沼氣工程與異位發酵床技術在豬場糞污處理中的運用

黃麗君 福州市畜牧站 福州 350007

2016 年以來，福州市通過標準化養殖場升級改造，擬保留存欄1 000 頭以上的規模生豬養殖場163 家，全市畜禽糞污產生量約為290 萬t，其中生豬占比65.39%，生豬養殖場糞污處理是畜牧糞污資源化利用工作的重中之重。根據《福州市加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用工作方案》，近幾年福州市在大力推廣糞污資源化利用，現有的糞污處理模式主要有沼氣工程還田利用模式和異位發酵床模式，其中異位發酵床模式處理的有36 家，沼氣工程與異位發酵床綜合處理模式的有8 家，沼氣工程模式處理的有119 家。基于糞污資源化利用的“源頭減量、過程控制、末端利用”原則，以福州市豬場糞污處理資源化利用的實際為前提，簡要探討兩種糞污資源化利用模式的共通之處和各自優劣。如何在規模化生豬養殖場中更好地運用兩種糞污資源化利用模式，是糞污資源化利用的重要課題。

1 基本原理和工藝流程

沼氣工程利用封閉式厭氧發酵，是解決養豬糞污處理及資源化利用的最有效途徑。異位發酵床技術利用好氧微生物處理技術，是養殖糞污處理及資源化利用的新技術。兩種糞污資源化利用模式在豬場中的應用各有優劣，相輔相成。

1.1 基本原理 規模化養豬場沼氣工程主要是通過厭氧消化，以處理污水為主，豬舍的糞污通過格柵、固液分離、沉淀池等方式預處理后，污水在厭氧條件下，通過種類繁多、數量巨大、功能不同的各類厭氧微生物對糞污中的有機物分解代謝，最終產生沼氣。沼氣可用來發電，沼渣、沼液可作為有機肥替代部分化肥和農藥。

異位發酵床技術是將養殖的糞污收集后，加入適宜的專門化菌種，通過噴淋裝置，將糞污均勻地噴灑在發酵槽內的墊料上，在好氧微生物作用下進行充分發酵，將糞污中的粗蛋白、粗脂肪、殘余淀粉、尿素等有機物質進行降解或分解成氧氣、二氧化碳、水，腐基質等通過翻拋機進行連續性有氧發酵，腐熟后的固態腐殖質加工成為配方有機肥。

1.2 生產工藝流程 沼氣工程與異位發酵床技術生產工藝流程見圖1-圖2。

圖1 異位發酵床技術生產工藝流程

圖2 沼氣工程還田利用生產工藝流程

2 管理要點

沼氣工程還田利用模式與異位發酵床模式，在前端糞污收集管理的原則是基本一致的，重點在于減量，盡量減少糞污產生或者降低糞污有機物濃度；在中段過程的控制管理中，兩種模式在設備投入、日常管理、技術維護等方面差別較大，產生的效益也各有優劣；在末端利用上，兩種模式都是以糞污資源化利用為主。沼氣工程模式，“三沼”的綜合利用是沼氣工程的效益之源；異位發酵床模式主要生產配方有機肥，可以達到零排放無污染。

2.1 糞污收集過程遵循減量化 目前沼氣工程模式中，厭氧發酵主要是對廢水進行處理，需經過固液分離將糞便和尿水分開收集，最大限度地保存糞中的營養物，減少污水中污染物的濃度。干糞外銷或者生產有機肥。在異位發酵床模式中，發酵床處理糞污的容量有限，含水量過多容易導致“死床”，減少污水產生量更是管理的重中之重。所以，無論是沼氣工程模式還是異位發酵床模式，在源頭進行控制、采取清潔生產工藝、減少污水產生都是管理的重點。采用源頭控制主要措施有：一是使用漏縫地板，采用干清糞工藝；二是雨污分流，修建雙排水溝，一條收集雨水，一條收集糞污；三是優化飼料配方，提高飼料利用率；四是改進飼養技術，減少飼料浪費。選用兩種不同處理模式，糞污收集工藝方向一致，豬舍改造或建設也是異曲同工。

2.2 糞污處理過程控制各有優劣 兩種處理模式的原理截然相反，沼氣工程基于微生物厭氧發酵的技術，分解污水中的有機物，產生沼氣；而異位發酵床是基于好氧微生物發酵，降解糞污中的有機物，墊料腐熟后用于生產配方有機肥。因此，兩種模式的裝備設施，管理要點均有所不同，有優有劣。

一是裝備設施。沼氣工程的裝備設施更為復雜，工程所需的基本設施主要有：貯水池、固液分離機、厭氧發酵池（灌）、沼氣凈化裝置、貯氣池、沉淀池或沼液儲存池等；異位發酵床模式所需設施有集污池、噴淋池、噴淋機以及發酵床。在裝備設施上，沼氣工程設施設備多，工藝復雜，管理要求也較高，因此，占地面積更大、資金投入也更大。異位發酵床模式所需的裝備設施相對來說更簡單，工藝簡便，管理要求不高，所占面積較小、資金投也更少。據統計，以萬頭豬場為例，采用能源環保型的沼氣工程總投資是發酵床模式的2.4 倍，占地面積更是達到4 倍以上。

二是生產管理。在糞污資源化利用的大前提下，沼氣工程技術發展至今，技術不斷更新改進并且應用成熟，目前規模化豬場大力推行干清糞工藝，固體糞污與污水實現干濕分離，糞污水中的有機物和懸浮物含量較少，沼氣工程以處理污水為主，運用高水力負荷的發酵工藝，如升流式厭氧污泥床反應器（UASB）、升流式固體反應器（USR）等；設備和技術人員的要求較高，在實際應用中，需要花費大量的維護費用。異位發酵床模式，原理簡單，技術相對而言較為簡便，日常管理關鍵在于合理墊料填充、選擇合適菌種、適度控制好水分和溫度、適量糞尿添加、適宜的翻耙頻次；實際應用中，維護費用較少，但處理量有限，與沼氣工程相比，異位發酵床無法承擔大規模糞污處理。

2.3 資源化利用 沼氣工程還田利用模式，一方面是經厭氧發酵產生沼氣，發電并網或者用于豬場自身耗能，如冬季豬舍保溫加熱、飼料加工粉碎等，不僅可以緩解能源緊張，抵消部分運營成本，還可以獲得較高的經濟效益。據統計，以800 頭豬場為例，全年可產生沼氣量17 000 m3，可供32 戶農戶使用，可替代相當于54 000 m2林地年蓄積量的薪柴，還可以節約排污費0.9 元/t。另一方面發酵后沼渣可以做基肥，而沼液則用于噴施和灌溉有機液肥，不但可以降低豬場的排污成本，消除對環境的污染，同時可以提高農作物產量和質量，而干糞部分可用作堆肥或制造商品有機肥直接賣給農戶。積量異位發酵床模式，經發酵后固態腐殖質體積小、重量輕，不僅是有機肥的良好輔料，還因為運輸成本減小，便于遠距離運輸利用。實踐經驗表明，以谷殼、木屑為原料作為墊料的發酵基質，墊料使用周期可達3 年，每出欄1 頭育肥豬可產生腐殖質約200 kg，按市場價250 元/t 計算，1 個萬頭豬場年可增收50 萬元。異位發酵床技術處理豬場糞污水不僅可以實現豬場糞污“零排放”，治污能力更是傳統沼氣生態治理模式的1.8 倍，可以生產優質的有機肥，可全部資源化利用。

3 存在問題

異位發酵床實際應用過程中常出現的問題有：一是因為極端天氣、保溫不足或消毒水誤入導致“死床”；二是墊料原料成本高，限制發展；三是重金屬殘留問題。開發更合適的發酵墊料，加強生產過程中的日常管理，解決重金屬殘留問題是異位發酵床技術模式發展的關鍵。

沼氣工程模式投入高，技術難度大，后期運行成本高，設備和技術人員往往跟不上，要發展沼氣工程就需要解決影響沼氣工程發展的阻礙因素。要加大資金扶持力度，把控好沼氣工程設計、建設和運行各個環節的質量，使沼氣工程建設能夠順利、高效運行。

4 應用情況

沼氣工程還田利用模式，對糞污處理的能力強，適用于遠離城市、土地寬廣、有足夠農田消納面積的大中型規模養豬場。異位發酵床模式糞污處理能力有限，適合南方水網地區、周圍農田受限的中小型規模養豬場。

若沒有足夠的消納地，通過農戶點對點、點對面或整縣推進集中處理，無論是異位發酵床模式還是沼氣工程模式，也可以形成良好的農業生態循環經濟模式。

福州市大力推進生豬糞污資源化利用，兩種糞污處理模式在實際應用中相得益彰。截至目前，福州市糞污資源化利用率達96.97%，規模養豬場糞污處理設施裝備配套率100%。全市建設畜禽糞污資源化集中處理中心2 處。新建沼氣工程112 處，發酵容積32 萬m3，利用沼氣用于生活用氣9.73 萬m3，利用沼氣發電46.15 萬千瓦時。建設異位發酵床34 家，面積4.18 萬m2，（廠內）新建儲液池55.03 萬m3，（廠外）消納地儲液池22.85 萬m3。不管是異位發酵床模式還是沼氣工程模式，在福州市畜禽糞污資源化利用項目中都至關重要。

5 綜合建議

綜上所述，沼氣工程還田模式與異位發酵床模式在生豬糞污處理及資源化利用中都是不可或缺的關鍵技術。在實際應用中，可因地制宜選擇一種模式或將兩種模式進行組合，最大限度地實現養分的資源化利用，在實現經濟效益的前提下，實現環保效益的最大化。規模化養豬場沼氣工程初始投資巨大，中大型養豬場若資金充足，具備建設沼氣工程的條件，可優先選擇沼氣工程模式；而中小型養豬場可選擇操作簡便、技術維護成本較低的異位發酵床模式。此外，兩種模式結合使用，也可作為豬場糞污處理資源化利用的一個方向。