沼液農(nóng)田消解利用中農(nóng)業(yè)工程技術(shù)問題的探討

陳喜靖，姜麗娜，奚 輝，王 強，許育新，符建榮

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

近年來隨著規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，養(yǎng)殖廢棄物的處理成為一個重要問題。養(yǎng)殖廢水，特別是經(jīng)過沼氣池發(fā)酵產(chǎn)生的沼液，是完全可以通過植物和土壤吸收方式進行消解利用的。國外先進的做法是新建養(yǎng)殖場的申報審批，首先要根據(jù)養(yǎng)殖場擁有的土地面積確定養(yǎng)殖規(guī)模，確定化糞池容積、廢水處理方案以及灌溉利用工程規(guī)劃方案［1］。我國雖然還沒有嚴(yán)格的畜禽養(yǎng)殖廢水綜合利用規(guī)劃與管理制度，但可以通過對現(xiàn)有農(nóng)牧場配備一些設(shè)備、補建一些相應(yīng)的工程設(shè)施，以實現(xiàn)沼液農(nóng)田消解利用的目的。

沼液農(nóng)田消解利用的配套設(shè)備與設(shè)施主要有運輸車輛、管渠、儲液池等，同時，噴滴灌也是提高沼液資源化利用效果的最好手段之一，但沼液噴滴灌比常規(guī)噴滴灌更容易出現(xiàn)堵塞問題，解決堵塞問題是實現(xiàn)沼液噴滴灌利用的關(guān)鍵。目前，針對沼液農(nóng)田消解利用中的相關(guān)工程技術(shù)問題的研究和闡述很少，根據(jù)我們在浙江蘭溪和嘉興等地的項目研究和生產(chǎn)實踐，總結(jié)分析了沼液農(nóng)田消解利用中的一些實際問題，并提出了一些工程技術(shù)實用方案，以供參考。

1 輸送、貯存工程技術(shù)

1.1 車輛運輸

通過專用槽罐車可以將沼液方便地運輸?shù)教镩g地頭，槽罐車裝卸沼液和運輸都比較方便，有的車上還配套噴灌設(shè)備，車到地頭可以進行噴灌，更提高施肥和灌溉效果。但槽罐車成本較高，雖然購買槽罐車國家有一定程度的資金補貼，但實際普及面并不廣。為了降低成本，也可以對農(nóng)用車或拖拉機進行改裝，在車上安裝一個儲液罐實現(xiàn)沼液運輸，改裝成本只有購買專用槽罐車的幾十分之一。更省錢的方法是在農(nóng)用車或拖拉機車斗中制作一個木制板框，起到加高斗壁作用，處理好斗內(nèi)容易扎破農(nóng)膜的部分，襯上厚一點的農(nóng)膜，就形成了一輛簡易的沼液運輸車。

沼液運輸車輛應(yīng)用普及不廣的另一個原因是運行成本比較高，通過對車輛運輸、管道輸送、渠道輸送3種輸送方式粗略的計算比較，車輛運行成本高于其它2種方式 (表1)，因此出現(xiàn)了一些利用國家補貼購買的槽罐車閑置的現(xiàn)象。但是，槽罐車可以將沼液輸送到任何可通車的地方，這也是管道和渠道輸送所不及的。

表1 萬頭豬場的沼液不同輸出方式運行成本比較

1.2 渠道輸送

沼液也可以通過渠道輸送，但由于沼液不同于普通的灌溉水，含有大量營養(yǎng)物，并有一定的臭味，大量積聚易對農(nóng)作物產(chǎn)生危害，也造成環(huán)境污染，因此，最好能利用專用渠道進行灌溉輸送。利用現(xiàn)成渠道和設(shè)計建設(shè)專用沼液輸送渠道應(yīng)注意以下幾方面問題。

最好不要利用灌排兩用渠道進行沼液輸送，因為灌排兩用渠道渠底比田面低，容易產(chǎn)生沼液積存，并產(chǎn)生長時間的環(huán)境污染。

由于單個沼液源在單位時間內(nèi)的出液量是固定不變的，而且比較小，按一個萬頭豬場每天沼液量為100 t，每天排放10 h計算，流量也只有 10 t·h-1。因此，沼液輸送專用渠可以做得很小，成本也就可以降低。

單個沼液源在單位時間內(nèi)的出水量雖然比較小，但長年累月的沼液排放量是很大的，而且伴有大量的營養(yǎng)物質(zhì)。因此，沼液輸送專用渠道的分布要盡量廣，最好能延伸分布到規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的每一塊田地，并要建一些分水閘和安全溢出口。

沼液輸送專用渠道的坡降應(yīng)略高于普通灌溉渠道，盡可能防止沼液在渠道中積存。

1.3 管道輸送

由于單個沼液源在單位時間內(nèi)的出水量比較小，可采用小管徑管道輸送沼液，建設(shè)成本不高。而且由于管道的摩阻系數(shù)小，能進行長距離低能耗輸送，且不受地形限制，進行噴滴灌利用的沼液也必須通過管道進行輸送。因此，沼液管道輸送優(yōu)點較多。

1.3.1 管網(wǎng)與管徑設(shè)計

沼液農(nóng)田消解利用中的管網(wǎng)可根據(jù)不同的地形進行設(shè)計，對于地形平坦且農(nóng)田分布于周圍的沼液源，可通過設(shè)計以沼液源為中心的網(wǎng)狀管道對沼液進行分散輸出消解利用;對于丘陵地區(qū)的沼液源，可將沼液通過一主管道輸送到某一具有地形或環(huán)境優(yōu)勢的集中點，然后再進行分散輸出消解利用。

沼液農(nóng)田消解利用管網(wǎng)的輸液管道管徑可通過以下公式［2］進行計算:

式中:D為需要確定的輸液管的管徑，m;Q為沼液輸送量，m3·s-1;V為經(jīng)濟流速，m·s-1。

如萬頭豬場沼液日排放量為100 t，確定水泵工作時間10 h·d-1，則沼液輸送量Q為10 t·h-1，經(jīng)濟流速V取1.5 m·s-1，則需要的輸液管的管徑D為48.6 mm。如果設(shè)計水泵工作時間為5 h·d-1，則沼液輸送量 Q為 20 t·h-1，經(jīng)濟流速 V取1.5 m·s-1，則需要確定的輸液管的管徑 D為68.8 mm。

1.3.2 動力設(shè)計

管道輸送沼液所用水泵的流量可以根據(jù)每天的出液量和水泵的工作時間來計算，如上所舉的萬頭豬場每天沼液量為100 t，水泵工作時間為10 h·d-1或5 h·d-1，則需選水泵的流量 Q分別為10 t·h-1或 20 t·h-1。

水泵所需的揚程根據(jù)地形高差和管道沿程水頭損失計算，水頭損失計算公式［2］是:

式中:hf為管道沿程水頭損失，m;f為管道沿程水頭損失摩阻系數(shù);d為管道內(nèi)徑，mm;b為管徑指數(shù)，L為管道長度，m;Q為流量，L·h-1;m流量指數(shù)。

硬塑管的 f、m、b值分別為 0.948×105，1.77，4.77。高程差Δh=出水口高程-進水口高程，m。水泵揚程H可以按管道沿程水頭損失加10%的余量，再加高程差算得:

按以上方法可給出表2設(shè)計案例。

表2 萬頭豬場的沼液管道排放設(shè)施設(shè)計案例

根據(jù)以上計算，2臺水泵需要配套的動力，前者可選5.5 kW功率IS50-32-200型電機，后者可選4 kW功率的IS65-50-160A型電機，后者省電，但所需的管道較粗，成本較高。

沼液在進行長距離輸送前應(yīng)該進行分離過濾，過濾后的沼液輸送可用清水泵，清水泵的能效比污水泵高，揚程也高，比較符合長距離輸送的需求。

1.4 儲液池

1.4.1 沉淀池和氧化塘

沼氣池流出的沼液要經(jīng)過沉淀池和氧化塘進行處理儲存，沉淀池和氧化塘的容量至少應(yīng)達(dá)到10 d的排放量，最好能達(dá)到30 d的排放量，這樣有利于沼液污水的氧化和再沉淀發(fā)酵，也有利于寒冬、雨季存放沼液污水。如果每天實際排放的污水50 t，則需要建500～1500 m3的沉淀池和氧化塘。在蘭溪達(dá)利養(yǎng)殖公司，沉淀池和氧化塘建設(shè)成了迂回的流道式，可以提高沼液的流動性，提高氧化效率。

1.4.2 田間儲液池

田間儲液池是為了沼液輸送和使用方便而在田間地頭建設(shè)的儲液池，目前使用的田間儲液池大多數(shù)在50 m3以下，主要有敞口池、封閉池和雙層池。

敞口池。分地下、地上、半地上3種類型，以地上型和半地上型使用比較安全方便。敞口儲液池的優(yōu)點是建造簡單，成本低，缺點是容易掉進雜物和繁殖微生物，易堵塞灌溉管道，且不夠安全。

封閉池。也可分地下、地上、半地上3種類型，該種儲液池不容易掉進雜物和繁殖微生物，不易堵塞灌溉管道，對人畜也比較安全。

雙層池。二層結(jié)構(gòu)，較高，可形成一定的壓力差，用于大棚的自壓灌溉很方便。雙層結(jié)構(gòu)還很容易使沼液與沉渣分離，沉渣的沖洗利用也很方便。

1.4.3 儲液塘

儲液塘也可稱為沼液庫，具有長時間大容量存儲沼液的功能。在沼液排放困難或農(nóng)田無法完全利用消解期間，儲液塘是緩解沼液出路的有效方法。儲液塘容積較大，要科學(xué)合理的選址和規(guī)劃，根據(jù)不同的條件建設(shè)，設(shè)計可靠的工程建設(shè)方案，要著重考慮地形、地質(zhì)、距離、方位、沼液去向等因素。

地形、地質(zhì)、儲液塘所處的位置應(yīng)該選在雨水不易積聚，沼液容易排放的相對高一點的位置。如果選在地勢較低的位置或山壟中，周圍應(yīng)建好完整的排水溝，阻止雨水流入塘中。儲液塘所處的位置應(yīng)具有良好的地質(zhì)條件，塘底不應(yīng)是砂性土質(zhì)，不能產(chǎn)生嚴(yán)重的漏水，壩基應(yīng)穩(wěn)固結(jié)實，塘堤堅固。

距離、方位。儲液塘要盡可能離村莊遠(yuǎn)一點，與牧場也要有一定的距離，更不要設(shè)在村莊和牧場水源和風(fēng)向的上方。

沼液去向。儲液塘能起很大的緩沖作用，但最終還是要通過作物需肥期的大量利用和土地休閑期的大量消納，仍不能利用的沼液也可以通過大量雨水或渠水稀釋后安全排放。如果能就地利用而達(dá)到排放則更理想，如浙江加華種豬有限公司4個面積2萬m2、池深4 m的生物穩(wěn)定塘，屬于儲液塘性質(zhì)，水面可進行蔬菜無土栽培，水中養(yǎng)殖以浮游生物為食的白鰱和花鰱，排放水達(dá)到國家畜禽污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求［3］。

2 噴、滴灌工程技術(shù)

2.1 噴、滴灌器具堵塞

沼液中的堵塞介質(zhì)種類繁多、成分復(fù)雜且形態(tài)各異，有機雜物、懸浮固體物均會導(dǎo)致灌水器發(fā)生物理性堵塞;灌溉沼液處理不徹底、過濾系統(tǒng)不完善，泥硝或有機雜物被水泵抽取進入管道及沼液噴、滴灌管后，在通過微管流道、滴孔和噴嘴時，雜物就會將流道、滴孔和噴嘴堵塞而使灌水器無法出水。

如果蓄液池不避光，管道中的沼液清洗不盡、長期不用，系統(tǒng)富含營養(yǎng)，就很容易造成微生物大量繁殖，將微灌管道堵塞。管道鋪設(shè)不當(dāng)、作物根系生長因水肥趨向性而伸入出水孔也會造成堵塞。

沼液噴、滴灌施肥后殘留在沼液噴、滴灌管中的有些養(yǎng)分或補充配施的一些化學(xué)肥料會發(fā)生沉淀，而將滴頭流道堵塞。二氧化碳?xì)怏w有可能與沼液中鈣、鎂離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成難溶的碳酸鈣和碳酸鎂，長期使用會在滴灌內(nèi)管壁生成較多的水垢而導(dǎo)致灌水器發(fā)生化學(xué)堵塞。

2.2 噴、滴灌沼液處理及設(shè)備使用方法

2.2.1 噴、滴灌系統(tǒng)的選擇

選用大流量灌水器能最大限度降低堵塞影響。噴灌系統(tǒng)流量大，不容易造成管道堵塞，可以在大田作物、茶葉、苗木等作物上應(yīng)用。用于大棚蔬菜、苗圃的微噴和滴灌系統(tǒng)容易產(chǎn)生堵塞，迷宮式、內(nèi)鑲式等滴灌管流道復(fù)雜也易堵塞，應(yīng)少用，而雙向微孔管道結(jié)構(gòu)簡單且廉價，在沼液灌溉中可多應(yīng)用。另外，選用具有自沖洗功能的灌水器也可以很好地防止灌水器堵塞。自沖洗灌水器有2種類型:開關(guān)沖洗型和連續(xù)沖洗型［4］。

2.2.2 沼灌水的預(yù)處理

這是防止堵塞的最經(jīng)濟有效方法，預(yù)處理越嚴(yán)格，物理性堵塞發(fā)生的現(xiàn)象就越少。首先，噴、滴灌沼液必須經(jīng)過沉砂池過濾，清除沉淀物，根據(jù)水質(zhì)及流量，在水泵取水口處用鐵絲網(wǎng)作3道攔污柵，安裝的攔污柵目數(shù)由小到大，可分別為10～50目不等，攔去懸浮雜物。沼液如果運至蓄液池中備用，則需加蓋避光，防止雜物進入及生物繁殖。麻澤龍等研究提出的通過快濾池、人工濕地及慢濾池的污水處理方法，不但能很好清除物理性雜物，還能部分清除化學(xué)污染物，實現(xiàn)了與農(nóng)業(yè)灌溉的緊密結(jié)合［5］，楊金樓等則提出了根據(jù)不同的原料進行預(yù)處理的方法［6］，可以參考。

2.2.3 過濾設(shè)備的配置，滴灌管的安裝與使用

根據(jù)預(yù)處理的水質(zhì)狀況，噴、滴灌設(shè)施首部還要分別安裝篩網(wǎng)式、疊片式過濾器或組合使用，如果在柵頭閥門后再安裝一個小流量的篩網(wǎng)式過濾器，作微灌二級過濾處理，更可提高系統(tǒng)的防堵性能。田間安裝沼液滴灌管時，沼液滴灌管上的滴孔朝上，可使水中的少量雜質(zhì)沉淀在管子的底部，并防止根系入侵沼液滴灌孔。

新安裝的噴、滴灌管第1次使用時，要打開噴、滴灌管末端的堵頭，充分放水沖洗，把管中雜質(zhì)沖洗干凈后才能開始使用，以后每使用5次后要沖洗1次。沼液灌溉后的噴、滴灌管道和過濾器要及時用清水清洗，清洗時間5 min以上。灌水前要經(jīng)常檢查過濾器，開啟過濾器反沖洗裝置去污，或手工清洗過濾器濾網(wǎng)上積聚的雜質(zhì)，防止過濾器堵塞，如果發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)損壞要及時更換。

2.2.4 正確配施化學(xué)肥料，防止化學(xué)堵塞

沼液含氮、鉀比較豐富，在噴、滴過程中需要補充配施其它肥料時，要選用可溶性肥料，配肥器必須安裝在過濾器之前。施肥結(jié)束后同樣要用清水對系統(tǒng)進行沖洗，防止管道中剩余的肥料沉淀。

如噴、滴灌系統(tǒng)發(fā)生肥料等化學(xué)堵塞，必要時可進行酸液清洗，這樣可同時達(dá)到消毒、抑制和消滅水中的藻類和微生物的效果，防止粘結(jié)塊狀物質(zhì)產(chǎn)生。特別是當(dāng)生物堵塞與化學(xué)堵塞同時發(fā)生并達(dá)到中等或嚴(yán)重程度時，只有化學(xué)處理才有效果。一般常用的2種化學(xué)處理方法是加氯處理與加酸處理，常用有高氯酸、硝酸、硫酸等，使用時將pH值調(diào)到5.5～6.0，處理時必須嚴(yán)格控制使用濃度，避免對作物造成危害。加氯處理保持水中自由氯含量為 1～2 mg·kg-1或者使氯濃度 10～20 mg·kg-1保持20～30 min。氯處理對于部分堵塞的灌水器是比較有效的，但對于完全堵塞的灌水器則效果不明顯。清洗時注意調(diào)低系統(tǒng)灌溉壓力，以減緩流速，提高酸洗效果，結(jié)束后再用清水沖洗。

3 小結(jié)

車輛、管道、渠道3種沼液輸送方式各有利弊。車輛輸送比較靈活，可以長距離輸送，但設(shè)備和運行成本比較高;管道輸送清潔，投入也不高，而且適應(yīng)任何地形;渠道輸送方式管理最方便，投入成本最低，但受地形局限。各地可根據(jù)不同的條件選擇不同的沼液輸送方式，規(guī)模較大的牧場可以3種方式配合使用，效果更理想。

沼液的田間貯存方式可根據(jù)實際需求進行選擇。雙層儲液池可以方便地實現(xiàn)大棚的自壓灌溉;封閉型儲液池不易掉進雜物和繁殖微生物，不易堵塞灌溉管道，對人畜也比較安全。沉淀池和氧化塘可以建設(shè)成迂回的流道式，可以提高沼液的流動性，提高氧化效率。在沼液排放困難或農(nóng)田無法完全利用消解期間可以建設(shè)大容量儲液塘緩解沼液出路。

可以通過灌溉設(shè)備選擇、過濾設(shè)備配置、沼灌水的預(yù)處理，并注意滴灌管的安裝與使用、正確配施化學(xué)肥料、進行化學(xué)防堵等綜合措施來解決堵塞問題，從而促進沼液噴滴灌技術(shù)更廣泛的推廣應(yīng)用。

［1］曾向輝 劉世榮 李云開，等.集約化畜禽養(yǎng)殖再生水灌溉的研究現(xiàn)狀與趨勢分析 ［J］.灌溉排水學(xué)報，2007，26(6):1-5.

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［3］馬小忠，張安來.金華市區(qū)規(guī)模化養(yǎng)殖場生態(tài)治理實踐［J］.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008，8(2):28-30，84.

［4］姚振憲，何松林.滴灌設(shè)備與滴灌系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計 ［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，1999.

［5］麻澤龍，周蕓，王朝勇，等.養(yǎng)殖廢水處理與高效再利用系統(tǒng)的設(shè)計 ［J］.中國給水排水，2009，25(6):44-47.

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