标准化示范猪场粪污水处理技术林聪

主题策划FEATURE34猪业科学 SWINE INDUSTRY SCIENCE 2011年 第3期标准化示范猪场粪污水处理技术林 聪（中国农业大学，北京，100083）为了落实农业部加快推进畜禽标准化规模养殖场建设，实现畜禽标准化规模生产和产业化经营，提升畜产品质量安全水平，促进畜牧业协调可持续发展。必须抓好畜禽养殖污染的无害化处理。厌氧生物技术以其处理高浓度有机废水的优势在畜禽场的污水处理工程得到了一定的应用。因此，养猪场多采用厌氧发酵—沼气生产技术来处理粪污水，以期达到清洁生产。通过沼气工程的建设，在治理猪场环境污染的同时，又促进猪粪便的资源化利用，既解决污染问题，又产生了能源—沼气，同时沼肥作为一种速缓兼备的有机复合肥，适用于不同的农作物生产，形成了很好的物质与能源生态循环系统，养猪场沼气工程建设在我国已有很好的经验和成功模式。1  粪污水处理技术与模式目前我国养猪场的污水处理技术沼气工程建设形成了2种模式：一是能源环保模式，其特点是猪粪污水在经厌氧消化处理后，必须再经过适当的好氧处理，如曝气、物化处理等，使其达到国家规定的相关环保排放标准。二是能源生态模式，其特点是猪粪污水在经厌氧消化处理后，排灌到农田、鱼塘或水生植物塘，经过多层次的资源化利用，既为无公害农产品生产提供充足的肥源，又实现了粪污的“零排放”，这2种处理模式根据养猪场的清粪工艺和周边环境以及土地的承载力等情况，合理地进行技术组合和利用。标准化养猪场沼气工程项目建设主要包括以下关键技术内容：一是粪污的前处理系统，二是厌氧消化系统，三是好氧水处理系统，四是沼气利用系统，五是沼渣生产固体有机肥料系统，六是沼液综合利用及商品化液体肥料加工系统。由此形成了以厌氧消化为核心技术，集粪便处理、沼气生产、沼气和沼肥资源化利用为一体的系统工程。该技术集成为标准化示范猪场建设粪污水处理提供了技术保障。2  沼气发酵装置的选择沼气发酵装置是整个沼气工程的核心部件，也是标准化猪场粪污水处理的关键技术。沼气发酵装置类型很多，几乎所有的厌氧发酵工艺在中国都有工程应用。适合于养猪场粪污水应用较多的是USR厌氧消化装置，CSTR厌氧消化装置、UASB厌氧消化装置和HCF厌氧消化装置。2.1  USR厌氧消化装置升流式固体反应器(USR)是一种结构简单、适用于高悬浮固体原料的厌氧消化装置。原料从底部进入消化器内，与消化器里的活性污泥接触，使原料得到快速消化。未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出，这样可以得到比水力滞留期高得多的固体滞留期(SRT)和微生物滞留期(MRT)，从而提高了固体有机物的分解率和消化器的效率。单体池容可达3 000 m3，进料的干物质浓度（TS％）为4%～6%，原料需“预处理”以去除堵塞水泵和管道的较大固形物。2.2  CSTR厌氧消化装置全混式厌氧反应器（CSTR）是在常规厌氧消化装置内安装了搅拌装置。使发酵原料和微生物处于完全混合的状态，其效率比传统常规消化器明显提高。该消化器常采用恒温连续投料或半连续投料运行，适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理。在消化器内，新进入的原料由于搅拌作用很快与消化器内的全部发酵液混合，使发酵底物浓度始终保持相对较低状态。2.3  UASB厌氧消化装置上流式厌氧污泥床（UASB）反应器主体是内装颗粒厌氧污泥的厌氧消化装置，上流式厌氧污泥床的技术关键是三相分离器、布水系统及该装置的运行条件，特别是形成颗粒污泥的工艺条件是确保该反应器高效的关键。废水被均匀的引入反应器底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在污水与污泥颗粒的接触过程中，在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升，在厌氧状态下产生的沼气引起了内部循环，其上部设置专用的气、液、固三相分离器，可使反应器中的厌氧微生物保持高活性及良好的沉淀性能，该装置不适宜高悬浮物液体原料，在处理养猪场污水时，应尽量先进行粪污水的固液分离。2.4  HCF厌氧消化装置HCF是一种塞流、混合及高浓度特点相结合的厌氧发酵装置，内设机械搅拌，以塞流方式向池后端不断推动，HCF厌氧反应器的一端顶部有一个带主题策划FEATURE主题策划FEATURE35 2011年 第3期 SWINE INDUSTRY SCIENCE 猪业科学格栅并与消化池气室相隔离的进料口，在厌氧反应器的另一端，料液以溢液和沉渣形式排出。HCF厌氧工艺发酵料液干物质含量可达8％。表1为常用厌氧消化装置的适用情况。厌氧消化装置的选择对猪场污水的处理目标起到了决定性的作用，所以在选择厌氧消化装置时，要根据猪场污水排放的情况、猪场所需沼气的数量、周边环境与水体和土壤承载力的情况，因地制宜地选取适宜的厌氧消化装置和粪污水处理模式。3  沼气工程利用技术沼气工程的利用包括沼气和沼肥的利用以及污水处理达标排放水的利用。沼气的生产量与厌氧消化浓度、温度等有关，大多数沼气工程采用中温发酵和近中温发酵，并配有预热和加热循环装置以保证厌氧消化过程的温度和产气量稳定,南方地区养猪场也常采用常温厌氧消化，在一定程度上也能解决污水处理的效果和产气量。厌氧消化的水力滞留期与厌氧消化温度有一定的互补作用，一般来讲，厌氧消化温度高，水力滞留期可适当减少，厌氧消化温度低，水力滞留期可适当增加，处理猪粪的沼气工程，水力滞留期可选在10～25 d左右。选择滞留期时，除了考虑温度以外，还应当考虑浓度和污水处理的目的，厌氧消化物料浓度高则适当增加水力滞留期，厌氧消化物料浓度低则适当减少水力滞留期；污水处理最终要达到排放标准目的时则适当增加水力滞留期，以期提高污水的处理效果。综上所述，在标准化猪场粪污水处理的技术上，首先要提出粪污减量化排放，尽量减少污染物的排放量，采用干清粪工艺，选择合适的发酵装置类型和工程建设规模，确定适宜的水力滞留期，厌氧消化料液的浓度和消化温度，保证所建的沼气工程的实用效果最佳。养猪场沼气的利用多为沼气发电和养猪场的猪舍采暖、炊事能源自用，也有部分沼气站向周边集中供气。一个以5 000头存栏育肥猪场粪水为原料、以产气为主的大型沼气工程一天可产600 m3左右的沼气，可用于猪场的生活用能、供热、猪舍保温、烧锅炉等多种用途。若经过管网集中输配，可供500～600户居民1 d的生活用气。如果利用沼气进行发电，通常采用热电联产技术，即用输出的电能满足场区自身及周边居民的用电，同时对发电机废热进行有效回收用于沼气生产原料的增温。沼气的生产基本上是连续的，而沼气的使用通常是间歇的，为保证各用气点正常供气，因此标准化养猪场所建的沼气工程必须有配套的储气装置。各类储气装置特点见表2，储气容积按产气量的50%～60%计算；民用、发电或烧锅炉各一半时，按产气量的40%计算。沼气发酵后的料液不能直接排放，否则会导致二次污染，必须经过后处理加以资源化利用。沼气发酵料液作为有机肥应根据当地土壤状况和种植施肥情况应用于养鱼、果树、种花、蔬菜和大田种植业。如果要实现污水处理后的达标排放，则需另外增加好氧水处理的工艺，可采用好氧间歇曝气（SBR）工艺或人工湿地、氧化塘等多种简易经济的处理方法。另外，根据需要还可以配套建设有机肥料厂。固体粪便经过发酵处理、养分调配、干燥制粒、包装等过程，制成高效有机复混肥或专用有机肥。养猪场的沼气建设多是政府补贴给单位修建，尚未形成市场化运作，其建设规模和发酵料液的浓度都受到了限制。虽我国厌氧发酵技术与国外技术保持一致，设备和控制系统还存在一定的差距，能量高效转化技术有待于进一步提高。4  国内沼气工程技术发展和应用近年来养猪场沼气工程建设发展很快，沼气的发电技术已经成熟。另外，通过输配管网向居民集中供气，替代天然气或液化气用于炊用，也受到了用户的欢迎。沼气作为车用燃料的技术也正在推广应用中，甲烷占沼气总体积60%～70%，通过PSA分子筛变压吸附法或化学法对沼气进行提纯净化，去除其中大部分CO2和S,完全可以达到国家车用天然气标准，替代天然气供车用，是一种优质的可再生车用能源。如半径在300 km内有天然气加气站，可将其作为沼气的重要市场需求考虑。沼肥的利用得到了广泛的重视，这对于沼气工程的经济效益提高和生态循环效益都至关重要，沼气工程建设的能源生态模式和能源环保模式都取得了很装置类型适宜养殖场类型适宜消化浓度备注USR猪场、鸡场、牛场≤6无机械搅拌、可增加水力搅拌CSTR猪场、鸡场、牛场6～8有机械搅拌UASB猪场≤2无机械搅拌HCF牛场、猪场6～8有机械搅拌储气方式特点湿式储存压力稳定，运行安全费用低，但冬天易结冰干式低压储存储气不受温度影响，但有电耗，需有备用电源干式高压储存储气不受温度影响，储气容积小；但有电耗，运行费用高，每年需安检                       表1  常用厌氧消化装置的适用性                 % 表2  各类沼气储存装置特点(下转38页)主题策划FEATURE38猪业科学 SWINE INDUSTRY SCIENCE 2011年 第3期标准化规模猪场高效日粮配制策略赵克斌（中国农科院北京畜牧兽医研究所，北京  100094）改革开放以来，中国的养猪业逐渐由以散养和小规模饲养为主的模式向规模化、集约化方式转变。我国养猪生产趋势与全世界是一致的，即猪场的规模越来越大，猪场的数目越来越少。过去散养和小规模养猪那种粗放的饲养方式越来越不适应新的形势。目前，养猪市场的竞争日趋激烈，养猪企业不能忍受粗放的饲养方式。精细化饲养可降低养猪成本，提高养猪效益，特别在大规模养猪企业，精细化饲养的优势更加明显。随着中国养猪业不断的规模化、集约化，大型化，精细化饲养成为可能，精细化饲养日趋重要。由于篇幅的限制，本文主要讨论规模化猪场根据所养猪的品种、遗传潜力及饲料、饲养环境进行日粮营养的调配的策略。1  根据所饲养的猪瘦肉生长潜力，配制日粮营养我国规模化猪场饲养的商品猪主要是杜长大、杜大长杂交组合，但也有利用中国品种的杂交组合。即使完全外来品种的繁育体系，所饲养的猪瘦肉的生长潜力可能相差很大。我国养猪企业所饲养的猪，从瘦肉生长潜力非常高的现代高度选育品种，到瘦肉生长潜力非常低的地方品种都有。对于高度选育的瘦肉生长潜力猪种，必须配制与之相适应的高蛋白、高氨基酸水平日粮，否则就限制瘦肉生长潜力的发挥。而如果养猪企业饲养的猪种瘦肉生长潜力一般，就没有必要配制高蛋白、高氨基酸日粮，否则造成浪费。如果养猪企业饲养的是中国地方品种，依然采用瘦肉型猪的饲养标准配制日粮，可能结果适得其反。最近美国养猪技术示范中心（2010）将美国的商品猪根据瘦肉生长潜力，划分为高瘦肉率生长潜力猪群（生长育肥期每天生长无脂瘦肉大于363 g）、中瘦肉生长潜力猪群（生长育肥期每天生长无脂瘦肉295～363 g）、低瘦肉生长潜力猪群（生长育肥期每天生长无脂瘦肉低于295 g），并分别制定饲养标准。表1为以代谢能为基础表示的不同瘦肉生长潜力商品猪的日粮赖氨酸推荐标准(g/Mj )。我国饲养的商品猪群，不同猪场的猪群的瘦肉生长潜力相差更大。因此，在为猪群配制日粮之前，一定要充分了解和估计猪群的瘦肉生长潜力、瘦肉率等基本指标。根据所饲养的猪群的瘦肉体重/kg20～4141～6161～8282～102102～123性别阉公小母阉公小母阉公小母阉公小母阉公小母高瘦肉生长潜力（无脂瘦肉沉积﹥363 g/d）0.880.880.760.790.660.720.590.640.520.56中等瘦肉生长潜力（无脂瘦肉沉积295～363 g/d）0.760.760.660.680.590.630.510.560.460.49低瘦肉生长潜力（无脂瘦肉沉积﹤295 g/d）0.620.620.560.590.500.540.440.490.380.42表1  以代谢能为基础表示的不同瘦肉生长潜力商品猪的日粮赖氨酸推荐标准(g/Mj )注：摘自USPorkCenterofExcellence，2010。好的效果。但也存在着处理模式选择不当，