贵州省思南县生猪养殖场粪污固液分离技术及资源化利用

李洪英, 梅永红, 熊 勇, 时 颖, 王 华

(1. 思南县畜牧发展中心,贵州 思南 565100;2. 贵州省农业科学院畜牧兽医研究所,贵州 贵阳 550005)

思南县是贵州省的生猪调出大县,据思南县国民经济和社会发展统计公报,2022年全县生猪存栏46.26万头,出栏59.66万头。生猪养殖逐渐从分散型向集约化、规模化发展。与此同时,养殖粪污大量集中产生,如何做好养殖场的粪污处理及资源化利用已成为需要解决的重大问题。笔者通过调研我县生猪养殖场现有粪污处置及资源化利用情况,结合粪污治理工作经验,将粪污固液分离的技术方法介绍如下,供生猪养殖户参考。

1 粪污固液分离工艺流程

使用固液分离设备对粪污进行处理的工艺流程见图1。

图1 养殖粪污固液分离工艺流程

1.1 粪污暂存池

粪污暂存池对从猪舍排出的粪污进行短暂储存,有效容积≥0.01 m3×暂存周期(天)×设计存栏量(头)[1],储存周期一般为1天。设计存栏量 1 000头的猪场,修建暂存池的容积≥10 m3。配备自动清粪机的家庭农场可利用清粪机将猪粪、尿液、废水从排粪沟清刮到粪污暂存池,也可采用人工清粪方式。

1.2 固液分离设备

固液设备分为筛分、离心分离、压滤等类型,分离机有卧式螺旋挤压机、滚轴过滤机、斜筛式分离机。斜筛式固液分离机结构简单,成本和运行费用低,便于安装和维护,适用于中小型养殖场[2],目前思南县生猪家庭养殖场主要选择该设备分离粪污。

1.3 干粪堆积池(棚)

固液分离机分离出的粪渣需在堆积池内发酵处理。为防渗漏,堆积池底部和内部用水泥抹光,上部加盖彩钢瓦,四周做排水沟,用于防雨防水,容积≥0.001 5 m3/天×贮存周期(天)×设计存栏量(头)[1]。为节约建设用地,可直接在密闭的沉淀池上部搭建干粪堆积棚,堆积棚两侧和一端建设高度1 m左右的墙体,墙体内侧用水泥抹光,一端敞开,便于粪便装卸,顶部盖彩钢瓦防雨水进入。

1.4 沉淀池(沼气池)

经固液分离机处理后的污水通过管道引入沉淀池或沼气池收集处理。密闭式沉淀池(沼气池)的有效容积按0.4 m3/头计算,敞口式沉淀池的容积按0.6 m3/头计算。沉淀池上部加盖彩钢瓦,周围修建排水沟,底部和内壁用水泥清光,周围建设防护围栏并贴上明显警示标志。设计存栏1 000头的生猪养殖场以池深5.5 m计算,敞口式沉淀池占地面积为109.09 m2,密闭式沉淀池占地面积为72.73 m2。

2 粪污固液分离的技术方法

粪污固液分离的方法有多种,常用的有沉降法、蒸发法、机器法等。沉降分离法是在不加外力的情况下,利用重力作用使固体物质自然沉降,但耗时长、臭味大、占地面积大,不宜广泛推广。蒸发分离法建设成本高,受空气湿度和光照强度影响大,贵州山区不宜采用。机械分离法操作简单、分离效率高、适用性广泛,以下主要介绍几种机械分离技术。

2.1 筛分技术

筛分包括固定筛(斜板筛)、滚筒筛、振动筛,是根据粪水中固体颗粒大小进行固液分离的技术,固体物质的去除率直接与筛孔直径相关,筛孔越小去除率越高,但也越容易堵塞,清洗次数越多。斜板筛分离机的筛面固定不动,当分离机通电运行时,粪污通过进水管流到固定筛的顶部,在重力的作用下沿筛面下行,大于筛孔的固体粪便被截留堆积在筛网上,污水和小于筛孔的固体滤过筛网流出,通过排污管进入沉淀池处理。斜板筛分离出的粪渣含水率较高,呈泥状,不方便运输利用,其主要优势在于投资少、运行费用低,购置1台4 kW斜板筛分离机只需1.5万元左右,运行耗电量为0.33～0.74 kW·h/m3,适用于投资少、年出栏1 000头以下的家庭农场[3]。与固定筛相比,振动筛和滚筒筛分离效率略高,分离出的粪渣含水量也略低,但其固定投资和运行费用较大,为节约养殖成本,小型生猪家庭农场基本不选择振动筛和滚筒筛。

2.2 压滤技术

压滤技术主要有条带压滤和螺旋挤压,固液分离效果与筛孔、压力有关,筛孔越小、压力越大,分离效果越明显。螺旋挤压机工作时,堵塞泵将粪污吸入机器内,粪污在螺旋叶片推动下向机器前方移动,螺旋叶片与滤网之间产生的压力使污水滤过筛网流入排污管,粪渣不断向卸料端堆积,进一步脱水后由卸料口排出。螺旋挤压机设备购置成本低(1台5 kW 约2万元),耗电量0.53～0.94 kW·h/m3,分离的粪渣中干物质含量是固定筛分离的3～5倍,适用于处理规模小(年出栏少于1 000头)的养殖场[3]。与螺旋挤压机相比,带式压滤机分离效果略高,但购置和运行成本都较高,尤其是耗电量几乎是螺旋挤压机的2倍,目前思南县还未有生猪养殖场使用该分离机。

2.3 离心分离技术

离心分离技术是利用不同重量的固体在高速旋转条件下产生离心力的不同和沉降速度不同,实现固液分离。卧式螺旋离心机是典型的离心分离设备,主要由转鼓、螺旋、差速器组成。工作时,粪污由进料管进入旋转的转鼓中,在离心力的作用下,较重的固体粪渣在转鼓壁上沉积,由螺旋将沉积的粪渣推向锥端,由排渣口排出机外;液体在转鼓内壁形成液环,通过转鼓大端溢流口流出转鼓,由排污管排出进入下一处理环节。与筛分技术相比,离心分离技术效率高且分离出的粪渣含水率较低,但设备昂贵、耗电量大、维修困难,很少被中小型养殖场采用,主要适用于年出栏2 000头以上的猪场。

3 资源化利用方式

3.1 粪渣还田利用

固液分离出的粪渣在堆积池(棚)内好氧发酵和无害化处理后作为有机农家肥。2022年思南县的粮食播种面积约51 218 hm2,蔬菜播种面积约20 696 hm2(思南县统计局数据),按有机质含量1.5%～3%的大田中作为底肥使用,每667 m2用量1 000～2 000 kg计算[4],县内粮食、蔬菜播种面积承载粪渣量可达215.74万t。在水稻、玉米、小麦、蔬菜等田间作物播种或幼苗移栽时,粪渣作为底肥埋于耕作层,代替化肥使用,可节约肥料成本,有效缓解土壤板结、酸化问题,改善土壤结构,提高土壤肥力,促进农业增产。

3.2 沼液肥料化利用

将经沉淀池或沼气池厌氧发酵无害化处理后的沼液进行肥料化利用,开启沼液—果园、茶园、粮田、蔬菜、牧草等多种利用模式。养殖场根据《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》测算与养殖规模配套的种植面积。自身种植地不足的养殖场通过与周边种植基地、农户签订粪污消纳协议,将污水处理与利用进行有效衔接,沼液作为追肥施用,利用吸粪车将沼液运输至田间塑料储液罐,储液罐连接塑料管网,安装闸阀和施肥管。田间作物出茬后,沼液与水按1∶2的比例稀释,在上午或傍晚打开闸阀用施肥管喷施到农作物的叶面或根部,或利用吸粪车将稀释好的沼液直接浇施到果园、茶园、牧草等作物根部,一般667 m2使用量在500～3 000 kg[5]。以番茄为例,番茄1茬追肥2次,当番茄第1穗果实长至鸡蛋大小时,667 m2追肥沼液500 kg,间隔10天后再浇施1次[6],追肥后的番茄生长旺盛、果实色泽鲜艳、产量提高。

3.3 沼渣基质化利用

固液分离后的污水进入沉淀池或沼气池沉淀后在底部沉积形成沼渣,其中含有的腐植酸可以改善土壤团粒结构,提高植物抗逆性,含有的有机质、氮、磷、钾和其他微量元素等能促进种子萌芽、生长。辣椒、南瓜、茄子等蔬菜育苗基地利用沼渣作为基质与泥土等混合拌匀制作营养土,采取条播或穴播方式撒种,覆盖营养土浇水育苗。

3.4 沼气能源化利用

沼气池内产生的可燃性沼气通过管道运输到养猪场生活用房,利用沼气灶满足场内生活需要。同时中大型养殖场内安装发电设备,将沼气用于发电,实现电能储备,在停电时可供应场内生产用电需要。

4 经济、社会、生态效益

4.1 经济、社会效益

按照1头100 kg体重的猪年排出粪尿折合成市售化肥,相当于硫胺81.6 kg、过磷酸钙44.2 kg、硫酸钾10.9 kg计算[4]。1个年出栏1 000头的生猪养殖场年产粪尿约1 500 t,折合成硫胺41.81 t、过磷酸钙22.65 t、硫酸钾5.59 t。有种植基地的养殖场将处理后的粪污运往农田、经济作物基地等代替化肥施用,可减少化肥购买费用,降低种植成本投入。如:思南县香坝生态养殖场年产生的猪粪、尿液经固液分离后,干粪渣、沼液分批次运往自家133 hm2茶园消纳,有机肥完全替代化肥,减少了种植成本。对于自己没有种植基地或种植面积很少的养殖场,将粪渣和沼液作为有机农家肥出售给周边种植户,也能给养殖场带来一部分额外的经济收入。据调查,思南县部分生猪养殖场将粪渣以200元/t的价格出售给牧草种植基地,在增加收入的同时也促进了草畜配套发展。

4.2 生态效益

猪粪、尿液经固液分离后,分离出的粪渣质地较细,更容易被微生物分解;污水中的化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总固体物(TS)含量降低,减少了臭气产生,改善了猪场及周边环境,同时也提高了污水后续处理效率。分离后的粪渣和污水分别进行处理能节约处理成本,更利于无害化还田还土利用,对环境保护起了正向的促进作用。

5 优缺点及适用对象

(1)与其他处理模式相比,固液分离具有对粪便原始状态要求低、操作简单、运行稳定、经济实用、能耗低等优点。缺点是分离的污水后续处理压力仍较大,发酵后的粪水必须配套土地进行消纳,且修建粪污收集池要占用一定设施用地面积。(2)使用固液分离模式处理粪污,首先在养殖场选址规划时需把配套设施设备的占用面积计划在内,确保环保设施用地得到审批;其次养殖场需“以地定畜”,通过自留地或与周边种植企业、农户签订协议,满足与养殖规模配套的消纳土地;最后根据养殖规模、计划投入资金选择适合的固液分离技术。从全县使用固液分离机的生猪养殖场调研表明,固定筛能满足年出栏生猪500头以下的养殖场处理粪污需要,操作简单且耗电量低,有效降低了养殖场粪污治理成本;对于年出栏500～<1 000头的养殖场,螺旋挤压机比较适用,既经济又能很好地对粪渣进行下一步处理;对于年出栏1 000～2 000头的养殖场,利用固定筛和螺旋挤压机共同处理粪污能得到较好处置;对于年出栏2 000头以上的养殖场,利用卧式螺旋离心机虽然能处理粪污,但运行费用高,更倾向选择“固液分离+异位发酵床”模式,在夏、秋两季利用异位发酵床代处理可减少养殖粪污向外排放,冬、春需肥旺季利用固液分离机处理粪渣、沼液还田还土利用。

6 小结

在贵州山区的冬、春两季,空气湿度大、气温低,水分蒸发慢,使用异位发酵床操作不当极易发生死床。分离处理能避开季节性天气影响,分离的粪渣和污水能分开用于农业生产,粪渣能在春耕播种、幼苗移栽、经济作物冬管时作为底肥,污水在农作物生长期作为追肥还田还土利用,既能降低种植业投入成本,又能实现养殖废物资源化利用,有助于农牧业循环绿色发展。养殖场根据养殖规模、资金投入、设施用地等选择合理的固液分离技术,既能解决养殖环保问题,又能节约养殖成本,增加经济收益。