规模化猪场粪污资源化利用的模式和关键技术

现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2024/8/20 9:51:24 关注：497 评论： 我要投稿

  规模化猪场粪污资源化利用的模式和关键技术
  余清昕
  （昆明市禄劝县九龙镇畜牧兽医站，云南 昆明 651514）

    当前，国内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。实际的生产中，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须的技术还未有系统判断。
  最近几年，我国养猪行业飞速发展，其规模化的水平也在持续上升，养猪生产效果明显增强。然而，随着养殖规模的不断扩大，大规模的猪场会产出大量的粪便，这对生态环境构成了严重的威胁。依据《第二次全国污染源普查公报》数据，全国畜禽规模化养殖场中，粪便的资源化利用率达到了85%，而尿液的资源化利用率为78%。尽管与2007年相比，粪污的资源化利用效率有了显著提升，但目前所使用的粪污处理方法相对传统，许多大规模的养殖场还在使用厌氧堆肥，这已经不适合大规模养殖场的应用。因此，为了实现规模化猪场的粪污资源化利用，有必要建立废物资源化利用标准化模式，以提高能源的利用效率并减少环境污染。文章详细阐述了我国大型养殖场应如何有效地利用粪污资源，旨在为优化大型猪场的粪污资源化处理方法提供有益的建议。
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  规模化猪场粪污资源化利用的必要性
  INTRODUCE
  粪污是由畜禽养殖业产出的混合废物，包括粪便、尿液和冲刷水等，其主要成分有粗蛋白、粗纤维、无氮浸出物、微量元素、抗生素、残留药物、寄生虫、病原微生物和水。由于这些成分的复杂性，很难将粪污进行单独处理。近几年，大规模猪场的数量持续增加，导致粪污排放量上升。由于粪污处理的配套设施不够完善，以及养猪生产者对环境保护意识不足，再加上治理成本高昂和处理模式落后等多重问题，对粪污进行有效治理面临着相当大的挑战。随着大规模猪场数量的逐渐增加，传统的粪污还田方式已经不能有效地处理大量的粪污。如果粪污的排放量超过了水体的自我净化能力，将会导致永久性的环境污染问题。实施规模化猪场的粪污资源化利用可以显著提升猪场处理粪污的能力，减少粪污的排放量，从而降低对生态环境的污染。粪便中不仅包含了寄生虫和病原微生物等有害成分，还富含蛋白质、氨基酸、矿物质和微量元素。通过适当的处理方法，可以进一步挖掘粪便的潜在价值，将其转化为有价值的资源，从而提高资源的再利用效率。粪污经过处理和加工可以转化为有机肥，为农业生产提供必要的营养。另外，粪污污染是妨碍畜牧业持续发展的关键因素之一。实施粪污资源化利用可以实现粪污的无害化处理，将污水排放量降至最低，这不仅可以降低生产成本，而且对于推动健康养殖，维护人与自然的和谐发展具有极其重要的意义。
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  规模化猪场粪污资源化利用模式
  INTRODUCE
  2.1 异位发酵床模式
  异位发酵床技术是指通过在猪舍外部设立专门的发酵槽，并铺设垫料来对收集到的粪污进行持续的发酵处理。这种技术能够实现养殖与发酵过程的完全隔离，从而有效地减少传统发酵方法中过高温度对家畜和家禽可能带来的负面影响。异位发酵床技术在处理粪污方面表现出显著的消纳作用，同时其重金属和残留抗生素的浓度也相对较低。根据李路瑶等人的研究，异位发酵床对于猪的污水和粪便的吸收系数可以分别达到1.96和1.24。董丽婷团队在研究异位发酵床时发现，粪便中的砷、汞、铅、镉和铬等重金属的含量都超出了规定的标准。李艳苓团队在猪粪污中添加了浓度为60 mg/kg的土霉素，经过2个月的异位发酵床处理后，土霉素的浓度下降到了5 mg/kg。另外，异位发酵床模式在处理畜禽粪便的过程中表现出良好的生物安全性，所处理出的垫料完全符合NY/T 525-2021《有机肥料》的标准要求。然而，现有的研究对于异位发酵床技术在抗生素和抗性基因残留方面的作用机制尚未完全明了。在实际应用过程中，由于温度和湿度等多种因素的影响，该技术缺乏针对性和精细化的操作步骤。评估发酵床废弃垫料在实际应用中的安全性仍然是一个不断变化和持续的任务，因此有必要进一步研究和制定更为科学的评价准则。
  2.2 厌氧发酵沼气模式
  厌氧发酵产生沼气的技术是在厌氧条件下，液态粪污中的有机碳被厌氧微生物分解，从而生成生产和日常生活所需的沼气。发酵过程产生的沼渣可以被转化为肥料，极大地提升了废物的资源化利用效率。然而，粪便中含有丰富的含氮化合物，仅仅通过发酵可能会抑制氨氮的释放，因此在发酵过程中需要加入特定的添加剂以提高发酵效率。陈芬团队的研究发现，当在猪粪中以2∶1的比例加入玉米秸秆进行粪污发酵时，可以获得显著的发酵效果，并且甲烷的产生量也大大增加。刘春软团队在猪粪中加入了2.5%的生物炭和粉煤灰，研究结果表明沼气的总产量可以增加超过5%，而甲烷的产量也可以增加超过4%。另外，经过发酵池的发酵处理后，粪污中的重金属含量有所减少，而将其还田可以有效地增加农产品的产出。额尔和花等人将发酵后的猪粪沼液加入到蔬菜田中，从而显著提高了蔬菜的产量。采用厌氧发酵技术生产沼气不仅可以有效地解决大规模猪场的粪污排放问题，还可以生产出多种产品，从而提高猪场的经济收益。然而，这种模式在推广过程中遇到了如种植与养殖的分离、某些粪便中的重金属难以清除、液态粪便生产有机肥的技术未达到标准等问题，大规模的猪场推广还需进一步加强技术更新。
  2.3 粪污堆积制肥模式
  规模化猪场的粪污堆积制肥技术革新了传统的粪尿混合堆肥方法，它在粪污的固液分离后进行无害化和资源化处理，使得固体粪污堆积后，在好氧菌和厌氧菌的共同作用下，通过高温发酵来杀灭有害病原体，从而形成有机肥料。在当前的生产实践中，常见的肥料制备方式包括条垛式、槽式以及封闭仓式。条垛式的优势在于所需资金较少且技术简洁，但其反应环境难以精确控制；尽管槽式可以有效地控制反应的条件，但其所需的投资成本相对较高；封闭式仓库使用了先进的技术手段，能够精确地控制反应流程，但其在实际应用中的推广程度并不理想。当前，粪污堆积制肥技术的研究焦点主要是堆肥后的抗生素、氮、磷等成分的变化。武晋萍等人在粪污中加入中药渣进行共堆肥，发现喹诺酮类药物对细菌的抗生素耐药性基因降低率高达99.89%；王砚团队在猪粪中加入了经过腐熟处理的秸秆进行共堆肥，这种方法可以显著提高堆肥的工作效率，缩短堆肥的时间，并确保堆肥后的有效磷含量达到14.44 g/kg；曹云团队使用超高温方法对猪粪进行堆肥发酵，结果显示氮的损失率显著减少，与常温堆肥发酵相比，减少了33.3%。另外，大规模的猪场在使用粪污堆积制肥技术时，需要改变其清粪的方法，将水冲粪转变为干清粪。在猪场中，液体粪污和雨水的收集需要分别进行处理，液体粪污会经过沉淀后进行厌氧发酵，而堆肥则会被还田，以实现粪污的资源化利用。
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  规模化猪场粪污资源化利用的关键技术
  INTRODUCE
  3.1发酵床养殖?
  这种养殖方法在目前的大型养殖场中得到了广泛的采纳和普及。该技术依赖于多种垫料，这些垫料可以包括小麦、玉米和水稻的秸秆，或者是稻壳。在采纳这项技术前，首先需要对当地资源进行深入的调查，并根据当地农业的具体发展状况来选择合适的垫料。通常，混合使用这两种垫料也可以获得相当不错的效果。另外，在开始使用垫料之前，有必要对其进行适当的处理。可以在垫料中加入适量的红糖蛋白质或其他培养物，科学地控制垫料的厚度，80～100 cm是比较合适的。大规模的垫料养殖场通过选择合适的粪污处理方式，并与种植业进行紧密的循环利用，不仅可以有效地解决粪污处理的难题，还能降低养殖场的运营成本，减轻环境保护的压力，实现废物的资源化利用，从而推动产业的绿色发展，并为乡村振兴贡献力量。发酵床技术有同位发酵和异位发酵技术。
  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。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。
  3.2 沼气池处理技术?
  沼气处理技术，首先对猪场粪污进行固液分离处理，处理后的固体粪污进行堆肥发酵制成有机肥，液体粪污排放到处理池中进行发酵处理。沼气技术处理后，产出的沼气可用于发电和燃料，沼液可继续处理后进行达标排放或者还田利用，沼渣还有丰富的营养，可制作有机肥。目前，沼气处理设备主要有几种，可移动式箱式沼气处理器，该设备的材质为新型的PVC膜，具有抗腐蚀、抗老化、可移动等特点，而且，该设备结构合理简单，便于维修和清理。另外还有气囊式沼气池，该设备可以建设在地面或者地下，便于沼液和沼渣的排出，且具有较强的抗寒能力，在规模化猪场应用较为广泛。
  3.3 粪污固液分离技术?
  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本日实施固液分离。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。
  3.4 生物方法处理?
  畜禽场生物处理方法主要是借助生物代谢时发生的各种生物和化学反应，把粪污中含有的有机物转变成其他营养物质，从而实现畜禽粪污的资源化利用。猪场粪污中含有大量的N、P、K等可利用的营养物质，直接排放会污染环境，处理后用于施肥可以改良土地板结、植物追肥等。其具体处理方法为将猪场收集的粪污置于处理池中，添加微生物、酶类等物质，通过温度、湿度、氧气以及pH值的调节，使微生物产生酸类、碱类等物质，该物质可以促使粪污中的有机物进行分解，最终分解为可利用的营养物质，进行利用。
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  总结和展望
  INTRODUCE
  大规模的养殖场如果选择与种植业紧密结合的粪污处理方式进行循环再利用，不仅可以有效地解决粪污处理的难题，还可以降低养殖场的运营成本，减轻环境保护的压力，实现废物的资源化利用，从而推动产业向绿色方向发展，并为乡村的复兴增添新的色彩。
  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、碳中和的日期的临近。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。