規(guī)模養(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理技術(shù)分析

王學(xué)軍，楊金斗

（1.菏澤市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)丹陽(yáng)街道辦事處，山東 菏澤 274016；2.菏澤市牡丹區(qū)畜牧水產(chǎn)服務(wù)中心，山東 菏澤 274000）

規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)的發(fā)展雖然極大的推動(dòng)了我國(guó)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但畜禽污染物的排放量也在不斷增加，造成不同程度的水土、土壤、空氣污染，也給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力。截至2020年我國(guó)畜禽污染物排放總量已經(jīng)達(dá)到41×108t，其中生豬糞污排放量已超10×108t，占畜禽糞污排放量首位，而糞污綜合利用率＜50%。研究規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理技術(shù)對(duì)提高規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理有效率及提高資源綜合利用率有著重要的意義。

1 研究背景、目的及意義

近幾年，隨著我國(guó)生豬養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大化，養(yǎng)豬場(chǎng)糞污年排放量也在不斷的增高，養(yǎng)豬場(chǎng)傳統(tǒng)的糞污處理模式資源利用率，污染物流失嚴(yán)重，對(duì)于生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。各地為加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，陸續(xù)制定和出臺(tái)養(yǎng)殖環(huán)保政策，加強(qiáng)了對(duì)于養(yǎng)豬場(chǎng)的監(jiān)管問(wèn)題，無(wú)形中推動(dòng)著養(yǎng)豬場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和配套設(shè)施升級(jí)，推動(dòng)養(yǎng)豬場(chǎng)建設(shè)和完善糞污處理設(shè)施設(shè)備，以達(dá)到控制養(yǎng)豬場(chǎng)糞污排放量的目的。中小型規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)在我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)中所占比重較大，規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)糞污排放一定程度上能夠反映出我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)糞污處理情況。本文以規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)作為研究對(duì)象，以規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)糞污污染為背景，研究高效化、生態(tài)化糞污處理技術(shù)，其目的在于推廣養(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理新技術(shù)及能源生態(tài)模式無(wú)害化處理工藝，以及為規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)創(chuàng)新性的升級(jí)糞污處理系統(tǒng)提供一些參考思路。研究該課題對(duì)于提升我國(guó)規(guī)模化豬場(chǎng)糞污處理水平、降低糞污處理成本和提高資源綜合利用率有著重要的意義。

2 概念界定

2.1 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

2.1.1 系統(tǒng)

系統(tǒng)指在一定的時(shí)空范圍內(nèi)，由兩個(gè)或兩個(gè)以上相互聯(lián)系和相互作用的組分構(gòu)成的，具有某種特定的結(jié)構(gòu)與功能，能向著特定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)發(fā)展的有機(jī)整體。如農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

2.1.2 系統(tǒng)形式與特點(diǎn)

根據(jù)系統(tǒng)的要素，常見(jiàn)的系統(tǒng)形式有5種：①有一定的邊界；②有多個(gè)組分；③組分之間有關(guān)聯(lián)；④有特定功能；⑤有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。相對(duì)于非系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的屬性在結(jié)構(gòu)上具有有序性和整體性，在功能上具有整合性和離散性。所謂結(jié)構(gòu)的有序性，指系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部有明顯的分層現(xiàn)象，且這種分層具有從微觀向宏觀綜合，從宏觀向微觀分解的現(xiàn)象。所謂結(jié)構(gòu)的整體性，指系統(tǒng)各組成要素的體要求具有抑制性，各分組之間存在著量比關(guān)系和相互作用，量比關(guān)系控制著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，相互作用控制性和系統(tǒng)的功能。所謂功能的整合性指系統(tǒng)整體功能大于各組分功能之和。所謂功能的離散性，指系統(tǒng)功能在內(nèi)部結(jié)構(gòu)失去有序性的狀態(tài)下整體功能小于各組分功能之和的情況[1]。

2.1.3 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)指在人類的積極參與下，利用膿液生物種群和非生物環(huán)境之間及農(nóng)業(yè)生物種群之間的相互關(guān)系，在人工調(diào)節(jié)和控制作用下，通過(guò)合理的生態(tài)結(jié)構(gòu)和高效的生態(tài)機(jī)能，建立起來(lái)的多種形式和不同發(fā)展水平的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，并利用該體系進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)循環(huán)，依照人類社會(huì)需要進(jìn)行物質(zhì)生態(tài)建設(shè)的綜合體。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的構(gòu)成包含動(dòng)物、微生物、綠色植物及環(huán)境四大要素，它應(yīng)該具有持續(xù)性、穩(wěn)定性、生產(chǎn)力的基本特征。

2.2 能源生態(tài)模式

2.2.1 生態(tài)模式

生態(tài)模式時(shí)基于互惠決定論基礎(chǔ)上提出的重視系統(tǒng)之間互惠關(guān)系的一種新模式。該模式強(qiáng)調(diào)認(rèn)知行為與環(huán)境上的關(guān)系與效果。

2.2.2 能源生態(tài)模式

能源生態(tài)模式即基于生態(tài)模式理論的能源系統(tǒng)建設(shè)及開(kāi)發(fā)利用。如沼氣能源生態(tài)模式，是一種基于豬場(chǎng)-沼氣-果園開(kāi)發(fā)的一種新型能源生態(tài)模式。該模式以沼氣為核心，圍繞沼氣的綜合利用、再生能源開(kāi)發(fā)、高效生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展等，深入挖掘農(nóng)民生產(chǎn)生活需求，開(kāi)發(fā)適應(yīng)農(nóng)村家庭基本生活、生產(chǎn)單元的項(xiàng)目。沼氣能源生態(tài)模式以促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)污染治理和種植業(yè)發(fā)展為目的，以農(nóng)戶為三元生態(tài)圈，建構(gòu)起能留和物流的良性循環(huán)系統(tǒng)，有利于實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)生態(tài)過(guò)程中生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的同比發(fā)展。

2.3 無(wú)害化

無(wú)害化也叫安全化，指將廢棄物內(nèi)的生物性或化學(xué)性的有害物質(zhì)采取安全烏海的處理，如焚燒、微生物殺滅等。

2.4 有機(jī)肥

有機(jī)肥指以動(dòng)物廢棄物和植物殘?bào)w為原料，經(jīng)過(guò)特殊處理加工而成的富含大量有益物質(zhì)的肥力。如有機(jī)酸、肽類、氮素、磷素、鉀素等。

2.5 微生物巢

微生物巢指基于生物有氧發(fā)酵原理建設(shè)而成的糞水處理設(shè)施。

3 研究思路

養(yǎng)豬場(chǎng)的糞污包括糞便、尿液及圈舍沖洗水。傳統(tǒng)的養(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理一般先采取干糞便人工收集，用于堆肥原料，再采取圈舍沖洗。圈舍沖洗水中含有糞便殘?jiān)?、尿液、有害微生物及水等，是造成環(huán)境污染的主要污染物來(lái)源。本文課題研究的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和能源生態(tài)模式以傳統(tǒng)的糞污干濕分離處理技術(shù)為基礎(chǔ)，糞污處理技術(shù)及其能源處理模式的創(chuàng)新應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)在于濕污染的研究上。該課題將規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)的糞污處理技術(shù)分為前期污染減排、中期糞污穩(wěn)定高效處理和后期資源綜合利用三部分思路，分別研究不同階段的糞污處理新技術(shù)[2]。

3.1 前期污染減排思路

前提減排提出雨污分流、高壓水泵沖洗豬圈舍的思路，分別應(yīng)用到雨污分流技術(shù)、高壓水泵沖洗技術(shù)。

3.2 中期糞污穩(wěn)定高效處理思路

中期糞污穩(wěn)定高效處理以沼氣能源生態(tài)模式和糞污高效穩(wěn)定發(fā)酵系統(tǒng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用到好氧發(fā)酵技術(shù)、新型厭氧發(fā)酵、太陽(yáng)能技術(shù)、發(fā)酵池保溫技術(shù)、微生物巢技術(shù)等。

3.3 后期資源綜合利用思路

后期資源綜合利用以綜合利用系統(tǒng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用沼氣發(fā)電技術(shù)、有機(jī)肥處理技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)糞污從資源向再生能源的生態(tài)循環(huán)利用。

4 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的架構(gòu)

規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是基于養(yǎng)豬場(chǎng)糞污糞污現(xiàn)狀而提出的多層次、多方面、多元化、高效化的糞污資源綜合利用和能源生態(tài)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)組合了多種養(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理新技術(shù)。養(yǎng)豬場(chǎng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)組合多穩(wěn)定高效、功能多樣的糞污發(fā)酵系統(tǒng)、沼氣發(fā)電系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)種植系統(tǒng)等子系統(tǒng)，架構(gòu)起功能強(qiáng)大、資源利用率高、污染排放量小的體系化生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。即通過(guò)采用雨污分流技術(shù)、高效豬圈清理技術(shù)、新型厭氧發(fā)酵、沼氣發(fā)電技術(shù)、有機(jī)肥處理技術(shù)、太陽(yáng)能技術(shù)、發(fā)酵池保溫技術(shù)等，使規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)的糞污從豬圈清理到糞污處理，再到發(fā)電、有機(jī)肥，使糞污資源得到最大化利用，并回饋到社會(huì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)資源能源的循環(huán)利用。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的架構(gòu)對(duì)于規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理設(shè)施設(shè)備的建設(shè)提出了極高的要求，雖然前期投資成本較高，但從長(zhǎng)期發(fā)展的視角而言，能夠極大的提高養(yǎng)豬場(chǎng)的資源綜合利用率，減少養(yǎng)豬場(chǎng)污水排放及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，有利于降低養(yǎng)豬場(chǎng)疾病的發(fā)生率，社會(huì)效益、環(huán)境效益和長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)效益較高，有著及其重要的投資意義。

考慮到前提投資成本較高，規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)可以先架構(gòu)穩(wěn)定高效的糞污處理及運(yùn)行系統(tǒng)，再逐漸完善和增加其他項(xiàng)目及子系統(tǒng)，并與周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者建立穩(wěn)定的合作關(guān)系，來(lái)輸出有機(jī)肥和電能，提高資源的轉(zhuǎn)化率，逐漸的回收一部分成本，再引入新技術(shù)持續(xù)性的對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，完善項(xiàng)目功能，架構(gòu)完善的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)體系。

5 能源生態(tài)模式無(wú)害化處理工藝及關(guān)鍵技術(shù)

5.1 能源生態(tài)模式無(wú)害化處理工藝流程

能源生態(tài)模式無(wú)害化處理工藝流程包含多層相互聯(lián)系的組分系統(tǒng)，各組分系統(tǒng)之間相互作用，相互聯(lián)系?；镜臒o(wú)害化處理工藝流程參考如下：豬圈舍糞污清理→送入預(yù)處理池預(yù)處理→新型厭氧發(fā)酵池處理。經(jīng)過(guò)新型厭氧發(fā)酵池處理后就會(huì)產(chǎn)生沼氣、沼液，沼氣進(jìn)入沼氣凈化存儲(chǔ)系統(tǒng)，沼液送入有機(jī)肥存儲(chǔ)系統(tǒng)。凈化后的沼氣可通過(guò)并入的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行沼氣發(fā)電，一部分電用于規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)內(nèi)部電網(wǎng)消耗，剩余部分電可通過(guò)并網(wǎng)設(shè)施輸給農(nóng)村電網(wǎng)系統(tǒng)，用于供給農(nóng)村家庭基本的生活用電或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用。有機(jī)肥經(jīng)由存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)入利用設(shè)施，從利用設(shè)施引出后供給種植園區(qū)的農(nóng)戶，或直接供給豬場(chǎng)的自有農(nóng)場(chǎng)，直接作有機(jī)肥使用[3]。

5.2 能源生態(tài)模式無(wú)害化處理關(guān)鍵技術(shù)

5.2.1 雨污分流技術(shù)

雨污分流技術(shù)指養(yǎng)豬場(chǎng)設(shè)計(jì)兩套排水系統(tǒng)，即雨水系統(tǒng)和污水系統(tǒng)，將二者分離開(kāi)，有效的控制養(yǎng)豬場(chǎng)污水的排放量，為豬場(chǎng)糞污精細(xì)化處理奠定基礎(chǔ)。

5.2.2 高壓水泵沖洗技術(shù)

對(duì)豬圈舍清理時(shí)采用高壓水泵系統(tǒng)沖洗，選用密孔高壓細(xì)水流的噴頭，通過(guò)加大水流的壓力來(lái)增強(qiáng)對(duì)圈舍糞污的沖洗效果。高壓水沖沖相對(duì)于普通水管沖洗一方面沖洗效率高、效果好，另一方面用水量小，成本低，且污水量小，污水濃度相對(duì)較高，便于后期發(fā)酵處理。

5.2.3 沼氣綜合利用技術(shù)

（1）發(fā)酵處理技術(shù)。①新型好氧發(fā)酵技術(shù)。好氧發(fā)酵技術(shù)主要用在干性糞污在有機(jī)肥發(fā)酵階段，可以采用立式發(fā)酵罐對(duì)糞污進(jìn)行發(fā)酵處理。發(fā)酵過(guò)程中微生物通過(guò)自身的生命活動(dòng)將糞污中的一部分有機(jī)物氧化為無(wú)機(jī)物，用于滿足微生物活動(dòng)的能量，另一部分合成細(xì)胞質(zhì)，加速微生物的繁殖，以產(chǎn)出更多的微生物體。預(yù)處理后糞污經(jīng)過(guò)好氧發(fā)酵后達(dá)到腐熟，經(jīng)過(guò)兩次腐熟后堆存即可。②新型厭氧發(fā)酵。這里的新型厭氧發(fā)酵技術(shù)指基于上流式厭氧發(fā)酵池流態(tài)的糞污處理技術(shù)。需要將發(fā)酵池設(shè)置為多格池，中下部設(shè)置糞污流進(jìn)，中上部設(shè)置流出，糞污在池內(nèi)處理持續(xù)性的流動(dòng)過(guò)程，每個(gè)池底的污泥受流態(tài)沖擊作用處于懸浮狀態(tài)，不會(huì)隨糞污流失，具有較好的處理效果。

（2）沼氣發(fā)電技術(shù)。養(yǎng)豬場(chǎng)設(shè)置沼氣池集中處理糞污，經(jīng)過(guò)發(fā)酵后產(chǎn)生的沼氣和凈化存儲(chǔ)，并用于沼氣發(fā)電。養(yǎng)豬場(chǎng)只需要購(gòu)置100kW的沼氣發(fā)電機(jī)組和配套并網(wǎng)系統(tǒng)，即可用沼氣發(fā)電，并將余電輸入電網(wǎng)[4]。

（3）有機(jī)肥處理技術(shù)。好氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的腐熟肥，以及沼氣發(fā)酵后的沼渣、沼液都是屬于優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料。養(yǎng)殖場(chǎng)可以將有機(jī)肥分類集中存儲(chǔ)，與當(dāng)?shù)剞r(nóng)場(chǎng)或農(nóng)戶合作，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

（4）發(fā)酵池保溫技術(shù)。在厭氧發(fā)酵池的設(shè)計(jì)中，發(fā)酵池外壁采用了填充珍珠巖保溫采用的設(shè)計(jì)，并在發(fā)酵池頂部建造溫室大棚，在棚頂設(shè)置太陽(yáng)能板，在池壁保溫層間設(shè)置真空集熱管加溫系統(tǒng)，應(yīng)用太陽(yáng)能和保溫材料對(duì)發(fā)酵池進(jìn)行加溫保溫，來(lái)滿足發(fā)酵池內(nèi)的熱交換條件。

（5）微生物巢技術(shù)。微生物巢技術(shù)在有氧發(fā)酵原理的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種復(fù)合微生物巢糞水處理新技術(shù)，糞污處理可達(dá)到無(wú)害化、資源化、零排放的效果。微生物巢技術(shù)需要養(yǎng)豬場(chǎng)建設(shè)統(tǒng)一的糞污收集池，每個(gè)豬舍設(shè)有通向糞污收集池的管道。糞污通過(guò)管道流向糞污收集池，再通過(guò)壓力泵和噴淋機(jī)送到陽(yáng)光棚內(nèi)的發(fā)酵槽上的墊料上，墊料上采用噴霧器噴上高效微生物制劑，經(jīng)過(guò)堆積發(fā)酵60～90 h，堆積發(fā)酵物的上層20 cm以上的溫度保持在60℃，即所謂的微生物巢[5]。微生物巢需要拋翻機(jī)翻堆，用噴淋機(jī)往返不斷噴淋污水，同時(shí)隨噴淋機(jī)循環(huán)持續(xù)性的補(bǔ)充墊料，循環(huán)往復(fù)的進(jìn)行發(fā)酵處理。多次翻堆降溫最終腐熟為有機(jī)肥料。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)糞污產(chǎn)出量大，傳統(tǒng)的糞污處理污染排放量大，不僅造成生態(tài)環(huán)境污染，還增加了養(yǎng)豬場(chǎng)疾病感染和傳播的風(fēng)險(xiǎn)。本文研究的能源生態(tài)模式無(wú)害化處理工藝流程采用了多種新型技術(shù)，有效提高了糞污資源向能源的轉(zhuǎn)化率和利用率，降低了污染排放量，實(shí)現(xiàn)了糞污資源在農(nóng)業(yè)生態(tài)體系中的循環(huán)利用。研究表明，基于能源生態(tài)模式進(jìn)行糞污無(wú)害化處理，是實(shí)現(xiàn)規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)資源多層次綜合化利用的關(guān)鍵，也是保證糞污發(fā)酵系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運(yùn)行和建構(gòu)和逐步的完善農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的必然路徑。規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)在資金允許的情況下應(yīng)該充分考慮農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)在促進(jìn)養(yǎng)豬場(chǎng)中長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展方面的優(yōu)勢(shì)和綜合效益，積極地對(duì)沼氣技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，引入新技術(shù)擴(kuò)充能源生態(tài)系統(tǒng)模式層次，利用能源生態(tài)模式主動(dòng)構(gòu)建農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，最大程度開(kāi)發(fā)和利用豬場(chǎng)糞污發(fā)掘沼氣項(xiàng)目的附屬產(chǎn)品及其價(jià)值，全面提升養(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益。