規(guī)?；i場(chǎng)廢棄物循環(huán)利用模式及關(guān)鍵技術(shù)探討

董雪云，陶　敬，張　潔*，閆曉明*，陸　鈺，鄭露露，何成芳，朱鴻杰

（1.合肥學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，安徽 合肥 230031）

規(guī)模化豬場(chǎng)廢棄物循環(huán)利用模式及關(guān)鍵技術(shù)探討

董雪云1，陶敬2，張潔1*，閆曉明2*，陸鈺2，鄭露露1，何成芳2，朱鴻杰2

（1.合肥學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，安徽 合肥 230031）

應(yīng)用沼氣 （厭氧）+A/O處理+三級(jí)氧化塘/農(nóng)田消納模式對(duì)規(guī)?；i場(chǎng)糞污進(jìn)行處理。該處理模式由4個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，包括廢棄物排放控制系統(tǒng)、沼氣回收利用系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、物質(zhì)循環(huán)利用系統(tǒng)。廢棄物排放控制系統(tǒng)通過水泡糞工藝使養(yǎng)豬場(chǎng)污水日排放量減少70%，沼氣回收利用系統(tǒng)通過全混式厭氧反應(yīng)器對(duì)糞污中溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)生清潔能源沼氣，污水處理系統(tǒng)由A/O池和三級(jí)氧化塘處理實(shí)現(xiàn)污水無(wú)害化，物質(zhì)循環(huán)利用系統(tǒng)充分利用豬場(chǎng)糞渣、沼渣和沼液。年出欄10萬(wàn)頭規(guī)?；i場(chǎng)應(yīng)用該模式，運(yùn)行結(jié)果表明，該模式能夠解決規(guī)?；i場(chǎng)區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生的廢棄物再利用問題，避免糞污排放造成環(huán)境污染，有望為規(guī)?；i場(chǎng)建立一種實(shí)用生態(tài)型技術(shù)模式。

規(guī)?；i場(chǎng)；廢棄物；循環(huán)利用

文獻(xiàn)著錄格式：董雪云，陶敬，張潔，等.規(guī)?；i場(chǎng)廢棄物循環(huán)利用模式及關(guān)鍵技術(shù)探討 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，56（12）：2071-2074.

根據(jù)2014年國(guó)家統(tǒng)計(jì)公報(bào)，2013年全國(guó)生豬出欄71 557萬(wàn)頭，年底存欄47 411萬(wàn)頭［1］。根據(jù)中國(guó)種豬信息網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2013年全年進(jìn)口種豬17 656頭，2014年6月末，存欄42 895萬(wàn)頭。據(jù)估算，2011年我國(guó)僅豬飼養(yǎng)產(chǎn)生的COD（化學(xué)耗氧量）、氮、氨氮及磷排量分別達(dá)到2 382.1萬(wàn)t，244.8萬(wàn)t，119.1萬(wàn)t和37.1萬(wàn)t［2］。每年產(chǎn)生大量畜禽糞污，不妥善處置會(huì)造成土壤、水質(zhì)及空氣等生態(tài)環(huán)境污染，并對(duì)動(dòng)物和人類健康構(gòu)成威脅。目前，針對(duì)豬糞處理技術(shù)主要有厭氧消化、好氧處理、生物膜處理、汽提法等［3-4］。其中，厭氧消化產(chǎn)沼氣是一種可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)，也是國(guó)家能源局 “十三五”規(guī)劃中的內(nèi)容之一。

本項(xiàng)目依據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的4R原則，即減量化（reduce）、無(wú)害化（recycle）、資源化（reuse）和生態(tài)化 （rep lace）。通過關(guān)鍵技術(shù)研究，構(gòu)建存欄兩萬(wàn)頭的規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)糞污循環(huán)利用模式，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)分析總結(jié)，以期為推進(jìn)規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)的可持續(xù)循環(huán)發(fā)展提供參考。

1　規(guī)?；N豬養(yǎng)殖場(chǎng)基本概況

項(xiàng)目實(shí)施地點(diǎn)位于滁州市鳳陽(yáng)縣小崗村，地理?xiàng)l件優(yōu)越，自然資源豐富，年平均氣溫15℃，日照2 248 h，年降雨量800～1 000 mm，無(wú)霜期210 d，氣候溫和，雨量適中，四季分明，適合動(dòng)植物生長(zhǎng)、繁育。

項(xiàng)目實(shí)施的主體是小崗寶迪種豬科技有限公司，公司養(yǎng)殖基地占地60 hm2，年存欄種豬20 016頭，年出欄10萬(wàn)頭左右，日排放糞污約392.06 t（表1），養(yǎng)殖基地周邊有配套農(nóng)田530 hm2。COD 為13 000～20 000 mg.L-1，BOD（生化需氧量）為6 500～10 000 mg.L-1，NH3-N為848～1 000 mg. L-1，SS（懸浮物）為15 000～25 000 mg.L-1，pH值7.0～8.0。

表1　種豬養(yǎng)豬場(chǎng)日排污量基本狀況

2　糞污處理利用循環(huán)模式

目前，規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理模式基本可分為3種：沼氣 （厭氧）-還田模式；沼氣 （厭氧）-自然處理模式；沼氣 （厭氧）-好氧處理模式等［5］。沼氣 （厭氧）-還田模式資源化程度高，但需要大量農(nóng)田消納糞污；沼氣 （厭氧）-自然處理模式運(yùn)行管理費(fèi)用低，但土地占用量大，處理效果易受季節(jié)溫度影響；沼氣 （厭氧）-好氧處理模式占地較小，但運(yùn)行費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)用高，不適合小規(guī)模豬場(chǎng)。

該項(xiàng)目研究主體養(yǎng)豬場(chǎng)規(guī)模比較大，且周圍土地十分緊缺，采用CSTR（全混式厭氧）沼氣+ A/O處理 +三級(jí)氧化塘/農(nóng)田消納處理模式 （圖1）。該模式是在上述3種處理模式的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身所處自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)條件以及豬場(chǎng)規(guī)模等，對(duì)糞污處理模式做出的適當(dāng)調(diào)整，將其效益發(fā)揮到最大。其中，沼氣厭氧處理是核心，農(nóng)田消納是沼氣厭氧處理的輔助措施。這種模式工藝可分為4個(gè)系統(tǒng)：廢棄物排放控制系統(tǒng)、沼氣回收利用系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、物質(zhì)循環(huán)利用系統(tǒng)。采用多級(jí)廢水處理系統(tǒng)其首要目的是利用有效的技術(shù)去除主要污染物，并減少成本 （資本和運(yùn)營(yíng)成本），同時(shí)保持其運(yùn)行能力使水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖1　廢棄物處理與循環(huán)利用模式工藝

3　廢棄物處理利用關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用效果

3.1廢棄物排放控制及處理效果

3.1.1廢棄物排放控制

規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)為降低能耗、減少勞動(dòng)力、節(jié)約用水，常采用水泡糞清糞工藝。水泡糞工藝在國(guó)外已大范圍使用多年，其工藝是很成熟的。尤其像歐美等國(guó)家，水泡糞是普遍使用的家畜養(yǎng)殖廢棄物收集方法［6］。圖2為養(yǎng)殖場(chǎng)常用的水泡糞工藝流程。

圖2　水泡糞的工藝流程

水泡糞工藝中糞尿及水在養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)停留1個(gè)月左右，養(yǎng)殖場(chǎng)嚴(yán)格控制沖洗用水量，污水日排放量相對(duì)于水沖糞工藝減少約70%，工藝簡(jiǎn)單，不受氣候變化影響，但其產(chǎn)生大量的惡臭氣體如NH3，H2S，SO2等［7］。為保障人和豬的健康生活，該豬場(chǎng)在水泡糞池中加入了生物除臭菌劑，硫化氫和氨氣濃度分別降低了83.3%和76.1%，除臭效果明顯，達(dá)到 《畜禽場(chǎng)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（NY/T 388—1999）規(guī)定。

此外，規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)其糞便污水排放量大，水量集中，且污染物濃度高。為了減少污水處理水的停留時(shí)間，降低工程投資，大都采用固液分離和沉淀等前處理技術(shù)［8］。

3.1.2廢棄物排放控制處理效果

養(yǎng)豬場(chǎng)糞污經(jīng)水泡糞和固液分離后水質(zhì)特征如表2所示。

表2　養(yǎng)豬場(chǎng)糞污水泡糞及固液分離后水質(zhì)特征

3.2沼氣厭氧發(fā)酵及沼氣利用效果

3.2.1沼氣厭氧發(fā)酵

沼氣厭氧發(fā)酵是規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)糞污資源化及減量化處理的首選工藝，也是養(yǎng)殖場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的根本。沼氣厭氧發(fā)酵是在無(wú)氧氣和外源能量的條件下，利用厭氧性微生物的代謝特性，分解有機(jī)物同時(shí)產(chǎn)生沼氣的過程。厭氧消化過程主要分為水解、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷3個(gè)階段［9］。本項(xiàng)目采用CSTR反應(yīng)器進(jìn)行沼氣厭氧發(fā)酵研究 （圖 3），CSTR反應(yīng)器具有連續(xù)進(jìn)行沼氣生產(chǎn)、微生物能力強(qiáng)、傳質(zhì)效果好、處理效果和產(chǎn)氣性能較好等特性，并且輸出的沼氣壓力可控制在設(shè)計(jì)的壓力范圍之內(nèi)。此外，其內(nèi)設(shè)有循環(huán)攪拌系統(tǒng)可最大化的進(jìn)行產(chǎn)氣，可避免液面浮渣的結(jié)殼。反應(yīng)器對(duì)COD和SS的去除具有較好的效果。豬場(chǎng)建設(shè)厭氧發(fā)酵池900 m3，反應(yīng)器內(nèi)部溫度38℃左右，進(jìn)料TS濃度7.6%～10.0%，水力停留時(shí)間10～20 d，pH 值6.5～7.5，反應(yīng)器對(duì)COD去除率80%～90%，SS去除率平均為70%，對(duì)氨氮和磷均有一定的去除效果。日產(chǎn)沼氣600～950 m3，平均800 m3，日產(chǎn)沼液約390 m3，日產(chǎn)沼渣約5 t，年產(chǎn)沼氣21.9 萬(wàn)m3。

圖3　沼氣厭氧發(fā)酵的工藝流程

3.2.2沼氣利用效果

豬糞水通過沼氣厭氧發(fā)酵處理，經(jīng)脫硫等凈化后，甲烷含量一般占65%～80%，含25 825～31 785 k J.m-3的熱能，是良好的清潔能源。年產(chǎn)沼氣21.9萬(wàn)m3，年可發(fā)電約32.85萬(wàn)kW.h，這些沼氣首先滿足全場(chǎng)70多名職工生活用氣，平均日消耗沼氣150 m3，年用沼氣約5萬(wàn)m3，剩余沼氣用于發(fā)電，供應(yīng)豬場(chǎng)及周邊農(nóng)戶使用。既避免了利用不完的沼氣直接排放影響大氣環(huán)境質(zhì)量，又為豬場(chǎng)節(jié)約電費(fèi)。

3.3污水處理工藝及處理效果

3.3.1污水處理工藝

污水處理采用A/O工藝，日處理量390 m3左右。污水在A/O池中進(jìn)行缺氧好氧反應(yīng)，利用池中好氧微生物的代謝作用將大量的有機(jī)污染物和氨氮去除，從而使廢水得到凈化［10］。

另外，該豬場(chǎng)配有26 600 m3的三級(jí)氧化塘，氧化塘具有處理成本低，操作管理容易，不僅能取得良好的BOD去除效果，還可以有效地去除氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及病原菌［11］。氧化塘深約2 m，水力停留時(shí)間30 d，塘中配有浮游植物等，A/O處理后的污水營(yíng)養(yǎng)豐富，可以培養(yǎng)大量的浮游生物，水體在氧化塘中可達(dá)到自凈作用，促使污水達(dá)到進(jìn)一步的凈化作用，最終可達(dá)標(biāo)回用。

3.3.2污水處理效果

該項(xiàng)目養(yǎng)豬場(chǎng)糞污A/O及三級(jí)氧化塘處理廢水的運(yùn)行效果見表3。出水COD，BOD，NH3-N，SS，磷分別低于400 mg.L-1，150 mg.L-1，80 mg.L-1，200 mg.L-1，8.0 mg.L-1，達(dá)到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18596—2001）和農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) （GB 5084—2005）。

表3　養(yǎng)豬場(chǎng)糞污A/O池及三級(jí)氧化塘處理水質(zhì)特征

3.4物質(zhì)循環(huán)利用

產(chǎn)生的廢棄物包括水泡糞沉淀后收集的糞渣、沼氣發(fā)酵產(chǎn)生的沼渣、沼液等，其資源特性見表4。沉淀收集的糞渣有機(jī)質(zhì)含量為 68.1%，氮、磷、鉀含量分別達(dá)4.21%，2.43%，0.61%，是良好的農(nóng)業(yè)肥料資源。但由于含水率較高（89.0%），含揮發(fā)性惡臭物質(zhì) （MVOCs），運(yùn)輸難度大，并且直接利用會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。故本項(xiàng)目針對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)固體廢棄物資源化利用方面采用的是生態(tài)有機(jī)肥堆肥技術(shù)。

表4　養(yǎng)豬場(chǎng)糞污及多級(jí)處理后的資源特性

3.4.1有機(jī)肥堆肥工藝

采用槽式發(fā)酵、高溫堆肥，自走式翻堆機(jī)進(jìn)行由出口端向入口端定量、定時(shí)地翻堆。在翻堆過程中完成預(yù)處理、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵和后續(xù)處理。發(fā)酵時(shí)間7～15 d，每天進(jìn)料量約30 t，進(jìn)料含水率60%～85%，日出料量10～15 t，出料含水率18%，最高發(fā)酵溫度70℃，翻堆次數(shù)1～2次，碳氮比20∶1～35∶1。加入秸稈等生物質(zhì)進(jìn)行聯(lián)合堆肥，保證每天產(chǎn)生的豬糞渣及沼渣可以得到及時(shí)有效地資源化再利用，避免堆置期間對(duì)土壤、水體、空氣造成二次污染。同時(shí)，生產(chǎn)的有機(jī)肥產(chǎn)品質(zhì)量均能滿足 《糞便無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) GB 7959—1987》和 《有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)NY 525—2002》。

3.4.2豬糞、沼渣利用

豬糞及沼渣可用于食用菌栽培原料［12］，但該項(xiàng)目目前僅用于有機(jī)肥生產(chǎn)，出售給周邊的村民。年產(chǎn)有機(jī)肥約4 000 t，銷售價(jià)格500元.t-1，年收益約200萬(wàn)元。

3.4.3沼液利用

豬糞污水經(jīng)厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液和沼渣，通過分析表明，本豬場(chǎng)沼液中氮的平均濃度為448 mg.L-1；磷的平均濃度為608.7 mg.L-1；鉀的平均濃度為706.2 mg.L-1，COD含量為2 012 mg.L-1，pH值為7.65。沼液中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量分別達(dá)0.05%，0.06%和0.07%，沼液是很好的液體肥料。許多學(xué)者研究認(rèn)為，農(nóng)作物使用適量沼液澆灌不僅不會(huì)影響作物產(chǎn)量，而且可以減少化肥施用量，減輕規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)污水排放的環(huán)境壓力［13-15］。

目前，該豬場(chǎng)在其養(yǎng)殖區(qū)周邊配套稻麥輪作種植區(qū)300 hm2作為沼液消納試點(diǎn)區(qū)，可用于夏季沼液過剩無(wú)法處理時(shí)進(jìn)行土地消納，符合自然生態(tài)處理。

4　小結(jié)

本文以安徽小崗寶迪種豬養(yǎng)殖場(chǎng)為研究對(duì)象，在遵循農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)4R原則的基礎(chǔ)上，以低消耗、低排放和高效率為指導(dǎo)理念，開展規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)廢棄物循環(huán)利用模式及關(guān)鍵技術(shù)探究。針對(duì)規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)水泡糞清糞處理工藝，采用CSTR沼氣（厭氧）+A/O處理+三級(jí)氧化塘/農(nóng)田消納處理模式對(duì)規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)糞污進(jìn)行減量化處理及利用。在沼氣厭氧處理工藝中，采用CSTR厭氧發(fā)酵具有良好的環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益，COD去除率80%～90%，SS去除率達(dá)到70%，日產(chǎn)沼氣800 m3；污水處理工藝流程中，在A/O工藝的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)生物氧化塘，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)污水凈化作用，達(dá)到農(nóng)田水質(zhì)灌溉標(biāo)準(zhǔn)；在生態(tài)有機(jī)肥生產(chǎn)工藝中，將區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生的固體有機(jī)廢棄物進(jìn)行堆肥化處理生產(chǎn)，一方面可平衡種植區(qū)超過承載負(fù)荷的有機(jī)肥，另一方面可避免未處理造成一系列環(huán)境污染問題；在沼液利用方面，該項(xiàng)目針對(duì)沼液土壤消納進(jìn)行了考察，符合資源化循環(huán)利用，但是土地如何長(zhǎng)期科學(xué)安全地施用沼液，還有待進(jìn)一步研究。

總之，該處理模式有效地減少了污染物的排放，糞污經(jīng)合理處置后，實(shí)現(xiàn)了廢物的減量化、無(wú)害化、資源化、生態(tài)化，符合清潔生產(chǎn)原則。極大地改善了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，保證農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：盧福莊）

X 713

A

0528-9017（2015）12-2071-04

10.16178/j.issn.0528-9017.20151251

2015-08-11

合肥學(xué)院人才科研基金項(xiàng)目 （14RC04）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題 （2012BAD14B13）

董雪云 （1988-），女，安徽蚌埠人，碩士研究生，研究方向?yàn)楣腆w廢物處理與處置。E-mail：826343435@qq.com。

張 潔。E-mail：bst@hfuu.edu.cn；閆曉明。E-mail：xmyan9@163.com。