微生物菌株出马畜禽业污染物变废为宝，粪污资源化形成生态循环农业

2022-09-06 22:15:28 点击：

我国是畜牧业大国，随着畜牧业的快速发展，畜禽粪污的产生量不断增加。据行业统计，全国每年产生38亿吨畜禽粪污，其中有大量畜禽粪污未得到有效处理和利用，加之我国的畜牧业水平与发达国家仍有差距，因而与发达国家相比我国动物死亡数量较大，这些都对周围环境构成了潜在的污染风险。畜禽粪污和死畜禽的环境污染问题已严重制约了畜牧业可持续发展，亟须科技支撑。

科技日报记者从科技部中国农村技术开发中心获悉，国家重点研发计划“畜禽重大疫病防控与高效安全养殖综合技术研发”重点专项项目“畜禽养殖废弃物微生物降解与资源转化调控机制”（以下简称微生物降解项目）和“畜禽废弃物无害化处理与资源化利用新技术及新产品研发”（以下简称无害化处理项目）取得了显著成效和突破。

微生物降解项目负责人、中国农业科学院农业资源与农业区划所研究员李兆君表示，项目实施以来，研究明确了养殖废弃物微生物高效转化与高值化利用调控机制，探明了畜禽废弃物昆虫资源高效转化机制与调控原理，揭示了畜禽废弃物资源转化中抗生素高效降解调控机制。

“项目创新研制了废弃物农田利用、能源利用、基质利用、新型增值利用关键技术与装备，为废弃物利用提供了技术和设备；集成了适合不同区域、不同畜禽、不同养殖工艺的技术模式，为污染防治和废弃物资源化利用提供技术支撑。”无害化处理项目负责人、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员陶秀萍告诉记者。

新技术、新产品需兼顾效率和成本

李兆君介绍，微生物降解项目重点要突破三个难点：畜禽养殖废弃物高效生物降解过程及调控机制；畜禽养殖废弃物二次发酵过程中功能物质形成及调控机制；畜禽养殖废弃物资源转化过程中有害物质消减脱毒规律及调控机制。

“以二次发酵过程为例，项目系统发现了二次发酵过程中形成的抑菌、促生长等功能物质及其应用效果，同时也进一步挖掘了降解抗生素的功能微生物，并明确其降解调控机制，为实现畜禽废弃物高值资源化利用提供了重要理论支撑。”李兆君说。

“新技术和新产品需要突破的难点是要兼顾效率和成本。”无害化处理项目研究人员、中国科学院微生物研究所刘志培研究员举例，我国畜禽养殖污水产生量大且氮和有机物含量高，畜禽场通常采用厌氧+好氧等多级组合工艺处理污水，但由于其工艺复杂、难以自动运行而导致实际应用中运行成本高、处理效果不佳。

于是，针对传统好氧硝化—厌氧反硝化脱氮工艺的实际应用问题，无害化处理项目挖掘获得了全新的好氧脱氮HO-1菌株，揭示了该菌株将氨氮转化为羟胺后直接氧化为氮气的脱氮路径，丰富了氮循环理论并开发好氧一步脱氮新工艺，实现养殖污水高效脱氮和低成本运行。

值得关注的是，无害化处理项目攻克了粪水种养循环的技术难题，突破了粪便和污水高效处理的关键技术和设备，研发了畜禽尸体高效处理新技术和装备，建成了典型畜禽场废弃物处理利用示范工程，为畜禽废弃物高效处理与利用提供了关键技术和装备支撑。

“针对种养循环的关键点，我们建立了畜禽粪便土地承载力测算方法、发明了畜禽粪水/沼液中重金属和抗生素残留同步去除技术及现场快速检测试剂盒、突破了高固体高氨氮粪便干式沼气发酵工艺，并在国内率先研制出液体粪肥专用施肥设备，可为粪水/沼液精准、安全农田利用提供全套方法和技术装备。”陶秀萍说。

已在多地实现成果推广与转化

李兆君介绍，微生物降解项目实施攻关过程紧密围绕前面提到的研究主线，主要分为三个阶段，即挖掘资源阶段、明确机制阶段、建立途径阶段。

“每个阶段均取得了显著的研究成果，例如，挖掘资源阶段成功挖掘了功能微生物菌株资源或优势功能菌80余株，高效转化昆虫资源4种，克隆相关功能基因24个，形成复合微生物菌剂7种；鉴定功能物质10种；分离鉴定畜禽病原微生物230多株。以上成果均为后两个阶段的实施提供了有力支撑，是本项目顺利实施的基本保障。”李兆君说。

如今，微生物降解项目形成的固体有机废弃物制肥技术、病死畜禽无害化处理技术、气流膜堆肥技术、一种高效降解四环素类抗生素的微生物菌剂及应用等均实现了成果转化与落地。其中，固体有机废弃物制肥技术推广应用于多家有机肥或生物有机肥生产企业，该技术的成功转化不仅推动了畜禽养殖废弃物的资源化高值利用，而且在降低企业生产成本的同时保证了肥料的功效，使企业、农民均从中受益。

无害化处理项目研发人员、农业农村部沼气科学研究所研究院邓良伟介绍，项目攻关过程可分为三个阶段：第一阶段以各项技术的实验室小试研究为主，优化小试运行参数；第二阶段各项技术进入中试，运行参数进一步优化；第三阶段各项技术进行示范效果研究及推广应用。

邓良伟以粪便干式沼气发酵技术为例介绍，在实验室小试阶段项目试制了容积170升（L）的鸡粪干式沼气发酵装置，初步确定了鸡粪干式沼气发酵的高氨氮抑制解除技术及其参数；之后研发了容积10立方米（m3）的中试反应器，突破了配套进料和搅拌难题并进行效果试验；在中试研究基础上，研制容积120m3的鸡粪干式厌氧反应器，进行生产应用效果试验，该技术无需加水避免了沼液处理困扰，为鸡粪能源和肥料双重资源化利用的产业推广奠定了基础。

如今，无害化处理项目成果已经在规模化畜禽养殖场和全国畜牧大县的粪污资源化利用整县推进项目中应用。

“项目成果‘畜禽粪便超高温预处理+高温堆肥’，发明了低扭矩双轴超高温预处理反应器、筛选出超高温堆肥发酵菌种，在此基础上研究出了‘畜禽粪便超高温预处理+高温堆肥’新工艺，将畜禽粪便就地快速无害化处理与集中制肥有机结合。项目已在江苏、湖南、内蒙古等地新建‘畜禽粪便超高温预处理+高温堆肥’工厂化生产线6条，年处理畜禽粪便20万吨。”无害化处理项目研究人员、江苏省农业科学院研究员常志州介绍。

了解产业需求、强化多学科协同攻关

陶秀萍介绍，无害化处理项目取得关键突破的原因主要是项目团队具有较好的前期研究基础，在长期的畜禽废弃物处理相关工作中深入了解产业需求且强化多学科协同攻关。

“项目管理单位科技部农村中心对项目实施具有重要的指导和促进作用。项目管理单位成立了专项总体专家组且为本项目委派2名跟踪专家，对项目研究方向、创新性、执行进度以及一体化实施进行把关；组织项目经验交流等会议，使项目之间相互学习、取长补短，增进项目间交流、促使项目顺利实施。”陶秀萍说。

在李兆君看来，微生物降解项目实施能够取得关键性突破，离不开多家参与单位科研骨干和参与人员的辛勤付出。同时，科技人员紧密围绕项目科学目标，致力于关键技术的创新突破，注重阶段性研究成果的总结凝练，也是取得关键突破的关键。

陶秀萍指出，接下来，无害化处理项目将做好各项技术和设备示范效果、示范工程运行效果分析及其第三方测评，基于技术示范和工程应用数据对各项技术和设备进一步优化，准备项目和课题验收。

“未来，微生物降解项目重点将在畜禽废弃物与农业农村废弃物协同无害化资源化利用的生物学基础、协同资源转化过程中有益（功能生物）和有害生物类群（病原菌）演变及调控机制、养殖废弃物和农业农村废弃物协同资源化产品提升耕地地力机制与途径等方面进行攻关。”李兆君说。（马爱平）

来源：科技日报

多功能粪水粪便快速除臭发酵剂，加强型堆肥快速腐熟剂，有机废水（污水）、粪污无害化生物处理剂（药剂）

本产品能够快速对农产品加工、养殖等产生的粪水、沼液、有机废水与生活废水进行除臭、降低COD和氨氮等进行无害化处理，变成基本无臭无害的液态肥料或农灌水；也可以对农产品加工的废弃物、养殖粪污、淤泥、秸秆等进行发酵变成有机农家肥。

本产品为原“加强型堆肥快速腐熟剂”升级产品，也是有机废水（污水）、粪污无害化生物处理剂（药剂）。

本产品属于环境污染处理、污水处理、水质净化类专用药剂（本公司有此类产品生产资质可以在营业执照上查询到），符合环保用微生物菌剂标准HJT415-2008，对动植物和环境无害。

【分析保证值】复合有效活菌数≥200亿cfu/g，水份＜12%。

净重：500 克/袋。

【主要原料组成】芽孢杆菌群（枯草、地衣、解淀粉）、乳酸菌群、酵母菌群、苏云金芽孢杆菌、拜赖青霉菌等，助剂和载体。

产品说明书

使用前先给菌种激活：将本品1包（500克）与35℃左右的清水20公斤在塑料容器中简单密封进行激活24小时以上备用（放入200克红糖效果更好），我们称为激活菌种，激活的菌种需要在15天内用完，否则会影响效果。

一、在对农产品加工、养殖产生的粪水、沼液、生活等有机废水上的使用

按照每立方待处理水体使用激活菌种1公斤进行泼洒。如果运用48小时后臭味没有下降，再泼洒1次，最多泼洒3次。如果连续泼洒3次都没有感觉出效果，大部分原因是水体中有较高浓度的杀菌剂导致的，这时候就再过几天再重新泼洒，也是可以处理的只是时间稍差点。

一般泼洒到处理水体会在2-7天臭味明显下降（部分水体开始会出现微微红色数天后消失，水体中的淤泥自动上翻清淤，上翻清淤时间根据淤泥深度一般数天到十几天完成），7-15天达到可以直接浇灌（不稀释的情况下）的要求（COD和氨氮等下降，成为液态生物有机肥）。浇灌前先进行测试浇灌幼苗（不稀释），如果24-48小时幼苗不发蔫就可以安全大量浇灌（出现发蔫就再发酵几天后再浇灌）；如果处理超过25天以上水体会逐渐变清肥效下降，在25-45天达标农灌水标准（清水可以正常养鱼）。

本产品采用兼氧菌种不需要增氧曝气，如果有曝气能够提高处理速度；只要水体温度高于5℃本产品都可以进行工作，温度的高低对处理速度有关，温度越高速度越快。

需要提醒的是：发酵完成的粪水浇灌农林前1-2天测试后再进行，具体测试方法是：将经过本产品发酵后的粪水在浇灌前进行先测试，如果粪水近距离闻臭味（特别是氨气味）不明显，将少量粪水直接（不兑水）浇灌幼嫩作物（如幼嫩的蔬菜苗），24-48小时试验作物不发蔫，即可进行安全浇灌。如果出现发蔫再发酵几天再进行测试，直到安全才浇灌。

二、处理动物粪便、污泥、生活垃圾、餐厨垃圾、秸秆等原料操作方法

处理动物粪便、污泥、生活垃圾、餐厨垃圾、秸秆变成有机肥形成资源化利用.jpg

1.将本品1包激活菌种撒入2-5立方上述原料中，留少量菌种兑水后洒在整个料堆的上层。含水量大物料不透气，要加入一些辅料（菌糠、秸秆等，或者发酵完成的物料作为底料）水份保持在55%-60%发酵速度最快。形成宽1-1.5米的条状进行发酵，料堆简单覆盖不需要密封，注意避雨。一般发酵1-2天后内部温度可以达到60℃左右，翻动一次，等待二次升温，再升温到约60度，再次翻动，反复几次，一直等到物料不再升温，最终温度在40度左右，水分在30%左右即完全腐熟。发酵时间的长短，取决于所用原料，一般发酵3天左右臭味显著下降，10天左右就可成功，臭味严重与纤维高需要15-25天。发酵过程中也可以一直不翻堆，时长会延长约10天才能发酵完成。

2.各种动物粪便中带有草类、秸秆类垫料的的动物粪便（如传统秸秆垫料养殖牛羊等）原料处理：本品1包激活菌种可以发酵约5吨粪料，菌种处理与翻堆方法同上，只需要将菌种均匀加入其中即可在15-25天完成发酵。

3.粗纤维、木质素材料处理：各种果渣、食用菌下脚料、稻草、麦秆、树叶杂草、玉米秸秆等，本品1包激活菌种用于3立方物料添加约300公斤一周内的动物粪尿或者有机质（酱油渣、潲水、酒糟、豆渣等都可以），含水量调至60%左右，上层覆盖薄膜不密封，一般48小时温度最高上升到60℃左右并持续较长时间，翻堆2-3次每次翻堆必要时加一些水，进行简单切碎的物料一般15-25天完成发酵，未切碎的物料需要20-40天左右完成发酵。

三、水肥的制作方法

将本产品激活菌种洒入5立方需要发酵的水肥中（优质果蔬基地水肥发酵、动物粪尿直接发酵），15天左右完成发酵成为基本无臭味对作物不烧苗含益生菌丰富的液体生物有机肥。

四、快速生物除臭

将本产品的激活菌种兑水10-20倍，对产生臭味的废水、粪污、垃圾、病死动物无害化处理（包括病死动物化尸池与填埋时使用）、有机肥生产区域等产生臭味异味的地方进行喷洒1-3次，能够快速除臭，喷洒浓度与喷洒量越大效果越快。

五、注意事项

1、处理粪污等做农家肥遇到不能发酵与发酵缓慢或者发酵温度低怎么办？遇到这些情况，一般是由如下几种情况导致的：①发酵物料中有大量的抗菌物质，如抗生素、长效消毒剂、烧碱等，遇到这种情况发酵会变慢或者不能发酵，可以过一段时间再发酵，或者增加发酵剂并补充一些玉米粉+豆粕（骨粉等都可以）、新鲜粪污到其中发酵试试看；②含水量太高，遇到这种情况可以增加一些秸秆干料或已经发酵完成的农家肥（作为母粪）进行湿度调节，并适当增加发酵剂+少量玉米粉豆粕花生麸类的物质进行尝试；③如果都是陈旧粪污会出现发酵温度上不来，应该尽量使用新鲜粪污进行发酵，起码要将新旧各半混合进行发酵。

2、要特别强调：在一个堆料房内将粪污堆成一个大堆是无法发酵的（本产品是好氧发酵，大堆发酵料堆中间没有氧气无法启动发酵），一定要堆成宽度在1-1.5米、高度1米左右的条状拱形并加入发酵剂才能正常发酵（如果每天有机器翻堆宽度也可以无限）。超过60℃以上的高温时间是很短暂的（最高可以达到约80℃），一般可测只有十几个小时温度就会下降，因此不可能一直有超过60℃以上的温度是正常的。