规模化养猪场清粪技术现状及发展建议

中国是农业大国，畜牧业在农业中占有举足轻重的作用。随着我国人口的增长和生活水平的不断提高，城乡居民对高品质的畜、禽和水产等农产品以及各种粮食加工作物的需求越来越大。

其中猪肉是中国居民生活中肉类消费的主体，占中国肉类总产量的64%左右。猪肉是中国居民肉类消费不可替代的重要食物。生猪养殖是我国的传统行业。

改革开放以来，我国生猪产业一方面受经济持续高速增长、城乡居民收入水平不断提高和食物消费结构不断升级等引起的需求强力拉动。另一方面因生猪产业已经演变成农村居民重要收入来源和城镇居民菜篮子工程重要组成部分而得到政府的强烈推动，使我国生猪产量长期保持着较快的增长势头。因此生猪产业持续健康稳定的发展，对于增加农民收入和保证肉食品供应安全与质量安全，带动相关产业发展具有重要意义。

近年来，国家部委先后发布了《关于促进南方水网地区猪养殖布局调整优化的指导意见》和《全国猪生产发展规划》等文件，对生猪产能重新进行调整，大力提倡畜禽标准化和规模化养殖。

2015年全国出栏500头以上的规模化养殖比例已达45%，比2005年提高了32个百分点。2016年4月，农业部印发《全国生猪发展规划（2016—2020）》，规划指出，未来的发展方向要稳步提高规模化比例。

到2020年，全国目标出栏500头以上比例达到52%。然而，生猪养殖是畜牧业的主要污染来源之一。以年出栏1万头的规模猪场为例，存栏猪平均日产粪量约为10 t，日均排尿量约为16 t，年排粪尿量约9 500 t。

猪舍中的粪便是猪舍内空气污染的主要来源，如果粪便清理不及时，粪尿很容易分解产生对人畜健康危害很大的NH3、H2S和CH4等有害气体以及滋生细菌，将会刺激畜禽的上呼吸道豁膜，极易诱发呼吸道疾病和传染病。为了保证生猪的健康生长环境，必须对猪舍定期进行粪尿清理。

1畜禽粪便处理现状

随着人们对环保意识的不断增强，国家对环保问题的治理措施也不断增多，对于畜牧行业，主要面临水资源的保护，防止地下水污染等环保问题，导致养猪行业成为“高门槛”行业。选择合适的清粪方式，能降低成本、节水环保和大大减少后期污水排放，促进规模化养殖的发展。

1.1清粪类型

1.1.1水冲粪方式

水冲粪方式指用水冲洗畜舍，混合有粪尿的冲洗污水流入舍内粪沟，粪沟一端设有冲洗器，定时多次由冲水器放水冲洗粪沟，将粪沟内的粪污冲入排污主干沟，再进入贮粪池内。其特点为能及时和有效地清除舍内的粪尿，保持猪舍环境卫生，有利于猪群和饲养员的健康。

1.1.2水泡粪方式

水泡粪方式是在水冲粪工艺的基础上改进而来，指在猪舍内的排粪沟与排污主干沟间设有闸门，排粪沟中保持一定深度的水，日常猪的粪尿冲洗和饲养管理用水均排入缝隙地板下的粪沟中，粪便在粪沟内浸泡稀释成粪液，贮存1~2个月后待粪沟装满，打开粪沟出口的闸门，沟中的粪液经排污主干沟进入贮粪池。其特点是粪便中的可溶性有机物经长期浸泡后，便于后续处理。

1.1.3发酵床方式

微生物发酵是2005年前后从日本和韩国传来的技术。其利用微生物将养殖粪污分解和消化。微生物发酵控制技术，将微生物与锯木屑、谷壳或秸秆等按一定比例混合，进行高温发酵后作为有机物垫料制成发酵床，猪的粪尿排放在发酵床上，经过垫料微生物及时分解和消化，实现粪尿和污水的零排放。其特点是无需冲洗猪舍，节约水（可节水80%~90%），节约人工（1人可养肉猪300~500头或母猪150头），实现无污染。

1.1.4干清粪方式

干清粪方式指粪便产生后便进行分离，干粪由机械或人工收集和清扫，尿及冲洗水则从下水道分流，分别进行处理。干清粪方式一般有人工和机械2种方式。人工清粪是指依靠人力使用铁锹、扫帚和人力车等工具，把粪便清理出畜禽养殖场，该方法设备简单和不消耗电力，一次性投资少，便于粪尿分离和后期处理。而机械清粪包括使用铲车和刮粪板，优点是可以减轻劳动强度和提高工作效率。

1.2清粪方式对比分析

目前采用沼气厌氧发酵处理模式的规模化猪场，由于规模较大，既关系到资源的消耗，又涉及到粪便的后期处理，以及对生态环境的影响，应采用适合的清粪方式。

水冲粪方式能及时清除舍内粪污，但其缺点主要是耗水量大，后期粪污处理过程中固液分离后，干物质中养分含量低，污水再用于产生沼气，由于有机质浓度不够，效果不佳。

发酵床实现无污染和无臭气的清洁方式，但其缺点主要是猪的饲养面积大，增加场区占地面积；益生菌易受消毒药和抗生素等药物的影响，使猪场防疫难度增大；发酵技术要求高；若在夏季垫料产热，温度较高，不利于猪的健康。

水泡粪方式是我国规模化养猪的第1代技术。其工艺简单，效率高。但工艺污水量较大，厌氧发酵后产生的沼液量大，粪便长期在猪舍内停留，在粪沟中部分厌氧发酵，产生大量甲烷和硫化氢等有害气体，恶化舍内空气环境，危及猪群和人员的健康；粪便的污染物浓度高，后续处理难度更大，基建投资及动力消耗较高。

干清粪方式分人工和机械。传统的人工清粪由于高成本和低效率已难适应大型规模化猪场的技术需要，机械干清粪和水泡粪逐渐成为规模化猪场的主流清粪方式。

常杰等通过工艺应用效果对比分析，30 d测定结果为干清粪产污水19.9 m3，折算平均每日每1 000头95~100 kg育肥猪产污水4.87 m3。水泡粪产污水42.8 m3，平均每日每1 000头95~1 000 kg育肥猪产污水10.47 m3，其污水产生量高出2.15倍。

表1为污水中污染物检测数据。由于粪便中有机物在极短时间内加入水体，应尽量缩短前处理，使污染物质通过粪尿分离随粪便带走，减少后续处理污水中污染物浓度。与水泡粪相比，干清粪工艺COD、总氮和总磷浓度较低。通过试验发现，机械干清粪较水泡粪方式其污水COD、总氮和总磷浓度低且舍内环境也更优。干清粪方式具有污水产生少，干粪养分损失小等优点，是未来粪便清理工艺的发展趋势。

表1水泡粪与干清粪方式在污水中污染物检测数据

2清粪机现状

2.1国外现状

国外清粪普遍采用的技术有水冲清粪技术、漏粪便清理技术、刮板清粪技术和机器人清粪技术等。俄罗斯畜牧业集约化生产技术推广多年，在清除畜禽粪便机械的研究与生产方面有其独到之处。

图1为TCH-2.0B型刮板输送机，设置于畜舍粪沟内，做回转移动，将粪便从畜舍刮出、输送和装车外运。TCH-2.0B型刮板输送机由水平输送链、倾斜输送链、刮板和传动台等组成。传送台上安装电机和减速器，刮板移动速度在0.19 m/s左右。

1.水平刮板输送链2.倾斜输送刮板输送链3.电气控制柜4.传动装置5.张紧装置6.平滑滚子曳引链7.转向装置

图1TCH-2.0B型刮板输送机

图2室外刮板式清粪装置

我国规模化养猪开始于1978年改革开放之后。但真正开始规模化养猪是在1981年5月，深圳光明畜牧合营有限公司引进美国第1条万头养猪生产线。

传统的人工清粪方式已经不能满足现代集约化养殖的需要，机械清粪装置应运而生。机械清粪中主要的清粪方式为刮板式。由李长青2014年拍摄的猪舍粪尿分离刮板式清粪装置如图2所示。

刮板式清粪装置主要指在猪和牛等传统的大型畜禽棚舍中清除粪尿等排泄物和带有刮板的机械清粪装置。根据清粪刮板工作的环境，有3个主要研究趋势：“与地板配合使用的畜禽刮板式清粪装置”、“与粪沟配合使用的畜禽刮板式清粪装置”以及“与传送带配合使用的畜禽刮板式清粪装置”。

其中，“与地板配合使用的畜禽刮板式清粪装置”指采用刮板在畜舍的地面上直接进行刮粪操作的机械装置，地板是划分区域的浅隔间（图3）；“与粪沟配合使用的畜禽刮板式清粪装置”指采用刮板在畜舍一处设置的较深的粪沟中进行刮粪操作的机械（图2）；“与传送带配合使用的畜禽刮板式清粪装置”指将刮板设置在粪便传送带上部，下部或一端以进行刮粪操作的机械装置（图1）。

图3室内刮板式清粪装置

2.3存在不足及改进措施

目前使用的机械化清粪装置，主要存在以下3个方面的问题：①在清粪回程，刮粪板会挤压后续落下的粪便，造成粪便压成扁平状粘附在地面，在清粪行程，由于刮粪板与地面的间隙使得扁平粘附在地面的粪便刮清不到，造成清粪不彻底；②经过一段时间使用之后，刮粪板端部磨损，刮粪板与地面间隙增大，造成清粪不彻底，必须经常更换刮粪板，但更换刮粪板不仅麻烦而且造成材料浪费和使用成本增加；③在刮粪操作时总会有少量粪便落入集尿管，易造成集尿管堵塞。

根据以上出现的问题，可通过在原有猪舍粪道基础上改造，刮板机构改进，以降低改造难度，解决粪便刮不到位等问题，及时、高效、便捷和低成本地将畜禽舍的粪污清理，减轻粪尿对猪舍及周围环境的污染。

主要措施有：①清扫部分采用双刮板式结构，清粪机行走时前刮板将大部分粪便刮除，后刮板对漏出的粪便以及粘附在粪道上的粪便进行二次刮除以实现彻底清粪；②设计调节机构实现清粪机前进时刮板紧贴地面，回程时提升刮板保证其通过性。

2.4发展趋势

养猪生产集约化是今后我国养猪业发展的必然趋势。全场自动化处理技术的目标是粪尿污水处理过程全自动化，减少人工。猪粪零排放，比水泡粪节约用水90%以上，污水达标排放。规模化猪场的饲养自动化技术，在饮水、喂料、饲料运送和通风等已有较好地应用，难点在于粪污的处理。

现代电子技术、计算机技术与人工智能的发展，各种新型清粪机械的研究陆续展开。

马江勇等以STC11F32XE单片机为核心，利用无线传输信号完成PC机与单片机的互通控制系统的自动清粪机器人来代替人工对养殖场粪便进行清理和对畜禽活动进行监视，降低了人工劳动强度，可清晰看到现场画面，降低养殖户的风险。

方婷等设计的手推式粪便捡拾作业机，通过传感器和单片机（包括STM32F4、MAX813看门狗芯片）调节铲式轴叶轮与传送滚轮的速度实现收集自动报警功能（图4）。但由于现有养殖场的结构差异等局限，清粪机器人还处于研究阶段，未得到广泛应用，技术水平还需不断改进。

1.铲式轴叶轮2.传送滚轮3.筛网式传送带4.螺旋挤压机5.固体收集箱6.液体收集箱7.柔性精扫毛刷

图4手推式粪便复式作业机系统原理

3结论

随着我国养殖规模化水平的提高，规模化猪场将更加注重污染防治：①避免水冲粪方式，不仅耗水量大且污水量大；②在做好污水循环处理的基础上可选用水泡粪方式；③在具备场地条件及较高发酵技术的养殖场可选用发酵床；④干清粪方式在规模化养殖上相对其他清粪方式更有优势，需加强机械技术和设备的研究，提高现代化和机械化水平。

其中清粪装置的研究，将主要集中于减少刮板装置对畜禽的伤害、提高清粪效率和清洁效果以及降低生产成本为研究方向。规模化猪场清粪应继续加大干清粪方式的应用，同时由于计算机技术与人工智能的发展，智能清粪机器人的出现，将带来新的设计思路。通过不断探索和推广应用先进和低碳的生产工艺，逐步实现养殖产业资源节约的转型升级。

（作者：翁晓星，郑涛，朱建锡，王洁，费焱，戴津婧）