|
中国是全球的生猪生产和消费大国，目前畜禽养殖业已成为继工业污染源之后的第二大污染源。猪场废弃物如猪粪本身具有能源和肥料价值，向环境中大量排放不仅造成环境污染也是对资源的巨大浪费。猪场粪便可通过一定的资源化处理使其产生生物能源和高营养的肥料，提高其利用效率;猪场废水含有高浓度有机物和氮磷等营养物质，未达标的废水排放至环境中会对地表水、地下水和土壤造成不同程度的污染。因此，如何合理有效处理规模化猪场废弃物成为当前环境保护、资源节约议题中迫切需要解决的问题，养猪场废弃物的处理技术研究对实现规模化养猪场废弃物的资源化、无害化具有重大参考意义。
1 养猪废水的常规处理
目前主要有3种废水处理模式：“自然处理”模式、“达标排放”模式和“畜地平衡”模式。
“自然处理”模式是过去散养农户将产生的粪污废弃物主要用做肥料或就近排放，利用土地、水体等自然生态系统进行自净。目前有一些远离城市、经济欠发达、土地宽广、地价低廉、气候相对比较温和的小规模养殖场仍采用氧化塘、天然或人工湿地等自然系统对猪场粪便、污水进行处理，并做到达标排放。“自然处理”模式主要针对农户少量散养或者小规模的养猪场，对周边的环境要求高，耐冲击负荷的能力低。
“达标排放”模式也称为工业化处理模式，适合养殖粪污排放量大且养殖场周围合理范围内的农田无法消纳的地区，其工艺流程通常包括固液分离、厌氧消化、好氧降解。厌氧部分主要是厌氧微生物利用养猪废水含有可生化性较强的大量有机物为养料生长繁殖，大量去除可溶性的有机物，降低养猪废水的COD、BOD等生化指标及部分氮、磷等营养元素，同时可以杀死病菌、减少臭味以及回收沼气作为能源，通常可以采用地下沼气池，也可采用地上反应器如完全混合式厌氧反应器(CSTR)、厌氧滤池(AF)、厌氧序批式反应器(ASBR)、厌氧挡板反应器(ABR)、厌氧复合反应器(UBF)、上流式厌氧污泥床(UASB)、内循环厌氧反应器(IC)等工艺技术;好氧部分是指好氧微生物在曝气条件下利用厌氧出水中的有机物和氮磷等营养元素生长繁殖，进一步降低养猪废水的氨氮等生化指标及部分有机物和磷等营养污染物，通常采用活性污泥法、接触氧化法、生物转盘、氧化沟、序批式反应器(SBR)、膜生物法(MBR)等工艺方法。好氧工序能耗高，处理1 m3污水耗电2~4 kWh，同时机械设备多，维护管理量大，导致运转费用高，1 m3污水运转费在2.0元左右。据测算一家年出栏万头生猪的养猪场，采用“达标排放”模式处理养猪废水，一年需投入10万元左右的费用。目前国内有多家规模化养殖场已建成“达标排放”模式的废水处理装置，但绝大部分企业因为运行管理费用太高超过其承受能力而不愿运行，因此这些废水处理装置就成为摆设而被废置。
“畜地平衡”模式根据养猪场畜禽粪污排放量和植物生长需要，将养猪场产生的废弃物无害化处理后用于粮食、水果、蔬菜及经济作物生长的肥料，实现种养平衡。国内很多规模化养殖场建成了沼气池或其他厌氧设施以回收生物能源，厌氧后的沼液有的引入农田，有的泵上山林，建成 “猪—沼—粮”、“猪—沼—果”、“猪—沼—菜”、“猪—沼—经济作物”等模式。这些模式使粪污得到了初级处理，回收了沼气能，在一定程度上减轻了污染，发酵后沼液再用于土地灌溉，可以增加经济效益。
2 发展“畜地平衡”模式面临的问题土地面积和植物季节性施肥的限制
养猪场周边需要一定面积的土地来消纳养猪排出的废水，但我国土地面积有限，从而限制养猪废水有效处理。除此之外，夏季是植物生长的季节，需肥量大，有利于养猪废水的处理，但冬季植物生长缓慢需肥量少，沼液无法全部利用。
植物富集存在安全隐患
养猪废水中含有铜、锌等重金属元素和抗生素，植物对这些污染物有一定的富集作用，长期采用“粮、果、菜”等食品类经济作物进行处理存在食品安全隐患。对吸收养猪废水污染物的湿地植物没有有效的再利用途径，长成的湿地植物原地腐烂，污染物未真正从系统中去除同时限制了资源再利用效益的发挥。
土地生态处理方案设计不完善
目前“畜地平衡”模式处理养猪废水中土地生态处理方案设计存在一定的不足，主要表现为猪场周边的土地面积有限、植物选择品种单一、缺少考虑不同季节植物替换问题，尤其冬季植物的选择范围比较少。
冬季厌氧效率低
冬季环境温度降低，厌氧效率急剧下降。据测定，如江西地区冬季厌氧效率仅为夏季的1/3左右。一般来说，厌氧产沼气至少需要一个稳定的中温环境，发酵温度应稳定控制在38～40℃。很多养殖场厌氧装置没有加热保温设施，有些配置了加热保温设施，但由于设计热力配置不合理或者操作管理不善致使加热升温不足，厌氧处理效果不好，养猪废水中的有机物和氮磷降解效率低加上植物需肥量少，易导致沼液过剩需要足够的储存装置。
3“畜地平衡”模式处理废水的成功典范
江西具有种植油茶的优越自然条件和社会经济条件，因此江西盛源牧业有限公司利用规模养猪场周边土地优势采用“猪-沼-油茶”模式，种植高产油茶林3万亩，年出栏商品猪达3万余头。公司每个猪场通过养殖场废弃物无害化处理、雨污分流和废弃物干湿分离等手段减少养猪场废水量。养猪废水实行厌氧发酵处理，最后通过高山的沼液贮蓄池节水喷灌施用到油茶林。此公司采用“猪-沼-油茶”模式将养猪场产生的粪、尿及污水等废弃物可作为沼气生产的原料;沼气池的沼液、沼渣等用于种植油茶;油茶加工过程中所产生的废渣、枯饼等可用于养猪的饲料和沼气生产的原料。“猪-沼-油茶”模式减少了生猪疾病的发生，降低了养猪生产成本，处理了养猪废水改善了环境同时提高油茶的产量获得经济效益。
福建省是我国香蕉产业发展优势区域之一，福建省某猪场因地制宜利用规模养猪和大面积种植香蕉相结合采用“猪-沼-香蕉”生态生产模式。该猪场日常存栏生猪1 500头左右，其中种公猪4头，母猪200头。养猪场猪建有沼气池处理猪粪尿及污水等废弃物，沼液沼渣用于种植香蕉约333 500 m2，50 000丛左右。此规模养猪场的“猪-沼-香蕉”模式利用当地香蕉种植的优势将养殖废弃物通过厌氧发酵等处理措施用于香蕉生长的肥料，很好处理了养猪废水带来的环境问题，同时种植香蕉提高香蕉产量获得了明显的经济效益。
江西省科学院能源所采用“猪-沼-能源植物”模式处理某万头养猪的厌氧出水，该猪场年出栏量约1万头左右，水冲粪然后再经过固液分离进入厌氧池，厌氧后的沼液泵上山后的通过经济林吸收和淋滤，汇水区域建成湿地9块种植巨菌草等能源植物和一口氧化塘，总面积为4 500 m2,用以处理经济林吸收后渗滤至山脚的地表水。巨菌草耐污能力强，在养猪废水厌氧处理后排出的沼液环境中生长很好，可直接用于处理养猪沼液，收割的巨菌草可做为养猪的青饲料或者收获的能源植物作为厌氧原料返回厌氧系统以增加沼气产量，确保粪污中温发酵稳定运行的能量供给同时外售多余部分的生物能，从而减轻粪污处理成本开支，增加企业综合效益，形成养殖粪污处理“资源利用、收支平衡，以废养废，保护环境”的良性循环。巨菌草湿地用于处理该猪场污水处理站排出的好氧出水，氧化塘最终出水水质可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。
4“畜地平衡”模式处理养猪废水的进展
“畜地平衡”模式的核心是通过土地来处理养猪废水中的污染物，土地的处理能力和承载能力与一定的养猪产生的废水相平衡，这种模式需要养猪场周边有足够土地和种植处理能力强的植物来消纳养猪废水。目前日存栏量为100 头生猪的年排猪粪尿量约为139 612 kg(其中鲜粪量约为46 537 kg)，猪粪养分含量约为：水分82.0% 、有机质15.0% 、N 0.60% 、P2O5 0.40% 、K2O0.44%;猪尿养分含量约为：水分96.0%、有机质2.5%、N 0.30%、P2O5 0.12%、K2O 0.95%。根据该养猪场生猪饲养量计算养猪场产生的污染物量，然后根据养猪场周边可利用土地面积和种植植物需肥量计算可处理污染物数量来决定此养猪场是否存在“畜地平衡”。
在养猪废水处理的各种方法中,利用植物构建人工湿地具有其净化效果好,能耗少、简单易行、处理成本低而被广泛应用。同时寻找那些生长繁殖速度快、生物量大、根系发达,能有效净化养猪废水中污染元素的植物,同时考虑避免其生长停止后水质净化效果变差和防止其死亡后腐烂、分解而造成水体的二次污染。另外还需要所选植物应该具有较高的经济价值,考虑大量植物收获后的残体的主要用途。目前利用能源植物生长速度快、生物量大、对养猪废水的高有机物、高氨氮的耐性强、含水量低等优势，而且植物收割后用于沼气发酵的原料,能产生沼气清洁能源同时避免植株残体腐烂和任意堆放造成二次污染。因此能源植物也可以成为“畜地平衡”模式中植物筛选的一个重要方向。目前被逐渐利用于规模养猪废水处理具有巨大潜力的能源植物有巨菌草、象草、五节芒、狐尾藻等。利用能源植物处理规模养殖废水的“畜地平衡”模式技术路线图如下所示:
养猪产生的养猪废水进入厌氧系统发酵产生沼气排除沼液进入能源植物湿地，能源植物一方面可以做为养殖的青饲料，另一方面可以为厌氧系统发酵提供原料，废水通过能源植物湿地处理后达标排放。
5 结论
规模养猪企业迫切希望从资金和管理上减少养猪废水的处理费用和技术难度，“畜地平衡”模式根据规模养猪场废水的实际情况和当地的土地承载力将养猪废水变废为宝，达标排放的同时产生经济效益。“畜地平衡”模式主要从减少进入土地废水的污染物的含量和增加土地的处理能力，选用生长迅速、生物量大的植物成为“畜地平衡”模式成败的主要因素之一。因地制宜选用适合当地生长的处理污染能力强经济作物之外，能源植物也是一个很好的选择方向。“畜地平衡”模式不仅适宜在规模养猪废水治理中推广应用同时在分散养猪农户处理废水同样适用，结合周边有限的土地与优势植物获得经济作物或能源植物等进行循环利用从而实现养猪废水无害化和资源化。
|
