不同清糞工藝下豬、牛、雞養殖場糞水和污水厭氧消化技術探討

鄭 葦，劉淑玲，靳俊平

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300381）

不同清糞工藝下豬、牛、雞養殖場糞水和污水厭氧消化技術探討

鄭 葦，劉淑玲，靳俊平

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300381）

通過分析不同清糞工藝下豬、牛、雞養殖場糞水和污水特征，結合厭氧消化工程案例調研，以及常用消化技術特性分析，提出了豬糞水宜采用USR（升流式固體反應器）和CSTR（全混合固體反應器）厭氧技術處理；牛糞水宜采用USR、HCPF（塞流式消化器）和CSTR厭氧技術處理；雞糞水宜采用CSTR厭氧技術處理；干清糞的污水和水沖糞糞水經固液分離后的污水宜采用UASB厭氧技術處理。

干清糞；水沖糞；糞水；污水；預處理；厭氧消化

我國禽畜糞便產生量巨大，雖然HJ 497—2009畜禽養殖業污染治理工程技術規范、NY/T 1220.1—2006沼氣工程技術規范第1部分 工藝設計和GB/T 51063—2014大中型沼氣工程技術規范對禽畜糞水和污水厭氧消化做出了統一的規定，但并未針對不同禽畜糞水特征，分析適宜的厭氧消化技術。筆者分析了不同畜種糞水和廢水特征，調研了國內養殖場消化工程案例，結合常用厭氧技術特性，確定了豬、牛、雞糞水和污水的適宜預處理工藝和厭氧消化技術。

1 我國養殖業糞水和污水產生量估算

1.1 不同清糞工藝下各類禽畜糞水和污水產生量

目前，養殖場的清糞工藝包括水泡糞、水沖糞和干清糞3種。水泡糞工藝指在畜禽舍內的排糞溝中注入一定量的水，將糞、尿、沖洗和飼養管理用水一并排放至漏縫地板下的糞溝中，貯存一定時間（一般為1～2個月）、待糞溝填滿后，打開出口閘門，溝中的糞水順糞溝流入糞便主干溝后排出的清糞工藝。水沖糞工藝指畜禽排放的糞、尿和污水混合進入糞溝，每天數次放水沖洗，糞水順糞溝流入糞便主干溝后排出的清糞工藝，最終產生糞水。干清糞工藝指畜禽排放的糞便一經產生便通過機械或人工收集、清除，尿液、殘余糞便及沖洗水則從排污道排出的清糞工藝，最終產生鮮糞和污水。由于水泡糞工藝中，糞便長時間停留在飼舍中，產生大量的有害氣體，如H2S、CH4等，惡化舍內空氣環境，危及動物和飼養人員的健康，使用較少。因此，目前我國養殖場的主要清糞工藝為水沖糞和干清糞2種。

我國主要養殖的禽畜包括豬、牛、羊、家禽等。羊和牛都屬于食草類禽畜，其養殖場產生糞水和污水性質類似，可相互借鑒。家禽中以養雞為主，養殖規模大于家禽總養殖規模的50%。因此，豬、牛、雞養殖場水沖糞糞水產生量和干清糞污水產生量見表1。

表1 不同清糞工藝下各類禽畜糞水和污水產生量

表1中禽類的尿與糞在泄殖腔內混合后，排出體外，無單獨的尿液產生量。水沖糞糞水產生量和干清糞污水產生量為平均參考值，各類禽畜干清糞污水量僅為水沖糞糞水量的50%左右。羊的糞、尿、沖洗水量按肉牛量的10%計。

1.2 我國養殖業糞水和污水產生量預測

根據中華人民共和國國家統計局網提供數據，近10 a我國豬、大牲畜、羊、家禽的存欄量分別穩定在 （45 915±1 699） 萬只、 （12 137±176）萬頭、 （28 875±968） 萬只、 （531 720±15 802）萬羽［1］。根據上述數據，結合表1參考值，預測我國養殖業污染物產生量如表2所示。可見，我國禽畜年鮮糞便產生量高達3.03×109t/a，與唐艷芬等［2］報道我國畜禽養殖業鮮糞便排放總量3.264×109t/a相近。2010年的《全國第一次污染普查公告》中指出，畜禽養殖業排放的COD總量高達1.2×107t，占全國化學需氧量排放總量40%左右，氮和磷污染物排放為1.024 8×106t/a和1.604×105t/a，分別占全國氮和磷排放總量的21.7%和37.9%。畜禽養殖業糞便已成為我國重要的污染源。

表2 我國養殖業污染物年產生量預測結果

2 豬、牛、雞糞水和污水特征

養殖禽畜種類不同和采用的清糞工藝不同，都會導致最終收集的禽畜糞水性質迥異。由于干清糞的清糞工藝，糞不進入污水中，從而可極大減小污水中COD、BOD、SS、NH3-N等污染物含量。不同禽畜采用不同清糞工藝獲得的糞水和污水的性質特征見表3。從表3可見，豬和雞糞水和污水污染物濃度相近，牛糞水和污水污染物濃度較低。另外，豬、牛、雞糞水物理特征與其食物息息相關，具體特征見表4。

表3 豬、牛、雞糞水和污水特征

表4 豬、牛、雞糞水的特征比較

3 我國豬、牛、雞養殖場厭氧消化工程案例分析

依據禽畜種類不同，清糞工藝差異，厭氧物料進料區別，我國的禽畜糞便沼氣發酵工程選擇了不同的預處理工藝和厭氧消化反應器形式。我國各類禽畜糞便沼氣發酵工程案例總結見表5。

表5 豬、牛、雞糞便沼氣發酵工程案例總結

對于豬糞水，由于其中含有較多浮渣和沉渣，常會采用格柵+沉淀法進行預處理；對于牛糞水，常采用絞龍分離機去除長草的預處理工藝；對于雞糞水，由于其含有大量沉渣，一般皆會設置除砂設施進行預處理。針對干清糞的污水，以及預處理固液分離的污水，常采用UASB進行厭氧消化處理；對于水沖糞的糞水常采用HCPF、USR、CSTR厭氧處理。

4 豬、牛、雞糞水和污水厭氧消化適宜技術分析

厭氧消化技術是一種廢棄物資源化，有效利用生物質能的常用技術，常用于我國養殖場廢物處理。HJ 497—2009畜禽養殖業污染治理工程技術規范建議：禽畜糞水的厭氧生物處理，厭氧反應器宜選用全混合厭氧反應器（CSTR）、升流式固體反應器（USR）和塞流式消化器（HCPF）。禽畜污水的厭氧生物處理，厭氧反應器宜采用升流式厭氧污泥床（UASB）。根據GB/T 51063—2014大中型沼氣工程技術規范對各類消化反應器進料TS和SS含量要求：HCPF進料適宜TS為10%～15%；CSTR進料適宜TS為6%～12%；USR進料適宜TS為≤6%；UASB進料適宜SS為≤1 500 mg/L。

因此，結合豬、牛、雞糞水和污水特征（見表3和表4），USR技術進料要求TS略低，未反應完全的生物固體和微生物靠自然沉淀滯留于反應器內，可消化高懸浮物原料，如豬、牛糞水。

HCPF技術適宜處理質輕、濃度高、長草多的牛糞水，并在實際工程案例中廣泛應用（見表5）。由于雞糞水中沉積物較多，且密實，容易形成大量的死區，嚴重影響消化器效率，不宜采用HCPF反應器。豬糞中沉積物量雖少于雞糞，但也不少，也不適于采用HCPF反應器進行處理。

CSTR技術是目前適用最多，適用范圍最廣的反應器。雖然該種反應器能耗較大，其應用受到一定制約，但由于通過其攪拌和排渣系統的改進，很容易解決頂部浮渣結殼、底部沉渣累積的問題，因此廣泛適用于豬、牛、雞糞水的厭氧消化處理。

UASB技術適用于可溶性廢水處理，要求較低的SS含量，適宜處理禽畜養殖場各類污水，包括干清糞污水以及水沖糞糞水經固液分離獲得污水。

綜上，CSTR技術適宜處理豬、牛、雞水沖糞糞水；USR技術適宜處理豬、牛的水沖糞糞水；HCPF技術適宜處理牛的水沖糞糞水；UASB技術適宜處理豬、牛、雞干清糞的污水和水沖糞糞水經固液分離后的污水。

5 結論

1）豬糞水預處理宜采用格柵+沉淀工藝，厭氧宜選擇USR和CSTR技術。

2）牛糞水預處理宜采用絞龍分離工藝，厭氧可選擇USR、HCPF和CSTR技術。

3）雞糞水預處理宜采用水解除砂工藝，厭氧宜選擇CSTR技術。

4）豬、牛、雞干清糞的污水和水沖糞糞水經固液分離后的污水厭氧宜采用UASB技術。

［1］ 中華人民共和國國家統計局網［EB/OL］.http://data.stats.gov.cn/search.htm.

［2］ 王宇欣，唐艷芬.大中型沼氣工程設計與應用［M］.北京：化學工業出版社，2013.

［3］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.大中型沼氣工程技術規范：GB/T 51063—2014［S］.北京：中國建筑工業出版社，2014.

［4］ 中華人民共和國環境保護部.畜禽養殖業污染治理工程技術規范：HJ 497—2009［S］.北京：中國環境科學出版社，2009.

［5］ 初探規模化養豬水泡糞工藝［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/2738ac7abb68a98270fefa30.html.

［6］ 張全國.沼氣技術及其應用［M］.3版.北京：化學工業出版社，2013.

Anaerobic Digestion Technology of Fecal Water and Wastewater from Pig，Cattle and Chicken Farms with Different Manure Collection

Zheng Wei，Liu Shuling，Jin Junping
（North China Municipal Engineering Design&Research Institute Co.Ltd.，Tianjin 300381）

We illustrated fecal water and wastewater characteristics from pig，cattle，and chicken farms with different manure collection，investigated anaerobic digestion project cases，and analyzed anaerobic digestion technology peculiarity.Ultimately，the suitable anaerobic digestion technologies were proposed as follows:USR （Up flow Solids Reactor）was suitable for pig and cattle fecal water，CSTR （Continuous Stirred-Tank Reactor）was suitable for pig，cattle，and chicken fecal water，HCPF（High Concentration and Plug Flow Digester）was suitable for cattle fecal water，UASB（Up flow Anaerobic Sludge Bed Reactor）wassuitable for the wastewater of dry collection water and manure cleaning by rinsing water after solid-liquid separation.

dry collection；manure cleaning by rinsing；fecal water；wastewater；pretreatment；anaerobic digestion

X703

A

1005-8206（2017）05-0058-04

2017-08-24

鄭葦（1986—），博士，主要從事固體廢物處理與處置。

E-mail:zhengweijlu@sina.com。