刍议田林县山区养殖粪污处理技术集成及其应用效果

杨万貌

摘 要 山区规模化畜牧养殖容易出现水污染、可利用土地不足、粪污处理途径少、成本高等问题，严重制约了山区畜牧业的发展。为有效解决山区畜牧规模化发展与污染处理的问题，对广西百色市田林县山区养殖粪污处理存在的问题进行分析，介绍了粪污处理相关技术集成系统及其特点，并以当地某千头规模化生猪养殖场为例分析了该系统的应用效果，发现该集成系统在节约资源的同时可有效提高农户的生产效益，应用前景广阔。

关键词 畜牧养殖；粪污处理；技术集成；广西百色市田林县

中图分类号：X713 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.06.072

近年来，我国畜牧业发展速度加快，畜禽养殖逐渐向规模化、集约化发展，同时也导致了畜禽粪污集中产生、处理难度倍增等问题，养殖粪污成了农业生产的重要污染源。尤其是在我国山区，受到地形限制和土地面积不足等因素影响，粪污处理难度极大，粪污污染问题日益严峻[1]。对日益严重的山区养殖场粪污问题，采取针对性解决方案，不仅能有效对粪污进行处理，避免对环境造成不良影响，还能为周边用户提供清洁能源，对于发展绿色农业经济有着重要意义[2]。通过对广西百色市田林县山区养殖粪污处理存在的问题进行分析，对山区规模化养殖粪污处理进行技术集成，总结适宜山区养殖场的粪污处理系统。

1 存在的问题

广西壮族自治区百色市田林县地处广西丘陵至云贵高原的过渡地带，地貌以山地为主，无平原，垂直高度差异明显。田林县以农业生产为主，随着近年来地区发展，畜牧业发展迅速，畜牧存栏量不断增长，但受到诸多因素影响，养殖场粪污处理问题凸显，主要集中在以下3个方面。

1.1 地势陡峭，容易造成水污染

山区沟壑纵横，溪流较多，一旦有较大的降水就会导致水流量增加，大量的溪水向地势较低的地带汇集。而未经过雨污分流的养殖场粪污会随着雨水到处流淌，污染环境，甚至有部分养殖场会借助大雨冲走粪水，以降低粪污处理成本。而未经无害化处理的粪污中含有大量的微生物、虫卵或其他有害物质，一旦进入到溪水中极易污染水源，导致人畜的健康受到威胁[3]。

1.2 可用土地资源不足

相较于平原而言，山区耕地面积较少，可利用的土地资源也较为匮乏，如果仅采用传统的处理方法，将粪污用于土地施肥，按照农业农村部相关技术指南，每667 m2土地最多只能承载5只猪产生的粪污，也就是说，1个千头规模的生猪养殖场，就需要超过13.3 hm2的耕地来消耗其所排放的粪污，这对土地资源匮乏的山区来说是个严峻问题[4]。

1.3 粪污处理途径少、成本高

目前规模化养殖场每日产生的粪污量较大。以田林县某千头规模化生猪养殖场为例，其每天的粪污产生量超10 m3。生物氧化塘、肥水还田等传统的处理模式，处理成本低但消耗的土地资源较大，已经难以满足如此巨大的粪污量处理需求。只有选择成本较高的沼气发酵、有机肥加工等无害化处理模式，甚至是成本更高的污水处理厂模式才能满足规模化养殖场的粪污处理需求，可选择的处理方案相较于平原养殖少，处理成本却高很多[5]。

2 粪污处理新技术工艺流程

根据循环经济理论和山区养殖粪污的特点，筆者参考相关文献，以田林县某千头规模化生猪养殖场为研究对象，针对山区养殖粪污处理技术，因地制宜对现有的工艺进行优化（见图1）。优化后的流程为沉渣池—固液分离池—酸化池—厌氧发酵—固液分离—沉淀池—氧化塘—蓄水池，主要采用沼气、沼渣、沼液的综合循环利用工艺。

3 粪污处理工艺技术

3.1 预处理技术

预处理环节利用格栅、沉砂池、固液分离池和酸化调节池对粪污进行处理。格栅采用砖混结构，格栅槽的体积为0.96 m3，格栅集水井的容积为10 m3，共设置两道格栅，格栅网的尺寸为15～25 mm，倾斜角为50°～70°。在格栅上设置有工作台，用于固态物清除和格栅清洗工作。

沉砂池设计2个，尺寸均为1.5 m×1.5 m×0.6 m。固液分离池也设置2个，规格为10.0 m×5.0 m×1.0 m，采用砖混结构。粪污经沉砂池后进入固液分离池，经筛网处理后完成固液分离。固液分离池的筛网通过通道连接，分离后的污水经由立式阀控制的管道，进入到酸化池内。在固液分离池的侧端设置了较粗的格栅，以免固形物堵塞管道。定期安排专人对固态粪污通道进行清理。酸化调节池采用钢筋混凝土结构，规格为10.0 m×5.0 m×2.0 m，总容量为100 m3。

3.2 上流序批式沼气池及附属设施

3.2.1 构筑及特征

上流序批式沼气池的主体结构均采用钢筋混凝土结构，根据养殖场的排污需求等因素，其体积设计为700 m3，有效容积为670 m3。沼气池的池体为圆柱形，最大直径为9.0 m，最大高度为12.0 m。池体内外均使用有机玻璃钢材料进行密封和保温，并在池内安装有气水分离装置和沼液排放装置。在距离池底2.5 m左右的高度安装了聚乙烯填料层，其高度为2.0 m，填料间隔为0.1 m。在距厌氧发酵池底部大概2.0 m的位置，预安装了热交换盘管。在发酵池的上方，加装有太阳能集热板，用于在温度较低的时候对发酵池内底部循环的水进行加热，并利用热交换对发酵池内的污水温度进行调控。

该沼气池具有以下特征：1）在反应器的主体底部，安装粪污进料管，反应器的主体内部腔底部为反应室，顶部为储气室，沼气储气罐安装有可调压的储气柜，其与反应器主体顶部用输气管道连接，反应器主体中、上部外周壁连接用于排出经厌氧发酵后的粪污水的第一出水管；2）反应器主体利用沼气回流管道与储气柜相连接；3）反应器主体中部外周壁与回流沼气搅拌的上清液第二出水管路相互连接；4）在反应器的主体内部安装三相分离器，在出水管路加装控制阀进行调控。

上流序批式沼气池的特点：1）相较于传统的上流式污泥床反应器而言，上流序批式沼气池的反应器径高明显下降，减少了三相分离器，而增加了出水管路；2）通过加装竖向短管，引入了空气，与出水混合，通过形成束流从而增加沼液氧气浓度。

3.2.2 固液分离机安装工艺

传统养殖场在进行粪污处理时，多会应用固液分离设备来进行粪污的预处理，以降低粪污的排放浓度，但传统的固液分离装置会去掉粪污中的粗纤维等，降低了后续沼气池内的原料量。将固液分离设备安装在沼气池后，用于分离经发酵处理后的沼渣，处理后可用于有机肥的生产，能有效节约堆肥所需的空间，减少堆肥过程中恶臭气体的产生及挥发，适用于土地面积严重不足的山区。

3.3 沼液、沼渣和沼气的综合利用

3.3.1 沼气利用系统

整个沼气储气罐采用分离浮罩储气，并在外部加装可通水的镀锌管，利用水位来控制浮罩的重量，从而达到有效调控沼气压力的目的[6]。

3.3.2 沼液、沼渣利用系统

沼液利用系统包括沉淀池和氧化塘，将经氧化塘处理后的沼液送入集水井缓冲系统，可将雨污分流，控制沼液的流量、流速和流向，以便于沼液的遠程农业灌溉，实现沼液利用零排放。沼渣内含有大量的氮、磷、钾及有机质等，是一种优质的有机肥料，可用于农作物的无公害种植。针对山区地形特点，可选择种植果树等经济作物，既解决了沼渣的利用问题，又有利于增加收益。当雨季到来或无需过多沼肥时，沼肥运输车的运营有效地解决了沼液二次污染问题，是沼液、沼渣利用的高效补充。

4 处理技术集成效果验证

4.1 取样及测定

以田林县某千头规模化生猪养殖场为试验点，2021年1月1日—12月31日每日12：00采集，采集指标包括环境温度、沼气池发酵温度、产气量等，每月上旬、中旬、下旬分别采集1次沼气池进出口的发酵液，进行多点取样，测定料液中的化学需氧量（COD）浓度，每次检测时平行取4个样本进行检测，取平均值。采用离心+滤纸过滤法，测定粪污中的固体悬浮物（SS）含量。采用HACH BODTrak检测仪测定污水中的生化需氧量（BOD5）含量。

4.2 应用效果

田林县全年日均温度为28 ℃，年均沼气发酵温度为35 ℃，全沼气池平均COD去除率由改进前的79.4%提高至改进后的86.1%，全年沼气池沼气产气率达到0.94 m3·m-3·d-1。沼液系统利用沉淀池和氧化塘，实现了雨污分流，通过控制沼液的流量、流速和流向，完成了周边果园的沼液远程灌溉，实现了沼液利用的零排放。

参考《农业农村部办公厅、生态环境部办公厅关于促进畜禽粪污还田利用依法加强养殖污染治理的指导意见》（农办牧〔2019〕84号）相关标准，从经处理过的污水检测结果（表1）可以看出，经处理后，污水水质主要参考指标参数明显改善，可见预处理系统对整个沼气工程起到了明显的减负效果，降低了粪污处理负荷。

5 结语

笔者以田林县某千头规模化生猪养殖场为试验点，针对山区粪污处理存在的不足，对其粪污处理新工艺集成技术进行了介绍，并对该工艺的应用效果进行评价。通过分析可以看出，对技术环节进行合理改进，优化工艺流程，完善废弃物再利用对减少山区养殖场粪污污染环境事件的发生有积极意义，同时还能最大限度地实现资源再利用，解决规模化养殖场可持续发展的“卡脖子”问题。

1）在工艺方面，通过在厌氧发酵池内安装固液分离设备，能够有效缓解后续污水处理负荷问题，提高沼肥的利用效果。

2）在预处理过程中，通过采用有机材料固液分离，可增加发酵原料量，避免提前将大量含有粗纤维的有机物去除，且该工艺运行稳定，提高了整个工艺流程的效率。

3）沼气发酵池上方加装太阳能集热设备，用于加温发酵池内的料液，并利用有机玻璃钢材料进行保温，确保了发酵温度和密封性能，提高了整体产气率。

4）采用可调节压力的玻璃钢储气柜，能够实现对沼气压力的调控，同时也能提高后续集中供气终端的沼气气体压力的稳定性。通过加装增压设备，能够实现沼气的远距离供应，从而有助于实现沼气利用的商业化。

5）利用沼液灌溉集水井，实现了对沼液灌溉的可调控管理，利用生物氧化塘和储液池，有效平衡了沼液的排放和应用需求。在雨季和农闲季节，可采用沼液灌溉车对多余的沼液进行处理，从而实现了养殖业、种植业的和谐发展。但就目前而言，对于植物如何长期、合理、科学应用沼液、沼渣还需要进一步研究。

6）山区养殖场利用规模化、集约化的沼气工程，有助于发展循环经济，提高经济效益的同时避免发生粪污污染，通过对沼气生产全过程进行可控化管理能有效提高产气量和安全性，实现沼气、沼液的零排放。

参考文献：

[1] 中华人民共和国生态环境部，国家统计局，中华人民共和国农业农村部.第二次全国污染源普查公报[EB/OL].（2020-06-16）[2023-01-10].http：//www.mee.gov.cn/home/ztbd/rdzl/wrypc/zlxz/202006/t20200616_784745.html.

[2] 潘爱华，李梦梦，孙前路.分布式认知理论视角下农户畜禽粪污处理参与意愿研究：基于异构选择有序Logit模型的分析[J].高原农业，2021，5（2）：191-200.

[3] 蒋尊芳，胡晓勇，刘平云.中南地区畜禽粪污土地承载现状及处理利用发展趋势[J].中国沼气，2021，39（2）：10-15.

[4] 华磊.2MW热电肥联产沼气工程在猪场粪污和秸秆废弃物资源化利用中的应用[J].河南畜牧兽医，2021，42（20）：11-12.

[5] 赵燕兰，袁兴中，季靖钦，等.大型水库流域畜禽养殖粪污资源化治理模式探讨：以资兴市为例[J].湖南畜牧兽医，2022（3）：4-7.

[6] 孟宇翔，廖友郡，徐明江，等.全面推进畜禽养殖废弃物资源化利用：湖北十堰市畜禽粪污治理调查报告[J].家畜生态学报，2022，43（10）：86-90.

（责任编辑：张春雨）