沼氣工程與異位發(fā)酵床技術(shù)在豬場(chǎng)糞污處理中的運(yùn)用

黃麗君 福州市畜牧站 福州 350007

2016 年以來，福州市通過標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖場(chǎng)升級(jí)改造，擬保留存欄1 000 頭以上的規(guī)模生豬養(yǎng)殖場(chǎng)163 家，全市畜禽糞污產(chǎn)生量約為290 萬t，其中生豬占比65.39%，生豬養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理是畜牧糞污資源化利用工作的重中之重。根據(jù)《福州市加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用工作方案》，近幾年福州市在大力推廣糞污資源化利用，現(xiàn)有的糞污處理模式主要有沼氣工程還田利用模式和異位發(fā)酵床模式，其中異位發(fā)酵床模式處理的有36 家，沼氣工程與異位發(fā)酵床綜合處理模式的有8 家，沼氣工程模式處理的有119 家?；诩S污資源化利用的“源頭減量、過程控制、末端利用”原則，以福州市豬場(chǎng)糞污處理資源化利用的實(shí)際為前提，簡(jiǎn)要探討兩種糞污資源化利用模式的共通之處和各自優(yōu)劣。如何在規(guī)?；i養(yǎng)殖場(chǎng)中更好地運(yùn)用兩種糞污資源化利用模式，是糞污資源化利用的重要課題。

1 基本原理和工藝流程

沼氣工程利用封閉式厭氧發(fā)酵，是解決養(yǎng)豬糞污處理及資源化利用的最有效途徑。異位發(fā)酵床技術(shù)利用好氧微生物處理技術(shù)，是養(yǎng)殖糞污處理及資源化利用的新技術(shù)。兩種糞污資源化利用模式在豬場(chǎng)中的應(yīng)用各有優(yōu)劣，相輔相成。

1.1 基本原理 規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)沼氣工程主要是通過厭氧消化，以處理污水為主，豬舍的糞污通過格柵、固液分離、沉淀池等方式預(yù)處理后，污水在厭氧條件下，通過種類繁多、數(shù)量巨大、功能不同的各類厭氧微生物對(duì)糞污中的有機(jī)物分解代謝，最終產(chǎn)生沼氣。沼氣可用來發(fā)電，沼渣、沼液可作為有機(jī)肥替代部分化肥和農(nóng)藥。

異位發(fā)酵床技術(shù)是將養(yǎng)殖的糞污收集后，加入適宜的專門化菌種，通過噴淋裝置，將糞污均勻地噴灑在發(fā)酵槽內(nèi)的墊料上，在好氧微生物作用下進(jìn)行充分發(fā)酵，將糞污中的粗蛋白、粗脂肪、殘余淀粉、尿素等有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行降解或分解成氧氣、二氧化碳、水，腐基質(zhì)等通過翻拋機(jī)進(jìn)行連續(xù)性有氧發(fā)酵，腐熟后的固態(tài)腐殖質(zhì)加工成為配方有機(jī)肥。

1.2 生產(chǎn)工藝流程 沼氣工程與異位發(fā)酵床技術(shù)生產(chǎn)工藝流程見圖1-圖2。

圖1 異位發(fā)酵床技術(shù)生產(chǎn)工藝流程

圖2 沼氣工程還田利用生產(chǎn)工藝流程

2 管理要點(diǎn)

沼氣工程還田利用模式與異位發(fā)酵床模式，在前端糞污收集管理的原則是基本一致的，重點(diǎn)在于減量，盡量減少糞污產(chǎn)生或者降低糞污有機(jī)物濃度；在中段過程的控制管理中，兩種模式在設(shè)備投入、日常管理、技術(shù)維護(hù)等方面差別較大，產(chǎn)生的效益也各有優(yōu)劣；在末端利用上，兩種模式都是以糞污資源化利用為主。沼氣工程模式，“三沼”的綜合利用是沼氣工程的效益之源；異位發(fā)酵床模式主要生產(chǎn)配方有機(jī)肥，可以達(dá)到零排放無污染。

2.1 糞污收集過程遵循減量化 目前沼氣工程模式中，厭氧發(fā)酵主要是對(duì)廢水進(jìn)行處理，需經(jīng)過固液分離將糞便和尿水分開收集，最大限度地保存糞中的營(yíng)養(yǎng)物，減少污水中污染物的濃度。干糞外銷或者生產(chǎn)有機(jī)肥。在異位發(fā)酵床模式中，發(fā)酵床處理糞污的容量有限，含水量過多容易導(dǎo)致“死床”，減少污水產(chǎn)生量更是管理的重中之重。所以，無論是沼氣工程模式還是異位發(fā)酵床模式，在源頭進(jìn)行控制、采取清潔生產(chǎn)工藝、減少污水產(chǎn)生都是管理的重點(diǎn)。采用源頭控制主要措施有：一是使用漏縫地板，采用干清糞工藝；二是雨污分流，修建雙排水溝，一條收集雨水，一條收集糞污；三是優(yōu)化飼料配方，提高飼料利用率；四是改進(jìn)飼養(yǎng)技術(shù)，減少飼料浪費(fèi)。選用兩種不同處理模式，糞污收集工藝方向一致，豬舍改造或建設(shè)也是異曲同工。

2.2 糞污處理過程控制各有優(yōu)劣 兩種處理模式的原理截然相反，沼氣工程基于微生物厭氧發(fā)酵的技術(shù)，分解污水中的有機(jī)物，產(chǎn)生沼氣；而異位發(fā)酵床是基于好氧微生物發(fā)酵，降解糞污中的有機(jī)物，墊料腐熟后用于生產(chǎn)配方有機(jī)肥。因此，兩種模式的裝備設(shè)施，管理要點(diǎn)均有所不同，有優(yōu)有劣。

一是裝備設(shè)施。沼氣工程的裝備設(shè)施更為復(fù)雜，工程所需的基本設(shè)施主要有：貯水池、固液分離機(jī)、厭氧發(fā)酵池（灌）、沼氣凈化裝置、貯氣池、沉淀池或沼液儲(chǔ)存池等；異位發(fā)酵床模式所需設(shè)施有集污池、噴淋池、噴淋機(jī)以及發(fā)酵床。在裝備設(shè)施上，沼氣工程設(shè)施設(shè)備多，工藝復(fù)雜，管理要求也較高，因此，占地面積更大、資金投入也更大。異位發(fā)酵床模式所需的裝備設(shè)施相對(duì)來說更簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)便，管理要求不高，所占面積較小、資金投也更少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，以萬頭豬場(chǎng)為例，采用能源環(huán)保型的沼氣工程總投資是發(fā)酵床模式的2.4 倍，占地面積更是達(dá)到4 倍以上。

二是生產(chǎn)管理。在糞污資源化利用的大前提下，沼氣工程技術(shù)發(fā)展至今，技術(shù)不斷更新改進(jìn)并且應(yīng)用成熟，目前規(guī)?；i場(chǎng)大力推行干清糞工藝，固體糞污與污水實(shí)現(xiàn)干濕分離，糞污水中的有機(jī)物和懸浮物含量較少，沼氣工程以處理污水為主，運(yùn)用高水力負(fù)荷的發(fā)酵工藝，如升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）、升流式固體反應(yīng)器（USR）等；設(shè)備和技術(shù)人員的要求較高，在實(shí)際應(yīng)用中，需要花費(fèi)大量的維護(hù)費(fèi)用。異位發(fā)酵床模式，原理簡(jiǎn)單，技術(shù)相對(duì)而言較為簡(jiǎn)便，日常管理關(guān)鍵在于合理墊料填充、選擇合適菌種、適度控制好水分和溫度、適量糞尿添加、適宜的翻耙頻次；實(shí)際應(yīng)用中，維護(hù)費(fèi)用較少，但處理量有限，與沼氣工程相比，異位發(fā)酵床無法承擔(dān)大規(guī)模糞污處理。

2.3 資源化利用 沼氣工程還田利用模式，一方面是經(jīng)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，發(fā)電并網(wǎng)或者用于豬場(chǎng)自身耗能，如冬季豬舍保溫加熱、飼料加工粉碎等，不僅可以緩解能源緊張，抵消部分運(yùn)營(yíng)成本，還可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，以800 頭豬場(chǎng)為例，全年可產(chǎn)生沼氣量17 000 m3，可供32 戶農(nóng)戶使用，可替代相當(dāng)于54 000 m2林地年蓄積量的薪柴，還可以節(jié)約排污費(fèi)0.9 元/t。另一方面發(fā)酵后沼渣可以做基肥，而沼液則用于噴施和灌溉有機(jī)液肥，不但可以降低豬場(chǎng)的排污成本，消除對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)可以提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量，而干糞部分可用作堆肥或制造商品有機(jī)肥直接賣給農(nóng)戶。積量異位發(fā)酵床模式，經(jīng)發(fā)酵后固態(tài)腐殖質(zhì)體積小、重量輕，不僅是有機(jī)肥的良好輔料，還因?yàn)檫\(yùn)輸成本減小，便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸利用。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，以谷殼、木屑為原料作為墊料的發(fā)酵基質(zhì)，墊料使用周期可達(dá)3 年，每出欄1 頭育肥豬可產(chǎn)生腐殖質(zhì)約200 kg，按市場(chǎng)價(jià)250 元/t 計(jì)算，1 個(gè)萬頭豬場(chǎng)年可增收50 萬元。異位發(fā)酵床技術(shù)處理豬場(chǎng)糞污水不僅可以實(shí)現(xiàn)豬場(chǎng)糞污“零排放”，治污能力更是傳統(tǒng)沼氣生態(tài)治理模式的1.8 倍，可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥，可全部資源化利用。

3 存在問題

異位發(fā)酵床實(shí)際應(yīng)用過程中常出現(xiàn)的問題有：一是因?yàn)闃O端天氣、保溫不足或消毒水誤入導(dǎo)致“死床”；二是墊料原料成本高，限制發(fā)展；三是重金屬殘留問題。開發(fā)更合適的發(fā)酵墊料，加強(qiáng)生產(chǎn)過程中的日常管理，解決重金屬殘留問題是異位發(fā)酵床技術(shù)模式發(fā)展的關(guān)鍵。

沼氣工程模式投入高，技術(shù)難度大，后期運(yùn)行成本高，設(shè)備和技術(shù)人員往往跟不上，要發(fā)展沼氣工程就需要解決影響沼氣工程發(fā)展的阻礙因素。要加大資金扶持力度，把控好沼氣工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，使沼氣工程建設(shè)能夠順利、高效運(yùn)行。

4 應(yīng)用情況

沼氣工程還田利用模式，對(duì)糞污處理的能力強(qiáng)，適用于遠(yuǎn)離城市、土地寬廣、有足夠農(nóng)田消納面積的大中型規(guī)模養(yǎng)豬場(chǎng)。異位發(fā)酵床模式糞污處理能力有限，適合南方水網(wǎng)地區(qū)、周圍農(nóng)田受限的中小型規(guī)模養(yǎng)豬場(chǎng)。

若沒有足夠的消納地，通過農(nóng)戶點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)面或整縣推進(jìn)集中處理，無論是異位發(fā)酵床模式還是沼氣工程模式，也可以形成良好的農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。

福州市大力推進(jìn)生豬糞污資源化利用，兩種糞污處理模式在實(shí)際應(yīng)用中相得益彰。截至目前，福州市糞污資源化利用率達(dá)96.97%，規(guī)模養(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理設(shè)施裝備配套率100%。全市建設(shè)畜禽糞污資源化集中處理中心2 處。新建沼氣工程112 處，發(fā)酵容積32 萬m3，利用沼氣用于生活用氣9.73 萬m3，利用沼氣發(fā)電46.15 萬千瓦時(shí)。建設(shè)異位發(fā)酵床34 家，面積4.18 萬m2，（廠內(nèi)）新建儲(chǔ)液池55.03 萬m3，（廠外）消納地儲(chǔ)液池22.85 萬m3。不管是異位發(fā)酵床模式還是沼氣工程模式，在福州市畜禽糞污資源化利用項(xiàng)目中都至關(guān)重要。

5 綜合建議

綜上所述，沼氣工程還田模式與異位發(fā)酵床模式在生豬糞污處理及資源化利用中都是不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，可因地制宜選擇一種模式或?qū)煞N模式進(jìn)行組合，最大限度地實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的資源化利用，在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的前提下，實(shí)現(xiàn)環(huán)保效益的最大化。規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)沼氣工程初始投資巨大，中大型養(yǎng)豬場(chǎng)若資金充足，具備建設(shè)沼氣工程的條件，可優(yōu)先選擇沼氣工程模式；而中小型養(yǎng)豬場(chǎng)可選擇操作簡(jiǎn)便、技術(shù)維護(hù)成本較低的異位發(fā)酵床模式。此外，兩種模式結(jié)合使用，也可作為豬場(chǎng)糞污處理資源化利用的一個(gè)方向。