規(guī)?；i場有機(jī)廢物無害化處理對策研究

摘 要：規(guī)?；i場在快速發(fā)展的同時(shí)帶來了不可忽視的環(huán)境污染。研究通過規(guī)模化豬場發(fā)展過程中污染問題現(xiàn)狀分析，探討規(guī)模化豬場有機(jī)廢物無害化處理模式，并確定了規(guī)模化豬場“能源生態(tài)型”模式發(fā)展下沼氣、沼液以及沼渣利用途徑。

關(guān)鍵詞：規(guī)?；i場；有機(jī)廢棄物；污染；無害化處理

中圖分類號 X713 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）13-99-04

中國豬肉食用量在肉食消費(fèi)中一直占有重要地位，養(yǎng)豬業(yè)在畜禽養(yǎng)殖中占有很大的比重，豬肉消費(fèi)占肉食品比例均大于50%。1998-2011年，我國肉類產(chǎn)量總體遞增，從1998年的5 724萬t上升到2011年的7 957萬t，累計(jì)增長39%，豬肉產(chǎn)量從1988年的3 884萬t上升到2011年的5 053萬t，累計(jì)增長30.10%，豬肉產(chǎn)量居世界第一位，肉類人均占有量達(dá)55.73kg/人，其中豬肉36.17kg/人，超過世界豬肉人均的15.74kg/人。2011年我國全年畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便廢棄物的產(chǎn)生量為22.57億t，其中豬年排泄糞便為1.35億t，占總糞便量的10.95%。隨著養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展，必然導(dǎo)致更大量糞便廢棄物的產(chǎn)生，因此豬場糞污水的治理已成為畜禽污染治理的關(guān)鍵。

規(guī)?；B(yǎng)殖場的建設(shè)提高了養(yǎng)豬業(yè)的整體科技水平，帶動了養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展。然而，養(yǎng)豬生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的有機(jī)廢棄物，這些有機(jī)廢棄物中含有大量的生物質(zhì)能和有機(jī)肥資源，如不進(jìn)行處理和綜合利用而直接排放，不僅嚴(yán)重污染了水源、自然生態(tài)環(huán)境，而且造成資源的極大浪費(fèi)。隨著養(yǎng)殖業(yè)納入全球化經(jīng)濟(jì)體系之中，環(huán)境問題更加突出[1]。畜禽糞便處理不當(dāng)，也將導(dǎo)致疫病傳播，世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國糧農(nóng)組織的有關(guān)資料表明，目前已有200種“人畜共患傳染病”，這些人畜（禽）傳染病的傳播載體主要是畜禽糞尿排泄物。由此可見，規(guī)?；B(yǎng)豬場生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物的綜合利用與處理成為一個(gè)亟待解決的問題。

1 規(guī)?；B(yǎng)豬場主要污染物對環(huán)境的危害

規(guī)?；i場與傳統(tǒng)養(yǎng)豬相比集約化程度高，排放的糞尿等污染物量大。以10萬頭規(guī)模化豬場為例，每天產(chǎn)生鮮糞達(dá)80t，排放污水260t[2]，這些廢棄物若處理不當(dāng)任意排放，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。

1.1 糞便污染 糞便是豬場主要的廢棄物，是養(yǎng)殖場重要的污染源。豬食性廣，采食量大且消化能力高，但若飼料中粗纖維含量過多會增加豬糞便排出量。規(guī)?；i場不同生長期豬的糞便排放量詳見表1。糞尿中含有大量的致病菌和寄生蟲，不經(jīng)任何處理隨意排放，可成為畜禽疫病傳播以及人畜共患病的傳染源。

豬在代謝過程中通過糞便排出的N、P較高。有研究表明，斷奶仔豬、生長肥育豬、母豬的N、P排出量占總攝入量的比例分別為：46%、67%、76%和38%、63%、75%[3]。通過對保育豬、育肥豬、妊娠母豬進(jìn)行N、P代謝監(jiān)測和測算，最終獲得這3個(gè)不同時(shí)期豬的N、P攝入量、排泄量情況（表2）[4]。由表2可以看出，3種類型豬在消化代謝過程中N、P通過糞尿排泄量占攝入總量的比例都很高，其中含N物質(zhì)主要通過尿液排出體外，含P物質(zhì)則主要通過糞便排出體外。

糞便中含有的大量N、P物質(zhì)，若直接排放到環(huán)境中會對其造成嚴(yán)重的危害，其中N轉(zhuǎn)變成氨氣，釋放到空氣中，增加空氣中氨的濃度，嚴(yán)重時(shí)形成酸雨。若農(nóng)田過度施糞肥或化肥，除一部分氮被植物吸收利用，多余的部分隨地表徑流滲入地下水源，導(dǎo)致水中含氮量增加，人若長期飲用此水將危及身體健康，誘發(fā)疾病。含磷污水進(jìn)入江河容易引起藻類和浮游生物的大量繁殖，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，進(jìn)而引起魚類和其它生物大量死亡，造成水體污染。

1.2 污水污染 污水主要來源于豬場生產(chǎn)和生活過程中產(chǎn)生的污水。規(guī)?；B(yǎng)豬生產(chǎn)中產(chǎn)生的污水量多少取決于清糞的工藝。目前清糞方式主要有干清、水沖和水泡（自流）3種清糞方式。水沖或水泡清糞工藝污水和糞尿混合排出，固、液難以分離，固體糞肥料價(jià)值大大降低，液體肥料中可溶性有機(jī)物濃度很高。干清糞工藝解決了上述固、液難于分離的弊端，圈舍清潔、無臭味，產(chǎn)生的污水量相對較少，污水中有機(jī)物質(zhì)濃度低，易于后期凈化處理。規(guī)?；i場無論采用何種清糞方式，每天排放的污水量巨大。如一個(gè)萬頭豬場每天排泄糞尿達(dá)60t，年排泄糞尿量達(dá)2.2萬t，采用水沖清糞則日產(chǎn)污水達(dá)300t，年排污水10萬t。這些污水均為有機(jī)物質(zhì)含量較高的有機(jī)廢水，據(jù)測試，規(guī)?；i場排放的污水化學(xué)耗氧量（COD）可高達(dá)12 000mg/L，超出國家標(biāo)準(zhǔn)排放量的7～13倍，生物需氧量（BOD）高達(dá)900mg/L，大大超過國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。污水任意排放，導(dǎo)致水體惡化，水生動物缺氧死亡，厭氧環(huán)境下有機(jī)物質(zhì)進(jìn)一步作用使水質(zhì)變黑發(fā)臭，并產(chǎn)生甲烷、硫化氫和氨等溫室氣體。

1.3 有害氣體污染 豬糞尿中所含有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過露天堆放后，有機(jī)物質(zhì)可分解成各種惡臭物質(zhì)如甲胺、有機(jī)酸、各種醇類、硫酸等和有害氣體如NH3、H2S、CH4、CO2等。這些物質(zhì)都有著某種特殊的惡臭味污染豬場周圍環(huán)境，導(dǎo)致豬群應(yīng)激，生產(chǎn)性能下降。NH3和H2S等氣體易發(fā)呼吸道疾病，濃度過高可使家畜中毒死亡，同時(shí)也會影響到人體健康。糞便中磷酸鹽和氮的含量增加，糞便臭味也隨之加重，產(chǎn)生的有害氣體就越多。

2 規(guī)?；i場有機(jī)廢棄物無害化處理措施

規(guī)模化豬場有機(jī)廢棄物無害化處理可分為厭氧-還田、厭氧-自然處理模式和厭氧-好氧處理模式（工業(yè)化處理模式）3種模式。厭氧發(fā)酵是有機(jī)廢棄物無害化處理的核心。本項(xiàng)目研究采用“能源生態(tài)型”處理工藝，通過厭氧生物發(fā)酵，將養(yǎng)殖中有機(jī)廢棄物（糞便、污水等）進(jìn)行無害化處理，并對厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼氣、沼液和沼渣進(jìn)行綜合利用，從而達(dá)到規(guī)?；i場有機(jī)廢棄物無害化處理的目的（如圖1）。高效微生物厭氧發(fā)酵的方式處理規(guī)模豬場的有機(jī)廢棄物，不僅減少了規(guī)模豬場有機(jī)廢棄物的排放、有效地控制了環(huán)境污染，同時(shí)進(jìn)行綜合利用回收能源用于發(fā)電，使有機(jī)廢棄物的處理達(dá)到無害化、資源化和減量化，符合當(dāng)前畜禽規(guī)?；鷳B(tài)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。

2.1 規(guī)模豬場有機(jī)廢棄物高效厭氧沼氣發(fā)電 發(fā)酵原料豬糞、尿和沖洗水等統(tǒng)一收集，然后進(jìn)入勻漿水解池，經(jīng)過進(jìn)一步水解和沉砂之后進(jìn)入?yún)捬豕薨l(fā)酵。產(chǎn)生的沼氣經(jīng)生物脫硫、脫水凈化后進(jìn)入熱電聯(lián)產(chǎn)的沼氣發(fā)電機(jī)組，產(chǎn)生的電能上網(wǎng)，發(fā)電機(jī)余熱回收利用，用于厭氧罐增溫和沼渣干燥。厭氧發(fā)酵后的發(fā)酵液經(jīng)過固液分離，沼渣生產(chǎn)固態(tài)有機(jī)肥料，沼液用于果園、飼料地和無公害蔬菜基地的有機(jī)肥料，在非用肥季節(jié)，沼液進(jìn)入氧化塘凈化處理達(dá)到畜禽廢水排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。

2.1.1 預(yù)處理 混合糞污進(jìn)入勻漿水解池，在此進(jìn)一步勻漿水解，去除泥砂等雜質(zhì)，在勻漿水解池內(nèi)將料液增溫至30℃，再用螺桿泵泵入?yún)捬豕迌?nèi)。

2.1.2 厭氧消化工藝 厭氧消化工藝包括進(jìn)料單元、厭氧消化單元、沼氣貯存等構(gòu)成。（1）進(jìn)料方式。糞污經(jīng)由螺桿泵泵入?yún)捬跸瘑卧?，分批間歇進(jìn)料。（2）厭氧反應(yīng)器工藝。本研究采用完全混合厭氧反應(yīng)器。完全混合厭氧反應(yīng)器（CSTR）適用于畜禽糞污發(fā)酵工藝（如圖2）。它在沼氣發(fā)酵罐內(nèi)采用攪拌和加溫技術(shù)，這是沼氣發(fā)酵工藝中的一項(xiàng)重要技術(shù)突破。攪拌和加熱，使沼氣發(fā)酵速率大大提高，完全混合式厭氧反應(yīng)器也被稱為高速沼氣發(fā)酵罐。其特點(diǎn)是：固體濃度高，TS6%～12%，可使畜禽糞便污水全部進(jìn)行沼氣發(fā)酵處理。優(yōu)點(diǎn)是處理量大，產(chǎn)沼氣量多，便于管理，易啟動，運(yùn)行費(fèi)用低。一般適宜于以產(chǎn)沼氣為主，有使用液態(tài)有機(jī)肥（水肥）習(xí)慣的地區(qū)。由于這種工藝適宜處理含懸浮物高的畜禽糞污和有機(jī)廢棄物，具有其他高效沼氣發(fā)酵工藝無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，在歐洲等沼氣工程發(fā)達(dá)地區(qū)廣泛采用。因此，選擇完全混合厭氧反應(yīng)器（CSTR）是較為合適的，有利于節(jié)省投資；較長的水力停留時(shí)間也有利于豬糞污的充分分解與消化，沼氣的產(chǎn)量也相對穩(wěn)定，同時(shí)更有利于項(xiàng)目的順利實(shí)施與運(yùn)行管理。

（3）厭氧罐配置。厭氧反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置攪拌器，使進(jìn)料均勻分布并充分與厭氧微生物接觸，并使厭氧罐內(nèi)料液溫度均勻，有利于提高產(chǎn)氣率，而且還可以破除浮渣，防止結(jié)殼。反應(yīng)器上部設(shè)出料系統(tǒng)，溢流進(jìn)入下一個(gè)處理單元。

（4）保溫與增溫。厭氧消化反應(yīng)過程受溫度影響很大，如圖3所示。本研究厭氧處理單元設(shè)計(jì)為中溫，其最佳溫度范圍為35～38℃。為了保證厭氧反應(yīng)在冬季仍可正常運(yùn)行，必須對系統(tǒng)實(shí)施增溫和整體保溫措施。①保溫。系統(tǒng)整體保溫包括管道、閥門保溫；厭氧消化罐體的保溫。對厭氧消化罐采用高密度擠塑板等材料進(jìn)行強(qiáng)化保溫。②增溫。增溫主要是在預(yù)處理勻漿水解池和厭氧罐內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。增溫的熱源來自熱電聯(lián)供發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的余熱；在罐體內(nèi)設(shè)置加熱管，發(fā)電機(jī)余熱經(jīng)交換管交換熱量，實(shí)現(xiàn)對罐體的增溫。發(fā)電機(jī)余熱給厭氧消化罐進(jìn)行增溫后，熱交換后的水再回到發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

2.2 規(guī)模豬場有機(jī)廢棄物高效微生物發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥 豬糞便經(jīng)過厭氧消化處理后，進(jìn)行固液分離。沼渣、沼液作為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料，用于綠色食品生產(chǎn)，使糞便得到能源、肥料多層次的資源化利用，生態(tài)農(nóng)業(yè)得以持續(xù)發(fā)展。高效有機(jī)肥生產(chǎn)工藝流程如圖4。

我國現(xiàn)有的農(nóng)田種植面積約1.33億hm2，每年使用各種肥料數(shù)以億t計(jì)，其中90%以上是化肥，有關(guān)資料表明，目前全國的化肥年用量達(dá)1.4億t。許多地區(qū)由于長期施用單一化肥，有機(jī)肥施用量不足10%，從而造成土壤板結(jié)、環(huán)境污染、作物品質(zhì)下降。而從發(fā)達(dá)國家的情況看，生物有機(jī)肥料的使用普遍受到重視，歐洲一些國家的有機(jī)肥使用量已占肥料總量的45%～60%，美國從20世紀(jì)70～80年代就進(jìn)行農(nóng)用肥料的變革，將有機(jī)肥的使用量從10%提高到了90%[6]。因此，在我國大力推行有機(jī)肥的使用已經(jīng)成為刻不容緩的重大任務(wù)。

據(jù)有關(guān)資料，我國有機(jī)肥料的用量若能達(dá)到化肥使用量的10%，其市場容量便將達(dá)到1 400萬t，而且每年還會以400萬～500萬t的速度遞增[7]。在可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，有機(jī)肥的生產(chǎn)和供應(yīng)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場的需要。本研究的沼渣肥具有肥效高、可防病抗蟲害和改良土壤的特性，可實(shí)現(xiàn)糧食安全和無公害瓜果、蔬菜的生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收增效，無疑有著巨大的潛在市場。

2.3 沼液綜合利用 本研究根據(jù)圖5的生產(chǎn)工藝流程，利用高密度濾網(wǎng)分機(jī)過濾（四級），分級沉降方式（四級）實(shí)現(xiàn)沼渣、沼液的固、液分離。沼液用于設(shè)施農(nóng)業(yè)（溫室大棚）果蔬、花卉等的無土栽培營養(yǎng)液，土壤調(diào)節(jié)劑，作為浸種、育秧、育苗的基液。大量的沼液用于大田作物水肥耦合灌溉，根據(jù)不同作物生長期均衡施肥和灌溉，依灌溉施肥季節(jié)用罐車運(yùn)至田間施肥，在規(guī)劃的田塊修筑沼液貯存池，備作施肥季節(jié)使用。

圖5 沼液綜合利用技術(shù)流程

3 有機(jī)廢棄物“能源生態(tài)型”無害化處理模式市場調(diào)查與競爭能力預(yù)測

3.1 沼氣市場分析與預(yù)測

3.1.1 開展沼氣發(fā)電，減少大氣污染物排放 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國的能源結(jié)構(gòu)不盡合理，煤炭仍是主要的發(fā)電燃料，大約占總能源投入量的88%。燃煤電廠排放的CO2、SO2、NOx、煙塵是我國大氣污染的主要來源。燃煤電廠的NOx排放量占我國NOx排放總量的80%。1997年，中國工業(yè)SO2排放量為1 852萬t，原電力工業(yè)部直屬6兆瓦及以上火電廠的SO2排放量達(dá)700萬t，達(dá)38%，而且這一比例還呈進(jìn)一步增加的趨勢[8]。電廠大氣污染物的排放對人體健康、農(nóng)作物和建筑物都產(chǎn)生了不同程度的影響，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

開展規(guī)?；i場有機(jī)廢棄物能源轉(zhuǎn)化建設(shè)，所產(chǎn)生的沼氣可以用來發(fā)電。沼氣發(fā)電可以大大地減少或消除SO2、NOx、煙塵的排放，同時(shí)由于沼氣的生產(chǎn)有效地降低了有機(jī)廢棄物自然堆放過程中釋放的CH4的排放，有利于緩和溫室效應(yīng)。據(jù)測算，每減少1tCH4的排放，相當(dāng)于減少25tCO2的排放[9]，因此，沼氣發(fā)電被稱為“綠色新電”。

3.1.2 開展沼氣發(fā)電，緩解當(dāng)?shù)仉娏o張 隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力緊缺狀況日趨嚴(yán)重，郊區(qū)農(nóng)村用電更難得到保證，將嚴(yán)重影響畜禽養(yǎng)殖的正常生產(chǎn)。同時(shí)由于目前集約化養(yǎng)殖步伐加快，現(xiàn)代化養(yǎng)殖技術(shù)的利用，污水和糞便的清理采用機(jī)械化，由于停電造成清理不及時(shí)，導(dǎo)致養(yǎng)殖場污水四溢，蚊蠅孳生，嚴(yán)重影響?zhàn)B殖場的防疫和安全生產(chǎn)。通過沼氣發(fā)電，可解決規(guī)?；i場的日常用電，減少電網(wǎng)供電壓力，確保集約化規(guī)?；B(yǎng)殖場正常生產(chǎn)。

3.2 沼渣、沼液市場分析與預(yù)測

3.2.1 沼渣、沼液成分及其作用 厭氧發(fā)酵過程中，發(fā)酵料液中的可溶物主要由分子量不等的有機(jī)物及各種離子組成。沼渣、沼液中含有氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，以及氨基酸、維生素、蛋白質(zhì)、赤霉素、生長素、糖類、核酸等對作物及畜禽的生長發(fā)育有調(diào)控作用“生理活性物質(zhì)”，還含有鈣、磷、鐵、鋅、鉬等刺激作物發(fā)芽和生長的離子[7]。

（1）沼液經(jīng)過充分發(fā)酵，其中富含有多種作物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，因而非常適宜作根外施肥，特別是當(dāng)農(nóng)作物以及果樹等進(jìn)入花期、孕穗期、灌漿期、果實(shí)膨大期，噴施效果明顯。沼液作為葉面肥可調(diào)節(jié)作物生長代謝，補(bǔ)充營養(yǎng)，促進(jìn)生長平衡，增強(qiáng)光合作用能力，尤其是施用于果樹，有利于花芽分化，?；ū９?，果實(shí)增重快，光澤變好，成熟一致，品質(zhì)好，商品果率顯著提高。

（2）由于沼液含有豐富的有機(jī)質(zhì)和較多的腐殖酸，既是一種優(yōu)質(zhì)的基肥，也是良好的土壤改良劑。沼液的施用可增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土壤中的空隙度，協(xié)調(diào)土壤中水、肥、氣、熱條件；同時(shí)沼液養(yǎng)分全面，緩急相濟(jì)，可以提高協(xié)調(diào)植株內(nèi)激素平衡的作用。

（3）沼液中含有多種生物活性物質(zhì)，如氨基酸、微量元素、植物生長激素、B族維生素及某些抗生素等。其中有機(jī)酸中的丁酸和植物激素中的赤霉素、吲哚乙酸以及維生素B12對病菌有明顯的抑制作用。沼液中的氨和銨鹽及某些抗生素對作物的蟲害有著直接抑制作用。因此，沼液在我國部分地區(qū)用于防治病蟲害。

3.2.2 沼渣、沼液市場分析與預(yù)測 利用“能源生態(tài)型”有機(jī)廢物處理獲得的沼渣、沼液肥具有肥效高、可防病抗蟲害和改良土壤的特性，可實(shí)現(xiàn)糧食安全和無公害瓜果、蔬菜的生產(chǎn)，可大幅度為農(nóng)民增收增效，無疑有著巨大的潛在市場。

4 結(jié)論

規(guī)?；i場有機(jī)廢棄物“能源生態(tài)型”處理模式的建立，可極大地改善農(nóng)村環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。沼氣發(fā)電產(chǎn)生的電力為可再生能源，稱為“綠電”，替代煤等化石能源產(chǎn)生的電力，減輕了大氣污染，還降低了溫室氣體的排放；沼渣、沼液是優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，改善土壤質(zhì)量，增加土壤肥力，減輕農(nóng)業(yè)面源污染，促進(jìn)規(guī)?；B(yǎng)豬場周邊水土資源的合理利用和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，達(dá)到“畜禽→污染→治理→肥料→飼料→畜禽”生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，是一種可持續(xù)發(fā)展的良好模式。

參考文獻(xiàn)

[1]周祖華.畜禽養(yǎng)殖污染現(xiàn)狀及防治措施[J].四川畜牧獸醫(yī)，2005，4：3-4.

[2]李立山，張周.養(yǎng)豬與豬病防治[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006：182-184.

[3] C.M.C.Van der Peet- Schwering ，L.A.den Hartog.Nutrition Abstracts and Review Series[J].Livestock Feeds and Feeding，2000，70（12）： 913-917.

[4]田宗祥.減少規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污對環(huán)境的影響及調(diào)控措施[J].國外畜牧學(xué)—豬與禽，2009，29（3）：79-82.

[5]鄧喜紅.規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污治理概述[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，1999，16（2）：42.

[6]王芳，廖澤川，王正富，等.規(guī)模化奶牛場以沼氣工程為紐帶的循環(huán)農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀與分析[J].上海畜牧獸醫(yī)通訊，2011，2：70-71.

[7]張相鋒.秸稈糞便沼氣制肥聯(lián)產(chǎn)工藝及設(shè)備試驗(yàn)研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011，

[8]李淑蘭，鄧昌偉.2007年我國畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理的宏觀政策及技術(shù)進(jìn)展[J].豬業(yè)科學(xué)，2008，1：70-72.

[9]鄭強(qiáng)，王維民，劉德敬，等.規(guī)模化豬場“豬-沼-漁-作物”處理模式的研究與應(yīng)用[J].當(dāng)代畜牧，2006，6：42-44.