規?；i場糞污綜合利用工程設計

（北京京鵬環宇畜牧科技股份有限公司北京100094）

規模化豬場糞污綜合利用工程設計

李俊衛，彭英霞，王浚峰，高繼偉，顧本家，呂小琳

（北京京鵬環宇畜牧科技股份有限公司北京100094）

按照“減量化、無害化、資源化”的糞污處理原則，提出了以“固液分離—固體堆肥和液體存儲熟化—糞污還田”一體化的生態循環利用模式，以期實現規?；i場的糞污綜合利用。本設計以預處理系統中的“虹吸管道排污+固液分離”和資源化利用系統中的“固體堆肥+液體存儲熟化”為主，具有工藝簡單、投資低、運行管理難度低、運行費用少的巨大優勢，同時具有良好的經濟效益和生態效益。

豬場；固液分離；虹吸管道；存儲塘；糞污；利用

近年來，隨著規?；i場的不斷發展，我國生豬養殖業發展迅速。據國家統計局的統計數據顯示，2013年我國肉豬出欄頭數達到71 577萬頭，生豬存欄達到47 411萬頭[1]，再創歷史新高。然而，隨之而來的廢棄物對生態環境的污染也越來越嚴重[2]。據污染源普查數據顯示，2010年畜禽養殖業的化學需氧量、氨氮排放量就已經達到1 148萬t、65萬t，占到全國排放總量的45%、25%，已經成為環境污染的重要來源[3]。我國于2014年1月1日正式實施的《畜禽規模養殖污染防治條例》明確指出：規模養殖場應設置雨污分流設施、糞便污水的貯存設施，國家鼓勵和支持采取糞肥還田的模式對畜禽養殖廢棄物進行綜合利用。

針對畜禽糞便的處置問題，國外多以厭氧發酵產沼氣和存儲后施肥的工藝技術為主，國內以沼氣利用為主的糞污綜合利用模式也得到了大規模的發展，但是沼氣工程的運行管理復雜、投資運行費用較高，且應用受到地域限制，使得許多豬場并不愿意主動去選擇該種模式。因此，尋找一種管理簡便、運行費用低、工程投資少的糞污綜合利用工程迫在眉睫[4-8]。為此，本文作者在借鑒丹麥、德國等畜牧業先進國家在糞污存儲方面的經驗[9-11]，進行了一系列的工程實踐，設計了豬場糞污“固液分離——固體堆肥和液體存儲熟化——糞污還田”一體化的生態循環利用工藝，探索出一種工藝簡單、投資低、運行管理難度低、運行費用少的規?；i場糞污綜合利用工程新模式。

1 糞污綜合利用工藝流程的設計及優勢

1.1 糞污綜合利用工藝流程的設計

規?；i場的糞污排放量相對集中，糞污中的有機物濃度高、干物質多且糞污量波動大、流動性好[12]，糞污中含有大量可以利用的成分，若處理不當，不僅會給周邊環境帶來嚴重的破壞，影響周邊區域的生態環境安全，而且會造成資源浪費，降低糞污的經濟效益[13-14]。根據豬場原始糞污流動性強的特點，本設計采用虹吸管道的方式并依據豬場地勢進行無動力排污（見圖1）。由于收集后的糞污干物質含量多，直接進一步利用有諸多不便，因此本設計采用固液分離的方式，降低糞污的含固率，實現易于存儲熟化的同時，對分離后的固體部分進行堆肥制成有機肥進一步利用。

圖1 尿泡糞虹吸工藝示意圖

圖2 固液分離工藝示意圖

綜上，本設計根據規模化豬場糞污的特點，采用“固液分離—固體堆肥和液體存儲熟化—糞污還田”一體化的生態循環利用工藝（見圖2）。該工藝由預處理系統、資源化利用系統等組成，其主要工藝流程見圖3。

圖3 糞污綜合利用工藝流程圖

1.2 工藝流程的特點

該糞污綜合利用工程工藝的特點是：

1）遵循“減量化、無害化、資源化”的糞污處理原則，實現糞污的綜合利用。

2）綜合利用糞污中的可回收資源，實現糞污的全部利用。糞污經過固液分離后，固體部分制作有機肥，液體部分經過存儲塘的存儲熟化后同樣用作有機肥，可就近或包裝后銷往周邊的農田、果園、草場等可利用有機肥的區域。

3）工程設計因地制宜。糞污處理區域利用原有糞污收集設施及具體的自然環境條件，建立封閉式的運行區域，結構緊湊、便于管理，并盡可能的簡化工藝流程，降低造價，減少動力消耗，實現盡可能高的綜合經濟效益。

2 主要單元結構設計和關鍵參數的確定

2.1 預處理系統

本工程的預處理系統主要包括虹吸管道排污、固液分離設施等。預處理系統的設計是整個糞污綜合利用工程的關鍵所在，其直接影響后續資源化利用系統各單元的工程投入和工藝方案選擇。

1）虹吸管道排污[15-16]

虹吸管道排污主要適用于采用尿泡糞的規?；i場。此工藝主要是結合管道首末端的排氣閥，依靠在密閉環境中形成的負壓，利用虹吸原理，使豬舍內的糞污均勻有序的排出。根據不同的排污面積選擇不同直徑（10～50 cm）的排污管道、管件；糞溝底部的設計應保持水平，同時在每一個排污塞處預留1 m×1 m×0.1 m的排糞坑；設計和施工時，應保證每條排污管道的首末端均需安裝排氣閥形成系統內的壓力差實現排污，并保持坡度大于等于0.5%，管路應保持平直、不拐直角彎。本工程設計的虹吸管道排污配以合適的環控系統即可在不影響豬舍內部環境的前提下實現糞污的有序排出，具有投資低、能耗低、勞動強度低的巨大優勢（見圖4）。

圖4 虹吸管道排污的管道預埋工程

2）固液分離設施[17-19]

豬舍內的糞污經虹吸排污管道清理后進入集污池，由于排出的糞污混有豬糞尿、動物毛發、飼料等大量固液混合物，因此需要在池內安裝攪拌機對糞污進行攪拌、混合；攪拌混合均勻后的糞污經帶有雙重切割功能的切割泵提升到固液分離機進行固液分離（見圖5）。本設計采用的集污池容積按照豬場日最大排放量的1.5倍確定，以滿足豬場糞污排放量波動大的特點；同時，本設計選用的固液分離機分離效率高，經過固液分離后的固體部分（含水率75%左右）和液體部分（含固率2%左右）分別進入資源化利用系統進行進一步的資源化利用處理（見圖6）。

圖5 固液分離車間

圖6 固液分離效果

2.2 資源化利用系統

資源化利用系統是整個糞污綜合利用工程的根本系統，是直接關系到糞污能否作為肥料利用的關鍵因素。本工程的資源化利用系統主要包括固體部分堆肥制作有機肥和液體部分存儲熟化后直接利用。

1）固體堆肥制作有機肥

將糞污經過固液分離后的固體部分直接進行堆肥處理，或添加一定量的秸稈、礦物質、發酵菌劑等進行堆肥處理，生產自用有機肥或者可售有機復合肥，實現糞污處理中所有固體物質的無害化和資源化利用，提高整個糞污綜合利用工程的經濟效益和生態效益（見圖7）。經過實踐，豬糞堆肥的最佳環境控制參數為秸稈添加量5%，固體堆肥初始含水量應控制在60%左右，通風量為每立方米物料102 m3/d，添加一定量的菌劑能促進豬糞堆肥快速發酵[20-23]。

圖7 固體堆肥發酵

2）液體存儲塘存儲熟化

本工程中設計的存儲塘是一種基于防滲防蒸發技術的畜禽糞污存儲系統及方法，一般按照每年施肥兩次的頻率（即糞污存儲6個月）設計存儲塘的容積，該存儲塘的主要結構單元是（見圖8-10）：

存儲塘本體：在糞污綜合利用工程區域內劃定糞污存儲區域，根據地質情況條件挖出一定量的土方形成存儲塘本體，可根據項目規模及現場情況設置為全地下式、半地下式的存儲塘本體，本體側壁和底部夯實度應達到95%。

防滲防蒸發裝置：主要由三層膜組成，從下到上依次為安全膜、底膜、浮動膜，底膜是防滲的關鍵設施，安全膜為底膜防滲增加一層保障；糞污儲存于底膜和浮動膜之間，浮動膜上有少量通風口（每100 m2配置80 cm2的通風口）并配備雨水泵，實現雨水與糞污的分流。

注入輸出服務裝置：由具備防滲結構的鋼筋混凝土服務池和連接防滲防蒸發裝置的連接管道組成，糞污進出存儲塘均經由此服務裝置進行，不會對已有的防滲防蒸發裝置造成破壞。

報警裝置：由糞污滲漏報警裝置和地下水上涌報警裝置組成，糞污滲漏報警裝置的收集管道位于底膜與安全膜之間，能夠第一時間發現底膜的泄漏情況并采取相應的修補措施；地下水上涌報警裝置的收集管道位于安全膜下方，能夠第一時間發現存儲塘底部的地下水上涌情況并采取相關措施減少對地下水對存儲塘的影響。

圖8 液體存儲塘存儲熟化工藝

與傳統的糞污存儲設施相比，該存儲塘能夠適應各種規模的糞污綜合利用工程，最大單體容積可達到25 000 m3，施工工期短、投資成本低。同時該存儲塘還具有環境友好性的特點，能夠實現存儲過程的相對密閉，減少液體部分在存儲過程中的氮損失，隔離糞污的惡臭污染及雨污分流，并具有防滲及報警系統，能夠實現減量化、無害化、資源化的糞污處理及存儲要求。

圖9 液體存儲塘應用實例

圖10 液態肥拋灑應用于農田中

3 結果與討論

本文以1 000頭基礎母豬場為例，對綜合利用模式進行效益分析。豬場日產糞污量估算數據見表1。

表1 1 000頭基礎母豬豬場糞尿量（按天計）

經測算，原始糞污糞便含固率18%左右，原始糞污經固液分離后的固體部分含固率約為25%，每天可產生固體部分約為13 t、液體部分67 t。存儲塘根據施肥期及其他情況，按照存儲期6個月進行設計，存儲塘有效容積應為12 060 m3。

3.1 工程投資概算

糞污綜合利用工程設計以虹吸管道排污工藝的1 000頭基礎母豬場為單位，其主要構筑物及設備見表2，從中可知本工程總投入204.6萬元，其中土建投入29.1萬元，設備投入175.5萬元。

表2 主要構筑物及設備

3.2 經濟效益分析

糞污綜合利用工程運行費用與收入見表3，不計糞污綜合利用工程的生態效益和社會效益，每月可獲得的凈收入，即工程直接效益為：46 020-4 376=41 644元。本工程總投入為204.6萬元，大約4年就可以收回全部投資，投入與產出比是可行的。

表3 工程運行費用與收入（按月計）

說明：1）設備及工程折舊費計入總投資，不再單算；

2）本工程設備總裝機容量大約為16.5 kW，所用設備平均日運轉8 h，電費按0.6元/（kW·h）；

3）豬場糞污綜合利用工程只需1人負責管理，按平均每人月工資為2 000元；

4）固體有機肥收入按正常運行后可產月粗肥120 t，目前按每噸售價500元計算，扣除每噸處理成本150元（豬糞收集率按90%計，粗肥含水率≤30%）；

5）液體有機肥收入按正常運行后可產月粗肥2 010 m3計算，目前按每噸售價2元；

6）本工程設備可使用年限為15年，存儲塘可使用年限為30年。

3.3 討論

目前國內使用的糞污存儲設施多為防滲膜結合混凝土或方磚保護層的結構，且敞口設計居多，該形式的存儲塘由于有防護層設計，造成施工進度慢、施工費用高，且由于敞口設計，無法阻止外界雨水流入或降至糞污存儲塘中，同時存儲過程中容易對周邊大氣環境造成不良影響。本工程設計的存儲塘帶有浮動膜作為塘蓋，實現了雨污分離，也有效地隔離了糞污的不良氣味，在實現糞污“減量化”的同時兼具環境友好性的特點；同時該存儲塘使用注入輸出服務裝置實現糞污注入和輸出，工藝結構簡潔，施工快捷，具有投資費用低、實現雨污分離、防滲效果好、使用年限長的優勢。

4 結論

按照“減量化、無害化、資源化”的糞污處理原則，本文提出了“固液分離——固體堆肥和液體存儲熟化——糞污還田”一體化的糞污綜合利用模式。該模式投資低、運行管理簡便、運行費用低、糞污綜合利用率高，具有良好經濟、生態和社會效益。工程實踐結果表明該模式同時適用于新建豬場或原有豬場的糞污處理。█（編輯：李雨慈）

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10.3969/j.issn.1008-4754.2015.02.002

“十二五”國家科技支撐計劃（2014BAD08B07）；2014年度北京市科技計劃（D141100003814002）

李俊衛，男（1988-），河南安陽人，工程師，研究方向：廢棄物資源化利用與可再生能源開發、環境污染控制。