对规模化猪场猪尿降解工艺应用以及减排效果的研究

肖和良

（湖南省洞口县畜牧水产局，湖南 邵阳 422300）

1 猪尿降解工艺应用研究的背景

猪粪便处理，固液分离机分离后，2个渠道作为有机肥，一个是灌装成袋用车直接运输到田地，沤肥后施肥，一个是发酵后做成有机复合肥，再运输到田地施肥。

但猪尿处理方式有难度，即使用猪尿水进入沼气池，做为沼气利用1次，但沼液依然有污染，还要还田处理，目前2个处理：方式1，是用灌装车运输到田地实施灌溉，前提是田地有大量机耕路，通车才行。方式2，是从猪场到田地，修建灌溉渠道或埋有PVC管道。这样2种方式都需要投入大量人力、物力，猪尿处理成本费用高。

文章研究的是如何直接将猪尿或沼液降解成无污染的可排放水，即对猪尿或沼液降解工艺应用以及减排效果的研究。

2 猪尿水降解工作原理和污水处理工艺

猪尿污染物包括:高pH、悬浮物(SS)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)和化学耗氧量(COD)。如何降解这些污染物和达标排放，有沒有最好的降解工艺和减排效果。带着这些问题，笔者于2019年8-9月考察了湖南省洞口县、新邵县部分规模猪场以及洞口县城生活污水处理厂。笔者一直对畜禽粪污处理环保工程比较关注，并身体力行，主持制订了《洞口县畜禽规模化养殖场粪污排放达标规范》和《洞口县猪粪尿减排与资源化利用模式评估指标》，洞口县在粪污减排方面做了大量工作，投入的财政资金也较多[1-3]，但这次考察之前认为洞口县粪污减排未达到满意效果。

经对生活污水处理厂考察，其实猪尿水和生活污水处理原理是一样的，都是要经过厌氧、好氧、微生物以及物理方法的处理。现在城镇人的厕所都设有化粪池,人的粪尿经过了比较长时间的化粪厌氧处理,比直排的猪尿水污染物相对要少很多。城镇生活污水是洗碗冲洗水，洗衣冲洗水，洗澡洗发冲洗水，化粪池化粪后粪水以及垃圾废水。因此城镇生活污水收集管网面广线长，管网投入的资金较多。

2.1 生物去除氮机理

污水中氮的去除由氨化反应—硝化反应—反硝化反应共同完成，其工艺原理如下：①氨化反应，在好氧条件下，氨化菌将污水中有机氮化合物分解转化成NH3-N，以氨基酸为例，其反应式为：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+N H3；②硝化反应，在好氧条件下，硝化菌将N H3进一步氧化为NO其反应式为：NH3+O2→+2H++H2O；③反硝化反应，在厌氧（兼氧）条件下，反硝化菌将NOX-N少部分同化为菌体自身的有机氮化合物，大部分（70%～75%）异化（还原）为气态氮N2，其反应式为：NO2-N+3H+→1/2N2+H2O+OH-，NO2-N+5H+→1/2N2+2H2O+OH-[4]。

2.2 污水处理工艺

采用生物—生态复合处理技术，属于厌氧—好氧联合处理范畴，工艺：养殖废水经排污管道至化粪池→调节池→泵→气浮设备系统→水解酸化池→A/O生化池→沉淀池→中间水箱→泵→生物滤池→清水箱。其中生物滤池为曝气生物滤池，在池内设置填料，通过人为供氧，使填料上生长大量微生物，废水与填料上微生物充分接触，微生物吸附有机物（污染物），废水得到深度净化后流入清水箱[5]。

张守彬等[6-8]开展了对天然斜发沸石、页岩陶粒、石灰岩碎石、牡蛎壳、贝壳五种曝气生物滤池填料处理污水效果研究，效果好的排序为：牡蛎壳→贝壳→天然斜发沸石→页岩陶粒→石灰岩碎石。各地对填料可就地取材，加以利用，如洞口县城污水处理厂用石灰岩碎石作为曝气生物滤池填料。

3 红泥膜沼气猪尿降解工程工艺以及应用

3.1 红泥膜沼气猪尿降解工程工艺

红泥膜沼气猪尿降解工程工艺为：尿水预处理→预处理暂存池→红泥塑料膜沼气池→好氧池→净化池→氧化塘(或鱼塘、人工湿地）→达标排放。

以新邵县颜复伟养殖场为例(湖南省新邵县坪上镇筱桂村颜复伟养殖场,养殖规模:年出栏1 000头猪):

①尿水预处理。猪场进行干清粪和雨污分离处理，夏季也不用水冲洗猪栏降温，从源头上对粪污减量化，尽量降低尿水处理量，以提高尿水降解工艺的减排效果。对预处理的尿水（也叫直排尿水，没有经过环保工程处理的尿水）送样检测，检测结果见表1。

②尿水进入预处理暂存池。预处理暂存池为小型沉淀池60 m3。每2 d用固液分离机对预处理暂存池尿水分离1次，把粪渣分离出来，分离的同时，把分离后的尿水抽入红泥膜沼气池。

③进入红泥膜沼气池。288 m3(12 m×8 m×3 m)红泥膜沼气池，红泥塑料膜沼气池是厌氧池，把这个大型的红泥塑料膜安装在开放性沼气池里面，红泥塑料膜是密封的1个大型袋子，把尿水抽入红泥塑料膜袋子里，尿水充满时只在池子平面上，当产生沼气时，红泥塑料膜袋子充满沼气时，红泥塑料膜可高出池子平面80～100 cm，高出的袋子部分则是充满了大量的沼气。

并用加药箱，加入少量益生菌进入红泥膜沼气池。每星期加入1次，每次0.5 kg。

污水通过红泥膜沼气池20 d,经沼气池密封厌氧后，沼液中的部分有害物质被降解、杀灭。

红泥膜外表与空气接触，吸热性好，充分利用太阳能，提高池内发酵温度。这种红泥膜装置的沼气池能有效提高沼气池温度，特别是冬季沼气池的温度较低，常规沼气池（埋在地下的）用太阳能发电补温，才能产沼气，这种红泥膜沼气池则不要，冬季也能自升温。所以红泥膜沼气池能多产沼气，夏季多产1～2倍，冬季多产3倍。红泥膜沼气池多产的沼气，能把氨降解率提高25%～30%。红泥膜沼气袋是应用复合膜、膜加高强度聚酯纤维应用贴合的制造工艺加工而成的，密封性好，具有高强度、重量轻、可大跨度使用，还有耐温、耐腐、阻燃、抗老化的材料特点，能抗氧化和太阳暴晒，在无外力破坏下，红泥膜沼气袋的使用寿命20年以上。

④进入好氧池。好氧处理池由四个池（每个4 m×3 m×3 m=36 m3）组成，加氧化剂，每天加入2～3次，每次0.5 kg。并用加氧机充气，每天4次，每次20 min，设置自动开机加氧充气。

⑤进入净化池。经过2个二级净化池（每个8 m×3 m×3 m=72 m3），再排出的水，比较清亮，用鼻子闻，基本没有粪尿的异味,这时抽检的废水样品，送检，污染物平均降解率85.46%，见表2。

⑥进入氧化塘。把这个降解后的废水，放进0.3 hm2以上氧化塘里，这种氧化塘种上浮萍，能降解环保工程后部分废水中污染物。这时取排出的池水更加清亮，池水抽样送检污染物平均降解率92.32%，较环保工程后降解率85.46%，降解率提高6.86个百分点，见表3，达到减排90%的标准。

也可用鱼塘和人工湿地代替氧化塘。代替的鱼塘面积要大1倍需0.6 hm2以上，还可以养鱼，人工湿地要0.6 hm2以上，才能达到后期处理（氧化塘）废水降解的效果。

以上设计规格的环保工程，各类处理池636 m3（不含氧化塘），投入资金28万元左右，约占猪场建设资金的15%。能处理年出栏1 000头猪规模场的尿水达标排放。

这个环保工程设备有红泥膜袋子（根据规模场大小设计可大可小的袋子）、加药箱、加氧机、沼气恒温加压处理设备和沼气输送管道，小型沼气锅炉等设备，以及益生菌和加氧剂，由山东潍坊达远环保科技有限公司提供，该公司在湖南各个地区配有总代理和技术人员，指导设计、安装、设备维护以及销后服务。

位于洞口县山门镇大合村的湖南佳境农牧有限公司（年出栏生猪5 000头）采用的是黑膜沼气池，其黑膜沼气池猪尿降解工艺同红泥膜沼气猪尿降解工艺一样，黑膜沼气池是1 000 m3，建有沼气发电工程设备，并用种植莲子的10 hm2来代替氧化塘。

表1 直排尿水水质检测表

表2 净化池后尿水水质检测降解表

表3 氧化塘后尿水水质检测降解表

图1 充满沼气的红泥膜沼气池塑料膜外表

图2 好氧池加氧机充气废水翻滚的白沫状况

3.2 红泥膜沼气猪尿降解工程沼气利用

利用红泥膜沼气池产生较多的沼气量通过沼气锅炉，让沼气充分燃烧，产生热水，然后用热水管对猪场供暖，供暖方式2种，1种是地暖，把热水管埋在地板里。另1种是舍内供暖，把热水管道安装在猪栏空间里，离地面2.2 m高以上,左右各1条热水管道。

红泥膜沼气袋不仅是发酵车间，又是临时储气车间。如果产量相当大时，又可以集中储存后进行发电实现经济的多重收入。

4 红泥膜沼气猪尿降解工程工艺应用的减排效果评价

新邵县颜复伟养殖场红泥膜沼气猪尿降解工程，其①净化池后猪尿污染物平均降解率85.46%，其中：pH 7.8降解率87.1%，悬浮物(SS)852 mg/L降解率90.6%，氨氮(NH3-N)206 mg/L降解率89.3%，化学需氧量(COD)3 499 mg/L降解率81.8%，生物需氧量（BOD）1 484 mg/L降解率78.5%。②氧化塘后猪尿污染物平均降解率92.32%，其中：pH 7.6降解率92.2%，悬浮物(SS)439 mg/L降解率91.6%，氨氮(NH3-N)151 mg/L降解率94.8%，化学需氧量(COD)1 705 mg/L降解率93.9%，生物需氧量（BOD）811 mg/L降解率89.1%。达到了猪尿减排90%目标。

因此，对红泥膜沼气猪尿降解工程工艺应用的减排效果评价是：小型红泥膜沼气猪尿降解工程工艺可行，污水排放达标，投入资金比例合适，产沼气量大，沼气发电、供暖等资源化利用率高，经济实用。

5 讨论

5.1 使用红泥膜沼气池注意事项

需要注意红泥膜沼气池的气压，及时排出沼气，防止红泥膜暴膜事故的发生。就这个问题调查新邵县颜复伟，他说夏季4～5 d红泥膜沼气池就充满气了，所以4～5 d排1次气。笔者网上查了红泥膜沼气池是充气膜和沼气暂存库，没有暴膜事情，更没有防止暴膜这一说。因笔者在现场考察时，稍用力摸了一下红泥膜感觉充气很满，担心暴膜，问陪同的厂家技术员怎样解除这个担心，他就说没发生暴膜事故。因此笔者当场向他建议，设置一套沼气自动化排出装备，如在红泥膜袋子里设置一个沼气气压计和设计气压临界值，并在气压临值时可排出沼气的自动化装备，把这个建议带回厂家。人为感观排气不可靠，防止暴膜安全事故的发生，这是很重要的。

5.2 对大型规模场使用红泥膜沼气工程建议

经调查3 000头以上规模场红泥膜沼气工程，猪尿水污染物降解率在73%～85%之间，未达到污水排放标准。这是什么原因呢？这是由于规模场大污染物排放量增大，不是简单几何级数增加排污设施，如2 000头在1 000头规模设施基础上增加2倍如处理池636立方×2, 3 000头增加3倍636立方×3……这样简单，应参考城镇生活污水处理厂污水处理工艺，增加曝气生物滤池和填料（牡蛎壳 、贝壳、天然斜发沸石、页岩陶粒、石灰岩碎石等）等环保设施，则能提高对猪尿水污染物降解率，达到污水减排90%的目标。

5.3 对冬季红泥膜沼气工程污水处理效果的观察

文中公布的是夏季猪尿水检测结果，因冬季红泥膜沼气池温度降低，厌氧微生物活性降低，产沼气减少，相对氨氮降解率降低。必须观察冬季污水污染物降解率，采取沼气池供热等措施，保证猪尿减排效果。

6 结论

红泥膜沼气猪尿降解工程工艺可行，污水排放达标，投入资金比例合适，产沼气量大，沼气发电、供暖等资源化利用率高，经济实用，可以大力宣传和推广。对大型养殖场（3 000头以上）增加曝气生物滤池和填料等环保设施，能达到猪尿减排90%的目标。