规模化猪场粪污资源化利用的关键技术及展望

现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2024/5/23 7:03:35 关注：227 评论： 我要投稿

  规模化猪场粪污资源化利用的关键技术及展望
  杨树银
  （临沂市兰山区动物疫病预防控制中心，山东 临沂 273406）

    目前，我国猪场的粪污处理及资源化利用技术千差万别，粪污处理模式每个场各不相同，但是大部分都是学习工业污水处理的工艺模式，由于粪污处理设施设备的投入，增加了养猪场的建设和运行成本，猪场为了降低成本，只能减少粪污处理设备的运行和使用，从而导致了猪场粪污处理的不彻底。所以，总结和分析猪场粪污处理和资源化利用的关键技术是实现粪污资源化利用的有效途径。
  当前，国内的猪场粪污处理及资源化利用的模式主要是废水达到国家和地方的排放标准才可以排放，而固粪部分采用回收利用。实际生产中，废水的达标排放和固粪的全量回收这两种技术并不是完全分开，而是采用两种处理模式相混合使用的技术，但是，对于猪场，各种处理模式和资源化利用的工艺中哪些是必需的技术还未有系统判断。
  笔者调研了我国大量的规模化猪场发现，大部分的猪场粪污处理和资源化利用的工艺设计不合理，技术方面的选择存在欠缺和不完善，因此，本文章对我国规模猪场粪污的处理和资源化利用技术中的关键部分进行总结和分析，且对规模猪的粪污处理和资源化利用进行了展望，为我国规模化猪场的粪污处理和资源化利用技术提供参考。
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  粪污源头减量技术
  源头减量指猪场养猪生产中减少粪污的排放量，是规模猪场最基本的粪污处理环节。其主要有三部分关键技术。1）雨污分流设计技术。雨水和污水单独设计排出管道，避免雨水混合在污水中，增加粪污的排放量；2）生猪生产中的节约用水技术。减少粪污的产生量；3）粪污处理过程中的固液分离技术。有研究发现，万头猪场的粪污排放量，每天有50～200 m3，粪污中COD的含量在4 000～15 000 mg/L，氨氮含量在200～1 600 mg/L，猪场粪污的处理从源头减少（减少粪污量）的技术不仅可以显著降低猪场粪污的日排放总量，而且可以大量降低排污指标。
  1.1 雨污分流技术
  雨污分流是指雨水和污水采用不同的排放路径，各自分别排出猪场的处理方式。雨污分流可以防止雨水进入污水的处理系统，从而，在源头解决了猪场粪污水量大的问题，减轻规模猪场粪污的处理和资源化压力，减少猪场粪污处理的成本。当前，雨污分离的方式主要有三种技术：顶棚延长、地下埋管和地表套管。
  猪场的雨污分离技术的施行要在猪场当前现状的基础上进行新修建或者改建。对于猪舍地面已经硬化，并且应用水冲粪清粪模式的基础条件比较差的猪场，可以改建雨污排放系统，比如延长猪舍的顶棚并修建雨水排放水沟，可实现雨污分流的方案。具体操作是保留猪舍顶棚内的冲粪沟并进行疏通，用于粪污的收集和排出，但是要在冲粪沟上加盖盖板，防止雨水进入冲粪沟，确保雨水和粪污分别单独排出猪舍。对于应用机械刮板清粪和水泡粪的猪舍，基础条件适中，可以在刮粪板的下边，或者粪沟上边建设新的集污井，与地下的排污系统有一定的高低差，并延伸到集污池，排污管道在暗处，原有的排污系统改造为雨水收集管道。新修建的猪场和粪污收集系统高于地面的猪场，只需在地面上建设雨污分流系统，建设时，使用套管，粪污系统用管道，雨水系统使用沟，地面分开的雨污分离系统，易于检修，利于问题发现。
  有些没有建设雨污分流系统的猪场，遇到暴雨等反常的天气，容易出现粪污量增加、粪污处理系统压力过大的问题。所以，要根据猪场的实际情况建设雨污分流系统，使用雨污分流技术是猪场粪污处理和资源化利用必不可少的手段。
  1.2 节水技术
  养猪场每天需要消耗大量的水，除了猪只饮水外，还要冲洗圈舍，夏季还有湿帘降温等，因此对于猪场的节水技术的应用非常关键，尤其是水资源匮乏的地区和猪场。在生猪养殖环节，节水技术主要应用在两方面。一方面采用干清粪的模式替代水冲粪的模式，减少粪污冲洗水的用量，减少粪污的排放量，实际养猪生产中，使用刮板干清粪的技术可以使万头猪场每日的粪污排放量减少40 m3。比采用水冲粪的清粪工艺减少2/3的用水。除此之外，干清粪的后续处理要比水泡粪的后续处理简单很多，成本也降低很多；另一方面，给猪只使用先进的饮水设备和粪污导流设备，防止猪只饮水过程中，由于滴漏等水分的浪费，同时，防止猪舍内浪费的水分流入粪污处理系统，减少粪污的排放量。
  猪舍清粪工艺的选择是猪场节水技术的关键。采用机械刮板、干清粪的方式，用水量少，产生的粪污量也少，其主要的建设方式是，地沟应用V字型，并预埋导尿管。机械刮板将猪只排泄的粪便从猪舍的一端刮到另一端，运送至粪车或者集污池，尿液则通过导尿管流入集污池。应用刮板技术可以初步将猪舍的粪污进行固液分离，大大降低了液体粪污中COD、BOD含量，降低了后续粪污的处理难度。
  规模猪场饮用水的用量极大，浪费比价普遍，尤其是猪只使用鸭嘴式饮水器，饮用水的浪费可达到70%～90%。采用先进的盘式饮水和水位控制器后，可以大量减少饮用水的浪费。新式盘式饮水器，更易于被猪只发现，从而增加了其饮水量，减少因饮水量少而出现的消化吸收减弱、采食量少、生长发育减缓等问题，从而降低猪只的应激反应，大幅减少水资源的浪费。调查发现，每次清栏一头猪，可以减少3.2 t的粪污水的排出，为了减少鸭嘴式饮水器浪费水的问题，通常在安装饮水器的地方外接一个导流管将猪只浪费的水导流到专门的容器或者池子，此时回收的水中还有部分的饲料成分，需要尽快回收，回收的饲料进行二次利用，回收的水分也可以继续使用。
  1.3 固液分离技术
  固液分离技术是将猪舍内清理出来的粪污通过固液分离机分成固体和液体部分。固液分离适宜越早进行越好，猪粪在水中浸泡时间越长，水中的浓度越高，COD和BOD越多，后续的处理越难，所以尽早进行固液分离，最好是粪污汇入集污池当日实施固液分离。固液分离后的固体部分，进行堆肥处理或者生物质压块或者进行垫料处理，液体部分进行后续的处理。猪舍清粪方式不同所选用的固液分离配套设备不同，机械刮板式干清粪需配套螺旋挤压的固液分离机及配套设备，水泡粪的清理工艺需采用斜筛式固液分离机及配套设备。除此之外，还要根据粪污处理现场的实际条件，产生高低落差，减少运行成本。
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  粪污深度处理技术
  规模猪场粪污的深度处理技术包含两方面的技术，固体粪污的深度处理和液体粪污的深度处理。固体粪污的深度处理主要是将其资源化处理。液体粪污的深度处理主要是将其处理后达到排放标准进行排放或者循环利用。固体粪污的深度处理技术目前已经相对较成熟，关键是根据现状采用哪种资源化利用方式，液体粪污的深度处理技术比较复杂且处理难度较大，采用哪种关键技术较为重要。
  2.1 固废资源化利用技术
  规模猪场的固体粪污处理技术实际是将其厌氧发酵后制成有机肥。我国的固体粪污堆肥技术发展已经比较成熟，主要是密闭空间堆肥技术、同位发酵技术和异位发酵技术。
  同位发酵和异位发酵技术前猪只粪污不进行固液分离，而是粪和尿进行同时处理，处理时需加入微生物、锯末等。此两种发酵技术的关键技术环节是控制发酵物质的含水量（低于60%），防止水分过高引起死床，一旦发生死床的现象，猪场内的粪污处理系统就会停止，引发环境事故。
  同位发酵模式可以同时处理猪场粪污中的固体粪污和液体粪污，并同时产生出有机肥，其特点是投资少，且实现了粪污全量回收，但是该技术实施过程中，水分难以控制，若控制不好，影响发酵效果。但是猪场在选择该技术时，需要考虑全面，因为此技术会影响猪场的生产效率，尤其是南方的猪场，在梅雨季节、回南天等气候时，空气异常潮湿，水分蒸发较慢，辅料的水分更难以控制，再者，发酵辅料容易滋生致病菌和带病毒的动物（老鼠、蟑螂），容易导致猪只感染疾病，因此，对于南方的猪场，尽量少使用该技术，将猪舍内的粪污尽快处理比较好。异位发酵模式不会影响猪只的生产，比同位发酵模式存在一定优势，其不会受到场地的影响，但是水分的控制也不理想，而且基建和运行的成本较高，因而，同位发酵技术和异位发酵技术不适合大规模的猪场，适合中小型的规模猪场。
  随着猪场的规模化发展和环保部门的要求，越来越多的猪场开始采用大型固体粪肥处理设备，应用国外进口和国内自主研发的智能化堆肥技术和装备已经成为规模化猪场固体粪肥处理和资源化利用的主流技术，其中包含滚筒式、塔式、静态好氧等技术。当前规模化猪场通常采用的是塔式和静态好氧堆肥技术，上述两种技术堆肥效率较高，所用时间较短，7～10 d就能发酵完成，产出半成品的有机肥。有机肥的生产在智能化大型的设备中完成，既可以保障猪场内的干净卫生，又能收集和处理发酵时所产出的臭气，不会影响周边环境。但是，智能化固体粪肥堆肥装备，投资高，运行管理要求也较高。因此，在选择此种模式前，需要考虑粪污处理成本和有机肥销售市场和价位的关系。
  2.2 污水深度处理技术
  随着我国环保部门对养殖场的监督管理越来越严格，环保部门要求养猪场的粪污液体部分全部还田利用，或者部分还田利用部分达到排放标准后进行达标排放，对于达不到还田条件的规模化猪场，必须达到排放的标准，否则不予批复，因此，猪场粪污液体部分必须进行深度处理才可以还田或排放，也是必不可少的环节。
  目前，工业污水处理技术逐渐被应用在规模化猪场的污水处理上，并在以前的技术上有了改进和升级。比较常用的工业污水处理技术物理法、化学法和生物法在规模化猪场应用较为广泛，例如活性污泥法、厌氧法、好氧法、生物滤法、生物接触氧化法等。除此之外，生态处理技术也有进一步的发展和应用。虽然污水处理的方法较多，但是规模化猪场的污水处理技术怎么进行合理化的搭配，形成一套符合猪场实际情况并切实可行的工艺组合是各大规模猪场亟需解决的问题。
  目前，我国规模化猪场污水处理的工艺组合主要有“厌氧+生物接触氧化”、“厌氧 +序批式活性污泥+生态处理”和“厌氧+好氧”。其关键技术环节主要有活性污泥浓度的控制，微生物体系的稳定和BOD5/CODcr的比值的提升等。
  “厌氧+生物接触氧化”的污水处理模式主要适用于干清粪，然后固液分离后的液体粪污。其主要流程是厌氧发酵后的污水进入均质池，在此处调节酸碱度和微生物菌群后，进行好氧发酵。此模式的关键技术是，酸碱度的调整、微生物结构的调配。
  “厌氧+序批式活性污泥+生态处理”的污水处理模式可以处理水泡粪的粪污。该工艺模式每次滤水量只有总池容积的1/3，活性污泥积累的浓度较高，系统处理污水力较强，负荷能力也较强。但是要实时监测脱氢酶的活性的强弱、活性污泥的好氧量和BOD5/CODcr等，而且污水处理过程中需要及时排出污泥，防止污泥使用时间过程影响处理效果，猪场只要该处理模式运行稳定，即可满足水处理的要求。
  “厌氧+好氧”污水处理模式适用于刮板清粪或者水冲粪，然后经过固液分离的污水。该工艺模式的主要技术是活性污泥的回流步骤，保证好氧发酵池内活性污泥的浓度恒定。规模化猪场该系统稳定运行，处理水即可接近环保要求的水质。
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  总结
  规模化猪场粪污处理及资源化资利用的难点是把控好猪场粪污处理的关键技术及资源化利用的处理技术。猪场粪污的处理和资源化利用要达到好的效果，必须从工艺模式的设计开始，掌握了解规模化猪场的实际情况，在达到环保部门要求的前提下，抓住源头减排和猪场粪污深度处理的关键环节，然后根据规模猪场的清粪工艺模式、粪污量的多少、猪场的气候、环保部门的要求等因素，选择适宜的处理模式，实现粪污的全量回收或部分回收，彻底解决猪场的粪污污染问题。
  将来，随着我国规模化养猪场粪污处理及资源化利用技术的不断发展和碳达峰、碳中和日期的临近。猪场粪污源头减排技术存在很大的发展空间和广阔的市场前景。如研发新型的饲料，减少猪只的蛋白减排，生猪养殖过程中，减少甚至免冲洗技术的实施，以及研发新式的消毒剂，可以无水消毒等。此外，猪场固体粪污的智能化堆肥技术应用越来越多，发展前景良好。最后，厌氧氨氧化污水处理、纳米微曝气污水处理等加速污水处理和降低污水处理运行成本的技术会得到大力的发展。未来，随着我国新技术、新材料和新处理模式的发展下，猪场粪污处理及资源化利用技术必然会大幅提升。