养猪场粪污综合治理技术探讨

现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2024/7/19 8:50:46 关注：246 评论： 我要投稿

  养猪场粪污综合治理技术探讨
  赵伟玲
  （康平县动物疫病预防控制中心（康平县动物卫生监督所），辽宁 沈阳 110500）

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  引言
  随着养猪业的快速发展，粪污处理已成为环境保护的重要议题。猪场产生大量粪便若处理不当，将对土壤、水体和大气造成严重污染。本文综述了养猪场粪污综合治理技术，其中包括固液分离技术，能有效去除粪便中75%的固体物质，减少后续处理负荷。厌氧消化技术，通过建立60 m3的厌氧消化池，能转化65%的有机物为沼气，同时减少50%以上的恶臭排放。堆肥化处理，采用C/N比（碳和氮比）为25:1、温度维持在55℃以上的条件进行堆肥，以达到病原体标准杀灭率99.9%。以及膜技术处理，通过微滤或超滤，可以实现对粪污中悬浮固体和部分溶解性污染物的去除效率达到95%以上。这些技术的实施不仅得到了环保法规的严格要求，而且促进了畜禽养殖废弃物的资源化利用，显著提升了养猪场的环境管理水平。
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  养猪场粪污的环境影响
  1.1 土壤污染
  养猪场粪污对土壤造成的污染具有直接的影响，未经处理的粪便含有高浓度的氮、磷等营养物质，当这些物质超过土壤的自净能力和作物的吸收能力时，便会积累在土壤中，导致土壤结构破坏和肥力下降。猪场粪便中氮的含量可高达5%，磷含量可达2.5%，而土壤中氮、磷的积累会导致地表和地下水体富营养化。不仅如此，粪污还含有重金属和药物残留，例如铜和锌的浓度分别可达600 mg/kg和4 000 mg/kg，它们长期累积在土壤中会严重影响土壤微生物群落结构和生物多样性。因此，有效的粪污处理不仅是保持土壤健康的必要措施，也是维护整个生态系统平衡的关键环节。
  1.2 水体污染
  养猪场粪污对水体污染是显著的，粪便直接排放或通过地表径流进入水体，会引起氮、磷等营养物质含量激增，其中氨氮浓度可达600 mg/L，磷酸盐浓度可高达100 mg/L，远超自然水体的正常水平。这种营养盐的过量会导致水体中藻类大量繁殖，产生水华现象，消耗溶解氧，从而引发水体缺氧，严重时会导致鱼类及其他水生生物死亡，这种现象被称为富营养化。此外，粪污中的病原体及抗生素残留物，如大肠杆菌数量可达10^5 CFU/g，抗生素浓度会高至标准排放量数倍，通过水体传播，对人类健康构成威胁，并促进抗药性基因的传播。因此，严格的粪污处理措施，如设置沉淀池以降低粪便悬浮物质的排放浓度，使用生物反应器降解有机物，以及通过构建湿地系统进一步净化已处理的废水，对于防止水体污染和保护水环境至关重要。
  1.3 大气污染
  猪场粪污对大气污染表现为有害气体的排放，其中氨（NH3）和硫化氢（H2S）是主要的恶臭气体，粪污未经处理直接敞露在外时，氨的排放浓度可高达100 ppm，硫化氢可达到60 ppm，远超过人体舒适和安全的阈值。此外，粪污在厌氧分解过程中会产生大量的甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2），加剧温室效应。例如，一个中型养猪场每年可释放甲烷超过300 t。为了减少这些排放，采用了封闭式厌氧消化器技术，通过收集和利用产生的沼气，将甲烷排放量降低了约60%，同时将氨和硫化氢的排放量降低了50%以上。此外，通过在粪便储存和处理区域安装覆盖系统和喷洒生物过滤剂，可以进一步降低恶臭气体的排放。
  1.4 生物多样性影响
  养猪场粪污对生物多样性的负面影响是明显的。粪污中的高浓度营养物质和有害化合物直接排放到自然环境中，会造成原生物种的栖息地退化，导致物种组成单一化。例如，粪污中的氮和磷养分过剩导致水体富营养化，进而引发藻类暴发，消耗水中溶解氧，造成水生生物缺氧死亡，从而降低了水域生态系统的物种多样性。粪便中的药物残留，如抗生素残留会抑制或破坏土壤和水体中的微生物群落，影响其生态功能，进而影响上层生物链的稳定性。
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  粪污治理的法规和标准
  2.1 国内粪污处理相关法规概述
  我国针对畜禽粪污处理的相关法规明确规定了养殖业务的环境保护责任，核心法规包括《畜禽养殖污染防治条例》和《环境保护法》等。规定要求所有养殖场必须建立和维护粪污处理设施，严禁未经处理的粪便直接排入环境中。具体技术措施上，法规要求执行固液分离，将粪便中的固体和液体分开处理，固体部分经过厌氧发酵处理，每m3产生20～30 m3的沼气，液体部分则通过生物膜反应器或者沉淀过滤等方式处理，以达到国家排放标准，如氨氮浓度必须低于25 mg/L，化学需氧量（COD）控制在400 mg/L以下。此外，条例还强调了粪污的资源化利用，鼓励将处理后的有机肥料回用于农田，但同时规定每hm2施用量不得超过农田作物对氮、磷肥料的实际需求，有效避免了因过量施肥导致的土壤和水体污染问题。这些法规的实施，确保了养殖业粪污处理的环境安全，同时推动了农业循环经济的发展。
  2.2 养猪场粪污处理标准和指南
  养猪场粪污处理的标准和指南旨在确保环境保护和可持续发展。按照标准，养猪场需采用先进的粪污处理技术，例如，通过固液分离系统将粪便中的固体和液体分开，固体部分可转化为有机肥，液体部分则必须经过生化处理，比如利用厌氧消化技术将其转化为沼气，其中，厌氧消化池的设计需要确保有足够的容量和停留时间，通常以至少15 d为标准，保证有机物的充分分解。处理后的液体废物必须满足特定的排放标准，例如，氨氮浓度需降至25 mg/L以下，COD降至400 mg/L以下，以及达到相应的悬浮固体含量和病原体去除率的要求。此外，沼气的收集和使用应符合能效和安全标准，以确保资源的有效利用和作业的安全。这些标准和指南都由具体的操作程序和监测系统支持，以确保养猪场在粪污处理过程中的合规性和效率。
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  养猪场粪污综合治理技术
  3.1 预处理技术
  3.1.1 粪便固液分离
  猪场粪污综合治理技术中，粪便固液分离是预处理的关键步骤，旨在高效分离粪便中的固液成分。该步骤通常采用螺旋挤压分离器或带式压滤机，能够将粪污中的固体物质如粪纤维与液体有效分开。以螺旋挤压分离器为例，操作时，粪污首先被输送至分离器内部，通过螺旋的旋转压力，将固体物质挤压至分离器一侧，而液体则通过筛网过滤至另一侧。该过程中，固体物质的含水率可被降低至约40%，而液体部分的悬浮固体含量减少80%，有效降低了后续处理过程中的负荷。固体物质经过此步骤处理后可用于制作堆肥，液体部分则可进入后续的生化处理环节。此项技术在操作上简便、能耗低、且处理效率高，一般的分离器处理能力可以达到10～15 t/h粪污，满足不同规模养猪场的需求，确保了粪污处理的连续性和稳定性，同时为粪污资源化奠定了基础。
  3.1.2 预发酵处理
  猪场粪污综合治理技术中，预发酵处理是一种有效的预处理方法，通过生物降解作用减轻后续处理负荷。预发酵处理利用预发酵池，将分离后的液态粪便在无氧或微氧条件下进行预处理。在此过程中，粪便中的有机物质在维持温度为35～55℃的环境中，通常在3～5 d时间内，被厌氧微生物分解产生简单挥发性脂肪酸，同时降低粪便的pH和生物需氧量。这一步骤不仅为后续的厌氧消化或好氧处理减少了有机负荷，还提前稳定了污水的质量，增强了处理效果的可预测性。此外，预发酵处理过程中产生的沼气可回收利用，作为能源进一步降低养猪场的能源成本。预发酵技术操作简便、容易控制，是将粪污转化为能源和肥料的有效手段，同时也符合环保要求，降低了养猪场的环境影响。
  3.1.3 调节储存
  猪场粪污综合治理技术中，调节储存技术是确保后续处理平稳运行的关键步骤。通过设置调节储存池，可以对固液分离后的液态粪便进行均质化和缓冲，确保后续处理系统接收到的粪污具有相对稳定的流量和浓度。调节储存池的设计容量通常基于日处理量的1.5～2倍，以应对日变化和冲击负荷。例如，对于日处理量为30 t的养猪场，调节储存池的设计容量应为45～60 m3。
  在储存池中，通过搅拌设备维持污水的均匀性，避免沉积和浮渣的形成。此外，调节储存池还可起到初步调节pH和温度的作用，为后续的生物处理创造良好的环境条件。该技术不仅提高了整个粪污处理系统的适应性和灵活性，也为粪污的高效处理和资源化回用奠定了基础。
  3.2 生物治理技术
  猪场粪污综合治理技术中，生物治理是实现粪污资源化和减少环境污染的有效手段。生物治理过程中，采用厌氧消化技术处理调节储存池中的粪污，这一过程在厌氧消化池中进行，维持在35～55℃的条件下，厌氧微生物能够在20～30 d内将有机物质转化为沼气，沼气中甲烷含量达到60%～70%，每m3粪污可产生20～30 m3沼气。随后消化液进入后续的好氧处理环节，如SBR（序批式活性污泥）反应器，进一步去除溶解性有机物和氮磷等营养物质。在此阶段，通过控制好氧反应时间、溶解氧浓度（通常维持在2～4 mg/L）和污泥时间（15～20 d），以确保微生物充分吸收和转化粪污中的污染物。最终，处理后的水达到农田灌溉或者排放标准，而产生的沼气可作为绿色能源循环使用，消化后的残余物则可转化为高质量的有机肥料，实现了粪污的高效减量化、无害化和资源化。
  3.3 化学治理技术
  猪场粪污综合治理技术在化学治理方面主要采用化学沉淀和中和反应来去除污水中的悬浮固体和调整pH。实际操作中，粪污先经过固液分离，将固态粪便和液态尿液分开。对于液态部分，加入特定剂量的絮凝剂（如硫酸铝或聚丙烯酰胺），剂量根据粪污的浓度和性质调整，一般为每m3污水添加1～3 g，以促进悬浮固体的凝聚沉淀。接着采用石灰或者氢氧化钠等碱性物质，根据进水的pH值和碱度，按照每m3污水添加100～200 g比例进行中和，确保最终出水pH稳定在6.5～8.5之间，符合排放标准。此外，部分重金属离子和磷可以通过加入硫酸铝或氯化铁等化学药剂实现沉淀去除。通过这些化学处理步骤，粪污中的悬浮物、重金属以及部分营养盐被有效去除，从而减少对水体的污染负荷，实现污水的初步净化和稳定，为后续的生物处理或资源化利用打下基础。
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  粪污资源化利用
  猪场粪污综合治理技术中，粪污资源化利用环节确保农业循环经济的可持续性发展，通过厌氧消化、固液分离和有机肥料生产实现。具体实践中，粪污首先通过厌氧消化反应器进行处理，其中每m3粪污能产生约25 m3沼气，沼气含60%～70%的甲烷，直接作为能源使用。随后，消化后的粪污经过固液分离，分离出的固态物作为有机肥料的原料，经过堆肥发酵处理，堆肥过程控制在温度55℃以上持续15 d以达到无害化，再经过翻堆和成熟过程约持续45 d，确保有机物充分分解，同时减少病原体和杂草种子。最终通过一系列处理步骤，粪污转化为符合国家标准的有机肥料，其含氮、磷、钾等营养元素的比例符合农作物的需求，不仅减轻了粪污对环境的污染负荷，而且提高了农业生产的输入产出比，实现了粪污的高效利用和农业生产的可持续性。
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  结论
  养猪场粪污治理技术通过物理预处理去除固体杂质，化学处理深化净化，生物处理转化为能源，并通过资源化利用转变废物为肥料和能源，实现环境负荷减轻与农业可持续性增强。这一闭环处理系统有效整合环保与经济效益，代表现代畜禽养殖业向环境友好型转型的关键步骤。