對規模化豬場豬尿降解工藝應用以及減排效果的研究

肖和良

（湖南省洞口縣畜牧水產局，湖南 邵陽 422300）

1 豬尿降解工藝應用研究的背景

豬糞便處理，固液分離機分離后，2個渠道作為有機肥，一個是灌裝成袋用車直接運輸到田地，漚肥后施肥，一個是發酵后做成有機復合肥，再運輸到田地施肥。

但豬尿處理方式有難度，即使用豬尿水進入沼氣池，做為沼氣利用1次，但沼液依然有污染，還要還田處理，目前2個處理：方式1，是用灌裝車運輸到田地實施灌溉，前提是田地有大量機耕路，通車才行。方式2，是從豬場到田地，修建灌溉渠道或埋有PVC管道。這樣2種方式都需要投入大量人力、物力，豬尿處理成本費用高。

文章研究的是如何直接將豬尿或沼液降解成無污染的可排放水，即對豬尿或沼液降解工藝應用以及減排效果的研究。

2 豬尿水降解工作原理和污水處理工藝

豬尿污染物包括:高pH、懸浮物(SS)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)和化學耗氧量(COD)。如何降解這些污染物和達標排放，有沒有最好的降解工藝和減排效果。帶著這些問題，筆者于2019年8-9月考察了湖南省洞口縣、新邵縣部分規模豬場以及洞口縣城生活污水處理廠。筆者一直對畜禽糞污處理環保工程比較關注，并身體力行，主持制訂了《洞口縣畜禽規?；B殖場糞污排放達標規范》和《洞口縣豬糞尿減排與資源化利用模式評估指標》，洞口縣在糞污減排方面做了大量工作，投入的財政資金也較多[1-3]，但這次考察之前認為洞口縣糞污減排未達到滿意效果。

經對生活污水處理廠考察，其實豬尿水和生活污水處理原理是一樣的，都是要經過厭氧、好氧、微生物以及物理方法的處理。現在城鎮人的廁所都設有化糞池,人的糞尿經過了比較長時間的化糞厭氧處理,比直排的豬尿水污染物相對要少很多。城鎮生活污水是洗碗沖洗水，洗衣沖洗水，洗澡洗發沖洗水，化糞池化糞后糞水以及垃圾廢水。因此城鎮生活污水收集管網面廣線長，管網投入的資金較多。

2.1 生物去除氮機理

污水中氮的去除由氨化反應—硝化反應—反硝化反應共同完成，其工藝原理如下：①氨化反應，在好氧條件下，氨化菌將污水中有機氮化合物分解轉化成NH3-N，以氨基酸為例，其反應式為：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+N H3；②硝化反應，在好氧條件下，硝化菌將N H3進一步氧化為NO其反應式為：NH3+O2→+2H++H2O；③反硝化反應，在厭氧（兼氧）條件下，反硝化菌將NOX-N少部分同化為菌體自身的有機氮化合物，大部分（70%～75%）異化（還原）為氣態氮N2，其反應式為：NO2-N+3H+→1/2N2+H2O+OH-，NO2-N+5H+→1/2N2+2H2O+OH-[4]。

2.2 污水處理工藝

采用生物—生態復合處理技術，屬于厭氧—好氧聯合處理范疇，工藝：養殖廢水經排污管道至化糞池→調節池→泵→氣浮設備系統→水解酸化池→A/O生化池→沉淀池→中間水箱→泵→生物濾池→清水箱。其中生物濾池為曝氣生物濾池，在池內設置填料，通過人為供氧，使填料上生長大量微生物，廢水與填料上微生物充分接觸，微生物吸附有機物（污染物），廢水得到深度凈化后流入清水箱[5]。

張守彬等[6-8]開展了對天然斜發沸石、頁巖陶粒、石灰巖碎石、牡蠣殼、貝殼五種曝氣生物濾池填料處理污水效果研究，效果好的排序為：牡蠣殼→貝殼→天然斜發沸石→頁巖陶粒→石灰巖碎石。各地對填料可就地取材，加以利用，如洞口縣城污水處理廠用石灰巖碎石作為曝氣生物濾池填料。

3 紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝以及應用

3.1 紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝

紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝為：尿水預處理→預處理暫存池→紅泥塑料膜沼氣池→好氧池→凈化池→氧化塘(或魚塘、人工濕地）→達標排放。

以新邵縣顏復偉養殖場為例(湖南省新邵縣坪上鎮筱桂村顏復偉養殖場,養殖規模:年出欄1 000頭豬):

①尿水預處理。豬場進行干清糞和雨污分離處理，夏季也不用水沖洗豬欄降溫，從源頭上對糞污減量化，盡量降低尿水處理量，以提高尿水降解工藝的減排效果。對預處理的尿水（也叫直排尿水，沒有經過環保工程處理的尿水）送樣檢測，檢測結果見表1。

②尿水進入預處理暫存池。預處理暫存池為小型沉淀池60 m3。每2 d用固液分離機對預處理暫存池尿水分離1次，把糞渣分離出來，分離的同時，把分離后的尿水抽入紅泥膜沼氣池。

③進入紅泥膜沼氣池。288 m3(12 m×8 m×3 m)紅泥膜沼氣池，紅泥塑料膜沼氣池是厭氧池，把這個大型的紅泥塑料膜安裝在開放性沼氣池里面，紅泥塑料膜是密封的1個大型袋子，把尿水抽入紅泥塑料膜袋子里，尿水充滿時只在池子平面上，當產生沼氣時，紅泥塑料膜袋子充滿沼氣時，紅泥塑料膜可高出池子平面80～100 cm，高出的袋子部分則是充滿了大量的沼氣。

并用加藥箱，加入少量益生菌進入紅泥膜沼氣池。每星期加入1次，每次0.5 kg。

污水通過紅泥膜沼氣池20 d,經沼氣池密封厭氧后，沼液中的部分有害物質被降解、殺滅。

紅泥膜外表與空氣接觸，吸熱性好，充分利用太陽能，提高池內發酵溫度。這種紅泥膜裝置的沼氣池能有效提高沼氣池溫度，特別是冬季沼氣池的溫度較低，常規沼氣池（埋在地下的）用太陽能發電補溫，才能產沼氣，這種紅泥膜沼氣池則不要，冬季也能自升溫。所以紅泥膜沼氣池能多產沼氣，夏季多產1～2倍，冬季多產3倍。紅泥膜沼氣池多產的沼氣，能把氨降解率提高25%～30%。紅泥膜沼氣袋是應用復合膜、膜加高強度聚酯纖維應用貼合的制造工藝加工而成的，密封性好，具有高強度、重量輕、可大跨度使用，還有耐溫、耐腐、阻燃、抗老化的材料特點，能抗氧化和太陽暴曬，在無外力破壞下，紅泥膜沼氣袋的使用壽命20年以上。

④進入好氧池。好氧處理池由四個池（每個4 m×3 m×3 m=36 m3）組成，加氧化劑，每天加入2～3次，每次0.5 kg。并用加氧機充氣，每天4次，每次20 min，設置自動開機加氧充氣。

⑤進入凈化池。經過2個二級凈化池（每個8 m×3 m×3 m=72 m3），再排出的水，比較清亮，用鼻子聞，基本沒有糞尿的異味,這時抽檢的廢水樣品，送檢，污染物平均降解率85.46%，見表2。

⑥進入氧化塘。把這個降解后的廢水，放進0.3 hm2以上氧化塘里，這種氧化塘種上浮萍，能降解環保工程后部分廢水中污染物。這時取排出的池水更加清亮，池水抽樣送檢污染物平均降解率92.32%，較環保工程后降解率85.46%，降解率提高6.86個百分點，見表3，達到減排90%的標準。

也可用魚塘和人工濕地代替氧化塘。代替的魚塘面積要大1倍需0.6 hm2以上，還可以養魚，人工濕地要0.6 hm2以上，才能達到后期處理（氧化塘）廢水降解的效果。

以上設計規格的環保工程，各類處理池636 m3（不含氧化塘），投入資金28萬元左右，約占豬場建設資金的15%。能處理年出欄1 000頭豬規模場的尿水達標排放。

這個環保工程設備有紅泥膜袋子（根據規模場大小設計可大可小的袋子）、加藥箱、加氧機、沼氣恒溫加壓處理設備和沼氣輸送管道，小型沼氣鍋爐等設備，以及益生菌和加氧劑，由山東濰坊達遠環?？萍加邢薰咎峁?，該公司在湖南各個地區配有總代理和技術人員，指導設計、安裝、設備維護以及銷后服務。

位于洞口縣山門鎮大合村的湖南佳境農牧有限公司（年出欄生豬5 000頭）采用的是黑膜沼氣池，其黑膜沼氣池豬尿降解工藝同紅泥膜沼氣豬尿降解工藝一樣，黑膜沼氣池是1 000 m3，建有沼氣發電工程設備，并用種植蓮子的10 hm2來代替氧化塘。

表1 直排尿水水質檢測表

表2 凈化池后尿水水質檢測降解表

表3 氧化塘后尿水水質檢測降解表

圖1 充滿沼氣的紅泥膜沼氣池塑料膜外表

圖2 好氧池加氧機充氣廢水翻滾的白沫狀況

3.2 紅泥膜沼氣豬尿降解工程沼氣利用

利用紅泥膜沼氣池產生較多的沼氣量通過沼氣鍋爐，讓沼氣充分燃燒，產生熱水，然后用熱水管對豬場供暖，供暖方式2種，1種是地暖，把熱水管埋在地板里。另1種是舍內供暖，把熱水管道安裝在豬欄空間里，離地面2.2 m高以上,左右各1條熱水管道。

紅泥膜沼氣袋不僅是發酵車間，又是臨時儲氣車間。如果產量相當大時，又可以集中儲存后進行發電實現經濟的多重收入。

4 紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝應用的減排效果評價

新邵縣顏復偉養殖場紅泥膜沼氣豬尿降解工程，其①凈化池后豬尿污染物平均降解率85.46%，其中：pH 7.8降解率87.1%，懸浮物(SS)852 mg/L降解率90.6%，氨氮(NH3-N)206 mg/L降解率89.3%，化學需氧量(COD)3 499 mg/L降解率81.8%，生物需氧量（BOD）1 484 mg/L降解率78.5%。②氧化塘后豬尿污染物平均降解率92.32%，其中：pH 7.6降解率92.2%，懸浮物(SS)439 mg/L降解率91.6%，氨氮(NH3-N)151 mg/L降解率94.8%，化學需氧量(COD)1 705 mg/L降解率93.9%，生物需氧量（BOD）811 mg/L降解率89.1%。達到了豬尿減排90%目標。

因此，對紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝應用的減排效果評價是：小型紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝可行，污水排放達標，投入資金比例合適，產沼氣量大，沼氣發電、供暖等資源化利用率高，經濟實用。

5 討論

5.1 使用紅泥膜沼氣池注意事項

需要注意紅泥膜沼氣池的氣壓，及時排出沼氣，防止紅泥膜暴膜事故的發生。就這個問題調查新邵縣顏復偉，他說夏季4～5 d紅泥膜沼氣池就充滿氣了，所以4～5 d排1次氣。筆者網上查了紅泥膜沼氣池是充氣膜和沼氣暫存庫，沒有暴膜事情，更沒有防止暴膜這一說。因筆者在現場考察時，稍用力摸了一下紅泥膜感覺充氣很滿，擔心暴膜，問陪同的廠家技術員怎樣解除這個擔心，他就說沒發生暴膜事故。因此筆者當場向他建議，設置一套沼氣自動化排出裝備，如在紅泥膜袋子里設置一個沼氣氣壓計和設計氣壓臨界值，并在氣壓臨值時可排出沼氣的自動化裝備，把這個建議帶回廠家。人為感觀排氣不可靠，防止暴膜安全事故的發生，這是很重要的。

5.2 對大型規模場使用紅泥膜沼氣工程建議

經調查3 000頭以上規模場紅泥膜沼氣工程，豬尿水污染物降解率在73%～85%之間，未達到污水排放標準。這是什么原因呢？這是由于規模場大污染物排放量增大，不是簡單幾何級數增加排污設施，如2 000頭在1 000頭規模設施基礎上增加2倍如處理池636立方×2, 3 000頭增加3倍636立方×3……這樣簡單，應參考城鎮生活污水處理廠污水處理工藝，增加曝氣生物濾池和填料（牡蠣殼 、貝殼、天然斜發沸石、頁巖陶粒、石灰巖碎石等）等環保設施，則能提高對豬尿水污染物降解率，達到污水減排90%的目標。

5.3 對冬季紅泥膜沼氣工程污水處理效果的觀察

文中公布的是夏季豬尿水檢測結果，因冬季紅泥膜沼氣池溫度降低，厭氧微生物活性降低，產沼氣減少，相對氨氮降解率降低。必須觀察冬季污水污染物降解率，采取沼氣池供熱等措施，保證豬尿減排效果。

6 結論

紅泥膜沼氣豬尿降解工程工藝可行，污水排放達標，投入資金比例合適，產沼氣量大，沼氣發電、供暖等資源化利用率高，經濟實用，可以大力宣傳和推廣。對大型養殖場（3 000頭以上）增加曝氣生物濾池和填料等環保設施，能達到豬尿減排90%的目標。