沼气工程技术对规模化猪场饲养环境和猪生长发育的影响

魏玉明，钱振波，吕 伟，魏 珊，齐 明（1.甘肃张掖生态科学研究院，甘肃张掖7000；.张掖市畜牧兽医研究所；.张掖市甘州区动物卫生监督所；.张掖市甘州区龙渠乡畜牧兽医站）

沼气工程技术对规模化猪场饲养环境和猪生长发育的影响

魏玉明1，2，钱振波2，＊，吕 伟3，魏 珊4，齐 明2
（1.甘肃张掖生态科学研究院，甘肃张掖734000；2.张掖市畜牧兽医研究所；3.张掖市甘州区动物卫生监督所；4.张掖市甘州区龙渠乡畜牧兽医站）

分别于2012年3－12月和2014年3－12月，在张掖市甘州区金园种猪场对沼气工程技术的建设运行、经济收入及应用沼气工程技术前、后猪舍环境中的有害气体浓度和猪生产性能、生长发育情况进行了调查和试验测定。其结果：沼气工程总投资414.29万元，应用沼气工程技术年可处理粪尿及污水1.68万t，沼气、沼渣、沼液年收入110.64万元，除去年运行成本46.82万元，净收入63.82万元；投资内部收益率15.41%，静态回收期6.49年。通过应用沼气工程技术，妊娠、分娩、保育和育肥各环节猪舍中氨气分别显著下降了14.51%、11.66%、16.37%、13.83%（P＜0.05），硫化氢气体分别显著下降了23.52%、24.07%、27.47%、26.495%（P＜0.05），二氧化碳气体分别显著下降了12.5%、18.18%、16.67%、14.29%（P＜0.05）；生产母猪的妊娠率提高了0.97%，均产活仔数提高了2.15%，新生仔猪均初生重提高了6.08%（P＜0.05），28日龄断奶成活率提高了1.34%，断奶均增重提高了0.82%；保育仔猪60日龄成活率提高了1.12%，保育期均增重提高了7.92%（P＜0.05）；育肥猪在育肥期均增重提高了1.28%，料肉比降低了3.59%。

沼气工程技术；投资效益；有害气体；猪生产性能和生长发育

随着农村经济的发展，我市的养猪生产已基本实现了由传统的千家万户散养、农村适度规模饲养向集约化、规模化养猪的转变，规模化养猪已成为畜牧产业发展的重要组成部分，也是农村经济发展的重要产业之一，对地方经济的发展发挥着举足轻重的作用。但是，由于规模养猪集约化程度高、饲养密度大、设施封闭严，排出的粪尿及其产生的氨气、硫化氢和二氧化碳等有害气体对环境的污染却日益严重，不仅严重影响猪的生理机能和生长发育，甚至引起中毒死亡，而且也对周围环境造成严重污染，影响人体健康。沼气工程技术是治理规模化养猪场粪污等废弃物污染的主要方法，通过应用沼气工程技术，不仅可解决规模化养猪场的污染问题，还可以取得一定的经济效益。近年来，在国家和省上财政的大力支持下，沼气工程技术在我市部分规模化养猪场进行了推广应用，取得了较为显著的成效。张掖市甘州区金园种猪场于2013年通过为期一年的建设，修建完成了沼气工程，并于年底开始正式运行。为了科学掌握沼气工程技术对规模化养猪场粪污等废弃物的处理效果，为今后进一步在生产中进行推广应用提供科学依据，我们分别于2012年3－12月和2014年3－12月，在该场对沼气工程技术的建设运行、经济收入及应用沼气工程技术前、后猪舍环境中的有害气体浓度和猪生产性能、生长发育情况进行了调查和试验测定。

1 内容与方法

1.1 猪场情况

应用会议座谈、现场查看、查阅资料等方法对该场的基本情况、饲养管理、粪污处理和沼气工程建设运行时间、工艺流程、构筑物设置、工程投资、年经济效益等情况进行调查。

1.2 猪舍有害气体测定

按照国家标准和行业标准分别于2012年和2014年在妊娠、分娩哺乳、保育和育肥等饲养环节各选择一栋猪舍进行圈舍中氨、硫化氢和二氧化碳等有害气体含量的测定；测定时间分别均为6月1日、7日、14日、21日和28日。两次试验均在各生产环节的同一猪舍进行，饲养猪品种、数量、胎次、体重、强弱以及饲养管理、营养水平相同或相近。

1.3 各生产环节猪生产性能和生长发育情况测定

分别于2012年3月和2014年3月，选择待配长大二元杂交生产母猪各110头，采集杜洛克种公猪精液应用人工授精的方法进行配种，对妊娠情况进行测定，测定时间31d；于6月下旬开始，将以上配定并经妊娠的生产母猪各选择32头，在分娩哺乳舍进行产仔情况测定；分别对经以上试验的分娩母猪生产的新生仔猪进行哺乳期生长发育性能和成活情况的测定，哺乳期28d；分别选择经以上试验的断奶仔猪90头，进行保育仔猪生产性能和成活情况的测定，保育期32d；分别选择经以上试验的保育仔猪45头，进行育肥猪生产性能测定，育肥期100d。以上两次各生产环节的试验均分别在同一猪舍、同一栏位进行，试验猪胎次、体重、强弱以及饲养管理、营养水平相同或相近。

2 调查和测定结果

2.1 基本情况

甘州区金园种猪场于1997年建成投产。位于甘州区党寨镇，占地面积40 000m2，附属饲料基地160 000m2。选址、布局、设施设备等方面均符合农业部《动物防疫条件审查办法》。建设在地势髙、开阔、背风向阳的地方，包括生产区（猪舍、消毒室、防疫室、死猪处理区、粪污处理区等）、生产辅助区（饲料储备库、仓库、办公室等）和生活区（职工宿舍、餐厅、文化娱乐场地等），各区域严格分开，相对独立、封闭。根据常年主风方向，生活区、生产辅助区位于上风方向；猪舍从上风方向开始，按配种、妊娠、分娩、保育、育肥等生产流程排列。有长60m、宽4.5 m，后墙高1.9m，脊高2.8m，前墙高1.1m的单斜面半敞开式日光节能猪舍40栋，其中，公猪舍2栋，配种舍2栋，妊娠舍4栋，分娩舍5栋，保育舍5栋，后备猪舍2栋，育肥舍20栋。其中公猪舍、配种舍、妊娠舍、后备猪舍和育肥舍均采用半漏缝水泥地板，分娩舍、保育舍采用全漏缝高床，下设粪沟；存栏长大（以长白猪为父本，大约克猪为母本）二元杂交生产母猪600头，杜长大（杜洛克猪为父本，长白和大约克猪二元杂交猪为母本）三元杂交育肥猪4 500头，年出栏10 000头；每天需处理粪便10t，尿16t，冲洗污水20t，共46t，年处理1.68万t。沼气工程建设期限为2013年1－11月，2013年12月正式运行。

2.2 饲养管理

各生产环节均采用自动加料槽自由采食，自动饮水器自由饮水，圈舍保持清洁卫生，通风良好，专人管理。怀孕母猪分娩一周前在妊娠舍饲养，而后转入分娩舍高床限位饲养至断奶；哺乳仔猪7日龄开始补饲，21日龄后自由采食，28日龄断奶转入保育舍；保育仔猪在保育舍高床饲养至60日龄转入育肥舍，在育肥舍饲养至160日龄出栏。各生产环节猪饲料由公司饲料厂生产，其浓缩料或预混料均由兰州正大公司提供。其它饲养管理和兽医卫生防疫工作按常规进行。

2.3 粪污处理

使用沼气工程技术前，每日人工用刮粪板清理固体粪便一次，运至堆粪场覆盖土自然发酵后用于饲料基地；液体粪尿通过粪沟排至集粪池进行固液分离，固体部分运至堆粪场覆盖土自然发酵后用于饲料基地，液体部分排入饲料基地。使用沼气工程技术后，对产生的粪污进行收集和预处理，通过厌氧发酵产生沼气、沼液和沼渣；产生的沼气用于职工及其周边农户的生活用能，其余用于发电，供饲料加工厂生产、饲料基地灌溉和锅炉、照明等应用；沼液和沼渣作为有机肥用于饲料基地和周围农户的农田、蔬菜大棚。

2.4 沼气工程工艺

根据猪场实际情况，为达到生产沼气为核心，综合利用沼液、沼渣的目的，选择了升流式厌氧固体反应工艺（USR）。其工艺流程见图1。

图1 沼气工艺流程图

2.5 主要构筑物设置

2.5.1 预处理池 主要用来收集粪尿、污水并除去其中的杂物。长3m、宽6m、高5m，有效容积90 m3，流量为30m3／d。在预处理池前设置一粗一细两道格栅，粗格间隙30～40mm、细格间隙15mm，拦截粪污中纤维、毛及大颗粒杂物等，防止管道堵塞。将预处理后的粪污用潜污泵打入调节池。

2.5.2 调节池 主要功能是水解匀浆、沉淀沙粒，并对污水的水质、水量进行有效调节。长3m、宽6m、高10m，有效容积180m3，流量为60m3／d。用匀浆搅拌器将池内粪污充分搅拌，调制浓度，计量升温，沉淀沙粒，并用除砂装置将池内沉砂除去。通过单螺杆泵将以上处理后的粪浆泵进USR反应器。

2.5.3 USR反应器 本反应器采用上流式污泥床原理，属能源生态型沼气工程，主要用于粪污发酵，产生沼气。为圆柱体钢结构，直径9.4m，高11.8m，有效容积800m3，流量30m3／d，容积负荷3.0kgCOD／m3·d，产气率0.8～1.2m3／m3·d，最佳发酵温度35～38℃。

2.5.4 脱硫塔 主要用于沼气净化。USR反应器产出的沼气是含饱和水蒸气的混合气体，含有CH4、CO2、H2S等气体和悬浮的颗粒杂质，而H2S不仅有毒，而且腐蚀性很强。因此，需应用化学脱硫法对沼气进行脱硫处理。脱硫塔脱硫效率90%，处理能力200m3／h，功率9.5kw。

2.5.5 贮气柜 用于贮存经脱硫净化后的沼气，为圆柱型钢结构浮罩式湿式气柜，分内外两层，中间用100mm厚聚苯乙烯保温材料，外罐直径9.8m、高5m，内罐直径8.8m、高5m，总容积409m3，有效容积300m3。

2.5.6 固液分离池 主要用于沼液和沼渣的分离。长20m，宽5m，高2.5m，容积250m3，池壁砖混结构；内设过滤槽，槽内铺设鹅卵石滤层。经USR反应器反应，除产生沼气外，还有产生沼液和半固体沼渣。通过潜污泵将沼液、沼渣从USR反应器中泵入固液分离池，通过过滤槽将固液分离，沼液泵入沼液贮存池，用于饲料基地作为有机肥，沼渣通过人工或者机械清理进行脱水烘干，加工成颗粒有机肥用于饲料基地。

2.5.7 热电联供发电系统 由沼气发电机和沼气热水锅炉组成。沼气发电机主要用于沼气发电、热电联产，发电能力1.8kw·h／m3，日发电时间20h，装机容量50kw，可供热能1.645×106kcal／d。沼气热水锅炉主要用于生产、生活供热和厌氧发酵系统的增热，型号LHS－0.5－0.7－Q。沼气发电机可把沼气中30%的能量转化成电能，40%的能量以余热的形式回收，余热通过余热回收转换器回收，用于厌氧发酵罐的增温。

2.6 沼气工程投资及年经济效益

2.6.1 工程投资 工程总投资414.29万元，其中土建工程91.4万元，道路、管道等配套工程54.99万元，设备购置及安装214.10万元，工程、监理等费用35.8万元，其它费用18万元。

2.6.2 年收入 2014年共处理粪尿及污水1.68 万t，产沼气29.2万m3，沼渣0.15万t，沼液1.53万t，沼气收入35.04万元（1.2元／m3），沼渣45万元（300元／t），沼液30.6万元（20元／t），合计总收入110.64万元。

2.6.3 年运行成本2014年机械维修费7.86万元，人工费5.76万元，动力费4万元，其它材料费3万元，建筑物折旧费5.86万元（按25年期直线法计提折旧，｛91.4＋54.99｝万元／25年），设备折旧费20.34万元（按10年期直线法计提折旧，残值率5%，214.10万元×｛1－5%｝万元／10年），运行成本合计46.82万元。

2.6.4 净收入63.82万元。

2.7 猪舍空气中有害气体

应用沼气工程技术以后，各生产环节猪舍中氨、硫化氢和二氧化碳等有害气体含量均有所下降，见表1。

表1 各生产环节猪舍内有害气体测定结果

2.8 猪生产性能、生长发育

应用沼气工程技术前、后生产母猪妊娠率分别为91.52%和92.17%，均产活仔猪数为10.03头和10.25头，新生仔猪均初生重为1.39kg和1.48kg；哺乳仔猪28日龄断奶成活率分别为95.95%和 97.25%，均断奶个体增重为6.06kg和6.11kg；保育仔猪60日龄成活率分别为97.78%和98.89%，保育期个体均增重为12.66kg和13.75kg，育肥猪160日龄个体均增重分别为89.28kg和90.44kg，料肉比为2.78和2.68。详细情况见表2、表3、表4、表5。

表2 生产母猪生产性能测定结果

表3 断奶仔猪生长发育情况测定结果

表4 保育仔猪生长发育情况测定结果

表5 育肥猪生长发育情况测定结果

3 小结与讨论

3.1 调查结果显示，本场沼气工程总投资414.29万元，应用沼气工程技术年可处理粪尿及污水1.68 万t，沼气、沼渣、沼液年收入110.64万元，除去年运行成本46.82万元，净收入63.82万元；投资内部收益率15.41%（63.82元／414.29元），静态回收期6.49年（414.29元／63.82元）。说明从经济上来讲，应用沼气工程技术是可行的，在沼气工程设备使用年限内，不当可以收回全部投资，而且还能实现一定的盈利。

3.2 根据试验结果，通过应用沼气工程技术，妊娠、分娩、保育和育肥各环节猪舍中氨气分别显著下降了14.51%、11.66%、16.37%、13.83%（P＜0.05），硫化氢气体分别显著下降了23.52%、24.07%、27.47%、26.495%（P＜0.05），二氧化碳气体分别显著下降了12.5%、18.18%、16.67%、14.29%（P＜0.05）。因此，使用沼气工程技术处理规模化养猪场粪污，能够显著降低各饲养环节猪舍的氨气、硫化氢、二氧化碳等有害气体，消除臭味，改善饲养环境。

3.3 试验结果显示，应用沼气工程技术使生产母猪的妊娠率提高了0.97%，均产活仔数提高了2.15%，新生仔猪均初生重提高了6.08%（P＜0.05），28日龄断奶成活率提高了1.34%，断奶均增重提高了0.82%；保育仔猪60日龄成活率提高了1.12%，保育期均增重提高了7.92%（P＜0.05）；育肥猪在育肥期均增重提高了1.28%，料肉比降低了3.59%。表明使用沼气工程技术不仅能提高生产母猪的生产性能，对哺乳仔猪、保育仔猪、育肥猪的生长发育均具有较明显的促进作用，而且还可通过厌氧发酵杀灭环境中的病原微生物，减少疫病发生流行，提高仔猪成活率。

3.4 根据卫生部门检测，该场在应用沼气工程技术前，由于生产的污水均排入场区内沟渠，对场区环境及附近河流造成了严重污染，COD（化学需氧量）和BOD（生化需氧量）及氮化物指标严重超标，对周围群众的身体健康造成了严重威胁。通过应用沼气工程技术，去除了污水中80%～90%的COD和BOD，彻底消除了对地下水系的污染，恢复了附近河流的自然面貌。

3.5 综上所述，应用沼气工程技术不仅可使产生的沼气用于生活用能和发电，节省能源，产生的沼肥作为有机肥用于农田，减少农药、化肥使用量，改变长期使用化肥造成的土壤板结状况，而且还可减轻对地表和地下水的污染，降低猪场及其周围的有害气体浓度，提高猪生产和生长发育性能，杀灭环境中的病原微生物和寄生虫虫卵，减少疫病发生流行。实现了粪尿及污水等污染物的“无害化、能源化、减量化、资源化”利用目的，取得了良好的经济、社会、能源和生态效益。

3.6 虽然该场应用沼气工程技术取得了明显的效果，但在实际生产中还存在一些不可忽视的问题，制约着沼气工程的正常运转。一是工作人员对沼气工程技术的操作程序及安全性能了解掌握不够，在实际生产过程中常出现人财物的浪费和生产操作上的安全隐患等问题；二是厌氧发酵罐对发酵温度要求较高，虽然在热电联供发电系统中使用了余热回收技术用于增温，但在冬季寒冷时节，有时仍达不到发酵温度，不仅使产生的沼气量减少，而且造成产生的沼气浓度不足，无法点燃。因此，在今后的生产实际中，应加大对沼气工程人员的培训力度，使其熟练掌握沼气生产操作规程，及时准确处理沼气生产过程中遇到的各类问题；加强冬春季节期沼气工程各环节及原料罐体的供暖保温工作，进一步提升沼气产能。

［1］ 蔡盛，易康，苏敏婷，等.USR工艺在规模化猪场废水处理中的应用［J］.江西畜牧兽医杂志，2011，（3）：28－30.

［2］ 张安来，陶卫平，朱飞虹.中小规模养猪场沼气工程的研究实践［J］.家畜生态学报，2010，31（5）：87－89.

［3］ 孙家宾，陈光年，彭朝晖，等.规模化养猪场废水处理沼气工程案例分析［J］.中国沼气，2011，29（4）：20－24.

［4］ 蔡相毅.浅谈沼气工程在规模化养猪场的运用［J］.青海畜牧兽医杂志，2014，44（3）：56.

［5］ 林聪，段娜.沼气技术在规模化猪场粪污处理中的应用［J］.猪业科学，2013（10）：42－43.

［6］ 刘姿余.能源生态型沼气工程在处理规模化养猪场废水中的应用［J］.现代农业科技，2015（14）：218－220.

［7］ 李长安，王德刚，李小龙.规模化养猪场沼气工程成本效益典型案例研究［J］.浙江农业科学，2013（12）：51－52.

［8］ 李玉娥，董红敏，万运帆，等.规模化猪场沼气工程CDM项目的减排及经济效益分析［J］.农业环境科学学报，2009 28（12）：2580－2583.

Effect of Biogas Technology on Breeding Environment and Pig Growth Development in Large－scale Pig farms

WEI Yu－ming1，2，QIAN Zhen－bo2，LV Wei3，WEI Shan4，QI Ming2
（1.Academy of Ecological Sciences，Zhangye Gansu 734000 China；2.Zhangye Animal Husbandry and Veterinary Research Institute；3.Animal Health Authority in Ganzhou District，Zhangye City；4.Animal Husbandry and Veterinary Station of Long－qu Town in Zhangye）

From March to December in 2012and 2014，investigation and determination test were carried out to evaluate the construction of biogas engineering operation and economic income，and the harmful gas concentration in piggery environmental，pig production performance and growth development condition before and after application of biogas engineering technology in Jinyuan pig farm，Ganzhou district of Zhangye city.The results showed that：a total investment of 4.1429million yuan for building biogas projects could handle manure and sewage 16，800tand earn 638.2thousand yuan；The IRR was 15.41%，and static recovery period was 6.49years.Through the application of biogas technology，pregnancy，childbirth，childcare and various aspects of pig fattening ammonia significantly decreased by 14.51%，11.66%，16.37%，13.83%（P（＜0.05），hydrogen sulfide gas significantly decreased by 23.52%，24.07%，27.47%，26.495%（（P（＜0.05），carbon dioxide gas significantly decreased by 12.5%，18.18%，16.67%，14.29%（（P（＜0.05）；the production of sows improved pregnancy rate of 0.97%，the number of alive piglets improved 2.15%，average birth weight of newborn piglets improved 6.08%（（P（＜0.05），28weaning survival rate improved 1.34%，average weaning weight gain increased 0.82%；survival rate of nursery pigs at 60－day－old rate increased by 1.12%，weight gain in nursery period increased 7.92%（（P（＜0.05）；fattening pigs in fattening period were up 1.28%，feed conversion ratio decreased 3.59%.

Biogas technology；investment efficiency；harmful gases；swine production performance and growth

S 216.1X713

A

1004－6704（2016）03－0048－05

2015－09－17

庆阳市科技支撑项目（项目编号：KN201305）

魏玉明（1964－），男，甘肃张掖人，农学学士，农技推广二级研究员，从事畜牧兽医技术推广和动物疫病防控工作。

＊ 钱振波，E－mail：qianzhenbo＠qq.com