規模化養豬場糞污處理與資源化利用的主要模式

2017-04-06 07:41:56孔凡克楊守軍鞠鑫鑫董仁杰

豬業科學 2017年3期

邵蕾，孔凡克，楊守軍，羅星，鞠鑫鑫，董仁杰*

（1.中國農業大學煙臺研究院，山東煙臺 264670；2. 山東中農三月環保科技股份有限公司，山東煙臺 264670）

邵蕾1，孔凡克1，楊守軍1，羅星1，鞠鑫鑫2，董仁杰1*

（1.中國農業大學煙臺研究院，山東煙臺 264670；2. 山東中農三月環保科技股份有限公司，山東煙臺 264670）

在“環保優先”新形勢下，規模化養豬場糞污處理和資源化利用是生豬養殖業可持續發展的基本要求。文內簡述了養豬場糞污處理與利用主要環節上的技術，包括養殖糞污直接厭氧發酵和直接與低含水量物料混合堆肥，固液分離，低含固率糞水快速厭氧發酵，沼液貯存，農田利用以及土地承載力等，構成養豬場糞污處理與利用技術體系。

糞污；資源化；堆肥；厭氧發酵

2016年末我國生豬存欄43 504萬頭，生豬出欄68 502萬頭[1]，年產糞污估計約20億t，包括固相（糞便和墊料）和液相（主要包括尿液、沖洗水等）。養豬糞污含水量約80%～85%，有一定的黏結性，并且含有大腸桿菌、蛔蟲卵等病原菌[2，3]；養豬過程中添加的促生長劑（銅、鋅等）和抗生素也會隨糞污排出[4，5]。

《中華人民共和國環境保護法》、《畜禽規模養殖污染防治條例》、《水污染防治行動計劃》和《土壤污染防治行動計劃》，以及《全國生豬生產發展規劃（2016-2020年）》和《農業部關于促進南方水網地區生豬養殖布局調整優化的指導意見》等，尤其是2016年習近平總書記在中央財經領導小組第十四次會議上就解決好畜禽養殖廢棄物處理和資源化利用問題的重要講話，為養豬業的可持續發展和養豬糞污的處理和利用指明了方向。

養豬場糞污處理的技術路線見圖1。

1 養豬場原糞水直接處理-常規厭氧發酵

針對養豬場大量存在的水沖糞和水泡糞等糞污收集方法獲得的高含水量（超過90%）糞污（又稱“糞水”），目前許多養殖場通過常規厭氧發酵降解有機物和回收能源，降低后續處理的負荷。

常規厭氧發酵追求高的沼氣產量，滯留期長因而需要較大的處理設施，通常適用于中等及以上規模的畜禽養殖場，并配套沼氣利用，如制備生物燃氣和發電等[6]。厭氧反應器通常包括全混式厭氧反應器（CSTR）和厭氧折流反應器（ABR）。

全混式反應器應采用中溫發酵，總固體濃度宜保持在5%以上，滯留時間長于30 d。厭氧折流反應器也應采用中溫發酵，總固體濃度宜保持在5%以下，滯留時間約20 d，不需攪拌裝置，結構簡單，投資較少。

圖1 規模化養豬場糞污處理的技術路線

2 養豬場原糞水直接處理-糞水堆肥

用秸稈、木屑、菇渣等含水率低的物料混合畜禽養殖糞水，使混合物料的含水率達到堆肥要求，在堆肥的同時消納了糞水，俗稱“糞水堆肥”；糞水堆肥以處理糞水為目的。

糞水與有機物料混合比例按照下述公式計算：

公式（1）：

注：W—混合物料的初始含水量（%），通常取55%左右；a—糞水的質量（kg）；b—有機物料的質量（kg）；X1—糞水的含固率（%）；X2—有機物料的含固率（%）。

發酵物料中的碳氮比調節，按照下述公式計算：

公式（2）：

注：C/N—混合物料的初始碳氮比，通常取25左右；a—公式（1）中計算糞水的質量（kg）；b—公式（1）中計算有機物料的質量（kg）；c—高氮物質的添加量（kg）；c1、c2、c3—糞水、有機物料、高氮物質的含碳量（%）；n1、n2、n3—糞水、有機物料和高氮物質的含氮量（%）；

常見有機物料的碳氮含量見表1。

3 固液分離

固液分離是使用機械設備和設施將畜禽養殖糞水或厭氧發酵剩余物中的固相和液相部分分離的技術[7，8]。固液分離常用方法有絮凝分離法、沉降法、蒸發法和機械法等，固液分離出來的固相用于堆肥，液相通過快速厭氧發酵后形成沼液。固液分離降低了液相中含固率和固相的含水率，降低了后續處理成本（見圖4）。

4 糞污固相處理技術-堆肥

堆肥發酵是養豬場糞污固體處理的常用技術。通過好氧發酵實現了豬糞污的穩定化和減量化。并且發酵過程中形成的高溫可有效殺死病原微生物，從達到了無害化。常見的堆肥方式包括自然堆肥、條垛式主動供氧堆肥、機械翻堆堆肥、轉筒式堆肥等。堆肥發酵技術參數可參照《規模畜禽養殖場污染防治最佳可行技術指南（試行）》（HJBAT-10），見表2。

堆肥產物的重金屬和衛生學指標可參照《有機肥料》（NY 525-2012）（見表3）。

圖2 全混式反應器

圖3 厭氧折流反應器

表1 常見有機物料的碳氮含量

5 糞污液相處理技術-快速厭氧發酵

快速厭氧發酵不以追求沼氣產量為目標，而是追求對糞水的快速處理。糞水快速厭氧發酵通常將畜禽糞水固液分離，大量的有機物被轉移至固相，滯留在液相的是易降解的有機物。固相進行堆肥或其他資源化利用，液相進入快速厭氧發酵系統經快速降解后進入沼液貯存池。

通過快速厭氧發酵可在10 d以內完成發酵產氣，可以回收超過50%的總甲烷量，大幅度縮短了滯留期，處理設施可以更加小型高效。

6 沼液貯存

無論是原糞水厭氧發酵還是固液分離后液相的快速厭氧發酵，都需要對沼液進行長期貯存以便開展季節性的農田利用。沼液在貯存過程中還是發生后發酵并產生一定的沼氣，需要對沼液進行封閉貯存，進一步回收沼氣能源，控制溫室氣體等向環境的排放，以減少環境污染。

根據防滲方式不同，封閉式沼液貯存塘可分為兩類：一是塘體采用混凝土結構，黑膜覆頂，二是全黑膜結構。沼液貯存穩定塘容積可根據具體畜禽養殖場的畜禽種類、飼養數量、糞水日產生量及貯存時間等確定，應不小于最大利用間隔期內（以當地農作物生產用肥的最大間隔時間或冬季封凍期計算）糞水排出量。結合我國南北方主要大田作物生長期情況和歐美等國家的規范，建議我國沼液肥貯存期為3～6個月。

沼液應優先考慮本地消納。農田使用時，沼液應與化肥配施以滿足作物生長對養分的需求，沼液可以以基肥或追肥形式施用，基肥和追肥建議采用地面灌溉或水肥一體化滴灌。

超過養殖場周邊土地承載力的沼液應進行養分富集，可將沼液中2/3養分經濟回收，剩余1/3養分隨剩余液本地消納，以減輕沼液就地消納的壓力。養分富集技術包括糞水加有機廢物堆肥（糞水堆肥）、沼液濃縮及N、P養分回收等。

沼液農用時重金屬和衛生學指標可參照《沼肥》（NYT 2596-2014）（見表4）。

規模化養豬場糞污收集處理是以無害化和資源化為目的系統工程，各個處理技術單元需要相互銜接和配合優化。實際應用過程中，需要將各個技術單元進行組合與優化，形成經濟最優、運行最穩的技術體系。