规模化猪场粪污处理利用模式解析

2019-12-18王怀禹

猪业科学 2019年11期

王怀禹

（南充职业技术学院，四川南充 637131）

统计显示，我国每年养殖畜禽200 亿头只，产生粪污38 亿余吨，再加上生产过程的冲洗水，实际排放的污水总量远远超过200 亿吨，其中猪的粪污量超过15 亿吨，实际污水总量80 亿吨以上，如此数量庞大的粪污大部分未经任何处理就地排入江河、湖泊，导致水体污染、空气污浊，影响土壤质量，造成了土地和水体富营养化，危及人畜的饮水安全和生命健康。这不仅制约养猪行业的生存发展，而且给周边环境和居民生活带来不利的影响，已经成为农业污染的主要来源和迫在眉睫需要解决的难题。

1 规模化猪场粪污来源

1.1 猪舍冲洗用水

清水冲洗和干清粪便工艺是猪场传统的两种清粪方式。清水冲洗，部分猪尿和猪粪会伴随废水一同排放，干清粪便工艺能够尽可能地避免废污直接排放到水体。根据统计数据水冲洗粪便工艺每万头猪每日排放冲洗水约200 t，年排放约7.3 万吨；干清粪便工艺每日排放冲洗水约100 t，年排放约3.65 万吨，如此巨大的排放量对环境造成的压力是可想而知的。因此，国家相关法律法规都对废污排放情况有所限制，规模化生猪养殖场废污排放量上限见表1。

1.2 猪粪尿

粪便和尿液每天都会不断产生，这是猪场粪污的主要来源。一般养殖情况下，育肥场每头猪日产2 ～3 kg 的粪便，每年出栏万头肥猪就会产生约7 300 ～10 950 t 粪便；规模化种猪场排污量会更大（表2），如果处理不当就会对环境造成严重的影响。

1.3 恶臭

规模养猪场周围空气中出现的恶臭，主要来自猪粪便及未发酵充分的沼液引起。未经充分消化的蛋白质饲料随粪便排出，这些粪便经厌氧发酵产生大量的氨气和硫化氢臭味气体，如果粪便水未及时清除或清除后未及时处理，将会进一步产生甲基硫醇、二甲二硫醚、甲硫醚、二甲胺及多种形式低级脂肪酸等恶臭气体200 余种，臭味成倍增加。一般情况下，年出栏万头的育肥猪场，日均向大气排放氨气约38.16 kg、二硫化氨34.8 kg。

1.4 粉尘和微生物

在猪舍分放饲料、清扫地面、通风、除粪等过程中，不可避免要产生大量的尘埃。猪舍空气中的微生物大多附着在粉尘粒子上，以微生物气溶胶的形式悬浮于空气中并且可以在空气中长时间停留。由于空气具有高度的流动性和扩散性，携带病原微生物的气溶胶微粒可以在空气中四处扩散，从而引发相关疾病的传播。一般情况下，一个年产万头的猪场每小时可向大气排放粉尘2.4 kg、细菌1.4 亿个。冬季猪舍内的粉尘浓度可超标60 余倍，细苗总数超标1 300 ～1 700 倍，再加上季风等环境因素，这些潜在的病原体的影响范围会不断地扩大。

2 猪场粪污处理模式及应用

2.1 减量化排放模式

减量化排放模式即是在猪生产过程中，从源头上降低粪污的排放量或将其减少到最低量。常用的减量化量生产模式有如下几种。

2.1.1 “三改两分”再利用模式

这种模式即改水冲清粪或人工干清粪→漏缝地板下自动化干清粪、改无限用水→控制用水、改明沟排污→暗道排污，实施固液分离、雨污分离，实现粪污减量化和综合管理优化，疏通末端处理，利用关键接口，促进水资源、养分资源节约与循环利用。按照“三改两分”要求，从源头上削减粪污排放量。这种模式需要对干清粪系统进行改造，主要包括清粪沟的改造，配备粪便收集输送设备等；进行雨污分离改造，配备固液分离设施；建设固体粪便好氧堆肥设施，主要包括：粪便暂存池、原辅料贮存车间、堆肥车间、堆肥槽、后腐熟车间，配备相应的堆肥处理设备和转运设备等；建设污水收集与处理设施，主要包括：集污池、氧化塘、配备污水输送设备等。这种模式主要适用于规模养猪场或养殖小区。

表1 规模化猪场废污排放量上限

表2 规模化种猪场不同类别猪只日排污量 kg/d

2.1.2 日粮营养调控

一是在猪日粮中适当降低粗蛋白的含量，以减少氨气的排泄量，同时，低蛋白日粮额外补充单体氨基酸可使粪便pH 降低，尿素酸化，进而也可减少氨气的排放。试验发现，饲喂低蛋白日粮可使空气中氮含量降低15%左右；在育肥猪的日粮中每千克粗蛋白减少0.01 kg 时，猪舍的氨气排放减少7%～15%。二是在日粮中添加一定量的粗纤维可有效减少粪污中氨的排放。O'Shea等试验发现，日粮中粗纤维添加量由12.1%提高到18.5%，可使猪场氨气排放减少40%。三是使用添加剂降低氮、磷的排泄量。据试验，日粮中添加益生菌、非淀粉多糖酶、酸制剂、微生物添加剂（EM）、植物提取物、沸石等可减少氮的排泄量。O'Shea 等试验发现在以小麦为基础的日粮中添加非淀粉多糖酶制剂，可使氨气排放降低15%～20%。研究发现丝兰提取物中含有皂苷类等葡萄糖复合物，可有效抑制尿酶的活性并与氨气结合形成化合物，如在日粮中添加0.01%的丝兰提取物可使氨气排放减少20%～30%，就是直接将其添加到粪便中也可使氨气的排放量减少。研究证实益生菌能够改善猪肠道微生态平衡，提高氮、磷表观消化率，减少猪粪便中氮磷含量。史慧玲等研究发现，在保育猪日粮中分别添加0.5%的枯草芽孢杆菌、酿酒酵母菌和植物乳杆菌，能分别有效提高氮、磷表观消化率33.14%和48.99%（P ＜0.01）。

2.1.3 发酵床养猪

发酵床养猪是通过垫料（锯末、稻壳、秸杆等）和猪粪便协同发酵，快速转化猪粪、尿等养殖废弃物，消除恶臭，抑制害虫、病菌，同时，有益微生物菌群能将垫料、粪便中的某些成分合成可供牲畜食用的糖类、蛋白质、有机酸、维生素等营养物质，促进猪抗病和生长。发酵床养猪分原位发酵床养猪和异位发酵床养猪两种模式，前者猪床一体，粪便无需清理直接在原位发酵床降解实现零排放的目的，而后者是在传统发酵床养殖基础上进行改进，把养猪的地方和发酵槽分开，即异位处理粪便（图1）。这样垫料不直接与生猪接触，猪舍免冲洗，粪便和尿液通过漏缝地板进入下层垫料或转移到舍外铺设垫料的发酵槽中，进行粪便尿液的发酵分解和无害化处理，经过一段时间后可直接作为有机肥料进行农田利用。异位发酵床养猪模式可以克服原位发酵床养猪模式中猪接触粪污易造成寄生虫和病菌感染的问题。

异位发酵床养殖模式中的关键点除了准确计算发酵床面积和控制粪污的浓度外，还取决于发酵床好氧发酵的条件（表3）。

2.1.4 高床养殖

高床发酵型养殖实质上是一种结合了原位和异位发酵床优点的养殖模式，本质上属于异位发酵床养殖。高床发酵型养猪的猪舍可采用全封闭全温控的双层钢和钢筋混凝土混合结构建设，猪舍底层一般保持3 m 高，铺放木屑等垫料，用于消纳生产过程中产生的猪粪尿。垫料厚度约60 ～80 cm，采用翻堆设备定期（1 ～2 d）对垫料和猪的废弃物进行混合翻堆处理，这样不会产生刺鼻的气味。猪舍二层为养猪生产设施，采用温控通风设备，地面采用全漏缝地板，粪尿通过漏缝地板排到底层与垫料混合，经过半年到一年的好氧发酵腐熟可转变成有机肥料，基本上解决了养猪废弃物的污染问题。这种养殖模式虽然前期投资成本比传统猪场高1.5 倍左右，但建成后运行成本低，加上有机肥销售收入，经济效益比传统养猪好。

2.2 粪污资源化利用模式

2.2.1 粪污全量收集还田利用模式

该模式工艺流程见图2。主要优点：粪污收集、处理、贮存设施建设成本低，处理利用费用也较低；粪便和污水全量收集，养分利用率高。主要不足：粪污贮存周期一般要达到半年以上，需要足够的土地建设氧化塘贮存设施；施肥期较集中，需配套专业化的搅拌设备、施肥机械、农田施用管网等；粪污长距离运输费用高，只能在一定范围内施用。适用范围：适用于猪场水泡粪工艺，粪污的总固形物含量小于15%；需要与粪污量相配套的农田。养猪场可自行还田或第三方服务组织粪污还田。

2.2.2 粪污专业化能源利用模式

该模式工艺流程见图3，这种模式以专业生产可再生能源为主要目的，依托专门的畜禽粪污处理企业，收集周边养猪场粪便和污水，投资建设大型沼气工程，进行高浓度厌氧发酵，沼气发电上网或提纯为生物天然气利用，沼渣生产有机肥农田利用，沼液农田利用或深度处理达标排放。模式主要优点：对养殖场的粪便和污水集中统一处理，减少小规模养猪场粪污处理设施的投资；专业化运行，能源化利用效率高。主要不足：一次性投资高；能源产品利用难度大；沼液产生量大集中，处理成本较高，需配套后续处理利用工艺。适用范围：适用于大型规模化猪场或养猪密集区，具备沼气发电上网或生物天然气进入管网条件，需要地方政府配套政策予以保障。

2.2.3 污水肥料化利用模式

该模式工艺流程见图4，养猪场产生的污水厌氧发酵或氧化塘处理储存后，在农田需肥和灌溉期间，将无害化处理的污水与灌溉用水按照一定的比例混合，进行水肥一体化施用，固体粪便进行堆肥发酵就近肥料化利用或委托他人进行集中处理。模式主要优点：污水进行厌氧发酵或氧化塘无害化处理后，为农田提供有机肥水资源，解决污水处理压力。主要不足：要有一定容积的贮存设施，周边配套一定农田面积；需配套建设粪水输送管网或购置粪水运输车辆。适用范围：适用于周围配套有一定面积农田的规模猪场，在南方宜使用厌氧发酵生产沼气等无害化处理，在北方宜直接使用氧化塘贮存，在农田作物灌溉施肥期间进行水肥一体化施用。

2.2.4 污水达标排放模式

该模式工艺流程见图5，养殖场产生的污水进行厌氧发酵+好氧处理等组合工艺进行深度处理，污水达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596-2001，其中COD 低于400 mg/L，NH3-N 低于80 mg/L，TP 低于8 mg/L）或地方标准后直接排放，固体粪便进行堆肥发酵就近肥料化利用或委托他人进行集中处理。该模式主要优点：污水深度处理后，实现达标排放；不需要建设大型污水贮存池，可减少粪污贮存设施的用地。主要不足：污水处理成本高，大多养猪场难以承受。适用范围：适用于养猪场周围没有配套农田的规模化猪场。

2.2.5 生态循环养殖模式

生态循环养殖模式可实现养猪产业的绿色、可持续和健康发展。该模式实质上就是实行种养殖结合，植物和动物协同发展，实现生态平衡。沼气工程是生态循环养殖模式的核心技术，常见的模式是将粪尿发酵出的沼液沼渣用于农作物的肥料、鱼塘的饵料，沼气生产量大可以发展电力供应。如我国江苏省普遍采用“畜－沼－作物”农业生态循环模式。随着科技的发展和养殖技术的提高，生产实践中有“猪－沼－生物（鱼、蛹蛆）－果（粮、林、菜、草）”等多种模式巧妙结合，实现资源利用最大化，效益最大化。在生产实践中，养猪场通常是把几种粪污处理方法结合起来使用，最终实现化废为宝的目标，实现生态循环。经过近十几年的改革发展，基本建立了以沼气处理为纽带的农业生态循环模式。

3 结语

规模化养猪场粪污处理和资源利用是生猪养殖业可持续发展的基本要求，现行国家推行猪场治污方案，仍以达标排放（污水处理系统）及资源再生（有机肥制造技术）方案并行。但若在解决环保问题的前提下，“资源再生”（创造经济效益）当然优于“达标排放”（资源浪费）。若“资源再生”技术成熟，“达标排放”作法自然不应被允许。由此而论，能够就地（在猪场内）、直接处理含水率80%以上粪污液（目前国内无论产业或研究机构极少能做到），实现零排污水及有害气体，且创造优质、低成本的有机肥料技术，便是我国必须与必然的发展方向。