規(guī)模化養(yǎng)殖場糞便污水處理“零”排放的新工藝新技術(shù)

摘 要：隨著福州市生豬養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，養(yǎng)殖業(yè)污染物治理減排壓力逐年增加，探究因地制宜地處理養(yǎng)殖業(yè)污染物實現(xiàn)達標排放顯得尤為重要。該文對近年來福州市規(guī)模化養(yǎng)豬場推廣數(shù)量較多、且效果顯著的福清市科明公司研發(fā)的層疊集氣上流式厭氧工藝、以及沼液沖洗豬舍新技術(shù)的安全性、可行性技術(shù)要點和實施效果進行了詳細的闡述，為廣大規(guī)模化養(yǎng)豬場污水處理實現(xiàn)“零”排放及循環(huán)利用提供參考。

關(guān)鍵詞：層疊集氣上流式厭氧工藝；污水處理“零”排放；規(guī)模化養(yǎng)豬場；福州市

中圖分類號 S851 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）18-88-03

隨著經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，福州市生豬養(yǎng)殖業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計截至2012年底，全市共建成年出欄1 000頭以上的生豬規(guī)模養(yǎng)殖場690家，生豬規(guī)模養(yǎng)殖占68%，出欄數(shù)187萬頭。這些規(guī)模化養(yǎng)豬場大多處于先發(fā)展后治理的狀況，在養(yǎng)豬場選址和全過程治理方面缺乏環(huán)保意識、缺乏環(huán)保資金投入、缺乏配套的環(huán)保治理設(shè)施與方法、缺乏完善的服務管理手段，嚴重威脅著我市養(yǎng)豬業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展，也由此造成養(yǎng)豬場周邊的群眾怨聲載道，糾紛不斷。因此，根據(jù)福州市生豬養(yǎng)殖污染治理現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展規(guī)劃，探討如何應用推廣一些行之有效、切合福州市實際技術(shù)工藝模式及投資省、污水處理效率高、運行穩(wěn)定、后續(xù)管理方便的沼氣發(fā)酵裝置尤為重要。從20世紀90年代開始，我市研究開發(fā)出斜流隧道式厭氧污泥濾床工藝技術(shù)，在規(guī)模化養(yǎng)豬場廣泛推廣，深受廣大養(yǎng)殖業(yè)主的好評。隨著技術(shù)工藝研究的不斷深入，在實踐中也發(fā)現(xiàn)一些問題和缺點，通過近些年來不斷改進、完善、總結(jié)，于2008年研發(fā)出半地埋式雙層結(jié)構(gòu)層疊集氣上流式厭氧工藝，實現(xiàn)工藝技術(shù)新的飛躍，整個系統(tǒng)更加完善，為探索福州市規(guī)模化養(yǎng)殖污水處理實現(xiàn)“零”排放開辟一條新路。

1 半地埋式雙層結(jié)構(gòu)層疊集氣上流式厭氧工藝流程及特點

層疊集氣上流式厭氧污泥床-過濾器（Cascading set gathering of gas Up-flow Blanket Filter簡稱CGUBF）工藝流程見圖1。

該沼氣工藝技術(shù)按照污染防治、能源生產(chǎn)利用、循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)開發(fā)的功能要求，積極推廣逐場規(guī)劃設(shè)計、統(tǒng)一施工建池、集中供氣、綜合利用的建設(shè)模式，以發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟為指導，將沼氣工程與養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展、污染物（糞便污水、母豬胎盤內(nèi)器臟、病死豬）處理、“三沼”綜合利用、后續(xù)管理等進行統(tǒng)一籌劃、系統(tǒng)安排。該工藝技術(shù)的主要特點如下：

1.1 高效性 雖然屬于常溫發(fā)酵工藝，但由于工藝技術(shù)先進科學合理，如進水布點多而均勻、池體地埋深保溫性能好、內(nèi)置填料、集氣攪拌、出料方便、定期排渣等，促使池容產(chǎn)氣率提高。

1.2 經(jīng)濟性 厭氧發(fā)酵裝置采用半地埋式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，水壓間、多層儲氣室、發(fā)酵間于一體，節(jié)省土地成本與工程造價。半地埋式雙層結(jié)構(gòu)，減少工程施工難度與土方量，節(jié)省施工成本。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工建設(shè)方便，長久耐用，且不用單獨建造儲氣柜，節(jié)省投資，后期運行管理費用低。

1.3 整體性 該工藝不只是考慮單個發(fā)酵裝置，而是包括前處理工藝技術(shù)、發(fā)酵技術(shù)、后處理技術(shù)、“三沼”利用、病死豬處理、疫病防控等整個系統(tǒng)實行統(tǒng)籌規(guī)劃，整體性強，形成養(yǎng)豬場良性循環(huán)，從而提高效率。

1.4 穩(wěn)定性 該工藝技術(shù)通過10多年來在各地的應用推廣實踐檢驗，工程運行正常，未出現(xiàn)故障與維修問題，污水處理效果與產(chǎn)氣效果良好。

1.5 便利性 前我市大多數(shù)沼氣工程沒建自動排浮渣與底部污泥的裝置，導致剛運行時效果還好，以后運行效率逐年降低，主要原因是沒有定期出料。而該工藝配有自動排泥渣裝置，促使料液循環(huán)處理。另外，整個工藝無動力運行，管理方便安全簡單，對管理人員專業(yè)培訓要求不高。

1.6 實用性 能充分考慮、利用我市山地丘陵多的地勢特點解決自動進出料問題；采用半地埋結(jié)構(gòu)，可充分利用地溫提高冬天沼氣發(fā)酵溫度；利用沼液沖洗豬舍，既可解決農(nóng)作物消納地面積少的問題，又可減少養(yǎng)豬場用水量，延長微生物菌滯留期；配套進行病死豬處理，既有效地搞好養(yǎng)豬場疫病防控，又降低了養(yǎng)殖場處置病死豬的費用。

2 規(guī)模化養(yǎng)豬場實現(xiàn)污水“零”排放存在問題及必須做好8項工作

我市規(guī)模化生豬養(yǎng)殖場實現(xiàn)污水“零”排放普遍存在以下幾個問題：一是周邊消納地少，且大部分耕地不屬于養(yǎng)豬場業(yè)主，可供養(yǎng)豬場使用的土地面積少，造成沼液無法利用與儲存。二是豬舍環(huán)保設(shè)施簡陋，雨污不分，如遇雨天必然增加污水量，甚至把泥沙帶入沼氣池。三是養(yǎng)豬場資金及土地缺乏，建設(shè)沼氣工程容積小負荷大或沼氣工藝落后，特別到冬天沼氣池處理效果更差，沼液出水濃度過高。四是目前沼液利用現(xiàn)狀是一部分隨農(nóng)時使用，作為肥料和灌溉水，而在非農(nóng)用季節(jié)，則直接排放，成為水體二次污染源。五是對于生物發(fā)酵墊料零排放工藝，由于需改造豬舍，增加墊料與購買有益微生物菌，增加養(yǎng)殖成本，且我市氣溫高濕度大，需加大排氣裝置，否則易發(fā)生豬皮膚病、呼吸道疾病。針對以上問題，隨著近年來各縣（市、區(qū)）政府實施畜禽養(yǎng)殖布局劃分、農(nóng)業(yè)減排達標排放、生態(tài)縣建設(shè)等，對規(guī)模化養(yǎng)豬場實現(xiàn)污水“零”排放提出更高的環(huán)保要求，因此，為了實現(xiàn)規(guī)模化養(yǎng)豬場污水“零”排放，必須重點做好以下8項工作：

2.1 養(yǎng)殖業(yè)主要做好養(yǎng)殖規(guī)劃 要樹立農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用的意識，在建場選址時要充分考慮養(yǎng)殖污染物的消納土地面積，根據(jù)消納土地種植何種農(nóng)作物，測算每年消納地農(nóng)作物的用肥量，嚴格控制養(yǎng)殖規(guī)模。

2.2 建設(shè)長期、穩(wěn)定、高效運轉(zhuǎn)的沼氣工程 沼氣工程是養(yǎng)殖污水處理的核心，其運轉(zhuǎn)效率、穩(wěn)定性、污水滯留時間、微生物菌中毒或受抑制等關(guān)系到污水處理效果、病原菌殺滅程度，所以可在設(shè)計時邀請相關(guān)專家進行工程工藝方案論證，確保工程項目建設(shè)的科學性、合理性和規(guī)范性。

2.3 雨污分流 豬舍污水管網(wǎng)一定要雨污管分離，減少污水數(shù)量與蚊蠅滋生。

2.4 養(yǎng)豬場消毒液的使用 容易引起沼氣池內(nèi)微生物中毒或受到抑制，需高度重視。

2.5 建設(shè)相關(guān)配套設(shè)施 如貯肥池、沼液輸送管網(wǎng)、沼液吸運車等。

2.6 減少污水量 采用“干清糞”工藝減少沖洗用水；采用沼液沖洗豬舍，減少污水量。

2.7 降低沼液濃度 必須設(shè)置一道濾器，使沼液的CODcr<

1 000mg/L，從感觀上與實際操作中都能適宜沖洗豬舍。

2.8 及時適量排渣 要設(shè)置多處排出口，及時適量地排出沉淀污泥與懸浮渣，并運至干化場干化或用固液分離機分離，制成高效有機肥。

3 沼液沖洗豬舍的可行性、操作要點及實施效果

對沼液用于沖洗豬舍，實現(xiàn)污水處理“零”排放之可行性闡述如下。首先，從沼氣發(fā)酵過程與機理來論證其安全性。沼氣厭氧發(fā)酵過程如同反芻動物牛羊胃的消化過程，據(jù)資料介紹，將牛胃的內(nèi)容物做飼料添加劑喂豬，能促進仔豬的生長發(fā)育，并增加體重[1]。在沼氣池中同樣存在著種類繁多、功能各異的微生物群落，它們按照各自的營養(yǎng)需求進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，其中一類微生物對廢棄物原料的分解產(chǎn)物成為另一類微生物的營養(yǎng)，這一類微生物的代謝產(chǎn)物又為別的微生物所利用，如此接力式地轉(zhuǎn)化使初始發(fā)酵物逐步分解成簡單的物質(zhì)，同時也合成一些新的物質(zhì)，在此過程中微生物群落之間逐步形成一種相對平衡狀態(tài)。因此，在沼液里既含有形形色色的微生物又含有大量的新產(chǎn)物，如轉(zhuǎn)化成多種抗生素、溶菌酶及多種消化酶等，這些物質(zhì)有促進動物生長、增強抗病能力和提高飼料消化率的作用，而轉(zhuǎn)化的新產(chǎn)物，有些可作為動物的營養(yǎng)物，如氨基酸、 維生素及微量元素等。據(jù)農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所研究資料介紹：“經(jīng)過對不同來源的沼液分析，17種氨基酸含量總和平均大約為640mg/L，維生素B1、B2、B6、B11、B12分別為0.089mg/L、0.022mg/L、0.53mg/L、0.078mg/L、0.009 3mg/L，證明沼液對動物的營養(yǎng)需求均有一定的補充作用”[2]。

其次，從沼液中查找是否含有對生豬生長發(fā)育有害的物質(zhì)及含量超允許范圍來證明其安全性。據(jù)農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所研究資料介紹：“沼氣池在發(fā)酵過程中形成的低電位和厭氧環(huán)境及產(chǎn)生的低級脂肪酸和一些生物活性物質(zhì)都會對致病微生物和寄生蟲卵起到殺滅、抑制和使之失活的作用，例如傷寒桿菌、痢疾桿菌、鉤端螺旋體及血吸蟲卵和鉤蟲卵在沼氣池內(nèi)存活時間一般不超過1個月，蛔蟲卵存活3個月”，通常發(fā)酵1個月以后多數(shù)病原體會得到有效控制。此外，沼液中的亞硝酸鹽含量很低，按[NO-2]含量不足0.002mg/L，遠低于現(xiàn)行制定的畜用飲用水標準最大允許濃度10mg/L（美國）。沼液中的硝酸鹽含量以[NO-3]計為16～32mg/L，也低于澳大利亞推薦的允許濃度90～200mg/L[3]，由于豬舍中的廢棄有機物主要是畜禽糞尿、病死豬、胎盤內(nèi)器臟，這些廢棄物與污水進池酸化、厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣、沼液、沉淀污泥與沼渣，其中的沼液含有如上所述的特性、功能、益處，還有微量元素齊全，各種維生素與有益菌群，用于喂豬起到加快生長、縮短育肥期、提高料肉比、增強抗病能力的作用。因此，用低濃度沼液沖洗豬舍是安全、科學、有益的。筆者在福清市東瀚鎮(zhèn)興達養(yǎng)豬場進行沼液沖洗豬舍試驗，該養(yǎng)豬場生豬存欄數(shù)2 000頭，于2011年新建半地埋式雙層結(jié)構(gòu)層疊集氣上流式厭氧沼氣池500m3，日產(chǎn)沼液45t，通過1a多時間對2 000m2豬舍進行沼液沖洗試驗，結(jié)果表明用沼液沖洗豬舍時豬群會涌躍覓食沼液，甚至連殘留在舍內(nèi)凹凸不平的水泥地面的沼液，豬也用舌頭予以舔凈，且豬群的皮毛油亮光滑，不發(fā)生胃腸道疾病，特別是混有病死豬、內(nèi)器臟一并厭氧發(fā)酵的沼液更具有抗病毒的功效。

用沼液沖洗豬舍需安裝一臺清水泵，安裝在沼氣工程的過濾池面上，將水泵頭潛入過濾池液面下將沼液抽至密閉的高位池儲存，沖洗豬舍時開啟閥門，如同正常沖洗豬舍一樣，但要盡量少沖洗豬身上，因為豬身上粘有沼液會引起豬舔，以免相互咬傷。每天上、下午沖洗兩次，如此反復使用就沒有多余沼液可排。但有的養(yǎng)豬戶對高床不用沼液沖洗擔心高床鐵件受到氨與硫化氫腐蝕，建議先使用沼液沖洗后再用少量清水清洗。如按年出欄萬頭育肥豬計算，每天用水均在120t左右，母豬舍用水20t左右，100t沼液用于回沖，余下20t左右沼液可用于豬舍中的綠化帶澆灌，或用地下土壤滲濾溝（地下滲濾土地處理系統(tǒng)（UG））的方法處理處置，完全沒有污水外排（見圖2）。

圖2 標準構(gòu)造的地下土壤滲濾溝

4 污泥定時排放是實現(xiàn)沼液沖洗豬舍污水“零”排放的關(guān)鍵

由于沼液長時間循環(huán)利用難免導致沉淀污泥的累積，因此，就要經(jīng)常察看沼液的濃度而決定是否排放污泥，否則就會累積，使沼液難以利用。因此在構(gòu)建厭氧消化池時要特別注意設(shè)置方便排泥的設(shè)施，不論是地面池或地下池都要盡量使污泥多點全面地排出，要克服以往采用的單點局部排污泥的弊端。如采用單點局部排污泥的方法，就有大面積多處的污泥受到液體的阻力影響難以達到全面排出沉淀污泥的要求。若長期采用單點排泥，沼液的濃度就會上升，將影響沖洗豬舍，那么污水“零”排放將難以實現(xiàn)。

沉淀污泥全面排出后，可放置在污泥干化場自然干化，有條件的可購買0.5mm的擠壓式固液分離機對沉淀污泥進行擠壓、裝袋，用作農(nóng)業(yè)肥料或出售養(yǎng)魚等。

綜上所述，要做到規(guī)模化養(yǎng)豬場污水“零”排放，沼液能夠用于沖洗豬舍，其核心是選好、建好工藝先進、運行高效穩(wěn)定的沼氣工程，同時配套建設(shè)相關(guān)設(shè)施，加強日常管理工作。

參考文獻

[1]周孟津.沼氣生產(chǎn)利用技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版社，1999：114-120.

[2]袁炳富.沼液添加喂豬增重的機理及方法[J].中國沼氣，2005，23（增刊）：268-269

[3]張自杰.環(huán)境工程手冊-水污染防治卷[M].北京：高等教育出版社，1996：843-845. （責編：陶學軍）