生猪养殖污染防治模式及应用

吴根义 姜彩红 易湘琳 孙 浩 刘 冰

（1湖南农业大学；2环保部华南环境科学研究所；3辽宁省铁岭市环境保护局）

生猪养殖污染防治模式及应用

吴根义1,2姜彩红1易湘琳1孙 浩3刘 冰3

（1湖南农业大学；2环保部华南环境科学研究所；3辽宁省铁岭市环境保护局）

▲环保部华南环境科学研究所吴根义教授

“十二五”以来我国规模化生猪养殖迅速发展，据环境统计数据显示：2014年我国规模化生猪年出栏量达到3.1亿头、养殖专业户年出栏量达到2.46亿头，规模化生猪养殖场达到10.9万家，占全部规模化畜禽养殖场的72%。随着生猪养殖规模化的发展，粪污的治理与利用已成为限制其进一步发展的关键因素，据环境统计资料显示：2014年全国规模化生猪养殖场COD、氨氮排放量分别为385.8万吨和47.6万吨，占整个畜禽养殖业COD、氨氮排放量的37%和82%。生猪养殖用水量大、水污染物浓度高、资源化利用与处理成本高，是畜禽养殖污染治理中最棘手的问题。如果不能探求一条经济上合理、技术上可行的污染综合防治模式，必然会影响我国养殖业的健康良性发展。通过对生猪养殖污染进行全面调研，探索适合不同特点的生猪养殖污染防治模式，引导养殖场正确选择适当的处理模式，从而有效控制生猪养殖污染，确保农业污染物减排工作顺利进行。

2011－2014年，全国约2.7万家规模化生猪养殖场完善了污染治理设施，并通过环保部总量减排核查。本文分析了通过减排核查认定项目的防治模式，总结出我国生猪养殖污染治理的几种主要模式、适用范围及建设要求。

主要模式介绍

储存还田模式

1）模式简介：

在合理规划的前提下，确保种养平衡，生猪养殖粪污经无害化处理后作为农业种植施肥利用，是一种传统的、经济有效的粪污处置方法，在合理和有效施用的条件下可以实现粪尿还田利用，经济有效地解决生猪养殖污染（图1）。

2）模式特点：

（1）最大限度地实现养殖废弃物的资源化利用，同时也可以减少种植中的化肥施用量，提高土壤有机质及肥力，降低种植业施肥流失率；

图1 典型储存还田模式工艺流程

（2）粪污处理设施投资少，耗能低，操作管理简单；

（3）存在着传播生猪疫病和人畜共患病的危险，恶臭以及堆肥和储存产生的氨、硫化氢等有害气体影响周边空气质量；

（4）不合理的施用方式或过量施用会导致土壤硝酸盐、磷及重金属的累积超标，并随径流和渗流对地表水和地下水构成威胁。

3）适用范围：

该模式在我国大部分地区均有应用，要求养殖场所处位置远离城市和城镇、周边农业种植发达，特别是周边有可常年施肥的蔬菜、果树等集中式农业种植区。该模式粪污储存占地面积大，粪污远距离运输成本增加，因此适用于规模较小的生猪养殖场，一般年出栏生猪在3 000头以下。

4）建设要求：

（1）严格执行干清粪的清洁养殖方式，确实做到粪污干湿分离、日产日清，为粪污储存、运输和还田利用提供条件；（2）建设足够的粪污储存场，原则上要求粪污储存池体积不小于当地农业种植非施肥期粪污产生量。通常年种植3茬的地区储存体积不小于4个月的粪污产生量，年种植2茬的地区储存体积不小于6个月的粪污产生量，年种植1茬的地区储存体积不小于9个月的粪污产生量；（3）粪便储存场要求达到防雨防渗要求，废水储存池要求防渗，不要求防雨，但必须防止地表径流汇入；（4）必须配套足够的粪污输送工具（车辆、管道、沟渠等），确保粪污能有效地运送到农业种植田地；（5）施用量不能超过农业种植的承纳能力，且粪肥施用后，应立即混入土壤或作为农田基肥翻耕入土，谨防撒施在土壤表面，随径流流失造成污染。

固液分离式厌氧无害化－还田利用模式

1）模式简介：

生猪养殖采用干清粪工艺，粪便固体发酵池厌氧发酵生产沼气，沼渣经脱水后储存农业利用，产生的高浓度沼液必须经有效储存后就近就地利用，沼气作为生物质能源利用；废水经厌氧反应无害化处理，产生的低浓度沼液可农业种植利用或经生态处理达标排放（图2）。该种模式既可有效解决养殖场防疫，经合理规划、有效配置，又能实现良好的经济效益，同时也可有效地解决生猪养殖污染。

图2 典型固液分离式厌氧无害化－还田利用模式工艺流程

2）模式特点：

（1）通过粪便厌氧发酵可产生生物质能源沼气，同时可确保粪便达到无害化要求；

（2）粪便沼气发酵后产生沼液浓度高，必须有足够且完善的沼液储存与浇灌系统，有足够的农业种植用地消纳高浓度沼液；

（3）污水通过厌氧处理后排出沼液浓度较低，可通过氧化塘、湿地系统深化处理后农业利用或排放；

（4）有效避免了粪尿混合厌氧发酵产生大量高浓度沼液、增加后续储存、运输和施用难度；

（5）设施建设较多，土建投资成本较高，但运行管理方便，运行成本低；

3）适用范围：

适合于养殖场周边农业种植用地不足，粪便和沼液运输成本较高的大中型规模化生猪养殖场。

4）建设要求：

（1）严格执行干清粪的清洁养殖方式，确实做到粪污干湿分离；（2）粪便CSTR反应时间不低于20天，反应器必须有稳定可行的搅拌装置；（3）污水厌氧反应须选择UASB等上流式高效反应器，厌氧发酵时间不低于15天；（4）沼液储存池要求防渗处理，体积不能低于沼液施用最大间隔期；（5）人工湿地或氧化塘建设必须按相关规定要求建设，绝对不能借人工湿地和氧化塘的名义超标排放污染物。

工厂化处理－达标排放模式

1）模式简介：

养殖场粪便经干清出用于生产生物有机肥，污水经处理后直接排入自然环境或回收利用（图3）。如直接排入自然环境，要求最终出水达到国家或地方规定的排放标准；如处理后回收利用，则要求处理后的污水达到回收利用的要求或标准。

2）模式特点：

（1）针对生猪养殖污水产生量大、对环境影响大的特点，实现了污水减量化、无害化处理后农业利用或达标排放，可有效防止二次污染；

（2）该模式以污染治理为主导，厌氧沼气产生量小，但粪便生产有机肥市场需求较大，有较好的经济效益；

（3）污染治理设施主体工程投资大，运行费用高，操作与管理水平要求较高；

图3 典型工厂化处理－达标排放模式工艺流程

（4）该模式受周边农业种植用地条件影响小，稳定运行对环境影响相对较小，是大型规模化生猪养殖场优选的模式之一。

3）适用范围：

适宜于经济发达、人口密度大的地区，且养殖场周边缺少消纳粪污土地的大型规模化养殖场，一般情况下，年生猪出栏量大于10 000头，污水处理量宜大于10 m3/小时；项目建设点周边排水要求高、环境容量小，污水需经厌氧－好氧－生态处理一系列工厂化手段达标排放或循环利用。

4）建设要求：

（1）严格执行干清粪、雨污分流和固液分离，尽可能通过物理方法去除污水中悬浮物，降低污水处理负荷，减少运行成本；（2）粪便必须配套稳定的好氧有机肥生产设施，确保经堆肥后的有机肥达到无害化、资源化、减量化的要求；（3）污水处理一般采用厌氧反应工艺（UASB/EGSB反应器）与好氧反应工艺（SBR反应器、接触氧化、A/O工艺）相结合的典型工艺路线，污水外排必须确保排放污水达标，并满足总量控制指标；（4）采用该模式的污水排放必须建设废水在线监测装置并与环保部门联网。

水泡粪—储存农业利用模式

1）模式简介：

水泡粪是欧美国家普遍采用的生猪养殖方式，粪污一并储存于栏舍下粪沟中，定期排出，该养殖方式节省劳动力投放、用水量少，适合于栏舍建设水平较高的大型规模化生猪养殖场。一次排出的粪污量大，需要大规模化农业种植用地配套施用。

2 ）模式特点：

（1）粪污统一经漏缝地板进入粪沟，养殖清粪劳动强度小、用水量少；

（2）粪污储存于漏缝地板下一段时间，对栏舍建设要求较高，对栏舍的温度控制和排风要求较高；

（3）排出的粪污呈流体状、浓度高，储存和运输的难度增大，排出的粪污难于通过工厂化处理达标排放，必须合理规划，实现粪污的就近就地利用；

（4）一次性粪污排出量大，与我国现有种养独立经营、土地承包责任制的小规模分散经营矛盾突出。

3）适用范围：

适合于土地规模化经营程度高、周边集中连片设施化、农业种植发达的大中型生猪养殖场。

4）建设要求：

（1）必须严格养殖准入制度，根据周边可用于消纳粪污的集中连片设施农业种植用地情况确定养殖规模，并根据种植特点制定粪污利用计划；（2）建设足够的防渗粪污储存池，原则上要求粪污储存池体积不低于消纳粪污的集中连片农业种植地施肥间隔期的粪污产生量；（3）必须配套足够的粪污输送工具（车辆、管道、沟渠等），确保粪污能有效地运送到农业种植田地；（4）施用量不能超过农业种植的承纳能力，且粪肥施用后，应立即混入土壤或作为农田基肥翻耕入土，谨防撒施在土壤表面，随径流流失造成污染。

结论与建议

畜禽养殖污染作为主要的农业污染源，严重威胁我国的水环境安全，同时也制约着畜牧业的良性、健康发展。生猪养殖污染防治在我国畜禽养殖污染防治中难度最大，生猪养殖污染防治模式受自然条件、环境容量、配套农田种植、社会经济发展水平等多因素影响，各种防治模式均有其优点和不足，其应用范围和建设要求也各不相同。在选择生猪养殖污染防治模式时，必须结合养殖场自身条件进行全面分析，选择适合自身养殖场的防治模式，才能确保建设的防治设施稳定运行，发挥应有的环境效益。

10.16174/j.cnki.115435.2015.11.004

国家水体污染控制与治理科技重大专项，畜禽养殖区废弃物资源化与排水污染风险综合控制技术集成与示范（2014ZX07602-004）