规模化养殖场自循环式污染治理模式设计

高锦华

摘 要：该文主要介绍了规模化养殖场自循环式污染治理模式，包括设计依据、设计框架、工艺流程、前处理工艺、沼气工程、集中供气、废弃物资源化利用等内容。该治理模式具有投资省、无动力、效果好、操作性强的特点，有效地解决了畜牧业带来的农业面源污染问题，促进了农业可持续发展。

关键词：养殖场；污染治理模式；设计

中图分类号 X713 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）14-113-03

1 设计依据与应用领域

随着畜禽养殖业集约化发展，养殖场产生的粪便污染成为了主要的农业面源污染源之一，尤其是规模化养猪场污染问题引起了各级政府及相关部门的重视，并且陆续出台了相关的治理管理办法与实施意见。目前福建省仍有相当一部分养殖场污水的处理没有达标排放，或是有些治理设施不合理、不完善，受到成本的制约未能充分发挥其应有的作用。福建省2015-2018年生猪养殖场标准化改造任务中，存栏量在250～1 500头有7 903家，存栏量在1 500～5 000头有734家。这些养殖场在全过程综合治理方面中，应考虑降低治理成本，尽量避免动力设备资金投入，利用山势落差实现进出料自流，实现养殖场内自循环处理模式，最终达到区域内养殖场粪污的“零排放”。

2 设计框架及工艺流程

设计采取能源生态型模式，要求废水进入厌氧反应器之前应先进行固液分离，固体粪渣出售制作有机肥，污水经厌氧消化处理后不直接排入自然环境，而是作为农作物的有机液体肥料。工程建设的目标是尽可能多生产沼气，养殖场粪污经厌氧消化后，剩余的沼渣、沼液可作为优质有机肥施用于农作物，使粪便得到能源、肥料等多层次的资源化利用，最终达到污水减量化、无害化、资源化利用的目的。这是符合福建省养殖场现状的一种有效污染治理模式[1]，其工艺流程见图1。

图1 工艺流程

3 模式设计

模式设计选择松罗王加养殖场，存栏生猪1 200头，按生猪平均体重68kg，每头猪每天排泄粪1.73kg，排泄尿为2.83kg[2]，养殖场全面实施雨污分离与干清粪工艺，日排放污水总量为24t。

3.1 前处理系统

3.1.1 漏缝地板 猪圈采取半漏缝地板按存栏猪每头0.4m2铺设，靠外墙铺设漏缝地板与地面的垂直距离不小于60cm，地面按10%的坡度向外墙倾斜，并用水泥固化抹光，以便人工从外墙清粪。

3.1.2 雨污分离 雨水、生活洗涤用水走明沟，人畜粪污走暗沟，全面实现雨污分离，有效防止猪场污水随着雨水直接排放。

3.1.3 格栅 设置2道固定格栅拦截畜禽废水中较长纤维、毛等杂物，粗格栅栅条间隙为25mm，细格栅栅条间隙为15mm，设置倾角为45°。

3.1.4 沉砂池 沉淀畜禽废水中较大颗粒砂粒，减轻后道工序的污泥量。规格为2m×1m，有效水深为0.8m，前部设一水流挡板达到降低流速、快速沉降悬浮物效果。

3.1.5 酸化滤床 酸化滤床分为上下层，上层为人工滤床，用以过滤粪渣，实现无动力固液分离；下层为酸化调节池，利用粪污中固体物沉降性能好和有机物分解（水解、酸化）快的特点，降低粪污浓度，贮存、调节厌氧发酵处理的水质、水量；上、下层之间用倾斜不小于30°的水泥漏缝板隔开，漏缝板上铺滤网，滤床滤网上的粪渣自行沥干后经卸渣门收集、清扫、运到粪便堆场。利用养殖场地势落差，粪污通过猪圈旁的污水管道自流引入人工滤床，滤床前方设置均匀布水槽，使集中、间歇性进水变成均衡、连续性出水；人工滤床采用3个并联的独立单体，在前方布水槽中安置活动PVC套管，通过拨插套管方式隨意控制3个滤床的进水，可以实现同一时间3个滤床分别进行过滤、沥干、清粪、清洗等不同操作；滤床卸渣门高1m，宽6m，底部距地面1m，方便车辆收集干粪或装袋，卸渣门设有活动档板，底部设有料液回流槽，防止料液外溢。水解酸化池酸化采用半地下式砖混结构，滞留时间为12h，有效储水容积12m3，设计高度为1.8m，有效水深设计1.2m，平面尺寸为4.8m×2.1m，底部保持5%坡度，设有污泥排渣管。

3.2 沼气厌氧发酵 采取厌氧发酵工艺为无动力、自流进料、常温发酵、单元组合曲流布料水压式沼气装置，池型选择圆形（即短壁圆柱池墙+球冠拱顶+反拱池底），结构为地下式砖混结构。粪便污水经前处理系统后，从进料口进入装置，经过“八”字形档墙曲流布料，经各发酵单位逐级厌氧发酵，使粪污得到无害化和减量化处理，同时产生沼气。

3.2.1 厌氧发酵装置 养殖场每天污水排放量为24t，按发酵液滞留期9d。确定厌氧发酵容积为216m3。在实施过程中，根据地形采取埋地下式，按3个单元底部连通组合，每个单元容积为72m3。按实际经验全年产气率取0.2m3/m3·d，平均日产气量为43.2m3，水压池按停止用气12h的最大产气量计算，设计容积为21.6m3，尺寸为6m×3m，有效高度为1.2m。水压池底部的标高与主池投料液面（即零压液面）在一个水平线上，为池墙体顶部圈梁上部球冠拱顶开始处上方约20cm处。设计参数如表1。

表1 沼气厌氧发酵装置设计参数

3.2.2 压力调节 水压池有效高度设计为1.2m，意味着池内最大工作压力为12kPa。考虑到用气高峰时沼气供应问题，设计了一种简易调节主池内沼气压力，使贮存沼气空间增加的方法。在水压间有效高度向下40cm处增设一个阀门，作为可活动的泄流口，用以调节压力，增加沼气产生量。在夜间停止消耗沼气的前提下，打开活动泄流口，实现主池内压力在8～12kPa间调节，料液回落，沼气存贮空间增加。然后关闭活动溢流口，重新调整压力平衡。这样的设计灵活、可操作性强，节省了贮存沼气装置的资金投入。

3.2.3 曲流布料墙 在主池内设置“八”字形档墙，使原料进入池内时，由档墙进行布料，形成多路曲流，增加新料扩散面，充分发挥池容负载能力，提高池容产气率。“八”字形档墙相距主池墙体为0.7m，窄边相距0.2m，墙宽0.72m，高1.2m，两墙夹角为130°，结构为单砖砌体。主池最终出口下沿设置塞流墙，沿墙体建设，高度为0.35m，起到塞流固菌作用。

3.2.4 出渣装置 经过干清粪工艺进入厌氧消化池的粪污，固形物含量大大减少，沼气发酵较完全，产生沼渣也相对少，利用山地落差，可以在主池外建3m×1.5m，深0.6m的出渣间，池子上方位于主池拱顶圈梁处。3个主池各在拱顶圈梁下方固定安放一根4m长110mm的PVC管，下端距池底中心最低300mm处，上端伸至拱顶圈梁上方200mm处。PVC管上端再接可活动1m长的PVC竖直管，外面套上直径300mm，1m长的水泥套管，防止出渣时沼渣四溢。出渣时，拨掉竖直PVC内套管，利用水压间的压力将沼渣压出，然后再用管道自流引入出渣间，实现自动出渣。

3.3 后处理系统

3.3.1 穿孔过滤贮液 由于贮液池与穿孔池、过滤池成本造价一样，所以在贮液池的前方增设穿孔池与过滤池，进一步起到沉淀、过滤和净化作用。穿孔过滤贮液3个池紧挨串联规划，厌氧池出水依次经过穿孔、过滤，最终到达贮液池。穿孔池共3个单池并联，隔墙前后流通孔设置尽量远些，污水在池中前后蛇行穿孔尽量延长停留时间，总容积30m3，水深1.8m，单池有效尺寸6m×0.9m；过滤池共3个单池并联，总容积30m3，水深1.8m，单池有效尺寸3m×1.8m，池中辅上养殖场附近随处可拣的干燥铁芒箕，用两端插入墙体中的多条竹片条压住防止上浮，让污水在过滤池中上行下行以净化水质；最后达到贮液池，液池设计容积为60m3。

3.3.2 沼肥田间消纳 养殖场下方有集中连片的设施葡萄农业示范园区和大片茶园，选择在6.67hm2设施葡萄园里辅设输送管道及简易管网，利用山势自然落差，将贮液池的沼液自然流灌至葡萄园。其余的沼液自然排放至设施葡萄园及茶园中。

3.3.3 沼气输配系统 厌氧发酵主池液面与水压池液面差产生的自然压力输送沼气，这种无动力低压输送，成本低，维护简单。产生的沼气经过脱硫净化后供应给养殖场管理房及邻近王加村30户农户炊事、照明、沐浴。

4 模式效益分析

模式设计利用山势自然落差，采取自动滤粪柜和贮液池自然流灌农田，实现综合治理全过程无动力、无耗能，保证了治污设施全年正常运行，不被搁置，从而实现“零排放”。

4.1 经济效益 采取干清粪工艺，比传统水冲粪每头猪每天节约用水10kg，年可节约用水4 380t，按福安市水费、污水处理费合计2.3元/t，年可节省水费、污水处理费1万元；通过干清粪与自动滤粪柜出来的粪便，沥干后每天可装袋20袋（每袋35～40kg），每袋用于销售可获利6.5元，养殖场年可获利4.7万元；粪便可及时、有效地清除畜舍内的粪便、尿液，保持畜舍环境卫生，猪的发病率和死亡率明显减少，节省了医药费开支，按每头猪减少13元医药费计算，年可减少医药费1.6万元；沼气池年产气量1.6万m3，按1.5元/m3计，年可获得沼气直接经济效益2.4万元；沼液沼渣施用于葡萄園，可节省化肥、农药，并使便葡萄品质提升、产量增加，年可节支增收2.2万元。以上5项共计年可节支增收11.9万元。

4.2 生态效益 养殖场每天排放24t粪污水，如得不到有效处理，囤积场内，必然影响到周围的环境卫生，通过污染治理，干粪制作有机肥，剩余粪污进入沼气池，经正常厌氧发酵，能够有效杀灭病毒、病菌和寄生虫卵，减少病病传播；沼液沼渣是一种高效的优质肥料，农田长期施用，土壤有机质含量提高，理化性状得以改善，有利于农作物的优质高产；通过干清粪、厌氧发酵、贮液、农田消纳方式进行污染整治，能够有效减少COD、氨氮的排放量，减排效果明显，能够实现区域内养殖场粪污的“零排放”；模式生产的沼气作为生活燃料，可以防止薪炭林的乱砍乱伐，对于保护植被，防止水土流失和山体滑坡具有现实意义。

4.3 社会效益 生态养猪使当地群众的养殖观念和养殖方式得到了转变，增强了群众环保意识，减少了各种疾病的发生和传播，对周边养殖场起到了辐射带动作用。养殖与农村的经济发展息息相关，生态养殖必将成为农村经济的一大增长点，有利于增加就业，增加农民收入，美化农村，实现社会与企业的共赢。推广以沼气为纽带的生态茶果园技术，不仅有效地解决了剩余劳动力的转移和消化，而且激发了农民学科学，用科学，将实用技术转化为现实生产力的积极性，增强了农民的科技意识，使农业生产高效化、无害化。

参考文献

[1]包武，李元钦，钱午巧，等.福建省生猪养殖污染现状及治理对策[J].安徽农学通报，2013，19（18）：90-94，105.

[2]董红敏，朱志平，黄宏坤，等.畜禽养殖业产污系数和排污系数计算方法[J].农业工程学报，2011，27（1）：303-308.

（责编：张宏民）