規(guī)?；i場糞污生態(tài)循環(huán)利用工藝設計

龐建建，那 蕊

（北京京鵬環(huán)宇畜牧科技股份有限公司，北京 100094）

隨著社會的發(fā)展和人們對肉類日益增長的需求，中國畜牧業(yè)由集約化轉變?yōu)橐?guī)?；B(yǎng)殖，但是規(guī)模化養(yǎng)殖也帶來了新的問題，養(yǎng)殖場糞污資源化利用率低，污染環(huán)境的同時還造成了資源浪費；種植業(yè)為了追求更高的產量，過量使用化肥，不但造成土壤質量惡化，還會導致糧食和農產品的品質下降，影響人民身體健康。2017 年以來，國家對大氣環(huán)境的治理成效顯著，并越來越重視養(yǎng)殖場的環(huán)境污染問題，先后制定了多項措施和法律法規(guī)促進該工作的推進和執(zhí)行。2022 年2 月，農業(yè)農村部印發(fā)的《推進生態(tài)農場建設的指導意見》中提到，推廣化肥減量、畜禽糞污資源化利用、有機肥替代等技術，形成生態(tài)循環(huán)農業(yè)發(fā)展模式。因此，實現(xiàn)豬場糞污的資源化利用，尋找適合規(guī)?；i場糞污資源化利用的工藝已迫在眉睫。本研究以山西省某豬場為例，介紹了生態(tài)循環(huán)利用工藝設計思路及方法，探索該工藝的可行性，以期為豬場的糞污處理設計提供思路和借鑒。

1 畜禽污染資源化處理常用模式

2017 年農業(yè)部印發(fā)的《畜禽糞污資源化利用行動方案（2017—2020 年）》中提出了7 種重點推廣應用的畜禽污染資源化處理模式，表1 為這7 種處理模式優(yōu)缺點的對比［1-4］。

由表1 可知，每種糞污資源化處理模式都有一定的適用范圍，所以要根據(jù)養(yǎng)殖場具體的情況制定合適的處理模式。山西省某豬場周圍配套足夠的玉米地以消納液體糞污，因此該豬場在污水肥料化利用模式的基礎上，加入并優(yōu)化了其他模式，形成了豬場糞污生態(tài)循環(huán)利用工藝模式。該豬場采用的工藝是基于法國、丹麥等畜牧業(yè)先進國家在糞污存儲利用方面的經驗［5，6］，結合中國的實際情況設計出種養(yǎng)結合生態(tài)循環(huán)利用工藝，即固液分離-液體糞污存儲發(fā)酵-液體有機肥還田、固體糞污堆肥發(fā)酵-固體有機肥出售。該工藝糞污處理簡單有效，最大化利用豬場糞污。

表1 7 種畜禽污染資源化處理模式的對比

2 豬場糞污生態(tài)循環(huán)利用工藝

2.1 工藝流程

山西省某豬場周圍配套了一定量的土地，可以消納其所生產的液體有機肥，因此可選用“固液分離-液體糞污存儲發(fā)酵-液體有機肥還田、固體糞污堆肥發(fā)酵-固體有機肥出售”的種養(yǎng)結合生態(tài)循環(huán)利用工藝。其生態(tài)循環(huán)利用工藝流程如圖1 所示。

圖1 生態(tài)循環(huán)利用工藝流程

2.2 主要工藝單元

2.2.1 預處理——固液分離 豬舍內的糞污由漏縫地板漏下后經刮板刮至集污池，集污池內的攪拌機將其攪拌均勻，用切割泵切碎并提升糞污至固液分離機，固液分離后進行下一步的處理。集污池的有效容積按照豬場糞尿日最大排放量的1.5 倍設計，設計為正方形，深度為5.0～6.0 m，有效深度為3.5～4.0 m；固液分離機的選型為電機5.5 kW，處理量為12～20 m3/h，經處理后的液體部分含固率為2%，固體部分含水率為70%，分別進行下一步的處理利用［7，8］。

2.2.2 資源化處理——液體存儲發(fā)酵 固液分離后的液體部分施用前需進行發(fā)酵，發(fā)酵時間一般按照6 個月進行設計，本設計的發(fā)酵裝置選用畜禽糞污存儲系統(tǒng)。畜禽糞污存儲系統(tǒng)采用高密度聚乙烯材料，是一種防蒸發(fā)防滲透的高效綠色存儲裝置，由存儲塘本體、防蒸發(fā)防滲透裝置、安全膜、報警裝置和進出料系統(tǒng)組成；存儲塘本體由側壁和塘底組成；防蒸發(fā)防滲透裝置由底膜和浮動膜兩部分組成［9］。該系統(tǒng)的關鍵設施為安全膜和報警裝置，防止糞污的滲漏；液體糞污存儲在存儲塘本體和防滲防蒸發(fā)裝置組成的密閉空間內，服務池和進出水管道是液體糞污的進出通道，具體如圖2 所示。

圖2 畜禽糞污存儲系統(tǒng)

2.2.3 資源化處理——固體堆肥 將固液分離后的固體部分加入發(fā)酵菌劑（尿素等）、稻草、秸稈等輔料，然后調節(jié)發(fā)酵物料的水分含量在50%～60%，碳氮比（25∶1）～（30∶1），蓬松度（容重不大于0.6 t/m3），酸堿度（pH 在5.5～8.0）［10］。混合均勻后送入氧氣，進行好氧連續(xù)發(fā)酵。經過一次發(fā)酵（7～15 d）和二次發(fā)酵陳化（7～15 d），可使固體糞肥中的有機物分解、穩(wěn)定，直接作為有機肥施用或經過分選、制粒、包裝后作為商品有機肥銷售。

2.2.4 資源化利用——有機肥還田 還田施肥要根據(jù)施肥地的具體情況制定方案，施肥不當會影響農產品質量、污染環(huán)境和對土壤造成不良影響，所以有機肥還田最主要是進行養(yǎng)分管理。國外的還田模式主要采用這種模式，如加拿大、英國和荷蘭等養(yǎng)殖場都是通過養(yǎng)分管理進行糞肥的合理施用和氮磷養(yǎng)分的平衡［11］。根據(jù)豬場所產生的有機肥估算有機肥的養(yǎng)分含量，取樣測算施肥地的土壤肥力，分析農作物的養(yǎng)分需求［12］，計算有機肥的施肥量，最后估算需要配套的土地規(guī)模。

項目運行后，每隔一段時間，需進行有機肥取樣并測定其養(yǎng)分含量，同時檢測土壤肥力，根據(jù)測算結果和作物的養(yǎng)分需要調整有機肥的最佳用量，避免因施肥過多或過少造成不良后果。

3 豬場糞污生態(tài)循環(huán)利用工藝設計

3.1 項目概況及工藝概況

該豬場有6 200 頭基礎母豬，每天產生的糞尿量為238 t，采用糞污一體化生態(tài)循環(huán)利用工藝，每年可產生固體有機肥3 345 t和液體有機肥75 140 t；將固體有機肥出售；液體有機肥還田，以替代50%化肥、有機肥當季利用率30%計，可滿足445 hm2玉米地施肥需要。

3.2 設計方法

根據(jù)豬場日產糞尿量配備固液分離機，首先依據(jù)固液分離機的含水率和含固率計算固、液有機肥日產糞尿量，然后根據(jù)固、液有機肥日產糞尿設計集污池等構筑物，最后根據(jù)液體有機肥的年產量計算有效養(yǎng)分，從而計算配套的土地。

3.2.1 日產糞尿量的計算 該豬場基礎母豬6 200頭，豬場豬群結構及日產糞尿量見表2，每天糞尿量為238 t。

3.2.2 有機肥產量計算、糞污處理間及設備的配備

1）固液分離系統(tǒng)物料平衡。根據(jù)表3 計算出固液分離后的固體部分和液體部分，為固、液發(fā)酵的配備物和固、液有機肥的產量提供準確的數(shù)值，并間接為糞污處理構筑物的設計和設備配置提供依據(jù)。

表3 固液分離系統(tǒng)物料平衡

2）固體有機肥產量。根據(jù)表3 中提到固液分離后的固體部分，計算出發(fā)酵所需的物料量，進一步計算出固體有機肥的日產量和年產量。由表4 可知，經過一次發(fā)酵及二次陳化后，該豬場年產固體有機肥3 345 t，可直接作為有機肥施用或經過分選、制粒、包裝后作為商品有機肥銷售。

表4 固體有機肥產量

3）液體有機肥產量。由表5 可知，該豬場液體有機肥的日產量為205.87 t，年產量為75 140.00 t，通過科學的檢測、計算確定有機肥的施肥量，最后施用于配套的玉米地。

表5 液體有機肥產量

4）主要構筑物設計。糞污處理中集污池的尺寸根據(jù)表2 中日產糞尿量設計，液體池和存儲塘的容積按照固液分離后液體有機肥日產量設計，固液分離車間根據(jù)集污池和液體池的設計計算。構筑物的規(guī)格及數(shù)量如表6 所示。

表6 主要構筑物設計

5）主要設備配置。糞污處理中固液分離機、攪拌機、切割泵等設備的選型和數(shù)量按照表2 中日產糞尿的產量選擇和計算數(shù)量。具體如表7 所示。

表7 主要設備配置

3.2.3 配套土地的計算方法 豬場周圍配套一定面積的玉米地，用以消納豬場所產生的液體有機肥。利用泵及管路將液體有機肥輸送到玉米地，通過注入式施肥車將液體有機肥施入到農田中，用以改良土壤和增加肥力，形成生態(tài)農業(yè)循環(huán)模式。山西省屬黃土高原，土壤養(yǎng)分含量不高，年降水量少，種植制度為一年一季。由于固體有機肥便于運輸且市場售價較高，因此固體有機肥作銷售處理。

1）有機肥產量及養(yǎng)分產生量。如表1 所示，該豬場每天產生的糞尿量為238 t，固、液有機肥產生量和其中氮、磷、鉀含量如表8 所示。液體有機肥中氮、磷、鉀的含量占比分別為0.20%、0.06%、0.10%，即N、P2O5和K2O 的量分別為150、45、75 t。

表8 固、液有機肥中養(yǎng)分含量占比

2）施肥時間和施肥量。本項目按每季施肥4 次設計，施肥時間和施肥量分別為春玉米收獲后（11 月上旬）施入40%的液體有機肥（設計液體肥施肥量的40%）；春玉米播種前（4 月上旬）施入40%的液體有機肥（設計液體肥施肥量的40%）；春玉米生長期內（5 月中旬、6 月下旬）分2 次各施入10%的液體有機肥作為追肥（設計液體肥施肥量的10%），全部施肥過程配合化肥施用。

3）玉米地面積確定。本項目初步設計以氮為養(yǎng)分控制元素進行有機肥還田計算，且根據(jù)張福鎖等［13］的研究，華北地區(qū)目標產量為600 kg 時，每公頃玉米地氮肥需求量為225 kg，按有機肥替代50%化肥、有機肥當季利用率為30%計算，則每公頃玉米地每年需要液體有機肥168.75 t，因此共需要445 hm2玉米地來消納該豬場所產生的液體有機肥。

以上設計中農田糞肥養(yǎng)分施用量的計算采用養(yǎng)分平衡方法，未考慮當季土壤供肥量。項目投入生產后，需建立養(yǎng)分管理制度，定期對所生產的有機肥養(yǎng)分含量、配套土地土壤肥力進行取樣檢測，并分析農作物養(yǎng)分需求，動態(tài)調整有機肥施用量，減少還田不當造成的不良影響。

4 生態(tài)效益和經濟效益

該豬場周圍有足夠消納所產生的液體有機肥的玉米地，因此選擇糞污一體化的生態(tài)循環(huán)利用工藝。該工藝為種養(yǎng)結合循環(huán)利用模式，具有資源化利用程度高、投資低、收益高、環(huán)境污染小等優(yōu)點，豬場周圍有一定量的土地用來消納液體有機肥即可適用。

該豬場有6 200 頭基礎母豬，每天產生的糞尿量為238 t，每年產生固體有機肥3 345 t 和液體有機肥75 140 t；將固體有機肥出售，每年產生效益100.35萬元；液體有機肥還田，以替代50%化肥、有機肥當季利用率30%計，采用養(yǎng)分平衡方法計算該豬場施用于每公頃玉米地的液體有機肥量為168.75 t/d，可滿足445 hm2玉米地的施肥需要，每年經濟效益為225.42 萬元。此數(shù)據(jù)為理論數(shù)據(jù)，項目投入生產后，需建立養(yǎng)分管理制度，對有機肥施用量進行動態(tài)調整，以減少還田不當造成的影響。

5 小結

本案例豬場基于糞肥資源化利用理念，采用豬場糞污生態(tài)循環(huán)利用工藝模式，實現(xiàn)了豬場糞污的綜合利用。生態(tài)循環(huán)利用工藝，糞污固液分離后，液體部分應用畜禽糞污存儲系統(tǒng)發(fā)酵后即可施用田地，固體有機肥堆肥發(fā)酵后可進行出售。因此，該糞污處理模式既實現(xiàn)了豬場糞污的資源化利用，又有效解決了豬場糞污污染環(huán)境的問題，且生態(tài)效益和經濟效益顯著，對規(guī)?；i場的糞污處理有一定的借鑒作用。