种养结合型猪场粪污处理设施建设现状与改进措施分析

现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2024/8/24 8:54:30 关注：184 评论： 我要投稿

  种养结合型猪场粪污处理设施建设现状与改进措施分析

马瑞 1，黄少静 1，孟君丽 2，周勋章 1 *
  （1.河北农业大学经济管理学院，河北保定071000；2.河北省畜牧总站，河北石家庄050000）

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  引言
  INTRODUCE
  种养结合实现了种植业和养殖业的高效循环，在一定程度上可以有效缓解种养分离带来的环境污染问题、资源浪费问题，如农药、化肥等化学用品的过度使用，会导致土壤板结、环境污染。另一方面，种养结合又能够减少畜禽粪便污染，实现了畜禽粪污资源化利用，是一种环境友好型现代农业生产方式。生猪养殖场作为农业生产主体之一，是体现我国农业生产质量的重要载体。生猪养殖场的发展正好符合我国小农户生产经营的特殊国情，依据经营形式一般可以分为两种类型：纯养殖型和种养结合型。种养结合型是生猪养殖场的主要经营类型之一，是实现乡村振兴的重要途径，也是农业高质量发展的重要载体，更是对我国古老农耕文明的传承和发展。
  《全国农业可持续发展规划（2015—2030年）》提出要促进种养循环、农牧结合、农林结合，积极调整优化种养结合农业产业结构。历年中央一号文件都指出要促进农业农村绿色发展，强化农业面源污染综合治理，实施农药、化肥减量化，加强畜禽粪污资源化利用，支持秸秆综合利用，促进农业资源合理优化配置。因此，种养结合型生猪养殖场的发展既符合国情农情又遵循政策逻辑。近年来政府各个部门出台了一系列政策，旨在通过种养循环，促进生猪粪污资源化利用，加强种养结合型猪场基础设施建设。2017年出台《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》（国办发〔2017〕48号），提出全面推进畜禽养殖废弃物资源化利用，加快构建种养结合、农牧循环的可持续发展新格局，为推进畜禽粪肥还田利用提供了根本遵循和目标要求。2018年，农业农村部出台了《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》（农办牧〔2018〕1号），指导各地加快推进畜禽粪污资源化利用，促进农牧结合、种养循环农业发展。2019年，农业农村部与生态环境部联合出台《关于促进畜禽粪污还田利用依法加强养殖污染治理的指导意见》（农办牧〔2019〕84号），2020年出台《关于进一步明确畜禽粪污还田利用要求强化养殖污染监管的通知》（农办牧〔2020〕23号），2021年中央财政支持开展绿色种养循环农业试点工作。农业农村部、财政部发布《关于开展绿色种养循环农业试点工作的通知》，加快畜禽粪污资源化利用、打通种养循环堵点、促进粪肥还田、推动农业绿色高质量发展，中央财政支持17个省份试点绿色种养循环农业；2022年“中央一号文件”指出“开展绿色种养循环农业试点，推进粪肥还田、有机肥代替化肥”。《生态环境部关于推进畜禽粪污资源化利用标准体系建设的指导意见》指出要加快制定生猪粪污资源化处理的成套设施装备建设规范、畜禽养殖臭气管控技术规范，加大农机购置与应用补贴政策支持力度，引导科研院所、社会团体、企业等集成组装关键技术、工艺和设施装备。
  由农户散养向规模化、专业化、自动化发展，是种养结合型养猪业实现现代化发展的必然要求和内在逻辑，进而对猪场粪污处理设施建设提出了新的要求和挑战。种养结合型生猪养殖场的成功经营离不开设施、管理与技术，种养循环的关键点在于生猪粪污的资源化利用，也因此对生猪粪污的处理提出了设备与技术的要求。本文整理了生猪粪污资源化利用各流程及设备设施，阐述现代化种养结合型猪场粪污处理设施建设的改进措施。
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  种养结合型猪场粪污处理设施建设现状
  INTRODUCE
  2.1 粪污收集与储存设施建设
  生猪粪污的收集与储存设施建设是由猪场的养殖规模和布局决定的。对养猪场来说粪污收集的模式主要有水冲粪式、水泡粪式、干清粪式、发酵床式和高架网床式。每种粪污收集方式的成本及优劣各有不同，所收集的粪污的固液比也是不同的，也决定了粪污处理工艺的不同。
  对于过去的规模约在100头及以下的散养猪场来说，农户大多对猪只实行圈养，用人工清粪或水冲粪的方法清理收集粪污这两种方式对于工具设施与农户专业技术水平要求不高，但存在一定弊端，一是费工，二是用水量大，且收集起来的猪粪、猪尿混合物掺杂了大量污水，使得粪污运输压力大。另外，收集运输过程中易泄露，污染环境，需定期进行运输通道与生产区环境清理与消毒杀菌，夏天为减少滋生蚊、虫、蜱，还需提高环境清理消杀频率，降低粪污中有害物质与病菌的传播。现在中小规模养殖场大多建设漏缝地板、蓄粪池、固液分离等设施，安装刮粪机系统等设备，以机械代替人工实现自动化收集粪污，猪粪猪尿混合物直接排入粪污收集系统，这样节省了人工，节约了用水，猪粪和污水能及时清出猪舍，避免了猪粪和猪尿在猪舍内发酵而产生的气体，污染了猪舍内的环境。中规模及以上养殖场大多适用于发酵床式和高架网床式，猪场需对应建设漏缝地板、高架网、储粪池和粪水沉淀池等设施，为提高粪污收集效率，还需安装刮粪机系统等设备，自动机械代替人工清理粪污残渣。
  2.1.1 漏缝地板收集系统
  漏缝地板是猪场猪舍内平铺在粪污沟渠上方有缝隙的地板，猪尿以及冲洗污水经缝隙直接排进粪污沟渠内，以防止猪舍地面泥泞。固体猪粪可经猪只走动踩踏漏入缝隙掉进沟渠，也可进行人工清理。从经济角度来说，漏缝地板造价低廉、普适性高，对于猪场环境要求不高，后续维护成本低廉；从适用性角度来说，漏缝地板对母猪、育肥猪、种猪等都适用，对猪舍布局构造要求也不高。漏缝地板便于畜禽动物的粪便收集，使猪舍地面保持清洁干燥，可有效减少蚊虫滋生，有利于降低传染病和寄生虫的传播。另外，相对于人工入猪舍清理粪污再统一排出的清粪方式，漏缝地板节省了时间和人工成本。
  一般来说，要求漏缝地板表面平但不滑；缝隙大小适宜，最小不能阻碍猪粪下漏，最大不能让猪蹄踩空；地板材质坚固，不易变形，耐腐蚀，能承受猪行走站立的重量。常用的漏缝地板种类有水泥混凝土漏缝地板、钢筋编织网、金属编织焊接网、塑料漏缝地板以及BMC复合漏缝地板等。
  2.1.2 刮粪收集系统
  机械刮粪系统是以电力驱动平刮板或V形刮板，根据预设频率每天多次在承粪池清理粪污。平刮板作业方式相对简单，电动机将电能转化为动能，利用槽轮拖动刮板来回运动，操作过程中刮板保持直立状态，摩擦地面实现刮粪动作，实现猪粪猪尿混合物一起运出承粪池。但是平刮板不能实现粪污固液分离，承粪池与漏缝地板连接，尿液易挥发污染猪舍，空气质量较差，湿度大。V形刮板在平刮板的功能基础上实现固液分离，液体粪污经沟渠坡度流入液体管道，再经管道流入液体粪污储粪池，V形刮板作业精度更高，精准清理固体粪污，在猪只粪污固液分离的基础上使得沟渠粪污清理更彻底，减少猪只尿液挥发，使空气干燥且异味较小。
  2.1.3混合粪污贮存系统
  生猪粪污露天搁置会散发臭气，污染周边空气，不符合环保养猪规范，长久搁置还会导致粪污发酵产生更难闻的气味，中小规模猪场建造必须将适应养殖规模的粪污贮存设施规划在内。贮存设施旨在降低猪只粪污对空气造成的污染，并保障未经无害化处理的粪污不会发生直排污染周围水源和土壤。猪场粪污贮存设施通常由一个或多个储存池组成，这些设施用于收集和存储猪舍中产生的粪便和尿液混合物。储存池采用严密的设计和建造，以防止粪污泄漏和渗漏，确保粪污安全储存和处理。为了确保粪污贮存设施的正常运行，通常还会加入一些设备和技术。例如，用于控制气味和废物降解的通风系统，以及用于混合和搅拌废物的机械设备。此外，监测和管理系统也常常被应用于粪污贮存设施，以实时监测废物的质量和数量，并及时采取相应的措施。通过使用猪场粪污贮存设施，可以有效地控制和管理猪场废物，减少对周围环境的污染和危害。同时，这些设施也有助于提高猪场的生产效率和经济效益，保障养猪业的可持续发展。猪场粪污贮存设施在猪场管理中起着重要的作用，通过科学的设计和运营，可以有效地管理猪场废物，保护环境。
  2.2 固液分离与处理设施建设
  2.2.1 固液分离系统
  猪场粪污固液分离设施是一种用于处理猪场废物的技术装置，其目的是将废物中的固体和液体分离，以便更有效地处理和利用。这种分离设施通常包括一个沉淀池或沉淀池系统，通过物理和化学过程，使得固体废物在其中沉淀，而液体则被分离出来。该设施的主要优势之一是减少对环境的污染。猪场废物中的大量有机物质和营养物质可能会对土壤和水体造成严重的污染。通过使用粪污固液分离设施，固体废物可以得到有效处理，减少对环境的影响。
  另外，猪场粪污固液分离设施也可以提供可再利用的资源。固体废物可以作为有机肥料用于农田，提供养分和改良土壤质量。而分离出的液体部分可以进一步处理，以生产沼气或用作灌溉水源。然而，粪污固液分离设施在实践中也存在一些挑战。例如，设备成本较高，运营和维护也需要一定的技术知识和经验。此外，设施的规模和处理能力需要与猪场的规模和产生废物的量相匹配。一般来说，猪舍收集的猪尿猪粪及污水混合物含固率大于10%的混合粪污可采用螺旋挤压式脱水机，而含固率更低的，小于5%的粪污混合物可采用斜筛式固液分离机。粪污脱水处理后提高了含固率，固体液体进入下一步流程进行处理。
  猪只粪污混合物经固液分离后得到含水量约50%的固体粪污，但这个阶段仍含有大量大肠杆菌、寄生虫虫卵和植物害虫，直接还田会增大寄生虫疾病传播的风险，使作物害病甚至死亡，食用了这些作物产出的农产品也不利于人类身体健康。另外，未经处理的生猪粪污还含有大量猪只未消化的食物残渣有机物质，这些物质不仅不利于作物生长，在适宜的条件下还会发生“二次发酵”的现象，这个过程中会释放热量引起作物烧根、烧苗甚至死亡。
  2.2.2 好氧发酵处理系统
  生猪粪污好氧处理，是将含水量在50%左右的固体粪污和秸秆等混合物在适宜条件下经过好氧菌发酵反应生成腐熟彻底的有机肥料的过程。根据处理工艺和所用设施的不同，又有沤肥技术、反应器堆肥技术、条垛（覆膜）堆肥技术、深槽异位发酵床技术等。
  （1）沤肥技术。是利用微生物降解作用将畜禽粪污、秸秆等废物在自然温度、自然光下发酵为可还田的腐熟有机肥料，常见堆沤设施为半开放式堆沤池，为防止雨水等杂物渗透进去影响发酵反应，一般设置在养殖场内，具有防雨、防渗等功能。
  （2）反应器堆肥技术。是利用好氧微生物呼吸作用将畜禽粪污、秸秆等废物在密闭容器下转换为可还田的腐熟有机肥料，常见的反应器堆肥装置有箱式反应器、立式筒仓反应器和卧式滚筒反应器等。反应器堆肥技术相较于沤肥技术效率较高、臭气易控制、自动化水平高，但投资成本稍大，后续设备维护的成本偏高。
  （3）条垛（覆膜）堆肥技术。指需先将畜禽粪污、秸秆等在场地堆聚呈长条形状，保证翻堆频率和效果，利用好氧微生物发酵作用促使粪污发酵腐熟。供氧装备有专用翻堆机或翻斗车定时翻动保证反应物保持氧气充分的状态，还可在堆体底部设置管道设施曝气供氧，为减少污染气体排放，可以在堆体表面覆盖一层专用分子膜，使其形成一个密闭环境。该技术操作简单、可复制性强、投资少，但依赖于供氧质量且污染臭气易泄露。
  （4）深槽异位发酵床技术。首先需要收集猪舍的粪浆，喷洒在发酵槽的干垫料上，再经机械翻耙和辅助曝气，实现高温好氧发酵，去除多余水分，实现粪污腐熟。深槽异位发酵床技术所需设施较多，主要包括发酵槽、粪污池、翻耙机和曝气辅助系统。这种技术设施占地面积较小且臭气易控制，但耗费人工。
  2.2.3 厌氧发酵处理系统
  猪尿猪粪与污水混合物经固液分离后，得到的液体粪污排放到隔绝空气的密闭化粪池或发酵池等发酵设施内，在厌氧菌微生物的作用下进行厌氧发酵，在这个过程中会生成沼气，沼液沼渣可用作作物有机液体肥料。沼气经利用可得到热能和电能，是一种清洁能源。猪场产出的沼气若少量，大多用于猪场照明、取暖以及少量发电，降低能源项目开销，若猪场规模较大，生猪粪污经厌氧发酵处理可产出大量沼气则可进行销售，获得经济收益。沼渣液作为有机肥可高效促进作物生长，改善土壤环境，减少化学肥料的使用，实现种养循环、绿色农业发展。近年来，各种厌氧处理技术已被广泛应用在生猪粪污资源化处理上，如上流式厌氧污泥床、厌氧发酵消化池、两段厌氧消化法和混合式厌氧反应器等。下面介绍三类常用厌氧发酵工艺。
  （1）厌氧发酵消化池。猪场使用的厌氧发酵池的深度一般在3～6 m，经固液分离后的液体粪污含有大量有机质，这些粪污通过管道运送到发酵池内，在一定温度和隔绝空气的厌氧条件下通过厌氧微生物的呼吸分解作用，最后生成甲烷和二氧化碳气体成分。反应后的沼液沼渣经处理达标后可作为有机肥料还田或排放到水体。
  （2）上流式厌氧反应工艺。上流式厌氧固体反应器适用于高浓度悬浮固体原料，原料从底部进入消化器内，未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物，靠被动沉降滞留于消化器内，这样使得质量较大的沉淀物在重力的作用下停留在底部，提高了原料的利用率。反应器中的厌氧反应过程与其他厌氧生物处理工艺一样，包括水解，酸化，产乙酸和产甲烷等，通过不同的微生物参与底物的转化过程而将底物转化为最终产物——沼气、水等无机物。
  （3）混合式厌氧反应器。相较于其他厌氧反应器，混合式厌氧反应器完全密闭，内部设置搅拌装置使粪污原料与厌氧微生物完全处于混合状态，投入的原料在搅拌作用下在极短时间内与厌氧微生物充分混合，以高效率进行厌氧反应。
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  猪场粪污治理建设外部性保障
  INTRODUCE
  3.1 粪污处理设施设备系统性
  种养结合型猪场粪污处理设施建设，应包括粪污收集、分离、储存和处理设备，确保粪污的有效处理和利用，避免对周边环境的影响，部分猪场缺乏必要的粪污处理设施，导致粪污无处存放或处理不当，使得粪污利用率不高，还可能造成环境污染和卫生健康隐患。传统的粪污处理方式多为露天堆肥或直接排放，存在异味扩散、污染环境等问题。推广采用系统的、高效的粪污处理技术，如沼气发电、生物质燃料生产等，有助于农业生产结构的合理化和资源利用效率的提升。
  3.2 资金政策支持针对性
  猪场粪污处理设施建设需要大量的投入，包括设备购置、工程建设、运营维护等方面的费用。通过提供资金支持，可以降低企业的经济负担，鼓励猪场主动采取环境友好型的粪污处理方式，推动猪场的可持续发展。各类设施后续也需定期进行维护。但是一些猪场缺乏足够的经济实力进行设施建设。同时，相关政策和扶持措施也相对不足，没有提供足够的支持和激励，使得猪场粪污治理建设进展缓慢。猪场粪污治理设施建设离不开政策支持，制定和完善相关法规政策，明确猪场粪污治理的责任和要求，并加大对违规行为的处罚力度，可提高治理的合规性和执行力。
  3.3 监测管理规范性
  猪场粪污处理设施的建设需要涉及多个领域，如环保设备制造、工程建设、运营管理等。规范的猪场现代管理，可以促进相关产业链的发展，增加就业机会，推动农业产业升级，提升整个产业的竞争力和可持续发展能力。一些猪场在粪污管理方面缺乏规范和标准，没有建立科学的监测和管理机制，导致粪污排放和处理难以监管，容易造成环境和水源污染。建立有效的监测和评估机制，对猪场粪污治理效果进行定期监测和评估，及时发现问题并采取措施进行改进和调整。加强宣传和教育，加强对养殖户和相关人员的宣传和教育，提高他们对猪场粪污治理重要性的认识，引导他们采取积极的治理措施，形成良好的管理意识和行为习惯。
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  结论与展望
  INTRODUCE
  生猪养殖与作物种植能否实现循环发展的关键点在于生猪粪污能否实现资源化利用，形成“资源－增值农产品－废弃物－再生资源”的高效循环运行模式。加强种养循环，根本上要形成一套完善的、可复制性强的生猪粪污资源化处理系统或模式。但就目前种养结合型猪场粪污处理与利用现实情况看来，一些关键性问题没有解决严重阻碍着猪场粪污处理设施的建设与发展。如技术工艺存在瓶颈、融资渠道狭窄、现行可参考借鉴案例短缺等。
  就猪场本身建设来说，一方面，大部分猪场不能合理规划用地，缺乏能够匹配粪污产出量的作物用地，加之缺乏粪污资源化处理的设施设备，导致种养衔接困难。另外，粪污资源化处理工艺较为繁琐，需经过粪污收集、运输、储存、固液分离、发酵处理等一系列流程才能制成可还田施用的有机肥，多数养猪场，尤其是中小规模养猪场因设备短缺只注重单一能源回收处理，粪污利用率低，未经无害化处理的废弃粪污还存在着充分的能源未被资源化处理。因此，需完善猪场粪污治理建设外部性保障，注重粪污处理设施设备建设的系统性，保证资金政策支持的针对性，同时提高监测管理的规范性。