淺談一種豬場(chǎng)有機(jī)肥區(qū)的設(shè)計(jì)

張澤禹 楊占國(guó) 王永巍

（1、2鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450053）

中國(guó)養(yǎng)豬歷史悠久，豬種資源豐富，養(yǎng)豬數(shù)量、豬肉產(chǎn)量均具世界之首。近年來(lái)，規(guī)?；B(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，養(yǎng)豬生產(chǎn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所占的比重逐年增加[1]。隨著整個(gè)行業(yè)的興旺蓬勃，豬場(chǎng)的設(shè)計(jì)如何適應(yīng)科學(xué)規(guī)律、政策規(guī)范以及市場(chǎng)需求已經(jīng)成為了各設(shè)計(jì)院的重點(diǎn)關(guān)注方向。

由于政府和社會(huì)各界對(duì)于環(huán)境保護(hù)的重視程度不斷增加，“金山銀山不如綠水青山”的口號(hào)已經(jīng)深入人心?！熬G色豬場(chǎng)”和“全產(chǎn)業(yè)鏈可持續(xù)發(fā)展”等概念必須在設(shè)計(jì)階段就開(kāi)始體現(xiàn)，其中關(guān)于豬糞的無(wú)害化處理尤為重要。

豬的排泄物包括固態(tài)糞便和液態(tài)尿液，這二者都是豬舍中有害氣體和微生物的主要來(lái)源，所以清糞方式對(duì)于保證舍內(nèi)環(huán)境是否達(dá)標(biāo)十分重要。目前豬場(chǎng)主流使用的清糞工藝有干清糞（詳見(jiàn)圖1）和水泡糞（詳見(jiàn)圖2）。但是不管是通過(guò)刮糞溝達(dá)到糞尿分離（干清糞）還是使用污水處理設(shè)備進(jìn)行固液分離（水泡糞），固態(tài)的糞便都必須通過(guò)科學(xué)的方式處理。

圖1 干清糞刮糞機(jī)

圖2 水泡糞提塞池剖面圖

在糞便量小的前提下，可以采用“直接埋地法”，將糞便直接施入土壤中作為底肥，通過(guò)自然環(huán)境中的微生物氧化分解。但是隨著養(yǎng)豬規(guī)?；牟粩嘣鲩L(zhǎng)，一座豬場(chǎng)所產(chǎn)生的糞便量已經(jīng)突破周邊自然環(huán)境可以承受的上限，直接傾倒容易造成環(huán)境污染和疾病傳播，必須選用有人工干預(yù)的“堆肥處理法”。通過(guò)大型罐體或深槽，利用好氧微生物（主要是細(xì)菌、霉菌、放線菌及原生動(dòng)物等）分解復(fù)雜的有機(jī)物，過(guò)程中產(chǎn)生50℃-70℃的高溫，可殺死病原微生物、寄生蟲(chóng)及其蟲(chóng)卵等。最終的產(chǎn)品是穩(wěn)定腐殖土，無(wú)臭無(wú)污染。復(fù)雜的有機(jī)物被降解為易被植物吸收的簡(jiǎn)單化合物，成為高效的有機(jī)肥。

本文描述的是一種豬場(chǎng)有機(jī)肥區(qū)的設(shè)計(jì)方案。

1 有機(jī)肥處理區(qū)的組成

我院設(shè)計(jì)的有機(jī)肥處理區(qū)包含豬糞好氧發(fā)酵設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱發(fā)酵罐，詳見(jiàn)圖3）、有機(jī)肥成品車間（以下簡(jiǎn)稱成品間）、原料暫存間（以下簡(jiǎn)稱暫存間）三部分。

圖3 豬糞好氧發(fā)酵設(shè)備

其工藝流程是采用裝載機(jī)將豬糞放入發(fā)酵罐提升料斗中，由料斗提升裝置將物料投入發(fā)酵室內(nèi)。發(fā)酵罐出料口接出料皮帶機(jī)，通過(guò)成品間墻上的預(yù)留洞口，將成品物料輸送至車間內(nèi)，再由裝載機(jī)將成品物料轉(zhuǎn)運(yùn)至包裝設(shè)備，打包完成后即可輸送至場(chǎng)外。

暫存間是為了應(yīng)對(duì)當(dāng)突發(fā)事件影響到發(fā)酵罐電力供應(yīng)時(shí)，為了不打斷養(yǎng)殖豬舍的正常生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，可將經(jīng)過(guò)固液分離的豬糞暫存至該單體建筑內(nèi)。待發(fā)酵罐可正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，繼續(xù)完成上述工藝流程（詳見(jiàn)圖4）。

圖4 工藝流程圖

有機(jī)肥加工區(qū)配套有供電（動(dòng)力和照明）、防雷、供水、排污、通風(fēng)等系統(tǒng)。施工圖包含建筑總圖、給排水總圖、電氣總圖、建筑單體（主要是成品間和暫存間）、結(jié)構(gòu)單體、電氣單體、暖通單體共七部分圖紙。

2 有機(jī)肥處理區(qū)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 豬糞好氧發(fā)酵設(shè)備

一個(gè)完善的有機(jī)肥處理區(qū)，最核心的組成部分就是豬糞好氧發(fā)酵設(shè)備（發(fā)酵罐）。罐體數(shù)量的計(jì)算必須根據(jù)豬場(chǎng)的豬只品種、存欄量、清糞方式、發(fā)酵罐設(shè)備產(chǎn)量等因素綜合確定。

比如豬只品種，一般健康豬的糞尿排泄量可參考下表[2]（詳見(jiàn)表1）。

表1 豬的糞尿排泄量

參考以上數(shù)據(jù)，結(jié)合待設(shè)計(jì)場(chǎng)區(qū)的目標(biāo)存欄量、飼養(yǎng)期，三者相乘即可得出產(chǎn)生糞便的總量。根據(jù)清糞方式的不同，比如干清糞就可以基本做到糞尿分離，而水泡糞通過(guò)排污管道輸送至污水處理區(qū)后，經(jīng)固液分離機(jī)可較精準(zhǔn)的達(dá)到最適宜發(fā)酵的固液比。不同的清糞方式將影響到有機(jī)物的含量，也直接影響發(fā)酵處理的最佳含水率，此處不再贅述詳細(xì)數(shù)據(jù)。最終確定待處理糞便量后，根據(jù)選取廠家及設(shè)備型號(hào)的不同，可得出發(fā)酵罐的數(shù)量。

2.2 有機(jī)肥成品車間

隨著市場(chǎng)缺口的持續(xù)存在，養(yǎng)殖行業(yè)的發(fā)展?jié)摿κ艿搅松鐣?huì)各界的認(rèn)可，越來(lái)越多的公司參與到養(yǎng)豬場(chǎng)的建設(shè)當(dāng)中。競(jìng)爭(zhēng)的加劇，迫使建設(shè)單位從設(shè)計(jì)階段就要求工程師必須在滿足工藝要求的前提下，盡最大努力降本優(yōu)化。我院目前合作的這家建設(shè)單位，就對(duì)有機(jī)肥區(qū)的單體設(shè)計(jì)提出了相關(guān)的要求。

2.2.1 建筑專業(yè)設(shè)計(jì)

我院設(shè)計(jì)的有機(jī)肥成品車間室內(nèi)標(biāo)高為±0.000，室外標(biāo)高為-0.300。單層丁類倉(cāng)庫(kù)，耐火等級(jí)為二級(jí)，屋面防水等級(jí)為二級(jí)。屋面板為0.5mm厚的單層壓型鋼板，檐口高度4.50m。單體1.20m以下標(biāo)高設(shè)置矮墻，采用MU10燒結(jié)多孔磚（非粘土類），M5.0混合砂漿砌筑。以上為單層彩鋼壓型板。

屋面防水做法采用咬口式，壓型鋼板的橫向搭接方向宜與主導(dǎo)風(fēng)向一致，搭接不小于一個(gè)波。

建筑外門窗氣密性能為7級(jí)，建筑外門窗抗風(fēng)壓性能分級(jí)為3級(jí)，水密性能分級(jí)為3級(jí)，保溫性能分級(jí)為6級(jí)。

為應(yīng)對(duì)大規(guī)模集中建設(shè)，設(shè)計(jì)階段必須采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)模式。成品車間軸線尺寸采用標(biāo)準(zhǔn)形式，山墻長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)備需求和結(jié)構(gòu)受力建模計(jì)算，確定15.00m為最合適的長(zhǎng)度。檐墻長(zhǎng)度根據(jù)罐體數(shù)量的不同而變化，柱距統(tǒng)一為6.00m。一般一臺(tái)發(fā)酵罐對(duì)應(yīng)一個(gè)開(kāi)間，也可根據(jù)當(dāng)?shù)赜袡C(jī)肥市場(chǎng)需求量的不同，適當(dāng)增加一個(gè)開(kāi)間以便提升成品有機(jī)肥的暫存量。

成品車間根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)一律不設(shè)窗戶，門選用M3636成品鋼制推拉門，另設(shè)M1024成品鋼制平開(kāi)門以滿足消防需求。屋頂每?jī)蓚€(gè)開(kāi)間設(shè)2個(gè)4000mm×1000mm透光板分列屋脊兩側(cè)以滿足光照需求和1個(gè)直徑500mm的無(wú)動(dòng)力螺旋通風(fēng)器位于屋脊正中。

成品車間皮帶機(jī)穿墻預(yù)留洞口尺寸原則上選用1200mm×1200mm，洞底標(biāo)高為1.20m，實(shí)際情況應(yīng)根據(jù)不同廠家的設(shè)備工藝需求確定。安裝設(shè)備完成后，洞口一般不做封堵，也可根據(jù)建設(shè)地點(diǎn)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，尤其是強(qiáng)風(fēng)和暴雨情況，對(duì)洞口最適當(dāng)遮蔽處理，以避免雨水進(jìn)入成品間內(nèi)，影響有機(jī)肥的品質(zhì)。

2.2.2 結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)

成品間單體結(jié)構(gòu)形式采用單層門式剛架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式采用獨(dú)立基礎(chǔ)結(jié)合地梁的形式，基礎(chǔ)埋深-1.20m。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為三級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為25年，建筑抗震設(shè)防類別為丁類。成品間采用柱下獨(dú)基，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)?；A(chǔ)、基礎(chǔ)梁、短柱等位置混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，基礎(chǔ)墊層選用C15素混凝土。

因微生物好氧發(fā)酵過(guò)程所產(chǎn)生的有機(jī)肥呈微堿性，成品間的單層彩鋼壓型板圍墻和型鋼梁柱為滿足設(shè)計(jì)年限，必須考慮鋼結(jié)構(gòu)防腐要求。涂裝工藝如下：

1）鋼柱應(yīng)進(jìn)行熱浸鍍鋅防腐處理，無(wú)特別說(shuō)明時(shí)鋼柱鍍鋅量不應(yīng)小于440g/m2雙面）。

2）除鋼柱外的其余構(gòu)件應(yīng)涂刷環(huán)氧富鋅底漆2遍，涂層厚度為60μm；環(huán)氧云鐵中間漆1遍，涂層厚度40μm；環(huán)氧面漆2遍，涂層厚度50μm。涂層總厚度共150μm（涂層厚度為干膜厚度）。

防腐加工方法和技術(shù)要求應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3 原料暫存間

根據(jù)豬場(chǎng)建設(shè)地點(diǎn)的用地紅線面積和電力供應(yīng)穩(wěn)定情況，可選擇單獨(dú)建設(shè)一個(gè)暫存間單體或?qū)捍骈g和成品間合二為一。如果選擇將二者功能合并到一個(gè)單體內(nèi)，中間需設(shè)置隔墻一道。

因暫存間內(nèi)所放物料的性質(zhì)，決定了單體內(nèi)氣味會(huì)比較刺鼻。根據(jù)豬場(chǎng)所處的環(huán)境，盡量不采用直接機(jī)械通風(fēng)的方式其余設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)同成品間?？稍O(shè)置除臭系統(tǒng)。建設(shè)單位可根據(jù)實(shí)際需求，在暫存間內(nèi)設(shè)置除臭系統(tǒng)。

2.4 好氧發(fā)酵設(shè)備

好氧發(fā)酵設(shè)備需根據(jù)設(shè)備廠家提資資料，確定尺寸、荷載等參數(shù)。不同廠家根據(jù)各自工藝不同，參數(shù)一般都不同。設(shè)計(jì)階段一般只考慮發(fā)酵罐混凝土基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。

基礎(chǔ)處不設(shè)排污溝，僅卸料坑位置設(shè)置地埋管道，采用直徑160mm的UPVC排污管就近引至污水管網(wǎng)。好氧發(fā)酵設(shè)備給水點(diǎn)位置、管徑應(yīng)根據(jù)廠家提資設(shè)置，管材同廠區(qū)其他場(chǎng)舍給水管材。

基礎(chǔ)前硬化地面做法可以同養(yǎng)殖場(chǎng)道路做法，部分廠家還要求發(fā)酵罐和成品間之間也設(shè)置硬化地面。

基礎(chǔ)鋼筋砼頂板120厚，周邊外圈設(shè)圈梁，梁板上平齊，板頂標(biāo)高+0.300m；板下設(shè)C15素砼墊層。磚擋墻內(nèi)素土夯實(shí)，夯實(shí)系數(shù)≥0.94。沿周邊磚擋墻四角或沿長(zhǎng)度≤@6m設(shè)構(gòu)造柱，下錨入條基，上錨入圈梁內(nèi),以加強(qiáng)設(shè)備基礎(chǔ)整體性。沿平臺(tái)外圈砌磚擋墻（MU15普磚+M5水泥砂漿），不設(shè)內(nèi)隔墻。基礎(chǔ)采用砼條基，沿外周邊擋墻設(shè)置，基底為室外下500mm。

3 有機(jī)肥處理未來(lái)的發(fā)展方向

隨著養(yǎng)殖行業(yè)的快速發(fā)展以及社會(huì)對(duì)于環(huán)保要求的不斷提高，養(yǎng)豬場(chǎng)的“零排”放已經(jīng)成為各大養(yǎng)殖企業(yè)的目標(biāo)，科學(xué)合理的將豬糞轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥現(xiàn)已是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

目前已經(jīng)出現(xiàn)了通過(guò)改變有機(jī)肥內(nèi)有益菌占比來(lái)適應(yīng)特殊經(jīng)濟(jì)作物的靶向型有機(jī)肥；也有通過(guò)將無(wú)機(jī)肥（化肥）和有機(jī)肥相結(jié)合，進(jìn)一步提高肥力的復(fù)合肥。但是不管未來(lái)如何發(fā)展，對(duì)于一家養(yǎng)殖企業(yè)，將豬糞變廢為寶都是切實(shí)擺在面前的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。建設(shè)有機(jī)肥處理區(qū)必將為養(yǎng)豬場(chǎng)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。