貴州省思南縣生豬養(yǎng)殖場糞污固液分離技術(shù)及資源化利用

李洪英, 梅永紅, 熊 勇, 時 穎, 王 華

(1. 思南縣畜牧發(fā)展中心,貴州 思南 565100;2. 貴州省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所,貴州 貴陽 550005)

思南縣是貴州省的生豬調(diào)出大縣,據(jù)思南縣國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報,2022年全縣生豬存欄46.26萬頭,出欄59.66萬頭。生豬養(yǎng)殖逐漸從分散型向集約化、規(guī)?；l(fā)展。與此同時,養(yǎng)殖糞污大量集中產(chǎn)生,如何做好養(yǎng)殖場的糞污處理及資源化利用已成為需要解決的重大問題。筆者通過調(diào)研我縣生豬養(yǎng)殖場現(xiàn)有糞污處置及資源化利用情況,結(jié)合糞污治理工作經(jīng)驗,將糞污固液分離的技術(shù)方法介紹如下,供生豬養(yǎng)殖戶參考。

1 糞污固液分離工藝流程

使用固液分離設(shè)備對糞污進行處理的工藝流程見圖1。

圖1 養(yǎng)殖糞污固液分離工藝流程

1.1 糞污暫存池

糞污暫存池對從豬舍排出的糞污進行短暫儲存,有效容積≥0.01 m3×暫存周期(天)×設(shè)計存欄量(頭)[1],儲存周期一般為1天。設(shè)計存欄量 1 000頭的豬場,修建暫存池的容積≥10 m3。配備自動清糞機的家庭農(nóng)場可利用清糞機將豬糞、尿液、廢水從排糞溝清刮到糞污暫存池,也可采用人工清糞方式。

1.2 固液分離設(shè)備

固液設(shè)備分為篩分、離心分離、壓濾等類型,分離機有臥式螺旋擠壓機、滾軸過濾機、斜篩式分離機。斜篩式固液分離機結(jié)構(gòu)簡單,成本和運行費用低,便于安裝和維護,適用于中小型養(yǎng)殖場[2],目前思南縣生豬家庭養(yǎng)殖場主要選擇該設(shè)備分離糞污。

1.3 干糞堆積池(棚)

固液分離機分離出的糞渣需在堆積池內(nèi)發(fā)酵處理。為防滲漏,堆積池底部和內(nèi)部用水泥抹光,上部加蓋彩鋼瓦,四周做排水溝,用于防雨防水,容積≥0.001 5 m3/天×貯存周期(天)×設(shè)計存欄量(頭)[1]。為節(jié)約建設(shè)用地,可直接在密閉的沉淀池上部搭建干糞堆積棚,堆積棚兩側(cè)和一端建設(shè)高度1 m左右的墻體,墻體內(nèi)側(cè)用水泥抹光,一端敞開,便于糞便裝卸,頂部蓋彩鋼瓦防雨水進入。

1.4 沉淀池(沼氣池)

經(jīng)固液分離機處理后的污水通過管道引入沉淀池或沼氣池收集處理。密閉式沉淀池(沼氣池)的有效容積按0.4 m3/頭計算,敞口式沉淀池的容積按0.6 m3/頭計算。沉淀池上部加蓋彩鋼瓦,周圍修建排水溝,底部和內(nèi)壁用水泥清光,周圍建設(shè)防護圍欄并貼上明顯警示標志。設(shè)計存欄1 000頭的生豬養(yǎng)殖場以池深5.5 m計算,敞口式沉淀池占地面積為109.09 m2,密閉式沉淀池占地面積為72.73 m2。

2 糞污固液分離的技術(shù)方法

糞污固液分離的方法有多種,常用的有沉降法、蒸發(fā)法、機器法等。沉降分離法是在不加外力的情況下,利用重力作用使固體物質(zhì)自然沉降,但耗時長、臭味大、占地面積大,不宜廣泛推廣。蒸發(fā)分離法建設(shè)成本高,受空氣濕度和光照強度影響大,貴州山區(qū)不宜采用。機械分離法操作簡單、分離效率高、適用性廣泛,以下主要介紹幾種機械分離技術(shù)。

2.1 篩分技術(shù)

篩分包括固定篩(斜板篩)、滾筒篩、振動篩,是根據(jù)糞水中固體顆粒大小進行固液分離的技術(shù),固體物質(zhì)的去除率直接與篩孔直徑相關(guān),篩孔越小去除率越高,但也越容易堵塞,清洗次數(shù)越多。斜板篩分離機的篩面固定不動,當分離機通電運行時,糞污通過進水管流到固定篩的頂部,在重力的作用下沿篩面下行,大于篩孔的固體糞便被截留堆積在篩網(wǎng)上,污水和小于篩孔的固體濾過篩網(wǎng)流出,通過排污管進入沉淀池處理。斜板篩分離出的糞渣含水率較高,呈泥狀,不方便運輸利用,其主要優(yōu)勢在于投資少、運行費用低,購置1臺4 kW斜板篩分離機只需1.5萬元左右,運行耗電量為0.33～0.74 kW·h/m3,適用于投資少、年出欄1 000頭以下的家庭農(nóng)場[3]。與固定篩相比,振動篩和滾筒篩分離效率略高,分離出的糞渣含水量也略低,但其固定投資和運行費用較大,為節(jié)約養(yǎng)殖成本,小型生豬家庭農(nóng)場基本不選擇振動篩和滾筒篩。

2.2 壓濾技術(shù)

壓濾技術(shù)主要有條帶壓濾和螺旋擠壓,固液分離效果與篩孔、壓力有關(guān),篩孔越小、壓力越大,分離效果越明顯。螺旋擠壓機工作時,堵塞泵將糞污吸入機器內(nèi),糞污在螺旋葉片推動下向機器前方移動,螺旋葉片與濾網(wǎng)之間產(chǎn)生的壓力使污水濾過篩網(wǎng)流入排污管,糞渣不斷向卸料端堆積,進一步脫水后由卸料口排出。螺旋擠壓機設(shè)備購置成本低(1臺5 kW 約2萬元),耗電量0.53～0.94 kW·h/m3,分離的糞渣中干物質(zhì)含量是固定篩分離的3～5倍,適用于處理規(guī)模小(年出欄少于1 000頭)的養(yǎng)殖場[3]。與螺旋擠壓機相比,帶式壓濾機分離效果略高,但購置和運行成本都較高,尤其是耗電量幾乎是螺旋擠壓機的2倍,目前思南縣還未有生豬養(yǎng)殖場使用該分離機。

2.3 離心分離技術(shù)

離心分離技術(shù)是利用不同重量的固體在高速旋轉(zhuǎn)條件下產(chǎn)生離心力的不同和沉降速度不同,實現(xiàn)固液分離。臥式螺旋離心機是典型的離心分離設(shè)備,主要由轉(zhuǎn)鼓、螺旋、差速器組成。工作時,糞污由進料管進入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓中,在離心力的作用下,較重的固體糞渣在轉(zhuǎn)鼓壁上沉積,由螺旋將沉積的糞渣推向錐端,由排渣口排出機外;液體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成液環(huán),通過轉(zhuǎn)鼓大端溢流口流出轉(zhuǎn)鼓,由排污管排出進入下一處理環(huán)節(jié)。與篩分技術(shù)相比,離心分離技術(shù)效率高且分離出的糞渣含水率較低,但設(shè)備昂貴、耗電量大、維修困難,很少被中小型養(yǎng)殖場采用,主要適用于年出欄2 000頭以上的豬場。

3 資源化利用方式

3.1 糞渣還田利用

固液分離出的糞渣在堆積池(棚)內(nèi)好氧發(fā)酵和無害化處理后作為有機農(nóng)家肥。2022年思南縣的糧食播種面積約51 218 hm2,蔬菜播種面積約20 696 hm2(思南縣統(tǒng)計局數(shù)據(jù)),按有機質(zhì)含量1.5%～3%的大田中作為底肥使用,每667 m2用量1 000～2 000 kg計算[4],縣內(nèi)糧食、蔬菜播種面積承載糞渣量可達215.74萬t。在水稻、玉米、小麥、蔬菜等田間作物播種或幼苗移栽時,糞渣作為底肥埋于耕作層,代替化肥使用,可節(jié)約肥料成本,有效緩解土壤板結(jié)、酸化問題,改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤肥力,促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。

3.2 沼液肥料化利用

將經(jīng)沉淀池或沼氣池厭氧發(fā)酵無害化處理后的沼液進行肥料化利用,開啟沼液—果園、茶園、糧田、蔬菜、牧草等多種利用模式。養(yǎng)殖場根據(jù)《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》測算與養(yǎng)殖規(guī)模配套的種植面積。自身種植地不足的養(yǎng)殖場通過與周邊種植基地、農(nóng)戶簽訂糞污消納協(xié)議,將污水處理與利用進行有效銜接,沼液作為追肥施用,利用吸糞車將沼液運輸至田間塑料儲液罐,儲液罐連接塑料管網(wǎng),安裝閘閥和施肥管。田間作物出茬后,沼液與水按1∶2的比例稀釋,在上午或傍晚打開閘閥用施肥管噴施到農(nóng)作物的葉面或根部,或利用吸糞車將稀釋好的沼液直接澆施到果園、茶園、牧草等作物根部,一般667 m2使用量在500～3 000 kg[5]。以番茄為例,番茄1茬追肥2次,當番茄第1穗果實長至雞蛋大小時,667 m2追肥沼液500 kg,間隔10天后再澆施1次[6],追肥后的番茄生長旺盛、果實色澤鮮艷、產(chǎn)量提高。

3.3 沼渣基質(zhì)化利用

固液分離后的污水進入沉淀池或沼氣池沉淀后在底部沉積形成沼渣,其中含有的腐植酸可以改善土壤團粒結(jié)構(gòu),提高植物抗逆性,含有的有機質(zhì)、氮、磷、鉀和其他微量元素等能促進種子萌芽、生長。辣椒、南瓜、茄子等蔬菜育苗基地利用沼渣作為基質(zhì)與泥土等混合拌勻制作營養(yǎng)土,采取條播或穴播方式撒種,覆蓋營養(yǎng)土澆水育苗。

3.4 沼氣能源化利用

沼氣池內(nèi)產(chǎn)生的可燃性沼氣通過管道運輸?shù)金B(yǎng)豬場生活用房,利用沼氣灶滿足場內(nèi)生活需要。同時中大型養(yǎng)殖場內(nèi)安裝發(fā)電設(shè)備,將沼氣用于發(fā)電,實現(xiàn)電能儲備,在停電時可供應(yīng)場內(nèi)生產(chǎn)用電需要。

4 經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益

4.1 經(jīng)濟、社會效益

按照1頭100 kg體重的豬年排出糞尿折合成市售化肥,相當于硫胺81.6 kg、過磷酸鈣44.2 kg、硫酸鉀10.9 kg計算[4]。1個年出欄1 000頭的生豬養(yǎng)殖場年產(chǎn)糞尿約1 500 t,折合成硫胺41.81 t、過磷酸鈣22.65 t、硫酸鉀5.59 t。有種植基地的養(yǎng)殖場將處理后的糞污運往農(nóng)田、經(jīng)濟作物基地等代替化肥施用,可減少化肥購買費用,降低種植成本投入。如:思南縣香壩生態(tài)養(yǎng)殖場年產(chǎn)生的豬糞、尿液經(jīng)固液分離后,干糞渣、沼液分批次運往自家133 hm2茶園消納,有機肥完全替代化肥,減少了種植成本。對于自己沒有種植基地或種植面積很少的養(yǎng)殖場,將糞渣和沼液作為有機農(nóng)家肥出售給周邊種植戶,也能給養(yǎng)殖場帶來一部分額外的經(jīng)濟收入。據(jù)調(diào)查,思南縣部分生豬養(yǎng)殖場將糞渣以200元/t的價格出售給牧草種植基地,在增加收入的同時也促進了草畜配套發(fā)展。

4.2 生態(tài)效益

豬糞、尿液經(jīng)固液分離后,分離出的糞渣質(zhì)地較細,更容易被微生物分解;污水中的化學需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、總固體物(TS)含量降低,減少了臭氣產(chǎn)生,改善了豬場及周邊環(huán)境,同時也提高了污水后續(xù)處理效率。分離后的糞渣和污水分別進行處理能節(jié)約處理成本,更利于無害化還田還土利用,對環(huán)境保護起了正向的促進作用。

5 優(yōu)缺點及適用對象

(1)與其他處理模式相比,固液分離具有對糞便原始狀態(tài)要求低、操作簡單、運行穩(wěn)定、經(jīng)濟實用、能耗低等優(yōu)點。缺點是分離的污水后續(xù)處理壓力仍較大,發(fā)酵后的糞水必須配套土地進行消納,且修建糞污收集池要占用一定設(shè)施用地面積。(2)使用固液分離模式處理糞污,首先在養(yǎng)殖場選址規(guī)劃時需把配套設(shè)施設(shè)備的占用面積計劃在內(nèi),確保環(huán)保設(shè)施用地得到審批;其次養(yǎng)殖場需“以地定畜”,通過自留地或與周邊種植企業(yè)、農(nóng)戶簽訂協(xié)議,滿足與養(yǎng)殖規(guī)模配套的消納土地;最后根據(jù)養(yǎng)殖規(guī)模、計劃投入資金選擇適合的固液分離技術(shù)。從全縣使用固液分離機的生豬養(yǎng)殖場調(diào)研表明,固定篩能滿足年出欄生豬500頭以下的養(yǎng)殖場處理糞污需要,操作簡單且耗電量低,有效降低了養(yǎng)殖場糞污治理成本;對于年出欄500～<1 000頭的養(yǎng)殖場,螺旋擠壓機比較適用,既經(jīng)濟又能很好地對糞渣進行下一步處理;對于年出欄1 000～2 000頭的養(yǎng)殖場,利用固定篩和螺旋擠壓機共同處理糞污能得到較好處置;對于年出欄2 000頭以上的養(yǎng)殖場,利用臥式螺旋離心機雖然能處理糞污,但運行費用高,更傾向選擇“固液分離+異位發(fā)酵床”模式,在夏、秋兩季利用異位發(fā)酵床代處理可減少養(yǎng)殖糞污向外排放,冬、春需肥旺季利用固液分離機處理糞渣、沼液還田還土利用。

6 小結(jié)

在貴州山區(qū)的冬、春兩季,空氣濕度大、氣溫低,水分蒸發(fā)慢,使用異位發(fā)酵床操作不當極易發(fā)生死床。分離處理能避開季節(jié)性天氣影響,分離的糞渣和污水能分開用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),糞渣能在春耕播種、幼苗移栽、經(jīng)濟作物冬管時作為底肥,污水在農(nóng)作物生長期作為追肥還田還土利用,既能降低種植業(yè)投入成本,又能實現(xiàn)養(yǎng)殖廢物資源化利用,有助于農(nóng)牧業(yè)循環(huán)綠色發(fā)展。養(yǎng)殖場根據(jù)養(yǎng)殖規(guī)模、資金投入、設(shè)施用地等選擇合理的固液分離技術(shù),既能解決養(yǎng)殖環(huán)保問題,又能節(jié)約養(yǎng)殖成本,增加經(jīng)濟收益。