21.11%、41.81%、25.37%，但畜禽粪污依然是农业面源污染的主要防治对象。目前，据全国畜禽养殖废弃物资源化利用工作推进会获悉，全国畜禽粪污综合利用率达到78.3%，但这项工作依然面临着新形势和新挑战。
生猪养殖业的不断发展，主要表现为养殖场（户）数量的增加和生猪存栏数量增多，这必然导致生猪养殖中产生的粪污总量也会持续增加。走访调研发现，生猪养殖场（户）一般在乡村或城乡结合部周围，也有一些场（户）处于偏远地区，这些地点往往是监管不到位或是容易忽视的地方。基于这种背景下，若还采用传统的养殖方式和粪污就地消纳的处理模式，势必会成为影响农村土壤、水源以及空气质量的主要因素，生猪养殖粪污处理得是否科学、是否合理，直接影响到乡村环境质量的好坏。为此，在“双碳”背景下，对生猪养殖所产生的粪污进行科学的资源化利用既推动了养殖业转型升级，也实现了粪污变“废”为“宝”，加快推动了传统乡村向和美乡村的转变进程。
2 生猪养殖现状概述
据全国重点农产品市场信息平台显示，2020年我国生猪出栏量52 704.06万头；2021年我国生猪出栏量67 128.00万头。目前，我国生猪养殖不断向集约化、规模化养殖转型，快速发展的同时也存在着对环境的威胁。猪粪中含有氮、磷、钾等物质，尿液中含有钾、钠、钙、镁等物质，对生猪养殖所产生的粪污进行有效处理，是畜牧业绿色发展的关键，也是现阶段重点推进的工作。当前，各省市、各地区按照“因地制宜，一场一策”的要求，不断深入推进“源头减排、种养结合、统筹兼顾、末端利用”的原则研究不同类型的粪污处理技术和利用模式，并通过典型案例征集和示范，不断推动我国生猪养殖中的粪污资源化利用工作迈上新进程。
3 生猪养殖中产生粪污对环境的危害
生猪养殖中所产生的粪污对环境的影响主要是对水体、土壤和空气的危害，若处理不科学，就会对水体造成富营养化、对土壤造成盐碱化、对空气造成恶臭，对生态系统造成一定的破坏。
3.1 对水体的危害
生猪粪便中含有氮、磷、钾等营养元素，尿液中也含有大量有机物，这些粪污通过直接排放或因堆放时雨水溢流等方式进入水体后，这些氮、磷等物质可大量蓄积，造成水体富营养化，就会引起水生植物生长极速加快，消耗水中的溶解氧，对水体危害较为严重。再加上粪尿中容易滋生细菌和寄生虫，当水体中的大肠杆菌、链球菌、沙门氏菌感超量后，也会对附近水源构成影响，对畜禽和人体造成潜在的健康威胁。
3.2 对土壤的危害
生猪养殖中产出的固体污染物，对于养殖数量较小的养殖户一般可经过发酵后作为有机肥在田地施肥利用，但是对于比重不断增大的生猪规模养殖场来说，由于粪污产量较大且过于集中，没有配备足够的消纳土地。走访中发现，经常有场（户）将未经过处理的粪便随意在土地上堆积和排放，粪污中的污染物长时间的蓄积超出了土地的净化能力，造成土壤透水性、透气性明显下降，土壤盐碱化，给土壤环境造成严重的威胁，并影响在这块土地上播种植物的生长。按照相关部门推荐标准：单位耕地氮（≤150 kg氮/hm2）、磷施用限值（30 kg磷/hm2），据不完全统计，我国已有近有10个省份（市、区）分别超过了单位耕地的氮、磷施用限值数。
3.3 对空气的危害
猪粪之所以臭，是因为粪便中含有大量的氨气、硫化物、甲烷、一氧化碳等有毒有害气体，其中，氨气和硫化氢是生猪养殖场中最具有代表性的恶臭性气体，一氧化二碳、二氧化碳、甲烷这些温室气体也是造成全球变暖的因素。粪便中除了含有这些有毒有害气体外，还有生猪肠道未消化的食物和药物，这些物质在发酵后也会产生大量的恶臭气体，会危害养殖场户周围居民的生活质量并且影响生猪的发育生长。
4 生猪养殖场粪污常见处理技术
4.1 好氧堆肥技术
好氧堆肥技术就是通过粪便中需氧微生物所产生的氧化反应，对粪污中的寄生虫卵、病原维生素、大分子有机物进行杀灭和分解，并经过发酵腐化转变为腐殖质的一种反应过程。好氧堆肥技术首先要建设有堆肥场地，场地要具备防雨防渗防溢流，不得对地下水和土壤造成危害。堆粪时的起始含水率为45%～60%，水分过低或过高都会抑制微生物的代谢。堆肥温度控制在45～65℃，以55～60℃为最佳，当堆温温度下降到40℃以下，说明发酵基本完成。好氧堆肥工艺有自然堆肥、条垛式堆肥、槽式堆肥和反应器堆肥。不同的堆肥工艺投资成本、运行维护、操作难度和受天气影响程度也都不尽相同，其中投资成本最低的是条垛式堆肥，运行和维护费用较高的是槽式堆肥和反应器堆肥。近年来，相关学者对堆肥发酵研究引起了关注，周海宾等研究表明，选用筒仓式反应器可提升堆肥中的氮养分含量；李开发研究发现，在堆肥过程中添加适量微生物菌剂，能够加快堆肥的反应进程，减少堆肥各个阶段进程，缩短堆肥时间。养殖场（户）要结合自身养殖情况和需求选择适宜的堆肥工艺，进行猪粪堆肥和利用。
4.2 粪污厌氧技术
粪污厌氧技术是指在厌氧条件下，通过微生物作用将粪污中的有机物转化为沼气，厌氧技术可降低粪污中有机物含量，减少体积并可产生沼气，发酵后沼气经脱硫脱水后可通过发电、直燃、提纯生物天然气等实现利用，沼渣、沼液可直接用作肥料回田。目前，在生猪养殖中常见的粪污厌氧技术主要有群混合式厌氧工艺、升流式厌氧反应器、升流式固体反应器等。粪污厌氧技术可以直接让粪污产生沼气，提供优质清洁能源，厌氧后产生的沼气、沼渣营养成分也十分丰富；养殖场采用粪污厌氧技术可以有效减少臭气产生，减少臭气对养殖场周围空气质量的影响；通过中、高温的厌氧技术，粪污中的病原微生物和寄生虫基本被杀灭，有效减少了疫病的传播流行。
4.3 异位发酵床技术
近年来，异位发酵床是相对于传统接触式发酵床而衍生出的一种更绿色环保、高效便捷的粪污处理新技术，可以实现猪粪尿的“零排放”。异位发酵床是将锯末、稻壳、米糠和微生物等混合成垫料，并通过水分调节、混合搅拌和堆积发酵后，在猪舍内制成发酵床，生猪在发酵床排粪排尿后，发酵床可以降低消化粪尿中的有害物质，减少臭气产生。异位发酵床技术的推广与使用，可显著降低冲洗水的用量，减少臭气外溢，实现了畜禽养殖与粪污发酵的分离。董丽婷等研究表明，育肥猪采用异位发酵床处理养殖粪污后，发酵床对废水和粪便的吸纳系数分别为2.53、1.78。李路瑶等试验说明，采用发酵床对生猪废水和粪便的吸纳系数分别为1.96和1.24。以上两项研究结果表明了异位发酵床对生猪养殖废水的吸纳效果更为显著，污水可接近零排放。
5 生猪养殖场粪污常见利用模式
5.1 能源化利用模式
猪粪通过人工清运和污水管道输入沉淀池，经格栅清除沉淀和杂草，泵入匀质调节池升温处理后pH达到中性，并调节成干物质浓度为8%的粪水料液，泵入厌氧消化反应器内搅拌均匀，在恒定中温条件下进行厌氧反应，温度设在35～38℃，水力滞留期为15 d。为保证养殖场及周边农户的需要，部分沼气贮存在压力贮气罐内，其他大量沼气贮存浮罩式贮气罐内，供燃气锅炉使用。反应后的料液经固液分离后产生的沼渣、沼液分别制成固体和液体有机复合肥，多余的沼液回流使用。能源化利用模式实现了粪污的变废为宝，明显减少了燃煤使用，具有环保节能的效果。
5.2 种养循环模式
养猪场需要自行匹配建设一定容积的沼气池或沼气站。在猪舍地下建设纵向地火取暖火道和沼气池，使火道与沼气池池壁相连，将农作物秸秆压块固化代替原煤，通过地火加热为猪舍取暖。同时，使沼气池实现中温发酵正常产气。处理后的沼渣运输到自有林地、田地施用，沼液及废水通过管道输送到中转池，通过水肥一体化施用实现种植业和养殖业的有机结合，形成农牧业协调发展新格局。
5.3 第三方治理模式
养殖场（户）通过与周边的第三方处理机构签订协议，养殖场所产生的粪污被第三方机构加工处理成有机肥商品进行售卖。这样就需要在协议中明确各自的职责，养殖场只负责养殖，第三方负责企业的粪污处理。通过第三方对猪场粪污的集中处理和利用，实现了污染治理、能源回收与资源再生利用目标，有利地提高了农业综合生产能力，调整能源供应结构和改善场区周边环境质量，具有良好的经济、生态和社会效益。
5.4 商业肥料化利用模式
有机肥生物公司通过商业化形式收集猪场粪便，将收集回的粪污运输到公司，有机肥生物公司通过家菌种、除臭剂加工成初级原料，然后再进行深加工，销售至市场。有机肥生物公司通过收、储、产、运、销等各环节按照市场化运作，将普通有机肥转为市场需要的高价值肥料，提升了利润空间。但是受运输半径所限，有机肥生物公司应建立在养殖相对密集区域，从业人员需要具备一定的管理经营能力。
5.5 就近还田模式
猪场通过建有沼气池、储粪场、三级沉淀池、排污管道等，将粪便采用干清粪形式后，运到储粪场堆积发酵，最后还田；粪尿经管道部分流入沼气池发酵再流入三级沉淀池，经沉淀发酵后，通过行管网排入农田利用。养殖场通过与种植大户或种植合作社流转周边农田，用于消纳液体粪污，可以有效改善猪场养殖环境，也为绿色有机农产品的生产提供了保障，打通了粪污资源化利用的“最后一公里”，有利于农牧业绿色、可持续发展。
6 总结
畜禽养殖所产生的粪污是当前治理农业面源污染中的重要环节，切实抓好畜禽粪污资源化利用工作也是推进畜牧业转型升级的重要举措。相关从业者要广泛宣传《畜牧法》《生态环境保护法》等法律法规，提高从业者的环保意识；养殖场要积极向有关部门争取相关项目资金，提升畜禽粪污处理设施设备水平，提升粪污综合利用率，以促进畜禽粪污治理行之有效，既注重了生态环境，也提高了养殖效益。
