牛粪生物质资源利用的现状.doc

2牛粪生物质资源利用的现状牛粪作为生物质资源处理的目的是将其无害化、减量化与资源化，最大限度地满足环境的可接受性及经济上的可行性。目前，国内外随着经济的发展和对环保要求的提高，处理畜禽粪便的方法很多，投资少、运行成本低并能生产出高附加值产品的技术受到普遍的欢迎。2.1牛粪生物质资源饲料化利用牛粪作饲料是将其综合利用的途径之一。由于牛粪各种养分含量丰富，经过适当处理后，可提高蛋白质的消化率和代谢能，同时还可杀死病原菌和改善适口性，可作为饲料来利用。目前将牛粪饲料化的处理方法主要有干燥法、分解法和发酵法等。自然干燥法是将新鲜牛粪单独或掺入一定比例的糠麸拌匀后，摊在水泥地面或塑料布上，随时翻动，让其自然风干、晒干，然后粉碎，掺到其他饲料中饲喂。此法成本较低，操作简便，但受天气影响大，且易造成环境污染。机械干燥法是采用相关设备进行干燥，可达到去臭、灭菌、除杂草等目的，也是目前应用较广泛的干燥法。此外，新型微波处理动物粪便也是较有效的饲料化处理技术。分解法，又称昆虫法，是利用蝇、蚯蚓和蜗牛等低等动物分解粪便，达到既提供动物蛋白质又能处理粪便的目的。例如用牛粪养蚯蚓，据测算，每平方米培养基可收获鲜蚯蚓1.5-2万条，约30-40kg。生产的蚯蚓是优质的动物蛋白，用于钓鱼饵料，还可用于医药等行业; 蚯蚓粪是高效的有机肥，可作为种植蔬菜、花卉、果树、烟草等的优质有机肥料，且对环境不产生二次污染。牛粪简单化处理后用来育蛆，然后再用蛆喂鸡，这既可提高鸡的重量，也可满足产蛋鸡所需的动物饲料蛋白。据统计，100只鸡每天可增加产蛋1kg，全年可增加产蛋量100余kg，增加收入3000元，育蛆后的牛粪仍可作肥料施用，其肥效也不减。分解法比较经济，生态效益显著。但由于前期粪便灭菌、脱水处理和后期收蝇蛆、饲喂蚯蚓、蜗牛的技术难度较大，加上所需温度较苛刻，而且难以全年生产，故尚未得到大范围的推广。发酵法是在牛粪中加入某些微生物菌剂或酶制剂以及其它辅料，然后在合适的温度下发酵所得产品，用来喂养猪、鸡、鱼等动物。例如将牛粪进行青贮发酵，只要有足够的水分和可溶性碳水化合物，牛粪即可同其它禽畜粪便与作物秸秆、饲草或其它粗饲料一起青贮。青贮时，粪便与饲草或其它饲料搭配比例最好是1:1。此法不仅可提高适口性和吸收率，防止蛋白质的过多损失，而且可将部分非蛋白氮转化成蛋白质，并杀灭几乎所有的有害微生物。2.2牛粪生物质资源能源化利用在草原地区，牧民们收集晾干的牛粪作燃料直接燃烧，用来取暖或者烧饭，这是粪便直接作能源的最简单方法，但是利用不够充分，且易造成空气污染。对于集约化养殖场产生的大量粪便，由于含水量高，干燥比较困难，必须对此进行转化，才能用作燃料。牛粪含有丰富的纤维素资源，Liao等研究表明，牛粪中纤维素含量为22%、半纤维素为12.5%。将畜禽粪便中的木质纤维素进行预处理，然后转化为糖，进一步发酵成酒精，可作为乙醇化的原料。在碱预处理条件下，牛粪的还原糖率达到17.65%，而超声波与KOH联合预处理能使牛粪的还原糖率达到21.47%，比KOH单独预处理时高3.82%。牛粪的乙醇化利用可替代粮食生产酒精，进而创造巨大的经济效益，但是目前还未见投入工业化生产的相关报道。厌氧消化工艺获得沼气是目前研究最多、最具发展前途的牛粪处理方式之一。由于牛是食草类反当动物，牛瘤胃中本来就存在较多的沼气微生物，食物在牛体内经过反自消化，使沼气细菌大量繁殖，在排出的粪便中菌种丰富，再经过一段时间的堆沤，产沼气细菌会更加富积。另外，由于牛粪中含纤维素较多，入池后很容易被沼气生物吸收利用，加之牛粪碳氮比为25:1，也正符合沼气发酵碳氮比的要求。所以利用牛粪能使新建沼气池快速启动使用。这种工艺己经成熟，很多地方都已建立了沼气池。除作为燃料之外，很多地方还利用牛粪厌氧发酵产生的沼气进行发电。如美国、以色列等国家就利用牛粪进行发电。他们先将牛粪作为厌氧菌肥料，经过处理产生甲烷气体，该气体被收集来燃烧并驱动发电机而产生电力。余下的液体废料浇灌到农田里，而固体废料仍将制成堆肥再次利用。2.3牛粪生物质资源肥料化利用牛的粪尿是一种很好的有机肥料，可直接喷洒于田间，既可以为作物提供营养元素，又可以消除一些土壤中的病害。牧草生态系统土壤长期施用牛粪量大于100m3/hay时，0-10cm表层土壤活性铝含量降低，磷的储量增加，土壤易溶态磷含量增高。高温好氧堆肥法是目前研究最多、应用最广泛且最有前景的另一种牛粪处理方法之一，是一种集处理和资源循环再生利用于一体的生物方法。其基本过程是将牛粪、高效发酵微生物如有效微生物群(EM)和调理剂(如秸秆、木屑等)按一定质量比例混合，控制适当的水分、温度、pH值、C/N和氧气等条件进行好氧发酵处理，使堆肥中有益微生物大量繁殖，利用微生物的新陈代谢将动植物难以吸收和利用的纤维素、木质素等大分子物质分解转化为易于被吸收利用的小分子有机物。在这个过程中微生物通过新陈代谢产生的大量热量可使堆肥温度达到60左右，甚至更高，并能维持5-7d。从而能有效杀死牛粪中的病原菌和杂草种子，并使有机物达到稳定化，制成无害化的有机肥料。牛粪堆肥后的产物可以根据需要进一步加工成粉状有机肥和颗粒状有机肥产品，或者掺入化肥制成各种有机无机复混肥产品，实现商品化生产。目前，利用蚯蚓等蠕虫堆腐畜禽粪便的研究较多。蠕虫堆肥法主要是将蚯蚓养殖与堆肥相结合，生产蚯蚓复合饲料，利用堆肥进行无公害蔬菜栽培等。虽然蚯蚓的品种繁多，但应用于有机废弃物堆肥处理的主要集中在正蚓科和巨蚓科的几个属种。其中赤子爱胜蚯蚓(Eisenia foetida)是应用最广的一种蚯蚓。蚯蚓堆肥技术被认为是一种“生态环境友好”型技术。它不仅能处理大量的有机废弃物，减少对周围环境的影响，而且可获得高效、稳定的有机肥料；同时蚯蚓富含蛋白质、氨基酸、脂肪酸等营养物质，可用于动物饲养；另外，蚯蚓具有积累重金属的作用，通过蚯蚓活动改变重金属形态、减少堆肥产物对环境的影响。但新鲜的有机废弃物来源广泛，成分复杂，常含有对蚯蚓生长不利的因素。因此，一般加入蚯蚓前必须对其进行预堆肥，以杀死大量病原菌和其他有害的微生物。同时堆肥过程中如果发生厌氧发酵时产生甲烷、CO等气体，对蚯蚓的存活率造成极大的威胁。2.4牛粪生物质资源利用的其它方法牛粪含有丰富的有机质和N、P、K等元素，加入一定的辅料堆制发酵后，可以栽培食用菌。在牛粪中加入含碳量较高的稻草或者秸秆调节C/N，再添加适当的无机肥料、石膏等，堆制后可作培养基栽培食用菌。目前应用最广泛的是利用牛粪和农作物秸秆发酵料栽培双孢蘑菇。一亩双孢蘑菇大棚的收入是大田收入的10倍以上。且栽培方法比较简单，群众容易掌握。利用经增温剂发酵熟化的牛粪与土的混合物作为双孢蘑菇的覆土材料，结果显示，熟化牛粪中的粪草粉部分与土以l:1.5的比例混合，能比对照细泥垄糠土增产5%左右，但牛粪中的粪粉部分对产量有负面影响。除了双孢蘑菇之外，牛粪还应用在平菇，草菇等其它食用菌的栽培上，且均获得了良好效果。3牛粪生物质资源利用的趋势目前，牛粪的利用方式主要是饲料化、能源化和肥料化。牛粪作为饲料现在主要是通过机械干燥法获得，但易损失部分养分，且一次性投资大，能耗大，易造成环境二次污染；生物发酵牛粪饲料虽无异味，适口性好，消化率高，但由于畜禽生产过程中大量使用各种添加剂，其大部分残留在粪便中，粪便再作为饲料时，可能会出现超标甚至中毒的问题，所以目前发达国家已不主张使用畜禽粪便作饲料；利用牛粪养蚯蚓和蛆等蠕虫类动物，然后再用其作为家禽类饲料，其剩余物料还可用于沼气发酵或直接作为肥料还田，从而使资源得到综合利用。因此，就饲料化利用而言，牛粪的蠕虫处理方式将是其未来发展趋势。牛粪能源化主要是厌氧发酵产生沼气。牛粪的沼气化利用可在多方面代替煤、石油、天然气等不可再生资源，还可用来发电等，既节约资源、保护环境，又能提供大量清洁能源。沼液和沼渣可进一步进行堆肥等好氧发酵或直接还田，田地生产的作物又可作为牛的饲料，从而形成有效循环体系，一举多得，具有广泛的前景。但如何提高沼气出产率是制约其发展的关键问题，同时沼气工程的造价一般比较高，投资大，并且运行效果受气温、季节的影响较大使其在部分地区，尤其是北方冬季较寒冷地区的推广受到限制。随着技术的不断改进，牛粪的沼气化利用会进一步得到推广和应用，且可衍生出更多能源化产业链，将作为牛粪能源化利用的主要方向。牛粪作为肥料是世界各国传统上常用的方法。这一利用方式不仅可以有效的利用牛粪中的有机质、氮、磷及一些微量元素，而且还具有费用低、处理数量大、效果好等优点，同时还可以通过好氧高温发酵消化掉大量农作物秸秆等废弃物，既可作肥料，又可用来生产食用菌等。作为肥料还田，不仅可以给土壤提供大量营养元素，还对土壤结构的改良和土壤透水性以及保肥性等有很大的促进作用，对防治环境污染和资源的循环再利用起到了很重要的作用。此外，牛粪与农作物秸秆按一定比例进行堆肥发酵后可用来生产具有很高的营养价值和经济价值的食用菌，栽培食用菌后的物料还可经处理作为饲料或直接还田。这不仅利用了农业和畜牧业的废弃物，保护了环境，还可生产出高营养食品食用菌，充分发挥了生物质资源循环、高效的利用模式。值得关注的是粪便中含有多种有害成分，如重金属、病原菌及各种激素、抗生素等，至