規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污處理與資源化利用的主要模式

邵 蕾，孔凡克，楊守軍，羅 星，鞠鑫鑫，董仁杰*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院，山東 煙臺 264670；2. 山東中農(nóng)三月環(huán)保科技股份有限公司，山東 煙臺 264670）

規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污處理與資源化利用的主要模式

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(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院，山東 煙臺 264670；2. 山東中農(nóng)三月環(huán)保科技股份有限公司，山東 煙臺 264670）

在“環(huán)保優(yōu)先”新形勢下，規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污處理和資源化利用是生豬養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基本要求。文內(nèi)簡述了養(yǎng)豬場糞污處理與利用主要環(huán)節(jié)上的技術(shù)，包括養(yǎng)殖糞污直接厭氧發(fā)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(fā)酵，沼液貯存，農(nóng)田利用以及土地承載力等，構(gòu)成養(yǎng)豬場糞污處理與利用技術(shù)體系。

糞污；資源化；堆肥；厭氧發(fā)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(chǎn)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(yǎng)豬糞污含水量約80%～85%，有一定的黏結(jié)性，并且含有大腸桿菌、蛔蟲卵等病原菌[2，3]；養(yǎng)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(huán)境保護法》、《畜禽規(guī)模養(yǎng)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(chǎn)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》和《農(nóng)業(yè)部關(guān)于促進南方水網(wǎng)地區(qū)生豬養(yǎng)殖布局調(diào)整優(yōu)化的指導(dǎo)意見》等，尤其是2016年習(xí)近平總書記在中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會議上就解決好畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化利用問題的重要講話，為養(yǎng)豬業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和養(yǎng)豬糞污的處理和利用指明了方向。

養(yǎng)豬場糞污處理的技術(shù)路線見圖1。

1 養(yǎng)豬場原糞水直接處理-常規(guī)厭氧發(fā)酵

針對養(yǎng)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(yǎng)殖場通過常規(guī)厭氧發(fā)酵降解有機物和回收能源，降低后續(xù)處理的負(fù)荷。

常規(guī)厭氧發(fā)酵追求高的沼氣產(chǎn)量，滯留期長因而需要較大的處理設(shè)施，通常適用于中等及以上規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖場，并配套沼氣利用，如制備生物燃?xì)夂桶l(fā)電等[6]。厭氧反應(yīng)器通常包括全混式厭氧反應(yīng)器（CSTR）和厭氧折流反應(yīng)器（ABR）。

全混式反應(yīng)器應(yīng)采用中溫發(fā)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(yīng)器也應(yīng)采用中溫發(fā)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(jié)構(gòu)簡單，投資較少。

圖1 規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污處理的技術(shù)路線

2 養(yǎng)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(yǎng)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(zhì)量（kg）；b—有機物料的質(zhì)量（kg）；X1—糞水的含固率（%）；X2—有機物料的含固率（%）。

發(fā)酵物料中的碳氮比調(diào)節(jié)，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(zhì)量（kg）；b—公式（1）中計算有機物料的質(zhì)量（kg）；c—高氮物質(zhì)的添加量（kg）；c1、c2、c3—糞水、有機物料、高氮物質(zhì)的含碳量（%）；n1、n2、n3—糞水、有機物料和高氮物質(zhì)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(shè)備和設(shè)施將畜禽養(yǎng)殖糞水或厭氧發(fā)酵剩余物中的固相和液相部分分離的技術(shù)[7，8]。固液分離常用方法有絮凝分離法、沉降法、蒸發(fā)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(fā)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(xù)處理成本（見圖4）。

4 糞污固相處理技術(shù)-堆肥

堆肥發(fā)酵是養(yǎng)豬場糞污固體處理的常用技術(shù)。通過好氧發(fā)酵實現(xiàn)了豬糞污的穩(wěn)定化和減量化。并且發(fā)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(zhuǎn)筒式堆肥等。堆肥發(fā)酵技術(shù)參數(shù)可參照《規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場污染防治最佳可行技術(shù)指南（試行）》（HJBAT-10），見表2。

堆肥產(chǎn)物的重金屬和衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)可參照《有機肥料》（NY 525-2012）（見表3）。

圖2 全混式反應(yīng)器

圖3 厭氧折流反應(yīng)器

表1 常見有機物料的碳氮含量

5 糞污液相處理技術(shù)-快速厭氧發(fā)酵

快速厭氧發(fā)酵不以追求沼氣產(chǎn)量為目標(biāo)，而是追求對糞水的快速處理。糞水快速厭氧發(fā)酵通常將畜禽糞水固液分離，大量的有機物被轉(zhuǎn)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(fā)酵系統(tǒng)經(jīng)快速降解后進入沼液貯存池。

通過快速厭氧發(fā)酵可在10 d以內(nèi)完成發(fā)酵產(chǎn)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(shè)施可以更加小型高效。

6 沼液貯存

無論是原糞水厭氧發(fā)酵還是固液分離后液相的快速厭氧發(fā)酵，都需要對沼液進行長期貯存以便開展季節(jié)性的農(nóng)田利用。沼液在貯存過程中還是發(fā)生后發(fā)酵并產(chǎn)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(huán)境的排放，以減少環(huán)境污染。

根據(jù)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(jié)構(gòu)，黑膜覆頂，二是全黑膜結(jié)構(gòu)。沼液貯存穩(wěn)定塘容積可根據(jù)具體畜禽養(yǎng)殖場的畜禽種類、飼養(yǎng)數(shù)量、糞水日產(chǎn)生量及貯存時間等確定，應(yīng)不小于最大利用間隔期內(nèi)（以當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生產(chǎn)用肥的最大間隔時間或冬季封凍期計算）糞水排出量。結(jié)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(guī)范，建議我國沼液肥貯存期為3～6個月。

沼液應(yīng)優(yōu)先考慮本地消納。農(nóng)田使用時，沼液應(yīng)與化肥配施以滿足作物生長對養(yǎng)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(yǎng)殖場周邊土地承載力的沼液應(yīng)進行養(yǎng)分富集，可將沼液中2/3養(yǎng)分經(jīng)濟回收，剩余1/3養(yǎng)分隨剩余液本地消納，以減輕沼液就地消納的壓力。養(yǎng)分富集技術(shù)包括糞水加有機廢物堆肥（糞水堆肥）、沼液濃縮及N、P養(yǎng)分回收等。

沼液農(nóng)用時重金屬和衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)可參照《沼肥》（NYT 2596-2014）（見表4）。

規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污收集處理是以無害化和資源化為目的系統(tǒng)工程，各個處理技術(shù)單元需要相互銜接和配合優(yōu)化。實際應(yīng)用過程中，需要將各個技術(shù)單元進行組合與優(yōu)化，形成經(jīng)濟最優(yōu)、運行最穩(wěn)的技術(shù)體系。

圖4 畜禽養(yǎng)殖糞水固液分離工藝

表2 畜禽養(yǎng)殖糞便堆肥技術(shù)參數(shù)（《HJ-BAT-10》）

表3 堆肥產(chǎn)物的重金屬和衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)

表4 沼液農(nóng)用的重金屬和衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)

[1] 中華人民共和國統(tǒng)計局.《2016年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》[J].2017-02-28.

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2017-03-14）

山東省重點研發(fā)計劃（2016ZDJS11A07），煙臺市科技發(fā)展計劃（2015ZH070，2016ZH075）。

邵蕾（1980－），男，副教授，博士，主要從事土壤肥料方面的研究，E-mail：shaolei6751@163.com。

董仁杰，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事生物質(zhì)能、有機廢棄物生物處理，

E-mail： rjdong@cau.edu.cn。