规模养猪场粪污无害化处理技术研究与应用

朱荣

摘要 本文以江苏省如皋市为例，结合当地气候条件和农业发展现状，采用能源生态型利用模式，开展规模养猪场粪污无害化技术研究与应用，制定前期减排、中期资源开发、后期资源多层次综合利用的技术研究思路，形成新型沼气发酵池型、稳定运行系统、沼气发电并网和沼肥农田利用系统等研发成果，为养猪场粪污治理找到了较理想的途径，具有较高的推广价值。

关键词 规模养猪场；无害化处理技术；研究；应用

中图分类号 X713.05 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）21-0179-02

Research and Application of Harmless Treatment Technology of Pig Manure in Large-Scale Pig Farms

ZHU Rong

（Rugao Rural Energy Technical Guidance Station in Jiangsu Province，Rugao Jiangsu 226500）

Abstract Taking Rugao City of Jiangsu Province as an example，combining the local climate conditions and the current situation of agricultural development，using the energy ecotype utilization model，the research and application of the harmless technology of pig manure in the large-scale pig farm was carried out in this paper.The technical research ideas of the early emission reduction，the development of the medium resources and the comprehensive utilization of the later resources were proposed.Some research and development results were formed，including a new type of biogas fermentation pool，stable operating system，interconnection of biogas power and grid power，biogas fertilizer system for farmland，etc.Though the results，a better way could be found to control the manure pollution of the pig farm，which has high popularization value.

Key words large-scale pig farm；harmless treatment technology；research；application

畜禽養猪业是如皋市农业主导产业之一，近年来发展迅速，养猪模式由原来农户散养逐步向规模化、集约化方向发展。2017年，如皋市生猪出栏量95.13万头，其中大中型规模养殖出栏量64.92万头，大中型规模养殖占比68.24%。规模养猪业蓬勃发展推动了如皋市农业产业化进程，但也带来了一系列严重的环境问题，导致养猪场与周边群众矛盾日益加剧，影响了社会稳定，不利于养猪业的良性发展。因此，猪场粪便无害化处理技术研究与应用势在必行。

1 研究思路

猪场污染物主要有2类[1]：一类是猪粪便，一类是猪圈冲洗水。干猪粪可以通过人工清扫进行收集，然后进行堆肥处理或直接用于农田，一般情况下不会对周围环境造成影响。对环境影响较大的是猪圈冲洗水，其浓度较高而且数量较大，对环境水体污染较重，是目前农村面源污染主要源头之一。因此，将研究重点放在冲洗污水无害化处理上，经过反复分析研究，采用猪场粪便能源生态处理模式，制定出“前期减排、中期资源开发、后期资源多层次综合利用”总体思路。前期减排：一是雨污分流，将雨水与污水分开，极大地降低了猪场污水排放量；二是采取高效猪圈清理技术，采用高压水泵冲洗猪舍，改变过去猪场普遍采用水管直接冲洗的方式，可节约冲洗水1/2。2项技术措施使猪场污水排放量大幅降低，使污水浓度得到控制，有利于进行后续资源化综合利用。中期资源开发：将粪污进行厌氧发酵获取生物质能源——沼气，沼气可用于养猪场内部职工生活用能、沼气发电、沼气发电余电并网等。开发出半地上折流式厌氧发酵池，并在运行过程中进行优化，解决了发酵装置冬季不产气、常年酸碱度不稳定难题，为中小型猪场粪便厌氧发酵装置全年正常运行奠定了基础，后期资源多层次综合利用：粪污经过厌氧发酵后须达标排放或者农田使用，环保工艺达标排放费用较高，不利于推广。沼渣、沼液富含多种营养元素和丰富的有机质，既是一种优质有机肥，也是土壤改良剂，具有防病抗虫特性，通过在农田使用沼渣、沼液，既消除了养猪场污染物，又提高了附近农产品品质，形成了养猪业和种植业双赢局面。

在总体思路指引下，采用了猪场粪污能源生态型处理模式，工艺模式流程如图1所示。

该工艺模式以养猪场污染物无害化处理为核心，带动沼气工程产品沼气、沼渣和沼液综合利用，实现种养平衡一体化，形成物质多层次高效利用生态农业循环系统。

2 研究成果

根据国内同类技术研究存在的问题和发展趋势，对如皋市友好猪场粪便无害化处理项目进行设计，在建设实践中不断进行完善与创新，最终在新型发酵池、发酵运行系统、沼气沼肥利用系统等方面形成了系列性创新成果。

2.1 科学先进的新型厌氧发酵池

开发出造价合理、处理效果好、推广价值高、半地上折流式厌氧发酵池[2]。选择如皋市鸿丰生猪养殖有限公司作为试点养殖场，该场位于如皋市城南街道育华村，主要从事生猪养殖，现有生猪存栏量2 000头。2015年建成新型折流厌氧发酵池，每天可处理如皋市鸿丰生猪养猪有限公司粪污30 m3，总池容300 m3，容积负荷为2.5～3.5 kg COD/（m3·d），池容产气率全年平均为0.3 m3/（m3·d）。发酵池的先进性主要体现在：一是结构科学性。厌氧发酵是借助多种微生物种群协同作用，达到降解污染物产生沼气目的，主要分为产酸和产甲烷两大阶段，产酸阶段是将粪污中有机物在水解性细菌作用下，分解生成单分子有机物，产甲烷阶段再将这些单分子有机物在产甲烷菌的作用下产生甲烷。这2个阶段分步进行，为促使各阶段充分反应，将反应器分为多格串联形式，每格容积由各自进水有机负荷决定，容积也随反应时间及容积负荷逐级减少，每格表面积则由污泥沉降性能决定，最大程度地发挥各隔室处理效率，从而提升发酵池整体处理效果，半地上折流式厌氧发酵池COD去除率达到80%。二是流态先进性。在充分研究国内先进厌氧发酵池[3]，分析其运行中存在的问题，将发酵池每格流态模仿国内应用上流式厌氧发酵池先进流态，粪污从每格发酵池中下部通过布水系统流进，从池内中上部流出，流动过程中对每格池底部污泥起到冲击作用，保证池内污泥处于悬浮状态，不随粪污流失而降低处理效果。全混整体推流式复合流态，能有效减少反应池容积死区，提高反应器整体容积利用率。三是造价节约性。通过对比性研究，目前江苏省内推广300 m3混凝土发酵塔，建造投资38.7万元，新型300 m3折流式厌氧发酵池采用半地上混凝土结构，工程造价27.2万元，在相同体积池体对比下，新型厌氧发酵池建造费用是目前推广池型的70%。

2.2 高效稳定的发酵运行系统

衡量豬场粪污发酵系统的重要标志是系统的高效稳定性能。主要加强两方面优化设计——理想发酵温度、适宜pH值。发酵温度一直是影响厌氧发酵的重要因素，料液温度越高，厌氧反应越彻底，产气率越高。着手加强运行系统保温加温方面设计，首先在厌氧发酵池预处理部分设置温室大棚，在预沉池和匀浆池顶部建造温室大棚，其在防止夜间热量散失的同时，白天通过阳光照射还能提高料液温度；再者就是对厌氧发酵池体进行保温设计，增建发酵池保温墙，主要对发酵池外池壁进行保温，砌筑保温砖墙，填充珍珠岩保温材料，防止日夜温差变化导致池内热量散失；厌氧增温部分主要是增设太阳能真空集热管加温系统和沼气发电机组余热再利用系统对池内料液进行加温，太阳能真空管集热加温系统主要由太阳能集热器、循环泵、自动控制器、热交换设备等组成，利用太阳能集热器收集太阳能，由自动控制器控制，在循环泵的作用下，促进池内热交换，提高料液温度，利用太阳能集热系统进行加热的最大优势就是运行费用低，合理科学地利用太阳能，同时将沼气发电机组余热通过热交换对沼气池料液进行加温，节约以往发酵池加温时常规动力能源消耗[4-6]。pH值是厌氧发酵产气着火关键，池内偏酸或偏碱都易发生发酵池产气不着火现象，因而应注意以下几方面。一是加强预处理匀浆池pH值控制，主要是在气温偏低时利用石灰池将匀浆池内料液pH值调配至中性后进入发酵池，从源头遏制料液酸化现象。二是加强运行系统中pH值控制，厌氧发酵池长期运行后，池内剩余污泥会不断增加，如不定期排出，池内料液将过度酸化，增设污泥自排系统，定期排除剩余污泥，有效抑制料液酸化现象，避免污泥过多造成管路堵塞，提高池体容积利用率。高效稳定的发酵运行系统单元控制流程如图2所示。

2.3 效益显著的综合利用系统

猪场粪污经过厌氧发酵收集沼气、沼渣和沼液。本项目购置100 kW沼气发电机组及相关配套并网系统，沼气可用于养猪场发电用能，余电并入10 kV大电网直接为养猪场供电，每天可平均发电10 h，沼气余电上网量达到21.6 kW·h，产生发电并网经济效益达14万元。沼渣、沼液是一种优质有机肥，具有防病抗虫抗逆作用，每年生产沼肥1.08万t，全部用于周围家庭农场和高效设施农业生产用肥。“三沼”综合利用系统属于互惠互利建设系统，从用户角度出发，提高了“三沼”使用的便捷性和实用性，最大限度地发掘了项目“三沼”附属产品的潜在效益。

3 结语

粪便无害化处理技术不仅消除了养猪场污染问题，切断了疫病传播途径，还能通过多层次综合利用为养猪场及周边群众带来经济效益，为猪场粪污治理找到了较理想的途径，具有较高的推广价值。

4 参考文献

[1] 高树铭，费新东.江苏规模化畜禽养猪场沼气工程建设现状与对策[J].能源研究与利用，2004（3）：49-50.

[2] 邓良伟.规模化畜禽养猪废水处理技术现状探析[J].中国生态农业学报.2006，14（2）：23-26.

[3] 郭静，李清雪，马华年，等.ABR反应器的性能及水力特性研究[J].中国给水排水，1997，13（4）：17-19.

[4] 刘玉，何振刚，龚高全，等.天水市规模化生猪养殖场粪污处理模式探讨[J].畜牧兽医杂志，2017，36（5）：58-59.

[5] 周强龙，廖川康，李伦成.中小型养猪场沼气工程与应用技术[J].现代农业科技，2017（13）：181-182.

[6] 邵蕾，孔凡克，杨守军，等.规模化养猪场粪污处理与资源化利用的主要模式[J].猪业科学，2017，34（3）：38-40.