規模化養豬廢棄物農用資源化關鍵技術與效果評價

摘要：選擇某商品豬場將沼液的資源化利用與農業和林業生產相結合，進行廢棄物處理模式及效果的探討。結果表明，沼氣池→沉淀池→廢水外排→生態水溝→稻田灌溉系統處理模式能徹底降解豬場廢棄物，其遠低于畜禽養殖業污染物排放標準，是較好的因地制宜養豬廢棄物處理模式。沼氣池排出的沼液在一沉淀池及二沉淀池的作用下ＣＯＤＣｒ、氨氮、總磷的濃度分別降解了９６．１０％、８２．５０％、９８．１２％，沼氣池及沉淀池對養豬廢棄物有較好的降解效果；此后，在生態草溝及稻田的作用下，得到徹底降解。搞好沼液農用和林用，足以消化豬場排出的沼液，既降低豬場的排污成本，消除對環境的污染，又增加作物的產量。

關鍵詞：沼液；農用；稻田；最佳管理措施

中圖分類號：Ｘ７１３ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）02－0247-03

Key Technology and Effect Assessment of Waste Reutilization in Agriculture for Large-scale Piggery Farms

ＬＩＵ Ｘｉａｏ－ｚｈｅｎ１，２，ＬＩＡＮＧ Ｙｕｅ２，ＸＩＡＯ Ｙｕａｎ－ｄｏｎｇ3，ＷＡＮＧ Ｙｕｅ－ｈｕａ２，ＺＨＡＯ Ｃｉ２，ＺＨＯＵ Ｌｉ－ｆｅｎｇ２，ＸＵ Ｍｉｎ２

（１．Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ on Ｌａｋｅ Ｅｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏ－Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｙａｎｇ Ｌａｋｅ， Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ； Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００３１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｈａｎｇｋｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００６３，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｊｉａｎｇｘｉ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００４５，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｇａｓ ｓｌｕｒｒｙ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｏｒｅｓｔｒｙ， ｏｎｅ ｏｆ ｃｏｍｍｏｄｉｔｙ ｐｉｇｇｅｒｙ ｗａｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ waste ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ efficiency ｉｎ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｐｉｇｇｅｒｙ ｆａｒｍｓ． Ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ ｔａｎｋ→ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｂａｓｉｎ→ｅｆｆｌｕｅｎｔ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ→ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｇｕｔｔｅｒｗａｙ→ｒｉｃｅ ｆｉｅｌｄ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｐｉｇｇｅｒｙ ｗａｓｔｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｌｏｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ as tｈｉｓ ｍｏｄｅｌ ｃｏｕｌｄ ｄｒａｓｔｉｃａｌｌｙ ｄｅｇｒａｄｅ ｐｉｇｇｅｒｙ ｗａｓｔｅ． Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯＤＣｒ， ＮＨ４＋－Ｎ， ＴＰ ｉｎ ｂｉｏｇａｓ ｓｌｕｒｒｙ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ ｆｒｏｍ ｍｅｔｈａｎｅ ｔａｎｋ ｄｅｇｒａｄｅｄ ｂｙ ９６．１０％， ８２．５０％， ａｎｄ ９８．１２％ respectively ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔａｎｋ． Moreover， ｐｉｇｇｅｒｙ ｗａｓｔｅ ｄｅｇｒａｄｅｄ ｄｒａｓｔｉｃａｌｌｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｇｕｔｔｅｒｗａｙ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｆｉｅｌｄ． Ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｗａｓ ｆａｒ ｂｅｌｏｗ ｔｈｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｍａｔｔｅｒ ｆｏｒ ｌｉｖｅｓｔｏｃｋ ａｎｄ ｐｏｕｌｔｒｙ ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｗｅｌｌ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ ｆｏｒｅｓｔｒｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗａｓ adequate ｔｏ ｄｉｇｅｓｔ ｂｉｏｇａｓ ｓｌｕｒｒｙ ｆｒｏｍ ｐｉｇｇｅｒｙ， ｃｏｕｌｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｓｅｗａｇｅ ｄｉｓｐｏｓａｌ， ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ， ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒｏｐｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｂｉｏｇａｓ ｓｌｕｒｒｙ； ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ； ｒｉｃｅ ｆｉｅｌｄ； ＢＭＰｓ

規模化養豬正成為江西省現代農業可持續發展的支柱產業，２００８年生豬出欄２ ８１０萬頭，生豬存欄１ ７８０萬頭；出欄萬頭以上的生豬規模養殖戶３００多家。吉安市某農牧有限公司（以下簡稱農牧公司）就是其中出欄萬頭以上的養殖戶之一。規模化養豬產生的大量廢棄物（如糞便、沖欄廢水等）給當地的環境造成了較大的污染，同時也成為鄱陽湖流域面源污染的重要來源之一［１］。何江等［２］、歐陽超等［３］報道豬場排放廢水原液的ＢＯＤ高達２ ０００～８ ０００ ｍｇ／Ｌ，化學耗氧量（ＣＯＤCｒ）高達５ ０００～２０ ０００ ｍｇ／Ｌ，氨氮１ １００～２ ０００ ｍｇ／Ｌ，總磷１５０～１６０ ｍｇ／Ｌ，且ＳＳ也超標數十倍。為策應鄱陽湖國家生態經濟區建設，確保“一湖清水”，江西省政府要求全省每一個農牧企業流出去的水切實做到達標排放，循環利用，保護河流，保護贛江。

農牧公司之一的商品豬場遠離城鎮（離縣城大約８ ｋｍ）及鄉村居民密集居住區，交通便利，建在丘陵山坡的荒地上，豬場后山有油茶林６．７ ｈｍ２，１００ ｍ外有千畝水稻田。遠離水源，通過引水工程取水（以２ ｋｍ外麻江河邊沙灘井水作為取水點），水源充足，能滿足養豬場用水及油茶林的澆灌問題。每年養豬３ ０００多頭，每天廢水排放量２５～３０ ｔ。２００８年以來因地制宜地制定了養殖廢棄物“減量化排放、無害化處理、資源化利用”的發展目標，提出了該養殖場廢棄物農用的關鍵技術，并對效果進行了評價。

１ 材料與方法

１．１ 商品豬場廢棄物處理模式

干糞集中（外賣）→濕糞及豬尿、沖欄廢水→沼氣池→沼氣（用于照明、供暖、煮飯）→沼液→一沉淀池→二沉淀池（沼渣定期清理）→廢水外排→天然水溝，在原有天然水溝／生態草溝的基礎上，合理開設渠道，讓二沉淀池外排的廢水能夠流到大片稻田中，達到資源化利用。

１．２ 現場采樣與分析

按照工藝流程，采集麻江河、豬場自來水水源（井水）、養豬廢水沼氣池（出水口）、一沉淀池（出水口）、二沉淀池（出水口）、二沉淀池出水口下游１５０ ｍ渠道Ａ水溝水（Ａ１）、二沉淀池出水口下游３００ ｍ一支流匯入口（Ａ２）、二沉淀池出水口下游６００ ｍ渠道Ａ水溝水（Ａ３）、稻田水（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）、豬場外渠道Ｂ（對照）等水樣（圖１）。送實驗室檢測ＣＯＤＣｒ、氨氮、磷酸鹽（總磷）等指標。水樣分析按照《水和廢水監測分析方法》［４］進行， 并做平行樣，其中ＣＯＤＣｒ采用重鉻酸鉀法測定，氨氮采用鈉氏試劑分光光度法測定，磷酸鹽采用鉬銻抗分光光度法測定，并根據國家《畜禽養殖業污染物排放標準（ＧＢ１８５９６—２００１）》進行評價。

２ 結果與分析

２．１ 沼氣池及沉淀池的降解效果

商品豬場沼氣池產生的沼氣主要用于照明、供暖和煮飯。從表１可以看出，養豬場廢水原液經過沼氣池、一沉淀池及二沉淀池后ＣＯＤＣｒ、氨氮、總磷的濃度分別為７８．０１６、１７４．１１０、０．２43 8 ｍｇ／Ｌ。經過二沉淀池后懸浮物的濃度多次檢測結果均小于１．０００ ｍｇ／Ｌ。可見，除氨氮指標未達到《畜禽養殖業污染物排放標準（ＧＢ１８５９６—２００１）》中的要求（氨氮≤８０ ｍｇ／Ｌ）外，其他指標已經符合排放要求。商品豬場每天廢水排放量２５～３０ ｔ，養豬場廢水原液在沼氣池中大約停留１４ ｄ（按沼氣池設計要求計算），厭氧發酵消耗了大量的有機物，一沉淀池及二沉淀池中（兩沉淀池合計大約６０ ｍ３）通過厭氧發酵及有氧發酵有效地降解了氨氮、總磷和沉降了懸浮物。沼氣池排出的沼液在一沉淀池及二沉淀池的作用下ＣＯＤＣｒ、氨氮、總磷分別降解了９６．１０％、８２．５０％、９８．１２％，進一步表明沼氣池及沉淀池對養豬廢棄物有較好的降解效果。

２．２ 生態草溝及水稻田的降解作用

Ｒａｎｊｈａ等［５］、Ｍｉｇｌｉａｃｃｉｏ等［６］分別將最佳管理措施（Ｂｅｓｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ，ＢＭＰｓ）用于溝渠灌溉系統殺蟲劑的管理及棕櫚樹的科學施肥，取得了較好的效果。國內逐步利用ＢＭＰｓ來控制和削減因為暴雨徑流而造成的污染負荷，即通過草溝或草帶（Ｇｒａｓｓｅｄ ｓｗａｌｅｓ ａｎｄ ｓｔｒｉｐｓ ｏｒ ｂｕｆｆｅｒｓ）自然、生態的方式去除污染物［７］。ＢＭＰｓ的工程管理措施在源頭控制徑流和處理污染物方面效果更佳，生態草溝是其中最為常用的一種最佳管理工程措施［１］。稻田灌溉系統由大、小渠道及稻田組成，養豬廢水經二沉淀池后進入渠道，往下流動的過程中與其他渠道水和水溝水匯合，廢水得到進一步的稀釋，渠道內淤泥微生物群落、生態草溝（各種雜草）等對其進行了多級降解。Ａ１～Ａ３為渠道Ａ生態草溝的采樣點，從表１可以看出，由于生態草溝的作用，二沉淀池下游渠道６００ ｍ處采樣點Ａ３的氨氮濃度為３３．１５０ ｍｇ／Ｌ，已經達到《畜禽養殖業污染物排放標準（ＧＢ１８５９６—２００１）》中的要求。

Ｃ１～Ｃ４為稻田采樣點，ＣＯＤＣｒ、氨氮、總磷在水稻田中得到進一步的降解；氨氮、總磷的濃度與外環境差不多，稻田ＣＯＤＣｒ的濃度還低于渠道Ｂ，即剩下的有機物在灌溉大面積稻田時得到徹底降解。金潔等［８］對稻田水中的氮、磷濃度進行過動態變化研究，６種方式施氮肥（尿素）后田面水中氨氮濃度、全氮（ＴＮ）濃度迅速提高，１周后，６種施氮方式氨氮濃度為施后１ ｄ時的１．１９％～２．７０％，全氮則為６．０３％～１８．７４％；在基施磷肥后的第二天，田面水的磷濃度出現一峰值，總磷水平為０．７～１．５ ｍｇ／Ｌ，后迅速下降，第四天濃度為０．２～０．４ ｍｇ／Ｌ，這是由于土壤對磷素的吸附，使田間磷素凈化。可見，水稻田對氨氮、磷的降解能力極強，稻田灌溉系統是一個良好的生態系統或有機物生物降解系統。在稻田灌溉系統中，利用ＢＭＰｓ原理不僅對養豬廢棄物進行了徹底降解，同時達到了合理的資源化利用。

２．３ 廢棄物農用資源化的效果評價

沼液相當于腐熟的農家肥（有機肥），沼液比常規化肥有利于提高水稻產量，但是當沼液用量過高時，水稻產量又會下降，甚至低于常規化肥處理。沼液用量控制在一定范圍內，增產效果明顯，比清水對照和常規化肥處理分別提高１２．２１％～１５．５２％和６．７８％～９．９３％；沼液還可以提高稻米中蛋白質的含量，增加稻米中Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ等礦質營養，有助于提升稻米營養品質［９］。施用沼渣和沼液還能顯著增強植株和棗果抗病、抗逆能力，改良土壤肥力狀況，提高果實品質［１０］。根據豬場立地條件，因地制宜地資源化利用沼液是保證豬場廢棄物達標排放，實行清潔生產，降低生產成本，實現豬場可持續發展的重要環節。從表２可以看出，農牧公司商品豬場的廢棄物處理模式既減少了污染，又灌溉了農田。根據幾年來的實際利用結果，沼液作為水稻基肥和第１次追肥，對水稻生產具有明顯的增產節本作用，每公頃增加糧食３７５～７５０ ｋｇ，節約成本１ ８００～２ ２５０元；油茶林每年干糞／沼渣施肥３～４次，每公頃可節約成本２ ２５０～３ ０００元。

３ 結論與建議

商品豬場廢棄物處理模式（沼氣池→沉淀池→廢水外排→天然水溝→稻田灌溉系統）能徹底地降解豬場廢棄物，養殖廢水經處理后遠低于《畜禽養殖業污染物排放標準（ＧＢ１８５９６—２００１）》中的要求，是較好的因地制宜的養豬廢棄物處理模式，值得推廣應用。搞好沼液農用，足以消化豬場排出的沼液，不但降低豬場的排污成本，消除了對環境的污染，又增加作物產量，每年可望節約成本１５～２０萬元。但商品豬場周邊有大面積的農田和一定面積的油茶林，而溝渠灌溉系統還不完善，沼液沒有惠及周邊每塊稻田，如采樣點Ｃ４的灌溉水主要來源于渠道Ｂ；油茶林現在還是干糞／沼渣施肥，沒有建設沼液滴灌系統。

為使沼液徹底地還田還林利用，擬修建溝渠灌溉系統；加強油茶滴灌系統的建設與管理，將二沉淀池外排的廢水通過水泵輸送到山頂儲水塔，再通過滴灌系統澆灌果樹。鼓勵清潔工人清理干糞，集中存放外賣。強化沉淀池的管理力度，定期清理沼渣，有利于減少沼液的懸浮顆粒物污染，提高沉淀池的沉淀效率及厭氧發酵效率，減小有機污染物的負荷。清理出來的沼渣可以干燥后堆肥，沼渣有機肥肥效高，且大部分病原微生物和寄生蟲卵在發酵過程中被殺死，可遠距離輸送，利用其作果樹、蔬菜、水稻等農作物的有機肥料。

參考文獻：

［１］ 劉小真，肖遠東，汪月華，等．規模化養豬廢棄物資源化利用模式與關鍵技術探討［Ｊ］．畜牧與飼料科學，２０１０，３１（９）：９３－９４．

［２］ 何 江，利 鋒．山區農村養豬場廢水處理方法探討［Ｊ］．畜牧與飼料科學，２００９，３０（３）：１８０－１８１．

［３］ 歐陽超，尚 曉，王欣澤，等．電化學氧化法去除養豬廢水中氨氮的研究［Ｊ］． 水處理技術， ２０１０，３６（６）：１１１－１１５．

［４］ 國家環境保護總局《水和廢水監測分析方法》編輯委員會 ．水和廢水監測分析方法［Ｍ］． 第四版．北京：中國環境科學出版社，２００２．

［５］ ＲＡＮＪＨＡ Ａ Ｙ， ＰＥＲＡＬＴＡ Ｒ Ｃ．， ＲＥＱＵＥＮＡ Ａ Ｍ， ｅｔ ａｌ． Ｂｅｓｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ-ｆｕｒｒｏｗ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９２，１３：９－１４．

［６］ ＭＩＧＬＩＡＣＣＩＯ Ｋ Ｗ， ＳＣＨＡＶＥＲ Ｂ， ＬＩ Ｙ Ｃ ，ｅｔ ａｌ． Ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｆ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ｏｎ ａ ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｆｌｏｒｉｄａ ｒｏｙａｌ ｐａｌｍ（Ｒｏｙｓｔｏｎｅａ ｅｌａｔａ） fiｅｌｄ ｎｕｒｓｅｒｙ［Ｊ］． Ｉｒｒｉｇ Ｓｃｉ ，２００８，２７：５７-６６．

［７］ ＺＨＡＮＧ Ｒ，ＺＨＯＵ Ｗ Ｂ， ＦＩＥＬＤ Ｒ， ｅｔ ａｌ． Ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔ ｏｆ ｂｅｓｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ｉｎ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｃｈｉｎａ［Ｊ］． Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｃｈｉｎａ， ２００９，３（３）：３５４－３６３．

［８］ 金 潔，楊京平，施洪鑫，等．水稻田面水中氮磷素的動態特征研究［Ｊ］．農業環境科學學報，２００５，２４（２）：３５７－３６１．

［９］ 唐 微，伍 鈞，孫百曄，等．沼液不同施用量對水稻產量及稻米品質的影響［Ｊ］． 農業環境科學學報，２０１０，２９（１２）：２２６８－２２７３．

［１０］ 虞方伯，管曉進，趙子如，等．沼氣發酵殘余物應用于金絲小棗栽培的初步研究［Ｊ］．應用生態學報，２００６，１７（２）：３４５－３４７．