對(duì)規(guī)模化豬場(chǎng)豬尿降解工藝應(yīng)用以及減排效果的研究

肖和良

（湖南省洞口縣畜牧水產(chǎn)局，湖南 邵陽(yáng) 422300）

1 豬尿降解工藝應(yīng)用研究的背景

豬糞便處理，固液分離機(jī)分離后，2個(gè)渠道作為有機(jī)肥，一個(gè)是灌裝成袋用車直接運(yùn)輸?shù)教锏兀瑵a肥后施肥，一個(gè)是發(fā)酵后做成有機(jī)復(fù)合肥，再運(yùn)輸?shù)教锏厥┓省?/p>

但豬尿處理方式有難度，即使用豬尿水進(jìn)入沼氣池，做為沼氣利用1次，但沼液依然有污染，還要還田處理，目前2個(gè)處理：方式1，是用灌裝車運(yùn)輸?shù)教锏貙?shí)施灌溉，前提是田地有大量機(jī)耕路，通車才行。方式2，是從豬場(chǎng)到田地，修建灌溉渠道或埋有PVC管道。這樣2種方式都需要投入大量人力、物力，豬尿處理成本費(fèi)用高。

文章研究的是如何直接將豬尿或沼液降解成無(wú)污染的可排放水，即對(duì)豬尿或沼液降解工藝應(yīng)用以及減排效果的研究。

2 豬尿水降解工作原理和污水處理工藝

豬尿污染物包括:高pH、懸浮物(SS)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)和化學(xué)耗氧量(COD)。如何降解這些污染物和達(dá)標(biāo)排放，有沒(méi)有最好的降解工藝和減排效果。帶著這些問(wèn)題，筆者于2019年8-9月考察了湖南省洞口縣、新邵縣部分規(guī)模豬場(chǎng)以及洞口縣城生活污水處理廠。筆者一直對(duì)畜禽糞污處理環(huán)保工程比較關(guān)注，并身體力行，主持制訂了《洞口縣畜禽規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)糞污排放達(dá)標(biāo)規(guī)范》和《洞口縣豬糞尿減排與資源化利用模式評(píng)估指標(biāo)》，洞口縣在糞污減排方面做了大量工作，投入的財(cái)政資金也較多[1-3]，但這次考察之前認(rèn)為洞口縣糞污減排未達(dá)到滿意效果。

經(jīng)對(duì)生活污水處理廠考察，其實(shí)豬尿水和生活污水處理原理是一樣的，都是要經(jīng)過(guò)厭氧、好氧、微生物以及物理方法的處理。現(xiàn)在城鎮(zhèn)人的廁所都設(shè)有化糞池,人的糞尿經(jīng)過(guò)了比較長(zhǎng)時(shí)間的化糞厭氧處理,比直排的豬尿水污染物相對(duì)要少很多。城鎮(zhèn)生活污水是洗碗沖洗水，洗衣沖洗水，洗澡洗發(fā)沖洗水，化糞池化糞后糞水以及垃圾廢水。因此城鎮(zhèn)生活污水收集管網(wǎng)面廣線長(zhǎng)，管網(wǎng)投入的資金較多。

2.1 生物去除氮機(jī)理

污水中氮的去除由氨化反應(yīng)—硝化反應(yīng)—反硝化反應(yīng)共同完成，其工藝原理如下：①氨化反應(yīng)，在好氧條件下，氨化菌將污水中有機(jī)氮化合物分解轉(zhuǎn)化成NH3-N，以氨基酸為例，其反應(yīng)式為：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+N H3；②硝化反應(yīng)，在好氧條件下，硝化菌將N H3進(jìn)一步氧化為NO其反應(yīng)式為：NH3+O2→+2H++H2O；③反硝化反應(yīng)，在厭氧（兼氧）條件下，反硝化菌將NOX-N少部分同化為菌體自身的有機(jī)氮化合物，大部分（70%～75%）異化（還原）為氣態(tài)氮N2，其反應(yīng)式為：NO2-N+3H+→1/2N2+H2O+OH-，NO2-N+5H+→1/2N2+2H2O+OH-[4]。

2.2 污水處理工藝

采用生物—生態(tài)復(fù)合處理技術(shù)，屬于厭氧—好氧聯(lián)合處理范疇，工藝：養(yǎng)殖廢水經(jīng)排污管道至化糞池→調(diào)節(jié)池→泵→氣浮設(shè)備系統(tǒng)→水解酸化池→A/O生化池→沉淀池→中間水箱→泵→生物濾池→清水箱。其中生物濾池為曝氣生物濾池，在池內(nèi)設(shè)置填料，通過(guò)人為供氧，使填料上生長(zhǎng)大量微生物，廢水與填料上微生物充分接觸，微生物吸附有機(jī)物（污染物），廢水得到深度凈化后流入清水箱[5]。

張守彬等[6-8]開(kāi)展了對(duì)天然斜發(fā)沸石、頁(yè)巖陶粒、石灰?guī)r碎石、牡蠣殼、貝殼五種曝氣生物濾池填料處理污水效果研究，效果好的排序?yàn)椋耗迪牃ぁ悮ぁ烊恍卑l(fā)沸石→頁(yè)巖陶粒→石灰?guī)r碎石。各地對(duì)填料可就地取材，加以利用，如洞口縣城污水處理廠用石灰?guī)r碎石作為曝氣生物濾池填料。

3 紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝以及應(yīng)用

3.1 紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝

紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝為：尿水預(yù)處理→預(yù)處理暫存池→紅泥塑料膜沼氣池→好氧池→凈化池→氧化塘(或魚(yú)塘、人工濕地）→達(dá)標(biāo)排放。

以新邵縣顏復(fù)偉養(yǎng)殖場(chǎng)為例(湖南省新邵縣坪上鎮(zhèn)筱桂村顏復(fù)偉養(yǎng)殖場(chǎng),養(yǎng)殖規(guī)模:年出欄1 000頭豬):

①尿水預(yù)處理。豬場(chǎng)進(jìn)行干清糞和雨污分離處理，夏季也不用水沖洗豬欄降溫，從源頭上對(duì)糞污減量化，盡量降低尿水處理量，以提高尿水降解工藝的減排效果。對(duì)預(yù)處理的尿水（也叫直排尿水，沒(méi)有經(jīng)過(guò)環(huán)保工程處理的尿水）送樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

②尿水進(jìn)入預(yù)處理暫存池。預(yù)處理暫存池為小型沉淀池60 m3。每2 d用固液分離機(jī)對(duì)預(yù)處理暫存池尿水分離1次，把糞渣分離出來(lái)，分離的同時(shí)，把分離后的尿水抽入紅泥膜沼氣池。

③進(jìn)入紅泥膜沼氣池。288 m3(12 m×8 m×3 m)紅泥膜沼氣池，紅泥塑料膜沼氣池是厭氧池，把這個(gè)大型的紅泥塑料膜安裝在開(kāi)放性沼氣池里面，紅泥塑料膜是密封的1個(gè)大型袋子，把尿水抽入紅泥塑料膜袋子里，尿水充滿時(shí)只在池子平面上，當(dāng)產(chǎn)生沼氣時(shí)，紅泥塑料膜袋子充滿沼氣時(shí)，紅泥塑料膜可高出池子平面80～100 cm，高出的袋子部分則是充滿了大量的沼氣。

并用加藥箱，加入少量益生菌進(jìn)入紅泥膜沼氣池。每星期加入1次，每次0.5 kg。

污水通過(guò)紅泥膜沼氣池20 d,經(jīng)沼氣池密封厭氧后，沼液中的部分有害物質(zhì)被降解、殺滅。

紅泥膜外表與空氣接觸，吸熱性好，充分利用太陽(yáng)能，提高池內(nèi)發(fā)酵溫度。這種紅泥膜裝置的沼氣池能有效提高沼氣池溫度，特別是冬季沼氣池的溫度較低，常規(guī)沼氣池（埋在地下的）用太陽(yáng)能發(fā)電補(bǔ)溫，才能產(chǎn)沼氣，這種紅泥膜沼氣池則不要，冬季也能自升溫。所以紅泥膜沼氣池能多產(chǎn)沼氣，夏季多產(chǎn)1～2倍，冬季多產(chǎn)3倍。紅泥膜沼氣池多產(chǎn)的沼氣，能把氨降解率提高25%～30%。紅泥膜沼氣袋是應(yīng)用復(fù)合膜、膜加高強(qiáng)度聚酯纖維應(yīng)用貼合的制造工藝加工而成的，密封性好，具有高強(qiáng)度、重量輕、可大跨度使用，還有耐溫、耐腐、阻燃、抗老化的材料特點(diǎn)，能抗氧化和太陽(yáng)暴曬，在無(wú)外力破壞下，紅泥膜沼氣袋的使用壽命20年以上。

④進(jìn)入好氧池。好氧處理池由四個(gè)池（每個(gè)4 m×3 m×3 m=36 m3）組成，加氧化劑，每天加入2～3次，每次0.5 kg。并用加氧機(jī)充氣，每天4次，每次20 min，設(shè)置自動(dòng)開(kāi)機(jī)加氧充氣。

⑤進(jìn)入凈化池。經(jīng)過(guò)2個(gè)二級(jí)凈化池（每個(gè)8 m×3 m×3 m=72 m3），再排出的水，比較清亮，用鼻子聞，基本沒(méi)有糞尿的異味,這時(shí)抽檢的廢水樣品，送檢，污染物平均降解率85.46%，見(jiàn)表2。

⑥進(jìn)入氧化塘。把這個(gè)降解后的廢水，放進(jìn)0.3 hm2以上氧化塘里，這種氧化塘種上浮萍，能降解環(huán)保工程后部分廢水中污染物。這時(shí)取排出的池水更加清亮，池水抽樣送檢污染物平均降解率92.32%，較環(huán)保工程后降解率85.46%，降解率提高6.86個(gè)百分點(diǎn)，見(jiàn)表3，達(dá)到減排90%的標(biāo)準(zhǔn)。

也可用魚(yú)塘和人工濕地代替氧化塘。代替的魚(yú)塘面積要大1倍需0.6 hm2以上，還可以養(yǎng)魚(yú)，人工濕地要0.6 hm2以上，才能達(dá)到后期處理（氧化塘）廢水降解的效果。

以上設(shè)計(jì)規(guī)格的環(huán)保工程，各類處理池636 m3（不含氧化塘），投入資金28萬(wàn)元左右，約占豬場(chǎng)建設(shè)資金的15%。能處理年出欄1 000頭豬規(guī)模場(chǎng)的尿水達(dá)標(biāo)排放。

這個(gè)環(huán)保工程設(shè)備有紅泥膜袋子（根據(jù)規(guī)模場(chǎng)大小設(shè)計(jì)可大可小的袋子）、加藥箱、加氧機(jī)、沼氣恒溫加壓處理設(shè)備和沼氣輸送管道，小型沼氣鍋爐等設(shè)備，以及益生菌和加氧劑，由山東濰坊達(dá)遠(yuǎn)環(huán)保科技有限公司提供，該公司在湖南各個(gè)地區(qū)配有總代理和技術(shù)人員，指導(dǎo)設(shè)計(jì)、安裝、設(shè)備維護(hù)以及銷后服務(wù)。

位于洞口縣山門鎮(zhèn)大合村的湖南佳境農(nóng)牧有限公司（年出欄生豬5 000頭）采用的是黑膜沼氣池，其黑膜沼氣池豬尿降解工藝同紅泥膜沼氣豬尿降解工藝一樣，黑膜沼氣池是1 000 m3，建有沼氣發(fā)電工程設(shè)備，并用種植蓮子的10 hm2來(lái)代替氧化塘。

表1 直排尿水水質(zhì)檢測(cè)表

表2 凈化池后尿水水質(zhì)檢測(cè)降解表

表3 氧化塘后尿水水質(zhì)檢測(cè)降解表

圖1 充滿沼氣的紅泥膜沼氣池塑料膜外表

圖2 好氧池加氧機(jī)充氣廢水翻滾的白沫狀況

3.2 紅泥膜沼氣豬尿降解工程沼氣利用

利用紅泥膜沼氣池產(chǎn)生較多的沼氣量通過(guò)沼氣鍋爐，讓沼氣充分燃燒，產(chǎn)生熱水，然后用熱水管對(duì)豬場(chǎng)供暖，供暖方式2種，1種是地暖，把熱水管埋在地板里。另1種是舍內(nèi)供暖，把熱水管道安裝在豬欄空間里，離地面2.2 m高以上,左右各1條熱水管道。

紅泥膜沼氣袋不僅是發(fā)酵車間，又是臨時(shí)儲(chǔ)氣車間。如果產(chǎn)量相當(dāng)大時(shí)，又可以集中儲(chǔ)存后進(jìn)行發(fā)電實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的多重收入。

4 紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝應(yīng)用的減排效果評(píng)價(jià)

新邵縣顏復(fù)偉養(yǎng)殖場(chǎng)紅泥膜沼氣豬尿降解工程，其①凈化池后豬尿污染物平均降解率85.46%，其中：pH 7.8降解率87.1%，懸浮物(SS)852 mg/L降解率90.6%，氨氮(NH3-N)206 mg/L降解率89.3%，化學(xué)需氧量(COD)3 499 mg/L降解率81.8%，生物需氧量（BOD）1 484 mg/L降解率78.5%。②氧化塘后豬尿污染物平均降解率92.32%，其中：pH 7.6降解率92.2%，懸浮物(SS)439 mg/L降解率91.6%，氨氮(NH3-N)151 mg/L降解率94.8%，化學(xué)需氧量(COD)1 705 mg/L降解率93.9%，生物需氧量（BOD）811 mg/L降解率89.1%。達(dá)到了豬尿減排90%目標(biāo)。

因此，對(duì)紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝應(yīng)用的減排效果評(píng)價(jià)是：小型紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝可行，污水排放達(dá)標(biāo)，投入資金比例合適，產(chǎn)沼氣量大，沼氣發(fā)電、供暖等資源化利用率高，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

5 討論

5.1 使用紅泥膜沼氣池注意事項(xiàng)

需要注意紅泥膜沼氣池的氣壓，及時(shí)排出沼氣，防止紅泥膜暴膜事故的發(fā)生。就這個(gè)問(wèn)題調(diào)查新邵縣顏復(fù)偉，他說(shuō)夏季4～5 d紅泥膜沼氣池就充滿氣了，所以4～5 d排1次氣。筆者網(wǎng)上查了紅泥膜沼氣池是充氣膜和沼氣暫存庫(kù)，沒(méi)有暴膜事情，更沒(méi)有防止暴膜這一說(shuō)。因筆者在現(xiàn)場(chǎng)考察時(shí)，稍用力摸了一下紅泥膜感覺(jué)充氣很滿，擔(dān)心暴膜，問(wèn)陪同的廠家技術(shù)員怎樣解除這個(gè)擔(dān)心，他就說(shuō)沒(méi)發(fā)生暴膜事故。因此筆者當(dāng)場(chǎng)向他建議，設(shè)置一套沼氣自動(dòng)化排出裝備，如在紅泥膜袋子里設(shè)置一個(gè)沼氣氣壓計(jì)和設(shè)計(jì)氣壓臨界值，并在氣壓臨值時(shí)可排出沼氣的自動(dòng)化裝備，把這個(gè)建議帶回廠家。人為感觀排氣不可靠，防止暴膜安全事故的發(fā)生，這是很重要的。

5.2 對(duì)大型規(guī)模場(chǎng)使用紅泥膜沼氣工程建議

經(jīng)調(diào)查3 000頭以上規(guī)模場(chǎng)紅泥膜沼氣工程，豬尿水污染物降解率在73%～85%之間，未達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)。這是什么原因呢？這是由于規(guī)模場(chǎng)大污染物排放量增大，不是簡(jiǎn)單幾何級(jí)數(shù)增加排污設(shè)施，如2 000頭在1 000頭規(guī)模設(shè)施基礎(chǔ)上增加2倍如處理池636立方×2, 3 000頭增加3倍636立方×3……這樣簡(jiǎn)單，應(yīng)參考城鎮(zhèn)生活污水處理廠污水處理工藝，增加曝氣生物濾池和填料（牡蠣殼 、貝殼、天然斜發(fā)沸石、頁(yè)巖陶粒、石灰?guī)r碎石等）等環(huán)保設(shè)施，則能提高對(duì)豬尿水污染物降解率，達(dá)到污水減排90%的目標(biāo)。

5.3 對(duì)冬季紅泥膜沼氣工程污水處理效果的觀察

文中公布的是夏季豬尿水檢測(cè)結(jié)果，因冬季紅泥膜沼氣池溫度降低，厭氧微生物活性降低，產(chǎn)沼氣減少，相對(duì)氨氮降解率降低。必須觀察冬季污水污染物降解率，采取沼氣池供熱等措施，保證豬尿減排效果。

6 結(jié)論

紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝可行，污水排放達(dá)標(biāo)，投入資金比例合適，產(chǎn)沼氣量大，沼氣發(fā)電、供暖等資源化利用率高，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可以大力宣傳和推廣。對(duì)大型養(yǎng)殖場(chǎng)（3 000頭以上）增加曝氣生物濾池和填料等環(huán)保設(shè)施，能達(dá)到豬尿減排90%的目標(biāo)。