規模化豬場糞污生態循環利用工藝設計

龐建建，那 蕊

（北京京鵬環宇畜牧科技股份有限公司，北京 100094）

隨著社會的發展和人們對肉類日益增長的需求，中國畜牧業由集約化轉變為規模化養殖，但是規模化養殖也帶來了新的問題，養殖場糞污資源化利用率低，污染環境的同時還造成了資源浪費；種植業為了追求更高的產量，過量使用化肥，不但造成土壤質量惡化，還會導致糧食和農產品的品質下降，影響人民身體健康。2017 年以來，國家對大氣環境的治理成效顯著，并越來越重視養殖場的環境污染問題，先后制定了多項措施和法律法規促進該工作的推進和執行。2022 年2 月，農業農村部印發的《推進生態農場建設的指導意見》中提到，推廣化肥減量、畜禽糞污資源化利用、有機肥替代等技術，形成生態循環農業發展模式。因此，實現豬場糞污的資源化利用，尋找適合規模化豬場糞污資源化利用的工藝已迫在眉睫。本研究以山西省某豬場為例，介紹了生態循環利用工藝設計思路及方法，探索該工藝的可行性，以期為豬場的糞污處理設計提供思路和借鑒。

1 畜禽污染資源化處理常用模式

2017 年農業部印發的《畜禽糞污資源化利用行動方案（2017—2020 年）》中提出了7 種重點推廣應用的畜禽污染資源化處理模式，表1 為這7 種處理模式優缺點的對比［1-4］。

由表1 可知，每種糞污資源化處理模式都有一定的適用范圍，所以要根據養殖場具體的情況制定合適的處理模式。山西省某豬場周圍配套足夠的玉米地以消納液體糞污，因此該豬場在污水肥料化利用模式的基礎上，加入并優化了其他模式，形成了豬場糞污生態循環利用工藝模式。該豬場采用的工藝是基于法國、丹麥等畜牧業先進國家在糞污存儲利用方面的經驗［5，6］，結合中國的實際情況設計出種養結合生態循環利用工藝，即固液分離-液體糞污存儲發酵-液體有機肥還田、固體糞污堆肥發酵-固體有機肥出售。該工藝糞污處理簡單有效，最大化利用豬場糞污。

表1 7 種畜禽污染資源化處理模式的對比

2 豬場糞污生態循環利用工藝

2.1 工藝流程

山西省某豬場周圍配套了一定量的土地，可以消納其所生產的液體有機肥，因此可選用“固液分離-液體糞污存儲發酵-液體有機肥還田、固體糞污堆肥發酵-固體有機肥出售”的種養結合生態循環利用工藝。其生態循環利用工藝流程如圖1 所示。

圖1 生態循環利用工藝流程

2.2 主要工藝單元

2.2.1 預處理——固液分離 豬舍內的糞污由漏縫地板漏下后經刮板刮至集污池，集污池內的攪拌機將其攪拌均勻，用切割泵切碎并提升糞污至固液分離機，固液分離后進行下一步的處理。集污池的有效容積按照豬場糞尿日最大排放量的1.5 倍設計，設計為正方形，深度為5.0～6.0 m，有效深度為3.5～4.0 m；固液分離機的選型為電機5.5 kW，處理量為12～20 m3/h，經處理后的液體部分含固率為2%，固體部分含水率為70%，分別進行下一步的處理利用［7，8］。

2.2.2 資源化處理——液體存儲發酵 固液分離后的液體部分施用前需進行發酵，發酵時間一般按照6 個月進行設計，本設計的發酵裝置選用畜禽糞污存儲系統。畜禽糞污存儲系統采用高密度聚乙烯材料，是一種防蒸發防滲透的高效綠色存儲裝置，由存儲塘本體、防蒸發防滲透裝置、安全膜、報警裝置和進出料系統組成；存儲塘本體由側壁和塘底組成；防蒸發防滲透裝置由底膜和浮動膜兩部分組成［9］。該系統的關鍵設施為安全膜和報警裝置，防止糞污的滲漏；液體糞污存儲在存儲塘本體和防滲防蒸發裝置組成的密閉空間內，服務池和進出水管道是液體糞污的進出通道，具體如圖2 所示。

圖2 畜禽糞污存儲系統

2.2.3 資源化處理——固體堆肥 將固液分離后的固體部分加入發酵菌劑（尿素等）、稻草、秸稈等輔料，然后調節發酵物料的水分含量在50%～60%，碳氮比（25∶1）～（30∶1），蓬松度（容重不大于0.6 t/m3），酸堿度（pH 在5.5～8.0）［10］。混合均勻后送入氧氣，進行好氧連續發酵。經過一次發酵（7～15 d）和二次發酵陳化（7～15 d），可使固體糞肥中的有機物分解、穩定，直接作為有機肥施用或經過分選、制粒、包裝后作為商品有機肥銷售。

2.2.4 資源化利用——有機肥還田 還田施肥要根據施肥地的具體情況制定方案，施肥不當會影響農產品質量、污染環境和對土壤造成不良影響，所以有機肥還田最主要是進行養分管理。國外的還田模式主要采用這種模式，如加拿大、英國和荷蘭等養殖場都是通過養分管理進行糞肥的合理施用和氮磷養分的平衡［11］。根據豬場所產生的有機肥估算有機肥的養分含量，取樣測算施肥地的土壤肥力，分析農作物的養分需求［12］，計算有機肥的施肥量，最后估算需要配套的土地規模。

項目運行后，每隔一段時間，需進行有機肥取樣并測定其養分含量，同時檢測土壤肥力，根據測算結果和作物的養分需要調整有機肥的最佳用量，避免因施肥過多或過少造成不良后果。

3 豬場糞污生態循環利用工藝設計

3.1 項目概況及工藝概況

該豬場有6 200 頭基礎母豬，每天產生的糞尿量為238 t，采用糞污一體化生態循環利用工藝，每年可產生固體有機肥3 345 t和液體有機肥75 140 t；將固體有機肥出售；液體有機肥還田，以替代50%化肥、有機肥當季利用率30%計，可滿足445 hm2玉米地施肥需要。

3.2 設計方法

根據豬場日產糞尿量配備固液分離機，首先依據固液分離機的含水率和含固率計算固、液有機肥日產糞尿量，然后根據固、液有機肥日產糞尿設計集污池等構筑物，最后根據液體有機肥的年產量計算有效養分，從而計算配套的土地。

3.2.1 日產糞尿量的計算 該豬場基礎母豬6 200頭，豬場豬群結構及日產糞尿量見表2，每天糞尿量為238 t。

3.2.2 有機肥產量計算、糞污處理間及設備的配備

1）固液分離系統物料平衡。根據表3 計算出固液分離后的固體部分和液體部分，為固、液發酵的配備物和固、液有機肥的產量提供準確的數值，并間接為糞污處理構筑物的設計和設備配置提供依據。

表3 固液分離系統物料平衡

2）固體有機肥產量。根據表3 中提到固液分離后的固體部分，計算出發酵所需的物料量，進一步計算出固體有機肥的日產量和年產量。由表4 可知，經過一次發酵及二次陳化后，該豬場年產固體有機肥3 345 t，可直接作為有機肥施用或經過分選、制粒、包裝后作為商品有機肥銷售。

表4 固體有機肥產量

3）液體有機肥產量。由表5 可知，該豬場液體有機肥的日產量為205.87 t，年產量為75 140.00 t，通過科學的檢測、計算確定有機肥的施肥量，最后施用于配套的玉米地。

表5 液體有機肥產量

4）主要構筑物設計。糞污處理中集污池的尺寸根據表2 中日產糞尿量設計，液體池和存儲塘的容積按照固液分離后液體有機肥日產量設計，固液分離車間根據集污池和液體池的設計計算。構筑物的規格及數量如表6 所示。

表6 主要構筑物設計

5）主要設備配置。糞污處理中固液分離機、攪拌機、切割泵等設備的選型和數量按照表2 中日產糞尿的產量選擇和計算數量。具體如表7 所示。

表7 主要設備配置

3.2.3 配套土地的計算方法 豬場周圍配套一定面積的玉米地，用以消納豬場所產生的液體有機肥。利用泵及管路將液體有機肥輸送到玉米地，通過注入式施肥車將液體有機肥施入到農田中，用以改良土壤和增加肥力，形成生態農業循環模式。山西省屬黃土高原，土壤養分含量不高，年降水量少，種植制度為一年一季。由于固體有機肥便于運輸且市場售價較高，因此固體有機肥作銷售處理。

1）有機肥產量及養分產生量。如表1 所示，該豬場每天產生的糞尿量為238 t，固、液有機肥產生量和其中氮、磷、鉀含量如表8 所示。液體有機肥中氮、磷、鉀的含量占比分別為0.20%、0.06%、0.10%，即N、P2O5和K2O 的量分別為150、45、75 t。

表8 固、液有機肥中養分含量占比

2）施肥時間和施肥量。本項目按每季施肥4 次設計，施肥時間和施肥量分別為春玉米收獲后（11 月上旬）施入40%的液體有機肥（設計液體肥施肥量的40%）；春玉米播種前（4 月上旬）施入40%的液體有機肥（設計液體肥施肥量的40%）；春玉米生長期內（5 月中旬、6 月下旬）分2 次各施入10%的液體有機肥作為追肥（設計液體肥施肥量的10%），全部施肥過程配合化肥施用。

3）玉米地面積確定。本項目初步設計以氮為養分控制元素進行有機肥還田計算，且根據張福鎖等［13］的研究，華北地區目標產量為600 kg 時，每公頃玉米地氮肥需求量為225 kg，按有機肥替代50%化肥、有機肥當季利用率為30%計算，則每公頃玉米地每年需要液體有機肥168.75 t，因此共需要445 hm2玉米地來消納該豬場所產生的液體有機肥。

以上設計中農田糞肥養分施用量的計算采用養分平衡方法，未考慮當季土壤供肥量。項目投入生產后，需建立養分管理制度，定期對所生產的有機肥養分含量、配套土地土壤肥力進行取樣檢測，并分析農作物養分需求，動態調整有機肥施用量，減少還田不當造成的不良影響。

4 生態效益和經濟效益

該豬場周圍有足夠消納所產生的液體有機肥的玉米地，因此選擇糞污一體化的生態循環利用工藝。該工藝為種養結合循環利用模式，具有資源化利用程度高、投資低、收益高、環境污染小等優點，豬場周圍有一定量的土地用來消納液體有機肥即可適用。

該豬場有6 200 頭基礎母豬，每天產生的糞尿量為238 t，每年產生固體有機肥3 345 t 和液體有機肥75 140 t；將固體有機肥出售，每年產生效益100.35萬元；液體有機肥還田，以替代50%化肥、有機肥當季利用率30%計，采用養分平衡方法計算該豬場施用于每公頃玉米地的液體有機肥量為168.75 t/d，可滿足445 hm2玉米地的施肥需要，每年經濟效益為225.42 萬元。此數據為理論數據，項目投入生產后，需建立養分管理制度，對有機肥施用量進行動態調整，以減少還田不當造成的影響。

5 小結

本案例豬場基于糞肥資源化利用理念，采用豬場糞污生態循環利用工藝模式，實現了豬場糞污的綜合利用。生態循環利用工藝，糞污固液分離后，液體部分應用畜禽糞污存儲系統發酵后即可施用田地，固體有機肥堆肥發酵后可進行出售。因此，該糞污處理模式既實現了豬場糞污的資源化利用，又有效解決了豬場糞污污染環境的問題，且生態效益和經濟效益顯著，對規模化豬場的糞污處理有一定的借鑒作用。