不同清糞工藝下豬、牛、雞養(yǎng)殖場糞水和污水厭氧消化技術(shù)探討

鄭 葦，劉淑玲，靳俊平

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津 300381）

不同清糞工藝下豬、牛、雞養(yǎng)殖場糞水和污水厭氧消化技術(shù)探討

鄭 葦，劉淑玲，靳俊平

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津 300381）

通過分析不同清糞工藝下豬、牛、雞養(yǎng)殖場糞水和污水特征，結(jié)合厭氧消化工程案例調(diào)研，以及常用消化技術(shù)特性分析，提出了豬糞水宜采用USR（升流式固體反應(yīng)器）和CSTR（全混合固體反應(yīng)器）厭氧技術(shù)處理；牛糞水宜采用USR、HCPF（塞流式消化器）和CSTR厭氧技術(shù)處理；雞糞水宜采用CSTR厭氧技術(shù)處理；干清糞的污水和水沖糞糞水經(jīng)固液分離后的污水宜采用UASB厭氧技術(shù)處理。

干清糞；水沖糞；糞水；污水；預(yù)處理；厭氧消化

我國禽畜糞便產(chǎn)生量巨大，雖然HJ 497—2009畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術(shù)規(guī)范、NY/T 1220.1—2006沼氣工程技術(shù)規(guī)范第1部分 工藝設(shè)計和GB/T 51063—2014大中型沼氣工程技術(shù)規(guī)范對禽畜糞水和污水厭氧消化做出了統(tǒng)一的規(guī)定，但并未針對不同禽畜糞水特征，分析適宜的厭氧消化技術(shù)。筆者分析了不同畜種糞水和廢水特征，調(diào)研了國內(nèi)養(yǎng)殖場消化工程案例，結(jié)合常用厭氧技術(shù)特性，確定了豬、牛、雞糞水和污水的適宜預(yù)處理工藝和厭氧消化技術(shù)。

1 我國養(yǎng)殖業(yè)糞水和污水產(chǎn)生量估算

1.1 不同清糞工藝下各類禽畜糞水和污水產(chǎn)生量

目前，養(yǎng)殖場的清糞工藝包括水泡糞、水沖糞和干清糞3種。水泡糞工藝指在畜禽舍內(nèi)的排糞溝中注入一定量的水，將糞、尿、沖洗和飼養(yǎng)管理用水一并排放至漏縫地板下的糞溝中，貯存一定時間（一般為1～2個月）、待糞溝填滿后，打開出口閘門，溝中的糞水順糞溝流入糞便主干溝后排出的清糞工藝。水沖糞工藝指畜禽排放的糞、尿和污水混合進(jìn)入糞溝，每天數(shù)次放水沖洗，糞水順糞溝流入糞便主干溝后排出的清糞工藝，最終產(chǎn)生糞水。干清糞工藝指畜禽排放的糞便一經(jīng)產(chǎn)生便通過機械或人工收集、清除，尿液、殘余糞便及沖洗水則從排污道排出的清糞工藝，最終產(chǎn)生鮮糞和污水。由于水泡糞工藝中，糞便長時間停留在飼舍中，產(chǎn)生大量的有害氣體，如H2S、CH4等，惡化舍內(nèi)空氣環(huán)境，危及動物和飼養(yǎng)人員的健康，使用較少。因此，目前我國養(yǎng)殖場的主要清糞工藝為水沖糞和干清糞2種。

我國主要養(yǎng)殖的禽畜包括豬、牛、羊、家禽等。羊和牛都屬于食草類禽畜，其養(yǎng)殖場產(chǎn)生糞水和污水性質(zhì)類似，可相互借鑒。家禽中以養(yǎng)雞為主，養(yǎng)殖規(guī)模大于家禽總養(yǎng)殖規(guī)模的50%。因此，豬、牛、雞養(yǎng)殖場水沖糞糞水產(chǎn)生量和干清糞污水產(chǎn)生量見表1。

表1 不同清糞工藝下各類禽畜糞水和污水產(chǎn)生量

表1中禽類的尿與糞在泄殖腔內(nèi)混合后，排出體外，無單獨的尿液產(chǎn)生量。水沖糞糞水產(chǎn)生量和干清糞污水產(chǎn)生量為平均參考值，各類禽畜干清糞污水量僅為水沖糞糞水量的50%左右。羊的糞、尿、沖洗水量按肉牛量的10%計。

1.2 我國養(yǎng)殖業(yè)糞水和污水產(chǎn)生量預(yù)測

根據(jù)中華人民共和國國家統(tǒng)計局網(wǎng)提供數(shù)據(jù)，近10 a我國豬、大牲畜、羊、家禽的存欄量分別穩(wěn)定在 （45 915±1 699） 萬只、 （12 137±176）萬頭、 （28 875±968） 萬只、 （531 720±15 802）萬羽［1］。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，結(jié)合表1參考值，預(yù)測我國養(yǎng)殖業(yè)污染物產(chǎn)生量如表2所示。可見，我國禽畜年鮮糞便產(chǎn)生量高達(dá)3.03×109t/a，與唐艷芬等［2］報道我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)鮮糞便排放總量3.264×109t/a相近。2010年的《全國第一次污染普查公告》中指出，畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的COD總量高達(dá)1.2×107t，占全國化學(xué)需氧量排放總量40%左右，氮和磷污染物排放為1.024 8×106t/a和1.604×105t/a，分別占全國氮和磷排放總量的21.7%和37.9%。畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便已成為我國重要的污染源。

表2 我國養(yǎng)殖業(yè)污染物年產(chǎn)生量預(yù)測結(jié)果

2 豬、牛、雞糞水和污水特征

養(yǎng)殖禽畜種類不同和采用的清糞工藝不同，都會導(dǎo)致最終收集的禽畜糞水性質(zhì)迥異。由于干清糞的清糞工藝，糞不進(jìn)入污水中，從而可極大減小污水中COD、BOD、SS、NH3-N等污染物含量。不同禽畜采用不同清糞工藝獲得的糞水和污水的性質(zhì)特征見表3。從表3可見，豬和雞糞水和污水污染物濃度相近，牛糞水和污水污染物濃度較低。另外，豬、牛、雞糞水物理特征與其食物息息相關(guān)，具體特征見表4。

表3 豬、牛、雞糞水和污水特征

表4 豬、牛、雞糞水的特征比較

3 我國豬、牛、雞養(yǎng)殖場厭氧消化工程案例分析

依據(jù)禽畜種類不同，清糞工藝差異，厭氧物料進(jìn)料區(qū)別，我國的禽畜糞便沼氣發(fā)酵工程選擇了不同的預(yù)處理工藝和厭氧消化反應(yīng)器形式。我國各類禽畜糞便沼氣發(fā)酵工程案例總結(jié)見表5。

表5 豬、牛、雞糞便沼氣發(fā)酵工程案例總結(jié)

對于豬糞水，由于其中含有較多浮渣和沉渣，常會采用格柵+沉淀法進(jìn)行預(yù)處理；對于牛糞水，常采用絞龍分離機去除長草的預(yù)處理工藝；對于雞糞水，由于其含有大量沉渣，一般皆會設(shè)置除砂設(shè)施進(jìn)行預(yù)處理。針對干清糞的污水，以及預(yù)處理固液分離的污水，常采用UASB進(jìn)行厭氧消化處理；對于水沖糞的糞水常采用HCPF、USR、CSTR厭氧處理。

4 豬、牛、雞糞水和污水厭氧消化適宜技術(shù)分析

厭氧消化技術(shù)是一種廢棄物資源化，有效利用生物質(zhì)能的常用技術(shù)，常用于我國養(yǎng)殖場廢物處理。HJ 497—2009畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術(shù)規(guī)范建議：禽畜糞水的厭氧生物處理，厭氧反應(yīng)器宜選用全混合厭氧反應(yīng)器（CSTR）、升流式固體反應(yīng)器（USR）和塞流式消化器（HCPF）。禽畜污水的厭氧生物處理，厭氧反應(yīng)器宜采用升流式厭氧污泥床（UASB）。根據(jù)GB/T 51063—2014大中型沼氣工程技術(shù)規(guī)范對各類消化反應(yīng)器進(jìn)料TS和SS含量要求：HCPF進(jìn)料適宜TS為10%～15%；CSTR進(jìn)料適宜TS為6%～12%；USR進(jìn)料適宜TS為≤6%；UASB進(jìn)料適宜SS為≤1 500 mg/L。

因此，結(jié)合豬、牛、雞糞水和污水特征（見表3和表4），USR技術(shù)進(jìn)料要求TS略低，未反應(yīng)完全的生物固體和微生物靠自然沉淀滯留于反應(yīng)器內(nèi)，可消化高懸浮物原料，如豬、牛糞水。

HCPF技術(shù)適宜處理質(zhì)輕、濃度高、長草多的牛糞水，并在實際工程案例中廣泛應(yīng)用（見表5）。由于雞糞水中沉積物較多，且密實，容易形成大量的死區(qū)，嚴(yán)重影響消化器效率，不宜采用HCPF反應(yīng)器。豬糞中沉積物量雖少于雞糞，但也不少，也不適于采用HCPF反應(yīng)器進(jìn)行處理。

CSTR技術(shù)是目前適用最多，適用范圍最廣的反應(yīng)器。雖然該種反應(yīng)器能耗較大，其應(yīng)用受到一定制約，但由于通過其攪拌和排渣系統(tǒng)的改進(jìn)，很容易解決頂部浮渣結(jié)殼、底部沉渣累積的問題，因此廣泛適用于豬、牛、雞糞水的厭氧消化處理。

UASB技術(shù)適用于可溶性廢水處理，要求較低的SS含量，適宜處理禽畜養(yǎng)殖場各類污水，包括干清糞污水以及水沖糞糞水經(jīng)固液分離獲得污水。

綜上，CSTR技術(shù)適宜處理豬、牛、雞水沖糞糞水；USR技術(shù)適宜處理豬、牛的水沖糞糞水；HCPF技術(shù)適宜處理牛的水沖糞糞水；UASB技術(shù)適宜處理豬、牛、雞干清糞的污水和水沖糞糞水經(jīng)固液分離后的污水。

5 結(jié)論

1）豬糞水預(yù)處理宜采用格柵+沉淀工藝，厭氧宜選擇USR和CSTR技術(shù)。

2）牛糞水預(yù)處理宜采用絞龍分離工藝，厭氧可選擇USR、HCPF和CSTR技術(shù)。

3）雞糞水預(yù)處理宜采用水解除砂工藝，厭氧宜選擇CSTR技術(shù)。

4）豬、牛、雞干清糞的污水和水沖糞糞水經(jīng)固液分離后的污水厭氧宜采用UASB技術(shù)。

［1］ 中華人民共和國國家統(tǒng)計局網(wǎng)［EB/OL］.http://data.stats.gov.cn/search.htm.

［2］ 王宇欣，唐艷芬.大中型沼氣工程設(shè)計與應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

［3］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.大中型沼氣工程技術(shù)規(guī)范：GB/T 51063—2014［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

［4］ 中華人民共和國環(huán)境保護部.畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術(shù)規(guī)范：HJ 497—2009［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2009.

［5］ 初探規(guī)模化養(yǎng)豬水泡糞工藝［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/2738ac7abb68a98270fefa30.html.

［6］ 張全國.沼氣技術(shù)及其應(yīng)用［M］.3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

Anaerobic Digestion Technology of Fecal Water and Wastewater from Pig，Cattle and Chicken Farms with Different Manure Collection

Zheng Wei，Liu Shuling，Jin Junping
（North China Municipal Engineering Design&Research Institute Co.Ltd.，Tianjin 300381）

We illustrated fecal water and wastewater characteristics from pig，cattle，and chicken farms with different manure collection，investigated anaerobic digestion project cases，and analyzed anaerobic digestion technology peculiarity.Ultimately，the suitable anaerobic digestion technologies were proposed as follows:USR （Up flow Solids Reactor）was suitable for pig and cattle fecal water，CSTR （Continuous Stirred-Tank Reactor）was suitable for pig，cattle，and chicken fecal water，HCPF（High Concentration and Plug Flow Digester）was suitable for cattle fecal water，UASB（Up flow Anaerobic Sludge Bed Reactor）wassuitable for the wastewater of dry collection water and manure cleaning by rinsing water after solid-liquid separation.

dry collection；manure cleaning by rinsing；fecal water；wastewater；pretreatment；anaerobic digestion

X703

A

1005-8206（2017）05-0058-04

2017-08-24

鄭葦（1986—），博士，主要從事固體廢物處理與處置。

E-mail:zhengweijlu@sina.com。