規模化養豬場糞污全量收集及貯存工藝設計

徐鵬翔，沈玉君，丁京濤，孟海波，張朋月，薛 楠

規模化養豬場糞污全量收集及貯存工藝設計

徐鵬翔1,2，沈玉君1,2，丁京濤1,2，孟海波1,2※，張朋月1,2，薛 楠3

（1. 農業農村部規劃設計研究院，北京 100125；2. 農業農村部資源循環利用技術與模式重點實驗室，北京 100125；3. 山西省臨猗縣豐淋牧業有限公司，運城 044104）

基于全量收集的糞污貯存技術具有糞尿收集方便、運行成本低廉和養分利用率高等特點，在歐美等發達國家得到了普遍應用，是一種適合在中國華北、西北等地區和土地匹配較充足的區域進行推廣的糞污處理與還田利用技術。文章以規模化養豬場尿泡糞全量貯存技術為研究對象，分析了尿泡糞收集量、貯存工藝控制參數、貯存設施設計和投資運行成本等內容，旨在為該技術的推廣應用提供參考。結果表明：每頭生豬整個飼養周期內尿泡糞收集量為0.70 m3；糞污貯存設施分為舍內貯存池和舍外貯存罐2種，糞污貯存方法可采取舍內貯存、舍外貯存和舍內結合舍外貯存3種。糞污pH值酸化至5.5～6.5，氨排放量最高可減少80%；糞肥還田前一般要求存儲時間為6個月。以存欄5 000頭規模養豬場為例，舍內貯存池所需容積為6 600 m3，投資660萬元；舍外貯存罐所需容積為4 118 m3，投資206萬元；舍內結合舍外貯存設施所需容積為8 214 m3，投資651萬元；糞污處理成本為3.83萬元/a，施肥成本為10.8萬元/a；全部糞肥還田可滿足133 hm2農田用肥，節省化肥6.0萬元/a，該研究可為糞污貯存及利用提供參考。

糞；貯存；全量收集；工藝設計

0 引 言

糞污全量收集還田利用模式是將養殖場產生的糞便、尿液和污水集中收集，全部進入貯存設施，糞污通過貯存處理后在施肥季節進行還田利用；該模式是2017年農業農村部發布的7種畜禽糞污資源化處理典型模式之一。糞污全量收集類型包括水泡糞和水沖糞2種：通過水沖洗圈舍，使糞尿污水混合進入圈舍地板下的糞溝后收集到的糞污被稱為水沖糞；糞污收集過程不使用或僅用少量沖洗水，通過全漏縫地板收集到的糞污被稱為水泡糞。如果糞污收集過程中不使用沖洗水，也沒有養殖用水進入，此類糞污也叫做尿泡糞，是水泡糞工藝的一種特殊類型。

基于全量收集的糞污貯存技術在國外應用已比較成熟。據了解，法國和荷蘭等歐洲國家養殖場糞污收集主要采用水泡糞工藝，糞污經漏縫地板進入糞溝中，待糞溝儲滿后打開閘門將糞污輸送至舍外貯存池，貯存一定時間后還田利用[1]。德國的生豬、奶牛場主要采用深糞坑系統進行糞污全量貯存處理，貯存6～9個月后直接還田。丹麥的部分養殖場在糞污全量貯存過程中，采用加入酸化劑的方式提高養分固持效率[2]。

近年來，中國政府高度重視畜禽養殖廢棄物處理和資源化利用工作，并堅持畜禽養殖廢棄物以就近、就地用于農村能源和農業有機肥為主要使用方向。目前，中國規模化養殖場糞污收集方式主要有干清糞、水沖糞和水泡糞3種。2018年畜禽糞污資源化利用第三方評估數據統計顯示，中國規模化養殖場中采用干清糞工藝的養殖場占比為88.45%，采用水沖糞和水泡糞工藝的養殖場占比為9.80%，采用墊料和其他方式的養殖場占比為1.75%。整體來看，干清糞仍然是中國養殖場采用的主要清糞方式，該工藝通常包括固液分離、糞便堆肥和糞水多級處理等環節，但最終出路仍然是還田。固體和液體分別處理造成養分損失過多、處理成本偏高等問題，從糞肥還田角度來看是一種資源與成本浪費。從養殖污水產生量上來看，水沖糞工藝雖能及時、有效地清除舍內的糞尿，但耗水量較大[3]，干清糞工藝污水產生量低于水沖糞和水泡糞工藝[4]；祝其麗等[5]調研結果表明，3種不同清糞工藝下每頭豬污水產生量分別為干清糞10～14 L/d，水泡糞22～24 L/d，水沖糞28～40 L/d。由此可知，目前常用的3種清糞方式均需要消耗一定量的水，用水量的增加提高了能耗、污水處理和糞水還田等成本。與以上3種糞污收集方式相比，尿泡糞最大的特點是不需要沖洗水，養殖過程中僅有少量飲水灑落于糞污中，不僅節省了用水量，而且減少了后期糞污處理和糞水還田負擔。

基于全量收集的糞污貯存技術主要優點有糞污收集過程簡單、貯存設施建設成本低、處理運行費用較低以及糞肥養分利用率高等，主要不足表現在糞污貯存設施容積要求較大，需要足夠的土地消納糞肥。整體來看，該技術在中國北方地區和土地匹配較充足的區域具有較好的應用前景。本文重點圍繞規模化養豬場尿泡糞全量收集與貯存處理模式下的糞污收集、工藝控制、設施建設和投資成本等方面進行分析，旨在為基于全量收集的糞污貯存技術推廣應用提供參考。

1 規模化養豬場糞污的產生與收集

1.1 糞污產生量

規模化養豬場糞污產生量與豬的品種、生長階段、飼養周期、飼料成分、飼喂方式和環境條件等因素相關。現有文獻中大多是根據調研或試驗測量數據給出一個參考數值，用于估算養殖期間糞污產生量，經統計，國內文獻報道的糞污產生量數據如表1所示。

表1 生豬糞污產生量統計

由表1可知，生豬糞便產生量一般取2.00～3.50 kg/d，尿液產生量一般取3.30～3.50 L/d；國家環境保護標準《畜禽養殖業污染治理工程技術規范（HJ 497-2009）》中推薦生豬糞便產生量為2.00 kg/d，尿液產生量為3.30 L/d。如果生豬飼養期按180 d計算，則每頭生豬整個飼養期糞污產生總量約0.95 t。農業農村部規劃設計研究院的調研數據顯示，每頭生豬飼養期間產生的糞污量約為0.70 m3（糞污主要為液態，密度按1 t/ m3估算，相當于0.70 t），因此，以上文獻中的數據估算可能比實際值偏大。

蘇文幸[12]將生豬飼養期分為仔豬期、保育期、育肥期、空懷期和妊娠期，每個階段產生的糞污量差距較大，如果僅考慮生豬育肥至約110 kg出欄，則糞污產生量數據如表2所示。

表2 生豬飼養不同階段糞污產生量統計

由表2數據計算可知，每頭生豬整個飼養期間產生的糞污總量約為0.69 t，與實際調研數據0.70 t基本一致，因此，依據不同生長階段糞污產生量計算整個飼養期糞污總量較為合理。

綜上分析，規模化養殖場生豬從斷奶仔豬到出欄飼養期約需6個月，每頭生豬糞污產生量約0.70 m3。

1.2 尿泡糞全量收集

尿泡糞全量收集是在養殖圈舍下建有糞污貯存池，糞便和尿液通過漏縫地板全部進入地下貯存池，養殖過程中不使用沖洗水，只有極少量飲水灑落至糞尿混合物。尿泡糞地下貯存池深度一般為1.1～2.8 m，容積可滿足生豬整個飼養期間所產生糞污的容納需求，存儲時間5～6個月，一般一批育肥豬出欄后清理一次貯存池。尿泡糞模式下每頭生豬整個飼養期間產生的糞污量為凈糞便和尿液量，其收集量取0.70 m3。

2 糞污兼氧貯存工藝

2.1 工藝特點

糞污兼氧貯存具有以下特點：1）存儲原料為豬糞便和尿液的混合物，未經固液分離，整體呈液態，含固率為5%～15%；2）存儲設施為半封閉舍內貯存池或敞口式舍外貯存池，糞污表面可自然通風，整體呈兼氧狀態；3）存儲時間要求達到5～6個月，貯存池容積應不小于單個飼養周期或作物施肥最大間隔期內的糞污產生量；4）存儲結束時要求蛔蟲卵死亡率≥95%、糞大腸菌群數要求≤100個/mL。

2.2 糞污貯存工藝流程

生豬養殖過程中產生的糞便和尿液通過漏縫地板進入地下貯存池，因整個飼養期間圈舍內不使用沖洗水，故形成尿泡糞。貯存設施容積可滿足每批生豬從進欄至出欄期間產生的糞污容納需求，糞污存儲時間與飼養周期一致，一般5～6個月，最長可達9個月。每批育肥豬出欄后，將貯存池中的糞肥還田利用，然后清理貯存池，引入下一批生豬。尿泡糞貯存工藝流程詳見圖1。

圖1 糞污貯存工藝流程

糞污貯存設施分為舍內貯存池和舍外貯存罐2種。舍內貯存模式的特點是集糞污收集與貯存于一體，節水節能，節省勞動力，無需在舍外再建糞污貯存池，但也存在基礎建設成本高、需與養殖圈舍統一規劃設計等限制條件，適合于大型新建養殖場采用。舍外貯存模式同樣具有節水節能和糞污收集方便等特點，與舍內貯存模式相比，節省了養殖圈舍投資成本，但需要再配套建設舍外貯存池，以滿足糞污存儲需求。從糞肥利用角度來看，舍外貯存模式靈活性較好，適合于中小規模養殖場或部分改造型養殖場采用。

2.3 工藝控制參數

2.3.1 貯存時間

糞污貯存時間一般由2個因素決定，一個是飼養周期，另一個是糞肥利用季節。從飼養周期來看，國內規模養豬場從仔豬進欄到出欄一般飼養150～180 d，對應的尿泡糞貯存時間為5～6個月。從糞肥利用時間來看，大田作物基肥施用時間以9～10月和2～4月為主，施肥間隔期為6個月。據調研，歐洲國家基本要求養殖糞污貯存4～6個月后才能還田；其中英國要求最少貯存4個月，法國要求4～6個月，荷蘭要求6個月，德國要求6個月，丹麥要求9個月。

從病原菌去除效果來看，在不同環境溫度、不同pH值等條件下所需的糞污貯存時間不同。Nicholson等[13]研究結果表明，在糞污存儲過程中大腸桿菌、沙門氏菌和彎曲桿菌最多能存活3個月，李斯特菌最多能存活6個月。Placha等[14]以豬糞為原料進行存儲試驗，結果表明糞便中的沙門氏菌在夏季存活了26 d，在冬季存活了85 d。Manyi-Loh等[15]認為，糞污貯存過程中病原菌的去除跟環境溫度密切相關，當環境溫度≤5 ℃時，至少需要存儲6個月；當環境溫度＞5 ℃時，至少需要存儲4個月。綜合對比國內外養殖糞污貯存時間相關標準和研究結果，認為畜禽糞污貯存6個月后即可還田施用。

2.3.2 pH值

糞污貯存過程中，通過添加酸性物質調節物料pH值，可抑制NH3的形成，減少氨氮的揮發。Jensen等[16-18]用硫酸對豬糞進行了酸化處理，pH值調在5.5～6.4。Panetta等[19]用鹽酸對豬糞進行了酸化處理，pH值調在4.5～5.3。Berg等[20]用乳酸對豬糞進行了酸化處理，pH值調在5.5～6.0。Safley等[21]用過磷酸鈣對豬糞進行了酸化處理，pH值調在5.5。Lefcourt等[22-24]研究結果表明，添加硫酸可減低氨排放50%～88%；Kai等[17]研究結果表明，添加硫酸鋁可減低氨排放60%～98%。Pain等[25]研究結果表明，在養豬場糞污貯存池中添加酸化劑可減低氨排放40%～80%。綜合分析，糞污貯存過程中常用酸化劑有硫酸、硝酸、鹽酸、乳酸、過磷酸鈣、硫酸鋁和氯化鋁等，pH值一般調在5.5～6.5，氨排放最高可減少80%以上。硫酸和硫酸鋁能以較低的添加量將糞污pH值調至5.5，并且顯著減少氨氣的排放[26]。酸化劑添加量跟糞污類型、固形物含量等因素密切相關。以調節豬糞污pH值至5.5為例，若以硫酸為酸化劑，每噸糞污需要添加5 kg[27]；若以硫酸鋁為酸化劑，每噸糞污需要添加20 kg[28]。

按照酸化劑添加場所不同，糞污酸化方法主要分為室內循環酸化、貯存池酸化和施肥車酸化3種[29]。室內循環酸化采取的是一種長期連續酸化方法，糞污通過輸送管道流入酸化池，每天或每周定期給酸化池添加酸化劑，酸化后的糞污經攪拌均勻后一部分流入貯存池，一部分再次進入輸送管道流入酸化池，以此不斷循環。貯存池酸化是將酸化劑存儲罐設置于貯存池旁邊進行定期加酸，并在糞污貯存池中設置攪拌器給予均勻攪拌的一種酸化方式，可以采取短期酸化或長期酸化方法，即糞肥在臨近還田時進行酸化或在還田前幾個月開始酸化。施肥車酸化是指糞肥在還田運輸過程中將酸化劑加入罐體進行酸化的一種方法，糞肥酸化后快速施入土壤，被認為是一種短期酸化法。

2.4 糞污兼氧貯存工程案例

2.4.1 典型案例

經調研，基于全量收集的糞污貯存技術在國內應用案例較少，實際應用效果較好的幾個案例主要分布在北方地區，詳見表3。

表3 糞污全量收集貯存案例

對比分析發現，基于全量收集的糞污貯存技術具有以下幾個特點：1）該技術可使用于不同規模的養豬場，技術應用前提條件是養殖規模、糞污貯存設施容積和種植還田面積相互匹配；2）糞污貯存方法分為舍內貯存、舍內+舍外貯存和田間貯存3種，其中舍內+舍外貯存模式應用較多；3）糞污自然貯存時間一般為4～9個月，個別養殖場采取添加菌劑、增加保溫等措施后可縮短至2個月；4）糞污還田方式分為罐車輸送和管道輸送2種，罐車輸送應用較多；5）配套土地面積由養殖規模決定，存欄500頭生豬至少需要匹配土地6.7 hm2。

2.4.2 貯存效果

臨猗縣豐淋牧業有限公司生豬養殖場采取糞污全量收集與舍外貯存模式，公司自2012年成立以來不斷完善糞污貯存模式并帶領周邊地區實現了 70%的糞污兼氧貯存和肥料化利用。該養殖場糞污貯存池取樣分析數據表明，尿泡糞貯存5個月后，糞大腸菌群數和蛔蟲卵死亡率指標可達到《畜禽養殖業污染物排放標準（GB 18596—2001）》規定要求[30]，糞大腸菌群數≤1×105個/L，蛔蟲卵死亡率≥95.0%，詳見表4。

表4 尿泡糞大腸菌群數與蛔蟲卵死亡率指標檢測結果

臨猗縣豐淋牧業生豬養殖場糞污貯存池取樣分析數據表明，尿泡糞貯存過程中總養分含量可達15.55 g/kg，遠高于《沼肥施用技術規范（NY/T 2065-2011）》規定指標要求[31]，詳見表5。

表5 養分指標

注：《沼肥施用技術規范（NY/T 2065-2011）》中要求，沼液鮮基樣的總養分含量應≥2.00 g·kg-1。

Note: Technical code for application of anaerobic digestate fertilizer（NY/T 2065-2011）required that the total nutrient content of digested effluent should more than 2.00 g·kg-1.

3 糞污全量收集與貯存設施

3.1 貯存設施最小容積計算

養殖糞污貯存設施分為舍內貯存池和舍外貯存罐2種。糞污貯存設施的容積應考慮養殖規模和存儲周期等因素，可滿足整個養殖周期內的糞污存儲需求。糞污貯存設施最小容積計算方法如下：

V= 0.7（1）

式中V為糞污貯存池容積，m3；為生豬存欄量，頭。

以存欄5 000頭規模養豬場為例，糞污貯存池容積至少需要3 500 m3。

3.2 舍內貯存池容積計算

舍內貯存設施為地下貯存池，占地面積與圈舍面積相同，漏縫地板與糞污表層之間高度不小于0.5 m，預留空間過淺容易影響糞污的貯存效果，導致有毒氣體散發到豬舍內，影響空氣質量。貯存池底層采用混凝土澆灌并抹平，池低和四周墻體要有防滲漏設計，防止地下水和糞污的滲漏。

舍內貯存池容積計算過程如下：

1）已知生豬存欄量；

2）計算養殖舍建筑面積；每頭豬的占地面積系數為1.2，則占地面積計算公式為：

= 1.2（2）

3）計算糞污貯存池最小高度H；

H=V/（3）

4）計算糞污貯存池所需高度；

=H+ 0.5 （4）

式中0.5為漏縫地板與糞污表層之間的最小預留高度，m；

5）確定糞污貯存池容積；

=·（5）

以單棟存欄500頭育肥豬圈舍為例，對糞污貯存池容積及尺寸進行計算。由以上計算方法可得，= 600 m2，H= 0.6 m，= 1.1 m，= 660 m3。貯存池的長度、寬度與養殖舍相同，高度為1.1 m。存欄5 000頭生豬養殖場需要10個貯存池（10棟圈舍）。舍內貯存池實物圖如圖2所示。

圖2 舍內貯存池

3.3 舍外貯存罐容積計算

舍外貯存罐分為磚混結構和鋼結構2種類型，國外使用半地下鋼結構拼裝罐較多，國內一般使用全地下磚混結構貯存罐。罐內壁采用混凝土澆灌，防止糞污滲漏。舍外貯存罐容積計算過程如下：

1）已知生豬存欄量；

2）計算貯存罐占地面積S；根據《畜禽養殖污水貯存設施設計要求（GB/T 26624-2011）》[32]，糞污貯存罐深度最高為6.0 m，上部預留空間為0.9 m，因此糞污存儲深度取5.1 m。可得貯存罐占地面積計算公式：

S= V/5.1 （6）

3）計算貯存罐直徑

以存欄5 000頭育肥豬為例，貯存罐容積為4 118 m3，占地面積為700 m2，直徑為30 m，高度為6 m。舍外貯存罐實物圖如圖3所示。

3.4 舍內+舍外貯存設施容積計算

有的養殖場為了減少舍內糞污貯存壓力，采取舍內貯存池和舍外貯存罐聯合存儲糞污的方法，即糞污在舍內貯存池存儲1～2個月，再輸送至舍外貯存罐存儲4～5個月。現以舍內存儲2個月、舍外存儲4個月為例，所需貯存設施容積計算如下：

圖3 舍外貯存罐

1）舍內貯存池容積計算。

由表2數據可知，生豬養殖過程中不同飼養階段所產生的糞污量不一樣，為了保證貯存池容積可滿足最大存儲量需求，每頭豬每天產污量參考育肥期數據取5.81 L/d，則存欄500頭生豬2個月內產生最大糞污量為174.3 m3。

根據3.2中的方法計算，舍內貯存池高度為0.8 m，容積為480 m3。

由3.2可知，存欄5 000頭生豬養殖場所需舍內貯存池總容積為4 800 m3。

2）舍外貯存罐容積計算。

舍外貯存罐容積同樣從最大存儲需求量角度考慮進行計算。由于舍外貯存罐存儲期為4個月，由表2數據可知，將生豬養殖過程中糞污產生量最大的時期分配為保育期50 d和育肥期70 d，則此期間5 000頭生豬糞污產生量為2 900 m3。

根據3.3中的方法計算，舍外貯存罐所需占地面積為569 m2，由公式（7）計算可得貯存罐直徑為27 m，總容積為3 414 m3。

4 成本與效益分析

4.1 投資成本

不同類型的養殖糞污貯存設施的建設參數和投資額度不同，以存欄5 000頭生豬養殖場為例，舍內和舍外及2種組合貯存設施投資成本見表6。

表6 糞污貯存設施建設參數

4.2 運行成本

4.2.1 糞污處理成本

糞污全量收集與貯存模式處理成本主要包括人工費、電費和水費。以存欄5 000頭規模養豬場為例，尿泡糞工藝糞污收集處理成本包括人工費3.6萬元，電費0.08萬元，水費0.15萬元，總費用合計3.83萬元/a。與干清糞工藝相比，糞污處理成本每年可節省13.8萬元，2種工藝糞污處理成本對比見表7。

表7 糞污處理成本

4.2.2 糞肥施用成本

糞污全量收集與貯存模式糞肥施用成本主要包括運輸費、電費和耗油費。以存欄5 000頭規模養豬場為例，尿泡糞工藝因不需要用水，其糞污產生量較少，糞肥施用費用合計10.8萬元/a。糞肥施用成本見表8。

表8 糞肥施用成本

4.3 綜合效益

以存欄5 000頭生豬養殖場為例，年產尿泡糞總量約為7 000 m3，以每畝地施用糞肥3.5 m3計算，替代25%的化肥，節省化肥成本為450元/hm2，則7 000 m3糞肥可滿足133 hm2農田用肥，可節省費用6.0萬元。除此之外，施用糞肥還可改善土壤質地、提高農產品品質和銷售價格，從而產生一定經濟效益。

5 討 論

本研究圍繞基于全量收集的糞污貯存技術，分析了糞污全量貯存工藝特點及參數控制、貯存工程案例及效果、貯存設施類型及設計等內容，結合成本與效益分析結果表明，該技術具有工藝操作簡單、設施配套靈活、運行成本低廉等特點，可最大程度實現糞污源頭減量和糞肥還田利用的目標，有利于種養結合循環發展。但是，糞污全量貯存技術也有其使用條件，養殖場在滿足貯存設施容積、配套土地面積和糞肥還田途徑3個條件下可選擇該技術，糞肥是否能夠順利還田是決定這一技術能否推廣應用的關鍵因素。

糞污貯存設施類型可分為舍內貯存和舍外貯存2種，在實際運行中可靈活采取多種形式。一是舍內貯存池單獨貯存，要求與養殖圈舍統一設計、統一建設，已建圈舍難以改造成這種模式；二是舍外貯存設施單獨貯存，可根據存儲需求進行建設，設施類型包括地下貯存罐/池、地上貯存罐和田間貯存池等；三是舍內舍外結合貯存，這種方法具有多種組合形式，包括舍內貯存池+舍外貯存罐、舍內貯存池+舍外貯存池、舍內貯存池+田間貯存池等，可解決舍內貯存池容積不足、單個貯存池容積要求過大和糞污貯存時間不一致等問題，在養殖場中應用比例較高。

糞污貯存過程中同樣會存在一些環境污染風險，主要包括臭氣的產生和病原菌的去除2方面。糞污貯存過程中產生的氣體主要有NH3、H2S、CH4、N2O以及一些揮發性物質等，這些氣態物質如不加以控制，一方面會影響舍內環境和生豬的健康生長，另一方面會導致養分損失和環境污染。對于臭氣的控制，目前主要有酸化和覆蓋2種方法，糞污酸化可減少80%以上的NH3揮發[29]，可在舍內或舍外貯存池中應用；覆蓋可使氨排放減少95%[33]，常用的覆蓋材料有聚氯乙烯塑料膜、輕質黏土、木屑、稻草和秸稈類等，主要應用于舍外貯存池/罐。研究表明，糞污貯存期達到6個月后可實現病原菌的有效去除，但實際操作中因糞污收集時間不同可能導致貯存池中底部糞污存儲時間較長、上部糞污存儲時間過短的現象存在，因此糞肥還田前可能存在一定的環境風險。對于這一問題，建議采取多個貯存池按序存儲的方法給予解決，通過多個貯存池分別隔離存儲，保證每個貯存池的糞污存儲時間達到要求，從而避免單一貯存池中新鮮糞污無害化不徹底的隱患。

6 結 論

1）根據收集與存儲方式不同，尿泡糞全量收集與貯存工藝分為舍內貯存、舍外貯存和舍內結合舍外貯存3種，其中尿泡糞舍內貯存模式具有節水節能和糞污收集方便等特點，土建成本較高，需與養殖圈舍同步設計，適合于大型新建養殖場采用；尿泡糞舍外貯存模式、舍內結合舍外貯存模式糞污收集及貯存原理與尿泡糞舍內貯存模式相同，但需配套建設舍外貯存池，適合于中小規模養殖場新建或部分已建養殖場改造時采用。

2）糞污酸化可顯著減少氮素的損失，當糞污pH值酸化至5.5～6.5時，氨排放最高可減少80%以上。糞肥還田前一般要求存儲時間為6個月。以存欄5 000頭規模養豬場為例，舍內貯存池所需容積為6 600 m3，最小池深為1.1 m；舍外貯存罐所需容積為4 118 m3，深度為6.0 m；舍內結合舍外貯存設施容積需要8 214 m3，其中舍內貯存池深0.8 m，存儲期2個月，舍外貯存罐深6.0 m，存儲期4個月。

3）以存欄5 000頭規模養豬場為例，舍內貯存池建設成本需要660萬元，舍外貯存罐建設成本206萬元，舍內結合舍外貯存設施建設成本651萬元；尿泡糞處理成本為3.83萬元/a，施肥成本為10.8萬元/a。養殖糞肥替代化肥不僅可改善土壤和作物品質，還可以產生一定經濟效益，存欄5 000頭生豬養殖場每年產生糞肥約7 000 m3，可滿足133 hm2農田用肥，節省化肥成本6.0萬元。

[1] 李孟嬌，董曉霞，李宇華. 發達國家奶牛規模化養殖的糞污處理經驗：以歐盟主要奶業國家為例[J]. 世界農業，2014，5：10-15.

[2] 隋斌，孟海波，沈玉君，等. 丹麥畜禽糞肥利用對中國種養結合循環農業發展的啟示[J]. 農業工程學報，2018，34(12)：1-7. Sui Bin, Meng Haibo, Shen Yujun, et al. Utilization of livestock manure in Denmark and its inspiration for planting-breeding combined circular agricultural development in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(12): 1-7. (in Chinese with English abstract)

[3] 張慶東，耿如林，戴曄. 規模化豬場清糞工藝比選分析[J]. 中國畜牧獸醫，2013，40(2)：232-235. Zhang Qingdong, Geng Rulin, Dai Ye. Comparison analysis of dung treatment technology on scale pig farms[J]. China Animal Husbandry & Veterinary Medicine, 2013, 40(2): 232-235. (in Chinese with English abstract)

[4] 劉安芳，阮蓉丹，李廳廳，等. 豬舍內糞污廢棄物和有害氣體減量化工程技術研究[J]. 農業工程學報，2019，35(15)：200-210. Liu Anfang, Ruan Rongdan, Li Tingting, et al. Research progress of in-house reduce engineering technology for piggery manure wastes and poisonous gas[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(15): 200-210. (in Chinese with English abstract)

[5] 祝其麗，李清，胡啟春，等. 豬場清糞方式調查與沼氣工程適用性分析[J]. 中國沼氣，2011，29(1)：26-28. Zhu Qili, Li Qing, Hu Qichun, et al. Investigation and analysis of animal manure collection methods on pig farms and their applicability to the anaerobic digestion[J]. China Biogas, 2011, 29(1): 26-28. (in Chinese with English abstract)

[6] 李培培，王建華，張寶珣，等. 青島市畜禽糞便排放量與農田負荷量分析[J]. 黑龍江畜牧獸醫，2015，8：132-135.

[7] 郭冬生，王文龍，彭小蘭，等. 湖南省畜禽糞污排放量估算與環境效應[J]. 中國畜牧獸醫，2012，39(12)：199-204. Guo Dongsheng, Wang Wenlong, Peng Xiaolan, et al. The estimation of the production amount of livestock and poultry and its environmental effect in Hunan Province[J]. China Animal Husbandry & Veterinary Medicine, 2012, 39(12): 199-204. (in Chinese with English abstract)

[8] 周凱，雷澤勇，王智芳，等. 河南省畜禽養殖糞便年排放量估算[J]. 中國生態農業學報，2010，18(5)：1060-1065. Zhou Kai, Lei Zeyong, Wang Zhifang, et al. Estimation of annual total livestock/poultry excrement in Henan Province[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2010, 18(5): 1060-1065. (in Chinese with English abstract)

[9] 龐鳳梅，李鵬，李玉浸，等. 天津市畜禽糞便年排放量估算及控制對策研究[J]. 農業環境與發展，2008，3：82-85.

[10] 彭里，王定勇. 重慶市畜禽糞便年排放量的估算研究[J]. 農業工程學報，2004，20(1)：288-292. Peng Li, Wang Dingyong. Estimation of annual quantity of total excretion from livestock and poultry in Chongqing municipality[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2004, 20(1): 288-292. (in Chinese with English abstract)

[11] 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.

[12] 蘇文幸. 生豬養殖業主要污染源產排污量核算體系研究[D]. 長沙：湖南師范大學，2012. Su Wenxin. Study on Accounting System of the Amount of Pollutants Producing and Pollutants Discharge in the Main Pollution Sources of Live Pig Farming Industry[D]. Changsha: Hunan Normal University. 2012. (in Chinese with English abstract)

[13] Nicholson F A, Groves S J, Chambers B J. Pathogen survival during livestock manure storage and following land application[J]. Bioresource Technology, 2005, 96: 135-143.

[14] Placha I, Venglovsky J, Sasakova N, et al. The effect of summer and winter seasons on the survival of Salmonella typhimurium and indicator micro-organisms during the storage of solid fraction of pig slurry[J]. Journal of Applied Microbiology, 2001, 91: 1036-1043.

[15] Manyi-Loh C E, Mamphweli S N, Meyer E L, et al. An overview of the control of bacterial pathogens in cattle manure[J]. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2016, 13(9): 1-27.

[16] Jensen A O. Changing the environment in swine buildings using sulfuric acid[J]. Transactions of the ASAE, 2002, 45(1): 223-227.

[17] Kai P, Pedersen P, Jensen J E, et al. A whole-farm assessment of the efficacy of slurry acidification in reducing ammonia emissions[J]. European Journal of Agronomy, 2008, 28: 148-154.

[18] S?rensen P, Eriksen J. Effects of slurry acidification with sulphuric acid combined with aeration on the turnover and plant availability of nitrogen[J]. Agriculture Ecosystems & Environment, 2009, 131: 240-246.

[19] Panetta D M, Powers W J, Lorimor J C. Management strategy impacts on ammonia volatilization from swine manure[J]. Journal of Environmental Quality, 2005, 34: 1119-1130.

[20] Berg W, Pazsiczki I. Mitigation of methane emissions during manure storage[J]. International Congress Series, 2006, 1293: 213-216.

[21] Safley L M, Nelson D W, Westerman P W. Conserving manurial nitrogen[J]. Transactions of the ASAE. 1983, 30: 1166-1170.

[22] Lefcourt A M, Meisinger J J. Effect of adding alum or zeolite to dairy slurry on ammonia volatilization and chemical composition[J]. Journal of Dairy Science, 2001, 84: 1814-1821.

[23] Shi Y, Parker D B, Cole N A, et al. Surface amendments to minimize ammonia emissions from beef cattle feedlots[J]. Transactions of the ASAE, 2001, 44: 677-682.

[24] Sims J T, Luka-McCafferty N J. On-farm evaluation of aluminum sulfate (alum) as a poultry litter amendment: effect on litter properties[J]. Journal of Environmental Quality, 2002, 31: 2066-2073.

[25] Pain B F, Misselbrook T H, Rees Y J. Effects of nitrification inhibitor and acid addition to cattle slurry on nitrogen losses and herbage yeilds[J]. Grass and Forage Science, 1994, 49(2): 209-215.

[26] Regueiro I, Coutinho J, Fangueiro D. Alternatives to sulfuric acid for slurry acidification: Impact on slurry composition and ammonia emissions during storage[J]. Journal of Cleaner Production, 2016, 131: 296-307.

[27] Eriksen J, Sorensen P, Elsgaard L. The fate of sulfate in acidified pig slurry during storage and following application to cropped soil[J]. Journal of Environmental Quality, 2008, 37: 280-286.

[28] Regueiro I, Coutinho J, Gioelli F. Acidification of raw and co-digested pig slurries with alum before mechanical separation reduces gaseous emission during storage of solid and liquid fractions[J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2016, 227: 42-51.

[29] Fangueiro D, Hjorth M, Gioelli F. Acidification of animal slurry-a review[J]. Journal of Environmental Management, 2015, 149: 46-56.

[30] 國家環境保護總局, 國家質量監督檢驗檢疫總局. 畜禽養殖業污染物排放標準：GB 18596-2001[S]. 北京：中國標準出版社.

[31] 中華人民共和國農業部. 沼肥施用技術規范：NY/T 2065—2011[S]. 北京：中國農業出版社.

[32] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局中國國家標準化管理委員會. 畜禽養殖污水貯存設施設計要求：GB/T 26624-2011[S]. 北京：中國標準出版社.

[33] Sommer S G, Christensen B T, Nielsen N E, et al．Ammonia volatilization during storage of cattle and pig slurry: Effect of surface cover[J]．The Journal of Agricultural Science, 1993, 121(1): 63-71．

Slurry manure collection and design of storage system on scaled pig farms

Xu Pengxiang1,2, Shen Yujun1,2, Ding Jingtao1,2, Meng Haibo1,2※, Zhang Pengyue1,2, Xue Nan3

(1.,,100125,; 2.,,100125,; 3..,,044104,)

There are about 3.8 billion tons of livestock and poultry manure produced every year in China. How to reusing these wastes has becoming an important issue. In recent years, Ministry of agriculture and rural affairs of China attaches great importance to the treatment and utilization of livestock and poultry manure, and insists that livestock and poultry manure should be mainly used for rural energy and organic fertilizer. At present, slurry manure can be collected by three means in China, called dry-dung cleaning manure, water flushing manure and deep-pit slurry manure. According to the statistics data about the utilization of livestock and poultry manure from the third-party in 2018, the proportion of farms adopting the technology of dry-dung cleaning manure is 88.45%, the proportion of water flushing manure and deep-pit slurry manure is 9.80%, and the proportion of other methods is 1.75%. It is noticeable that dry-dung cleaning is still the main method of manure cleaning in China's farms. Dry-dung cleaning process usually includes 3 steps such as solid-liquid separation, manure composting and waste water treatment, but all the products still need to be returned to the farmland finally. The treatment of solid and liquid wastes separately causes excessive nutrient loss and higher running cost, which is apparently a waste of resources. Compared with dry-dung cleaning manure and water flushing manure, deep-pit slurry manure do not need flushing water and reduced the total amount of slurry manure. Deep-pit slurry manure collected excrement through slatted floor and stored in manure storage pit has some characteristics such as easily collection of feces and urine, low operating cost and high efficiency of nutrient utilization which has been widely used in developed countries such as Europe and the United States. It is a low cost technology for slurry manure treatment and suitable for applying in North China, Northwest China and other regions with sufficient land. In this paper, the collection amount of swine manure, the storage process parameters of slurry manure, the design of storage construction and the cost of investment and operation were studied, which would provide support for the popularization and application of the technology. The results showed that the collection amount of slurry manure in the whole feeding period of each pig is 0.70 m3, and 6 months storage time was needed before the manure was returned to the farmland. When the pH value of slurry manure is acidified to 5.5-6.5, ammonia emission can be reduced by up to 80%. Slurry manure collection and storage facilities are divided into two types: under-floor pit inside the breeding house and outside below or above ground storage tank. There are three methods for slurry manure storage: under floor deep-pit storages, outside below ground concrete storages or above ground tank storages, or a combination of both. Take a scaled farm with 5 000 pigs as an example, the required volume of under-floor pit is 6 600 m3and the investment need 6.6 million yuan, the required volume of outdoor tank is 4 118 m3and the investment need 2.06 million yuan, the required volume of under-floor pit combined outdoor tank is 8 214 m3and the investment need 6.51 million yuan. The cost of manure treatment is 38.3 thousand yuan per year, the cost of manure spreading is 108 thousand yuan per year. All the manure can be returned to 133 hm2farmland and save cost of chemical fertilizer for about 60 thousand yuan per year.

manure; storage; collected through slatted floor; technological design

徐鵬翔，沈玉君，丁京濤，等. 規模化養豬場糞污全量收集及貯存工藝設計[J]. 農業工程學報，2020，36(9)：255-262.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.029 http://www.tcsae.org

Xu Pengxiang, Shen Yujun, Ding Jingtao, et al. Slurry manure collection and design of storage system on scaled pig farms[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(9): 255-262. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.029 http://www.tcsae.org

2020-01-13

2020-03-29

農業農村部規劃設計研究院自主研發項目：畜禽養殖糞水酸化貯存及施用技術研究（2018ZZYF0101）

徐鵬翔，高級工程師，博士，主要從事農業廢棄物資源化利用研究。Email：xpx527@126.com

孟海波，研究員，博士，主要從事農業廢棄物資源化利用研究。Email：newmhb7209@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.029

X713

A

1002-6819(2020)-09-0255-08