規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污全量收集及貯存工藝設(shè)計

徐鵬翔，沈玉君，丁京濤，孟海波，張朋月，薛 楠

規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污全量收集及貯存工藝設(shè)計

徐鵬翔1,2，沈玉君1,2，丁京濤1,2，孟海波1,2※，張朋月1,2，薛 楠3

（1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100125；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部資源循環(huán)利用技術(shù)與模式重點實驗室，北京 100125；3. 山西省臨猗縣豐淋牧業(yè)有限公司，運城 044104）

基于全量收集的糞污貯存技術(shù)具有糞尿收集方便、運行成本低廉和養(yǎng)分利用率高等特點，在歐美等發(fā)達國家得到了普遍應(yīng)用，是一種適合在中國華北、西北等地區(qū)和土地匹配較充足的區(qū)域進行推廣的糞污處理與還田利用技術(shù)。文章以規(guī)?；B(yǎng)豬場尿泡糞全量貯存技術(shù)為研究對象，分析了尿泡糞收集量、貯存工藝控制參數(shù)、貯存設(shè)施設(shè)計和投資運行成本等內(nèi)容，旨在為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。結(jié)果表明：每頭生豬整個飼養(yǎng)周期內(nèi)尿泡糞收集量為0.70 m3；糞污貯存設(shè)施分為舍內(nèi)貯存池和舍外貯存罐2種，糞污貯存方法可采取舍內(nèi)貯存、舍外貯存和舍內(nèi)結(jié)合舍外貯存3種。糞污pH值酸化至5.5～6.5，氨排放量最高可減少80%；糞肥還田前一般要求存儲時間為6個月。以存欄5 000頭規(guī)模養(yǎng)豬場為例，舍內(nèi)貯存池所需容積為6 600 m3，投資660萬元；舍外貯存罐所需容積為4 118 m3，投資206萬元；舍內(nèi)結(jié)合舍外貯存設(shè)施所需容積為8 214 m3，投資651萬元；糞污處理成本為3.83萬元/a，施肥成本為10.8萬元/a；全部糞肥還田可滿足133 hm2農(nóng)田用肥，節(jié)省化肥6.0萬元/a，該研究可為糞污貯存及利用提供參考。

糞；貯存；全量收集；工藝設(shè)計

0 引 言

糞污全量收集還田利用模式是將養(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞便、尿液和污水集中收集，全部進入貯存設(shè)施，糞污通過貯存處理后在施肥季節(jié)進行還田利用；該模式是2017年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的7種畜禽糞污資源化處理典型模式之一。糞污全量收集類型包括水泡糞和水沖糞2種：通過水沖洗圈舍，使糞尿污水混合進入圈舍地板下的糞溝后收集到的糞污被稱為水沖糞；糞污收集過程不使用或僅用少量沖洗水，通過全漏縫地板收集到的糞污被稱為水泡糞。如果糞污收集過程中不使用沖洗水，也沒有養(yǎng)殖用水進入，此類糞污也叫做尿泡糞，是水泡糞工藝的一種特殊類型。

基于全量收集的糞污貯存技術(shù)在國外應(yīng)用已比較成熟。據(jù)了解，法國和荷蘭等歐洲國家養(yǎng)殖場糞污收集主要采用水泡糞工藝，糞污經(jīng)漏縫地板進入糞溝中，待糞溝儲滿后打開閘門將糞污輸送至舍外貯存池，貯存一定時間后還田利用[1]。德國的生豬、奶牛場主要采用深糞坑系統(tǒng)進行糞污全量貯存處理，貯存6～9個月后直接還田。丹麥的部分養(yǎng)殖場在糞污全量貯存過程中，采用加入酸化劑的方式提高養(yǎng)分固持效率[2]。

近年來，中國政府高度重視畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化利用工作，并堅持畜禽養(yǎng)殖廢棄物以就近、就地用于農(nóng)村能源和農(nóng)業(yè)有機肥為主要使用方向。目前，中國規(guī)模化養(yǎng)殖場糞污收集方式主要有干清糞、水沖糞和水泡糞3種。2018年畜禽糞污資源化利用第三方評估數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，中國規(guī)?；B(yǎng)殖場中采用干清糞工藝的養(yǎng)殖場占比為88.45%，采用水沖糞和水泡糞工藝的養(yǎng)殖場占比為9.80%，采用墊料和其他方式的養(yǎng)殖場占比為1.75%。整體來看，干清糞仍然是中國養(yǎng)殖場采用的主要清糞方式，該工藝通常包括固液分離、糞便堆肥和糞水多級處理等環(huán)節(jié)，但最終出路仍然是還田。固體和液體分別處理造成養(yǎng)分損失過多、處理成本偏高等問題，從糞肥還田角度來看是一種資源與成本浪費。從養(yǎng)殖污水產(chǎn)生量上來看，水沖糞工藝雖能及時、有效地清除舍內(nèi)的糞尿，但耗水量較大[3]，干清糞工藝污水產(chǎn)生量低于水沖糞和水泡糞工藝[4]；祝其麗等[5]調(diào)研結(jié)果表明，3種不同清糞工藝下每頭豬污水產(chǎn)生量分別為干清糞10～14 L/d，水泡糞22～24 L/d，水沖糞28～40 L/d。由此可知，目前常用的3種清糞方式均需要消耗一定量的水，用水量的增加提高了能耗、污水處理和糞水還田等成本。與以上3種糞污收集方式相比，尿泡糞最大的特點是不需要沖洗水，養(yǎng)殖過程中僅有少量飲水灑落于糞污中，不僅節(jié)省了用水量，而且減少了后期糞污處理和糞水還田負擔(dān)。

基于全量收集的糞污貯存技術(shù)主要優(yōu)點有糞污收集過程簡單、貯存設(shè)施建設(shè)成本低、處理運行費用較低以及糞肥養(yǎng)分利用率高等，主要不足表現(xiàn)在糞污貯存設(shè)施容積要求較大，需要足夠的土地消納糞肥。整體來看，該技術(shù)在中國北方地區(qū)和土地匹配較充足的區(qū)域具有較好的應(yīng)用前景。本文重點圍繞規(guī)?；B(yǎng)豬場尿泡糞全量收集與貯存處理模式下的糞污收集、工藝控制、設(shè)施建設(shè)和投資成本等方面進行分析，旨在為基于全量收集的糞污貯存技術(shù)推廣應(yīng)用提供參考。

1 規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污的產(chǎn)生與收集

1.1 糞污產(chǎn)生量

規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污產(chǎn)生量與豬的品種、生長階段、飼養(yǎng)周期、飼料成分、飼喂方式和環(huán)境條件等因素相關(guān)?，F(xiàn)有文獻中大多是根據(jù)調(diào)研或試驗測量數(shù)據(jù)給出一個參考數(shù)值，用于估算養(yǎng)殖期間糞污產(chǎn)生量，經(jīng)統(tǒng)計，國內(nèi)文獻報道的糞污產(chǎn)生量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 生豬糞污產(chǎn)生量統(tǒng)計

由表1可知，生豬糞便產(chǎn)生量一般取2.00～3.50 kg/d，尿液產(chǎn)生量一般取3.30～3.50 L/d；國家環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術(shù)規(guī)范（HJ 497-2009）》中推薦生豬糞便產(chǎn)生量為2.00 kg/d，尿液產(chǎn)生量為3.30 L/d。如果生豬飼養(yǎng)期按180 d計算，則每頭生豬整個飼養(yǎng)期糞污產(chǎn)生總量約0.95 t。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，每頭生豬飼養(yǎng)期間產(chǎn)生的糞污量約為0.70 m3（糞污主要為液態(tài)，密度按1 t/ m3估算，相當(dāng)于0.70 t），因此，以上文獻中的數(shù)據(jù)估算可能比實際值偏大。

蘇文幸[12]將生豬飼養(yǎng)期分為仔豬期、保育期、育肥期、空懷期和妊娠期，每個階段產(chǎn)生的糞污量差距較大，如果僅考慮生豬育肥至約110 kg出欄，則糞污產(chǎn)生量數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 生豬飼養(yǎng)不同階段糞污產(chǎn)生量統(tǒng)計

由表2數(shù)據(jù)計算可知，每頭生豬整個飼養(yǎng)期間產(chǎn)生的糞污總量約為0.69 t，與實際調(diào)研數(shù)據(jù)0.70 t基本一致，因此，依據(jù)不同生長階段糞污產(chǎn)生量計算整個飼養(yǎng)期糞污總量較為合理。

綜上分析，規(guī)?；B(yǎng)殖場生豬從斷奶仔豬到出欄飼養(yǎng)期約需6個月，每頭生豬糞污產(chǎn)生量約0.70 m3。

1.2 尿泡糞全量收集

尿泡糞全量收集是在養(yǎng)殖圈舍下建有糞污貯存池，糞便和尿液通過漏縫地板全部進入地下貯存池，養(yǎng)殖過程中不使用沖洗水，只有極少量飲水灑落至糞尿混合物。尿泡糞地下貯存池深度一般為1.1～2.8 m，容積可滿足生豬整個飼養(yǎng)期間所產(chǎn)生糞污的容納需求，存儲時間5～6個月，一般一批育肥豬出欄后清理一次貯存池。尿泡糞模式下每頭生豬整個飼養(yǎng)期間產(chǎn)生的糞污量為凈糞便和尿液量，其收集量取0.70 m3。

2 糞污兼氧貯存工藝

2.1 工藝特點

糞污兼氧貯存具有以下特點：1）存儲原料為豬糞便和尿液的混合物，未經(jīng)固液分離，整體呈液態(tài)，含固率為5%～15%；2）存儲設(shè)施為半封閉舍內(nèi)貯存池或敞口式舍外貯存池，糞污表面可自然通風(fēng)，整體呈兼氧狀態(tài)；3）存儲時間要求達到5～6個月，貯存池容積應(yīng)不小于單個飼養(yǎng)周期或作物施肥最大間隔期內(nèi)的糞污產(chǎn)生量；4）存儲結(jié)束時要求蛔蟲卵死亡率≥95%、糞大腸菌群數(shù)要求≤100個/mL。

2.2 糞污貯存工藝流程

生豬養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞便和尿液通過漏縫地板進入地下貯存池，因整個飼養(yǎng)期間圈舍內(nèi)不使用沖洗水，故形成尿泡糞。貯存設(shè)施容積可滿足每批生豬從進欄至出欄期間產(chǎn)生的糞污容納需求，糞污存儲時間與飼養(yǎng)周期一致，一般5～6個月，最長可達9個月。每批育肥豬出欄后，將貯存池中的糞肥還田利用，然后清理貯存池，引入下一批生豬。尿泡糞貯存工藝流程詳見圖1。

圖1 糞污貯存工藝流程

糞污貯存設(shè)施分為舍內(nèi)貯存池和舍外貯存罐2種。舍內(nèi)貯存模式的特點是集糞污收集與貯存于一體，節(jié)水節(jié)能，節(jié)省勞動力，無需在舍外再建糞污貯存池，但也存在基礎(chǔ)建設(shè)成本高、需與養(yǎng)殖圈舍統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計等限制條件，適合于大型新建養(yǎng)殖場采用。舍外貯存模式同樣具有節(jié)水節(jié)能和糞污收集方便等特點，與舍內(nèi)貯存模式相比，節(jié)省了養(yǎng)殖圈舍投資成本，但需要再配套建設(shè)舍外貯存池，以滿足糞污存儲需求。從糞肥利用角度來看，舍外貯存模式靈活性較好，適合于中小規(guī)模養(yǎng)殖場或部分改造型養(yǎng)殖場采用。

2.3 工藝控制參數(shù)

2.3.1 貯存時間

糞污貯存時間一般由2個因素決定，一個是飼養(yǎng)周期，另一個是糞肥利用季節(jié)。從飼養(yǎng)周期來看，國內(nèi)規(guī)模養(yǎng)豬場從仔豬進欄到出欄一般飼養(yǎng)150～180 d，對應(yīng)的尿泡糞貯存時間為5～6個月。從糞肥利用時間來看，大田作物基肥施用時間以9～10月和2～4月為主，施肥間隔期為6個月。據(jù)調(diào)研，歐洲國家基本要求養(yǎng)殖糞污貯存4～6個月后才能還田；其中英國要求最少貯存4個月，法國要求4～6個月，荷蘭要求6個月，德國要求6個月，丹麥要求9個月。

從病原菌去除效果來看，在不同環(huán)境溫度、不同pH值等條件下所需的糞污貯存時間不同。Nicholson等[13]研究結(jié)果表明，在糞污存儲過程中大腸桿菌、沙門氏菌和彎曲桿菌最多能存活3個月，李斯特菌最多能存活6個月。Placha等[14]以豬糞為原料進行存儲試驗，結(jié)果表明糞便中的沙門氏菌在夏季存活了26 d，在冬季存活了85 d。Manyi-Loh等[15]認為，糞污貯存過程中病原菌的去除跟環(huán)境溫度密切相關(guān)，當(dāng)環(huán)境溫度≤5 ℃時，至少需要存儲6個月；當(dāng)環(huán)境溫度＞5 ℃時，至少需要存儲4個月。綜合對比國內(nèi)外養(yǎng)殖糞污貯存時間相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和研究結(jié)果，認為畜禽糞污貯存6個月后即可還田施用。

2.3.2 pH值

糞污貯存過程中，通過添加酸性物質(zhì)調(diào)節(jié)物料pH值，可抑制NH3的形成，減少氨氮的揮發(fā)。Jensen等[16-18]用硫酸對豬糞進行了酸化處理，pH值調(diào)在5.5～6.4。Panetta等[19]用鹽酸對豬糞進行了酸化處理，pH值調(diào)在4.5～5.3。Berg等[20]用乳酸對豬糞進行了酸化處理，pH值調(diào)在5.5～6.0。Safley等[21]用過磷酸鈣對豬糞進行了酸化處理，pH值調(diào)在5.5。Lefcourt等[22-24]研究結(jié)果表明，添加硫酸可減低氨排放50%～88%；Kai等[17]研究結(jié)果表明，添加硫酸鋁可減低氨排放60%～98%。Pain等[25]研究結(jié)果表明，在養(yǎng)豬場糞污貯存池中添加酸化劑可減低氨排放40%～80%。綜合分析，糞污貯存過程中常用酸化劑有硫酸、硝酸、鹽酸、乳酸、過磷酸鈣、硫酸鋁和氯化鋁等，pH值一般調(diào)在5.5～6.5，氨排放最高可減少80%以上。硫酸和硫酸鋁能以較低的添加量將糞污pH值調(diào)至5.5，并且顯著減少氨氣的排放[26]。酸化劑添加量跟糞污類型、固形物含量等因素密切相關(guān)。以調(diào)節(jié)豬糞污pH值至5.5為例，若以硫酸為酸化劑，每噸糞污需要添加5 kg[27]；若以硫酸鋁為酸化劑，每噸糞污需要添加20 kg[28]。

按照酸化劑添加場所不同，糞污酸化方法主要分為室內(nèi)循環(huán)酸化、貯存池酸化和施肥車酸化3種[29]。室內(nèi)循環(huán)酸化采取的是一種長期連續(xù)酸化方法，糞污通過輸送管道流入酸化池，每天或每周定期給酸化池添加酸化劑，酸化后的糞污經(jīng)攪拌均勻后一部分流入貯存池，一部分再次進入輸送管道流入酸化池，以此不斷循環(huán)。貯存池酸化是將酸化劑存儲罐設(shè)置于貯存池旁邊進行定期加酸，并在糞污貯存池中設(shè)置攪拌器給予均勻攪拌的一種酸化方式，可以采取短期酸化或長期酸化方法，即糞肥在臨近還田時進行酸化或在還田前幾個月開始酸化。施肥車酸化是指糞肥在還田運輸過程中將酸化劑加入罐體進行酸化的一種方法，糞肥酸化后快速施入土壤，被認為是一種短期酸化法。

2.4 糞污兼氧貯存工程案例

2.4.1 典型案例

經(jīng)調(diào)研，基于全量收集的糞污貯存技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用案例較少，實際應(yīng)用效果較好的幾個案例主要分布在北方地區(qū)，詳見表3。

表3 糞污全量收集貯存案例

對比分析發(fā)現(xiàn)，基于全量收集的糞污貯存技術(shù)具有以下幾個特點：1）該技術(shù)可使用于不同規(guī)模的養(yǎng)豬場，技術(shù)應(yīng)用前提條件是養(yǎng)殖規(guī)模、糞污貯存設(shè)施容積和種植還田面積相互匹配；2）糞污貯存方法分為舍內(nèi)貯存、舍內(nèi)+舍外貯存和田間貯存3種，其中舍內(nèi)+舍外貯存模式應(yīng)用較多；3）糞污自然貯存時間一般為4～9個月，個別養(yǎng)殖場采取添加菌劑、增加保溫等措施后可縮短至2個月；4）糞污還田方式分為罐車輸送和管道輸送2種，罐車輸送應(yīng)用較多；5）配套土地面積由養(yǎng)殖規(guī)模決定，存欄500頭生豬至少需要匹配土地6.7 hm2。

2.4.2 貯存效果

臨猗縣豐淋牧業(yè)有限公司生豬養(yǎng)殖場采取糞污全量收集與舍外貯存模式，公司自2012年成立以來不斷完善糞污貯存模式并帶領(lǐng)周邊地區(qū)實現(xiàn)了 70%的糞污兼氧貯存和肥料化利用。該養(yǎng)殖場糞污貯存池取樣分析數(shù)據(jù)表明，尿泡糞貯存5個月后，糞大腸菌群數(shù)和蛔蟲卵死亡率指標(biāo)可達到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 18596—2001）》規(guī)定要求[30]，糞大腸菌群數(shù)≤1×105個/L，蛔蟲卵死亡率≥95.0%，詳見表4。

表4 尿泡糞大腸菌群數(shù)與蛔蟲卵死亡率指標(biāo)檢測結(jié)果

臨猗縣豐淋牧業(yè)生豬養(yǎng)殖場糞污貯存池取樣分析數(shù)據(jù)表明，尿泡糞貯存過程中總養(yǎng)分含量可達15.55 g/kg，遠高于《沼肥施用技術(shù)規(guī)范（NY/T 2065-2011）》規(guī)定指標(biāo)要求[31]，詳見表5。

表5 養(yǎng)分指標(biāo)

注：《沼肥施用技術(shù)規(guī)范（NY/T 2065-2011）》中要求，沼液鮮基樣的總養(yǎng)分含量應(yīng)≥2.00 g·kg-1。

Note: Technical code for application of anaerobic digestate fertilizer（NY/T 2065-2011）required that the total nutrient content of digested effluent should more than 2.00 g·kg-1.

3 糞污全量收集與貯存設(shè)施

3.1 貯存設(shè)施最小容積計算

養(yǎng)殖糞污貯存設(shè)施分為舍內(nèi)貯存池和舍外貯存罐2種。糞污貯存設(shè)施的容積應(yīng)考慮養(yǎng)殖規(guī)模和存儲周期等因素，可滿足整個養(yǎng)殖周期內(nèi)的糞污存儲需求。糞污貯存設(shè)施最小容積計算方法如下：

V= 0.7（1）

式中V為糞污貯存池容積，m3；為生豬存欄量，頭。

以存欄5 000頭規(guī)模養(yǎng)豬場為例，糞污貯存池容積至少需要3 500 m3。

3.2 舍內(nèi)貯存池容積計算

舍內(nèi)貯存設(shè)施為地下貯存池，占地面積與圈舍面積相同，漏縫地板與糞污表層之間高度不小于0.5 m，預(yù)留空間過淺容易影響糞污的貯存效果，導(dǎo)致有毒氣體散發(fā)到豬舍內(nèi)，影響空氣質(zhì)量。貯存池底層采用混凝土澆灌并抹平，池低和四周墻體要有防滲漏設(shè)計，防止地下水和糞污的滲漏。

舍內(nèi)貯存池容積計算過程如下：

1）已知生豬存欄量；

2）計算養(yǎng)殖舍建筑面積；每頭豬的占地面積系數(shù)為1.2，則占地面積計算公式為：

= 1.2（2）

3）計算糞污貯存池最小高度H；

H=V/（3）

4）計算糞污貯存池所需高度；

=H+ 0.5 （4）

式中0.5為漏縫地板與糞污表層之間的最小預(yù)留高度，m；

5）確定糞污貯存池容積；

=·（5）

以單棟存欄500頭育肥豬圈舍為例，對糞污貯存池容積及尺寸進行計算。由以上計算方法可得，= 600 m2，H= 0.6 m，= 1.1 m，= 660 m3。貯存池的長度、寬度與養(yǎng)殖舍相同，高度為1.1 m。存欄5 000頭生豬養(yǎng)殖場需要10個貯存池（10棟圈舍）。舍內(nèi)貯存池實物圖如圖2所示。

圖2 舍內(nèi)貯存池

3.3 舍外貯存罐容積計算

舍外貯存罐分為磚混結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)2種類型，國外使用半地下鋼結(jié)構(gòu)拼裝罐較多，國內(nèi)一般使用全地下磚混結(jié)構(gòu)貯存罐。罐內(nèi)壁采用混凝土澆灌，防止糞污滲漏。舍外貯存罐容積計算過程如下：

1）已知生豬存欄量；

2）計算貯存罐占地面積S；根據(jù)《畜禽養(yǎng)殖污水貯存設(shè)施設(shè)計要求（GB/T 26624-2011）》[32]，糞污貯存罐深度最高為6.0 m，上部預(yù)留空間為0.9 m，因此糞污存儲深度取5.1 m。可得貯存罐占地面積計算公式：

S= V/5.1 （6）

3）計算貯存罐直徑

以存欄5 000頭育肥豬為例，貯存罐容積為4 118 m3，占地面積為700 m2，直徑為30 m，高度為6 m。舍外貯存罐實物圖如圖3所示。

3.4 舍內(nèi)+舍外貯存設(shè)施容積計算

有的養(yǎng)殖場為了減少舍內(nèi)糞污貯存壓力，采取舍內(nèi)貯存池和舍外貯存罐聯(lián)合存儲糞污的方法，即糞污在舍內(nèi)貯存池存儲1～2個月，再輸送至舍外貯存罐存儲4～5個月?，F(xiàn)以舍內(nèi)存儲2個月、舍外存儲4個月為例，所需貯存設(shè)施容積計算如下：

圖3 舍外貯存罐

1）舍內(nèi)貯存池容積計算。

由表2數(shù)據(jù)可知，生豬養(yǎng)殖過程中不同飼養(yǎng)階段所產(chǎn)生的糞污量不一樣，為了保證貯存池容積可滿足最大存儲量需求，每頭豬每天產(chǎn)污量參考育肥期數(shù)據(jù)取5.81 L/d，則存欄500頭生豬2個月內(nèi)產(chǎn)生最大糞污量為174.3 m3。

根據(jù)3.2中的方法計算，舍內(nèi)貯存池高度為0.8 m，容積為480 m3。

由3.2可知，存欄5 000頭生豬養(yǎng)殖場所需舍內(nèi)貯存池總?cè)莘e為4 800 m3。

2）舍外貯存罐容積計算。

舍外貯存罐容積同樣從最大存儲需求量角度考慮進行計算。由于舍外貯存罐存儲期為4個月，由表2數(shù)據(jù)可知，將生豬養(yǎng)殖過程中糞污產(chǎn)生量最大的時期分配為保育期50 d和育肥期70 d，則此期間5 000頭生豬糞污產(chǎn)生量為2 900 m3。

根據(jù)3.3中的方法計算，舍外貯存罐所需占地面積為569 m2，由公式（7）計算可得貯存罐直徑為27 m，總?cè)莘e為3 414 m3。

4 成本與效益分析

4.1 投資成本

不同類型的養(yǎng)殖糞污貯存設(shè)施的建設(shè)參數(shù)和投資額度不同，以存欄5 000頭生豬養(yǎng)殖場為例，舍內(nèi)和舍外及2種組合貯存設(shè)施投資成本見表6。

表6 糞污貯存設(shè)施建設(shè)參數(shù)

4.2 運行成本

4.2.1 糞污處理成本

糞污全量收集與貯存模式處理成本主要包括人工費、電費和水費。以存欄5 000頭規(guī)模養(yǎng)豬場為例，尿泡糞工藝糞污收集處理成本包括人工費3.6萬元，電費0.08萬元，水費0.15萬元，總費用合計3.83萬元/a。與干清糞工藝相比，糞污處理成本每年可節(jié)省13.8萬元，2種工藝糞污處理成本對比見表7。

表7 糞污處理成本

4.2.2 糞肥施用成本

糞污全量收集與貯存模式糞肥施用成本主要包括運輸費、電費和耗油費。以存欄5 000頭規(guī)模養(yǎng)豬場為例，尿泡糞工藝因不需要用水，其糞污產(chǎn)生量較少，糞肥施用費用合計10.8萬元/a。糞肥施用成本見表8。

表8 糞肥施用成本

4.3 綜合效益

以存欄5 000頭生豬養(yǎng)殖場為例，年產(chǎn)尿泡糞總量約為7 000 m3，以每畝地施用糞肥3.5 m3計算，替代25%的化肥，節(jié)省化肥成本為450元/hm2，則7 000 m3糞肥可滿足133 hm2農(nóng)田用肥，可節(jié)省費用6.0萬元。除此之外，施用糞肥還可改善土壤質(zhì)地、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和銷售價格，從而產(chǎn)生一定經(jīng)濟效益。

5 討 論

本研究圍繞基于全量收集的糞污貯存技術(shù)，分析了糞污全量貯存工藝特點及參數(shù)控制、貯存工程案例及效果、貯存設(shè)施類型及設(shè)計等內(nèi)容，結(jié)合成本與效益分析結(jié)果表明，該技術(shù)具有工藝操作簡單、設(shè)施配套靈活、運行成本低廉等特點，可最大程度實現(xiàn)糞污源頭減量和糞肥還田利用的目標(biāo)，有利于種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)發(fā)展。但是，糞污全量貯存技術(shù)也有其使用條件，養(yǎng)殖場在滿足貯存設(shè)施容積、配套土地面積和糞肥還田途徑3個條件下可選擇該技術(shù)，糞肥是否能夠順利還田是決定這一技術(shù)能否推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

糞污貯存設(shè)施類型可分為舍內(nèi)貯存和舍外貯存2種，在實際運行中可靈活采取多種形式。一是舍內(nèi)貯存池單獨貯存，要求與養(yǎng)殖圈舍統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一建設(shè)，已建圈舍難以改造成這種模式；二是舍外貯存設(shè)施單獨貯存，可根據(jù)存儲需求進行建設(shè)，設(shè)施類型包括地下貯存罐/池、地上貯存罐和田間貯存池等；三是舍內(nèi)舍外結(jié)合貯存，這種方法具有多種組合形式，包括舍內(nèi)貯存池+舍外貯存罐、舍內(nèi)貯存池+舍外貯存池、舍內(nèi)貯存池+田間貯存池等，可解決舍內(nèi)貯存池容積不足、單個貯存池容積要求過大和糞污貯存時間不一致等問題，在養(yǎng)殖場中應(yīng)用比例較高。

糞污貯存過程中同樣會存在一些環(huán)境污染風(fēng)險，主要包括臭氣的產(chǎn)生和病原菌的去除2方面。糞污貯存過程中產(chǎn)生的氣體主要有NH3、H2S、CH4、N2O以及一些揮發(fā)性物質(zhì)等，這些氣態(tài)物質(zhì)如不加以控制，一方面會影響舍內(nèi)環(huán)境和生豬的健康生長，另一方面會導(dǎo)致養(yǎng)分損失和環(huán)境污染。對于臭氣的控制，目前主要有酸化和覆蓋2種方法，糞污酸化可減少80%以上的NH3揮發(fā)[29]，可在舍內(nèi)或舍外貯存池中應(yīng)用；覆蓋可使氨排放減少95%[33]，常用的覆蓋材料有聚氯乙烯塑料膜、輕質(zhì)黏土、木屑、稻草和秸稈類等，主要應(yīng)用于舍外貯存池/罐。研究表明，糞污貯存期達到6個月后可實現(xiàn)病原菌的有效去除，但實際操作中因糞污收集時間不同可能導(dǎo)致貯存池中底部糞污存儲時間較長、上部糞污存儲時間過短的現(xiàn)象存在，因此糞肥還田前可能存在一定的環(huán)境風(fēng)險。對于這一問題，建議采取多個貯存池按序存儲的方法給予解決，通過多個貯存池分別隔離存儲，保證每個貯存池的糞污存儲時間達到要求，從而避免單一貯存池中新鮮糞污無害化不徹底的隱患。

6 結(jié) 論

1）根據(jù)收集與存儲方式不同，尿泡糞全量收集與貯存工藝分為舍內(nèi)貯存、舍外貯存和舍內(nèi)結(jié)合舍外貯存3種，其中尿泡糞舍內(nèi)貯存模式具有節(jié)水節(jié)能和糞污收集方便等特點，土建成本較高，需與養(yǎng)殖圈舍同步設(shè)計，適合于大型新建養(yǎng)殖場采用；尿泡糞舍外貯存模式、舍內(nèi)結(jié)合舍外貯存模式糞污收集及貯存原理與尿泡糞舍內(nèi)貯存模式相同，但需配套建設(shè)舍外貯存池，適合于中小規(guī)模養(yǎng)殖場新建或部分已建養(yǎng)殖場改造時采用。

2）糞污酸化可顯著減少氮素的損失，當(dāng)糞污pH值酸化至5.5～6.5時，氨排放最高可減少80%以上。糞肥還田前一般要求存儲時間為6個月。以存欄5 000頭規(guī)模養(yǎng)豬場為例，舍內(nèi)貯存池所需容積為6 600 m3，最小池深為1.1 m；舍外貯存罐所需容積為4 118 m3，深度為6.0 m；舍內(nèi)結(jié)合舍外貯存設(shè)施容積需要8 214 m3，其中舍內(nèi)貯存池深0.8 m，存儲期2個月，舍外貯存罐深6.0 m，存儲期4個月。

3）以存欄5 000頭規(guī)模養(yǎng)豬場為例，舍內(nèi)貯存池建設(shè)成本需要660萬元，舍外貯存罐建設(shè)成本206萬元，舍內(nèi)結(jié)合舍外貯存設(shè)施建設(shè)成本651萬元；尿泡糞處理成本為3.83萬元/a，施肥成本為10.8萬元/a。養(yǎng)殖糞肥替代化肥不僅可改善土壤和作物品質(zhì)，還可以產(chǎn)生一定經(jīng)濟效益，存欄5 000頭生豬養(yǎng)殖場每年產(chǎn)生糞肥約7 000 m3，可滿足133 hm2農(nóng)田用肥，節(jié)省化肥成本6.0萬元。

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Slurry manure collection and design of storage system on scaled pig farms

Xu Pengxiang1,2, Shen Yujun1,2, Ding Jingtao1,2, Meng Haibo1,2※, Zhang Pengyue1,2, Xue Nan3

(1.,,100125,; 2.,,100125,; 3..,,044104,)

There are about 3.8 billion tons of livestock and poultry manure produced every year in China. How to reusing these wastes has becoming an important issue. In recent years, Ministry of agriculture and rural affairs of China attaches great importance to the treatment and utilization of livestock and poultry manure, and insists that livestock and poultry manure should be mainly used for rural energy and organic fertilizer. At present, slurry manure can be collected by three means in China, called dry-dung cleaning manure, water flushing manure and deep-pit slurry manure. According to the statistics data about the utilization of livestock and poultry manure from the third-party in 2018, the proportion of farms adopting the technology of dry-dung cleaning manure is 88.45%, the proportion of water flushing manure and deep-pit slurry manure is 9.80%, and the proportion of other methods is 1.75%. It is noticeable that dry-dung cleaning is still the main method of manure cleaning in China's farms. Dry-dung cleaning process usually includes 3 steps such as solid-liquid separation, manure composting and waste water treatment, but all the products still need to be returned to the farmland finally. The treatment of solid and liquid wastes separately causes excessive nutrient loss and higher running cost, which is apparently a waste of resources. Compared with dry-dung cleaning manure and water flushing manure, deep-pit slurry manure do not need flushing water and reduced the total amount of slurry manure. Deep-pit slurry manure collected excrement through slatted floor and stored in manure storage pit has some characteristics such as easily collection of feces and urine, low operating cost and high efficiency of nutrient utilization which has been widely used in developed countries such as Europe and the United States. It is a low cost technology for slurry manure treatment and suitable for applying in North China, Northwest China and other regions with sufficient land. In this paper, the collection amount of swine manure, the storage process parameters of slurry manure, the design of storage construction and the cost of investment and operation were studied, which would provide support for the popularization and application of the technology. The results showed that the collection amount of slurry manure in the whole feeding period of each pig is 0.70 m3, and 6 months storage time was needed before the manure was returned to the farmland. When the pH value of slurry manure is acidified to 5.5-6.5, ammonia emission can be reduced by up to 80%. Slurry manure collection and storage facilities are divided into two types: under-floor pit inside the breeding house and outside below or above ground storage tank. There are three methods for slurry manure storage: under floor deep-pit storages, outside below ground concrete storages or above ground tank storages, or a combination of both. Take a scaled farm with 5 000 pigs as an example, the required volume of under-floor pit is 6 600 m3and the investment need 6.6 million yuan, the required volume of outdoor tank is 4 118 m3and the investment need 2.06 million yuan, the required volume of under-floor pit combined outdoor tank is 8 214 m3and the investment need 6.51 million yuan. The cost of manure treatment is 38.3 thousand yuan per year, the cost of manure spreading is 108 thousand yuan per year. All the manure can be returned to 133 hm2farmland and save cost of chemical fertilizer for about 60 thousand yuan per year.

manure; storage; collected through slatted floor; technological design

徐鵬翔，沈玉君，丁京濤，等. 規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污全量收集及貯存工藝設(shè)計[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36(9)：255-262.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.029 http://www.tcsae.org

Xu Pengxiang, Shen Yujun, Ding Jingtao, et al. Slurry manure collection and design of storage system on scaled pig farms[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(9): 255-262. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.029 http://www.tcsae.org

2020-01-13

2020-03-29

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院自主研發(fā)項目：畜禽養(yǎng)殖糞水酸化貯存及施用技術(shù)研究（2018ZZYF0101）

徐鵬翔，高級工程師，博士，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用研究。Email：xpx527@126.com

孟海波，研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用研究。Email：newmhb7209@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.029

X713

A

1002-6819(2020)-09-0255-08