對紅泥膜沼氣池豬尿降解工程工藝應用及減排效果的研究

肖和良

（湖南省洞口縣畜牧水產(chǎn)局，湖南邵陽 422300）

1 豬尿降解工藝應用研究的背景

豬糞便在經(jīng)過固液分離機分離后，固體部分可通過兩種渠道生產(chǎn)有機肥，一種是灌裝成袋用車直接運輸?shù)教锏兀瑵a肥后施肥；一種是發(fā)酵后做成有機復合肥，再運輸?shù)教锏厥┓省?/p>

但液體部分的豬尿處理起來有難度，即使豬尿進入沼氣池生產(chǎn)沼氣利用，但沼液依然有污染，還需還田處理，目前處理方式有兩種：一種是用灌裝車運輸?shù)教锏貙嵤┕喔龋疤崾翘锏赜写罅繖C耕路，可供通車才行；一種是從豬場到田地，修建灌溉渠道或PVC管道。這兩種方式都需要投入大量人力、物力，豬尿處理成本費用較高。

豬尿污染物屬高濃度有機廢水，其中pH、懸浮物（SS）、氨氮 （NH3-N）、總磷 （TP） 和化學耗氧量（COD）值均較高。降解豬尿或沼液其中的污染物，實現(xiàn)達標排放或安全回用，是糞污處理環(huán)保工程實踐中需要認真探討的問題。筆者所在的湖南省洞口縣在糞污減排方面做了大量工作，也投入了較多財政資金[1-3]，曾制訂了《洞口縣畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖場糞污排放達標規(guī)范》和《洞口縣豬糞尿減排與資源化利用模式評估指標》等技術(shù)規(guī)范和指標體系，但在實踐中并未達到滿意的效果。

筆者于2019年8—9月考察了湖南省洞口縣、新邵縣部分規(guī)模豬場以及洞口縣生活污水處理廠，通過比較生活污水處理的原理和技術(shù)，希望對豬尿水的處理有所借鑒。其實豬尿水和生活污水處理一樣都要經(jīng)過厭氧、好氧、微生物以及物理方法的處理。

如今城鎮(zhèn)的生活廁所一般都設(shè)有化糞池，人的糞尿經(jīng)過了較長時間的化糞厭氧處理后，污染物得到一定的降解，比直排的豬尿水污染物要少很多。王紅燕等[4]等通過對蘭州市某居民區(qū)化糞池的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)生活污水經(jīng)化糞池處理后，CODCr、BOD5、總氮、總磷、動植物油濃度均有降低，年平均去除率分別達到83.6%、51.1%、64.3%、68.2%、75.6%。

楊愛華等[5]研究了物化法和生化法處理規(guī)模化豬場的糞污水工藝。其中污水中氮的去除由氨化反應—硝化反應—反硝化反應共同完成，其工藝原理如下：①氨化反應。在好氧條件下，氨化菌將污水中有機氮化合物分解轉(zhuǎn)化成NH3-N，以氨基酸為例，其反應式為：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3；②硝化反應。在好氧條件下，硝化菌將NH3進一步氧化為和其反應式為：③反硝化反應。在厭氧（兼氧）條件下，反硝化菌將NOX-N少部分同化為菌體自身的有機氮化合物，大部分（70%～75%）異化（還原）為氣態(tài)氮N2，其反應式為：2H2O+OH-。

王海芹等[6]以厭氧一好氧聯(lián)合處理技術(shù)為核心，采用生物一生態(tài)復合處理方法，探究了規(guī)?；i場養(yǎng)殖廢水的深度處理技術(shù)。其工藝流程如下：養(yǎng)殖廢水經(jīng)排污管道至化糞池→調(diào)節(jié)池→泵→氣浮設(shè)備系統(tǒng)→水解酸化池→A/O生化池→沉淀池→中間水箱→泵→生物濾池→清水箱。其中生物濾池為曝氣生物濾池，在池內(nèi)設(shè)置填料，通過人為供氧，使填料上生長大量微生物，廢水與填料上微生物充分接觸，微生物吸附有機物（污染物），廢水得到深度凈化后流入清水箱。

就曝氣生物濾池填料的選擇，有研究者比較分析了天然斜發(fā)沸石、頁巖陶粒、石灰?guī)r碎石、牡蠣殼、貝殼、活性炭、建筑陶粒、工程陶粒等8種填料處理污水的效果[7-10]，各地對填料可就地取材，加以利用，如洞口縣生活污水處理廠采用石灰?guī)r碎石作為曝氣生物濾池填料。

2 紅泥膜沼氣池豬尿降解工程工藝以及應用

本文以湖南省新邵縣坪上鎮(zhèn)筱桂村顏復偉養(yǎng)殖場（年出欄1 000頭豬）為例，介紹了紅泥膜沼氣池豬尿降解工程工藝以及應用。紅泥膜沼氣池豬尿降解工程工藝流程為：尿水預處理→預處理暫存池→紅泥塑料膜沼氣池→好氧池→凈化池→氧化塘（或魚塘、人工濕地）→達標排放。具體如下：

⑴尿水預處理。豬場進行干清糞和雨污分離處理，夏季也不用水沖洗豬欄降溫，從源頭上對糞污減量化，盡量降低尿水處理量，以提高尿水降解工藝的減排效果。對顏復偉養(yǎng)殖場預處理的尿水（也叫直排尿水，沒有經(jīng)過環(huán)保工程處理的尿水）送樣檢測，COD、生化需氧量（BOD）、SS、NH3-N含量分別為15 633 mg/L、5 809 mg/L、6 176 mg/L、1 089 mg/L，pH值為11.1。

⑵尿水進入預處理暫存池。預處理暫存池為60 m3小型沉淀池。2天用固液分離機對預處理暫存池尿水分離1次，把糞渣分離出來，把分離后的尿水抽入紅泥膜沼氣池。

⑶進入紅泥膜沼氣池。紅泥塑料膜沼氣池是厭氧池，體積為288 m3（12 m×8 m×3 m）。紅泥塑料膜是1個密封的大型袋子，將這個大型的紅泥塑料膜安裝在開放性沼氣池里面，把尿水抽入紅泥塑料膜袋子里，尿水充滿時只在池子平面上，當產(chǎn)生沼氣時，紅泥塑料膜袋子充滿后，紅泥塑料膜可高出池子平面80～100 cm，高出的部分充滿了大量的沼氣。見圖1。

圖1 充滿沼氣的紅泥膜沼氣池塑料膜外表

通過加藥箱，將少量益生菌加入紅泥膜沼氣池。每周加藥1次，每次0.5 kg。污水儲存在紅泥膜沼氣池一般20天，經(jīng)沼氣池密封厭氧后，沼液中的部分有害物質(zhì)被降解、殺滅。

紅泥膜外表與空氣接觸，吸熱性好，可充分利用太陽能，提高池內(nèi)發(fā)酵溫度。特別是在冬季沼氣池溫度較低時，如果是常規(guī)沼氣池（埋在地下的），需要太陽能發(fā)電充溫才能產(chǎn)生沼氣，而這種紅泥膜沼氣池則不需要，冬季也能自然升溫。所以紅泥膜沼氣池能多產(chǎn)沼氣，較常規(guī)沼氣池夏季多產(chǎn)1～2倍，較常規(guī)沼氣池冬季多產(chǎn)3倍。紅泥膜沼氣池多產(chǎn)的沼氣，能把氨氮降解率提高25%～30%。紅泥膜沼氣袋是應用復合膜、膜加高強產(chǎn)業(yè)聚酯纖維應用貼合的制造工藝加工而成的，具有密封性好、強度高、重量輕、大跨度，耐溫、耐腐、阻燃、抗老化的材料優(yōu)點，能抗氧化和太陽暴曬，在無外力破壞下，紅泥膜沼氣袋的使用壽命在20年以上。

⑷進入好氧池。好氧處理池由4個池組成，每個池4 m×3 m×3 m=36 m3。添加氧化劑，每天加入2～3次，每次0.5 kg。并用加氧機充氣，每天4次，每次20分鐘，設(shè)置自動開機加氧充氣。見圖2。

⑸進入凈化池。經(jīng)過2個2級凈化池，每個池8 m×3 m×3 m=72 m3，再排出的水比較清亮，用鼻子聞，基本沒有糞尿的異味，此時將抽檢的廢水樣品送檢，計算污染物平均降解率為85.46%，見表1。

降解率計算公式如下：降解率（%）=[（直排檢測值-凈化池后檢測值）÷( -直排檢測值 達標排放要求值)]×100%

⑹進入氧化池。將經(jīng)過凈化池的廢水，放入5畝以上的氧化池里，氧化池中種上浮萍，能降解環(huán)保工程后部分廢水中污染物。此時排出的池水更加清亮，池水抽樣污染物平均降解率達92.32%，較環(huán)保工程后降解率85.46%提高6.86個百分點，達到減排90%的標準，見表2。

表1 養(yǎng)殖場尿水經(jīng)凈化池后水質(zhì)檢測結(jié)果

表2 養(yǎng)殖場尿水經(jīng)氧化池后水質(zhì)檢測結(jié)果

也可用魚塘或人工濕地代替氧化塘。代替的魚塘面積要大10畝以上，還可以養(yǎng)魚，人工濕地要20畝以上，才能達到后期處理（氧化塘）廢水降解的效果。

圖2 好氧池加氧機加氧充氣時廢水翻滾的白沫狀況

以上設(shè)計規(guī)格的環(huán)保工程，各類處理池體積636 m3（不含氧化池），投入資金28萬元左右，約占豬場建設(shè)資金的15%，能實現(xiàn)年出欄1 000頭豬規(guī)模場的尿水達標排放。

工程設(shè)備包括紅泥膜袋子（根據(jù)規(guī)模場大小，袋子設(shè)計可大可?。?、加藥箱、加氧機、沼氣恒溫加壓處理設(shè)備和沼氣輸送管道、小型沼氣鍋爐等設(shè)備，以及益生菌和加氧劑。

利用紅泥膜沼氣池產(chǎn)生較多的沼氣，通過沼氣鍋爐，讓沼氣充分燃燒，生產(chǎn)熱水，然后架設(shè)熱水管對豬場冬季供暖。供暖方式兩種：一種是地暖，把熱水管埋在地板里；一種是舍內(nèi)供暖，把熱水管道安裝在豬欄空間里，離地面2.2 m高以上，左右各1條熱水管道。

紅泥膜沼氣袋不僅是發(fā)酵車間，又是臨時儲氣車間。如果產(chǎn)量相當大時，還可以集中儲存后進行發(fā)電，實現(xiàn)經(jīng)濟的多重收入。

綜上所述，紅泥膜沼氣池豬尿降解工程工藝可行，污水排放達標，投入資金比例合適，產(chǎn)沼氣量大，沼氣發(fā)電、供暖等資源化利用率高，經(jīng)濟實用。

3 討論

3.1 使用紅泥膜沼氣池注意事項

注意紅泥膜沼氣池的氣壓，及時排出沼氣，防止紅泥膜暴破事故的發(fā)生。建議設(shè)置一套沼氣排出自動化裝備，如在紅泥膜袋子里設(shè)置沼氣氣壓計和設(shè)計氣壓臨界值，并在氣壓臨界值時自動排出沼氣。

3.2 對大型規(guī)模場使用紅泥膜沼氣池工程建議

經(jīng)調(diào)查，3 000頭以上規(guī)模場使用紅泥膜沼氣池工程，豬尿水污染物降解率在73%～85%，未達到污水排放標準?？赡苡捎陔S著養(yǎng)殖規(guī)模增大，污染物排放量相應增加，不能簡單根據(jù)養(yǎng)殖規(guī)模成幾何倍數(shù)增加排污設(shè)施，如2 000頭規(guī)模場在1 000頭規(guī)模場設(shè)施基礎(chǔ)上增加2倍容積，即處理池636 m3×2，或3 000頭規(guī)模場紅泥膜沼氣池容積為636 m3×3如此簡單處理，而應參考城鎮(zhèn)生活污水處理廠污水處理工藝，增加曝氣生物濾池和填料（牡蠣殼、貝殼、天然斜發(fā)沸石、頁巖陶粒、石灰?guī)r碎石、活性炭、建筑陶粒、工程陶粒）等環(huán)保設(shè)施和工藝，則能提高豬尿水污染物降解率。

曝氣生物濾池法是一種集物理過濾、化學吸附和生物氧化為一體的新型生物污水處理技術(shù)[11,12]，凡大型污水處理工程，包括化工廠污水處理都要進行重要的曝氣生物濾池處理工藝。建議大型豬場（3 000頭以上）紅泥膜沼氣池豬尿降解工程工藝設(shè)計為：尿水預處理→預處理暫存池→紅泥塑料膜沼氣池→好氧池→凈化池→曝氣生物濾池（填料）→氧化塘（或魚塘、人工濕地）→達標排放。

3.3 對冬季紅泥膜沼氣池工程污水處理效果的觀察

本文呈現(xiàn)的是夏季豬尿水檢測結(jié)果，因冬季紅泥膜沼氣池溫度降低，厭氧微生物活性降低，產(chǎn)沼氣減少，相對氨氮降解率降低。必須觀察冬季污水污染物降解率，采取沼氣池供熱等措施，保證豬尿減排效果。

3.4 對豬尿水預處理好，是紅泥膜沼氣池豬尿降解工程工藝減排成功的前提

前文提到紅泥膜沼氣池豬尿降解工程工藝第一步是對豬場進行干清糞和雨污分離處理，豬尿水預處理非常重要。筆者曾進行了豬場干清糞工藝節(jié)水試驗和生豬料槽飼喂器管理飼養(yǎng)試驗[13,14]，劉小元[15]對精準飼養(yǎng)方式及畜禽糞污減量化路徑進行了研究，提出精準飼養(yǎng)方式即采取科學飼料配方，調(diào)控氮和磷排泄量，控制高銅、高鋅飼料，實施精準飼喂管理、適時出欄模式，改傳統(tǒng)的夏季沖水降溫模式為風扇、空調(diào)等夏季控溫技術(shù)模式，改水泡糞工藝為干清糞工藝，節(jié)約用料用水，從源頭上控制糞污及有害成分的產(chǎn)生量，讓糞污減量排放。因此實行生豬精準飼養(yǎng)和豬場干清糞和雨污分離處理等糞污減量化處理，是紅泥膜沼氣池豬尿降解工程工藝減排成功的前提。

4 結(jié)論

紅泥塑料膜屬新型環(huán)保材料，用紅泥塑料膜沼氣池代替常規(guī)沼氣池（地下），能有效提高沼氣池內(nèi)溫度和微生物活性，提高沼氣池產(chǎn)氣量，尤其是冬季產(chǎn)氣量理論上可提高近3倍，氨氮降解率提高近1/3?？傮w來說，工藝可行，污水排放達標，投入資金比例合適，產(chǎn)沼氣量大，沼氣發(fā)電、供暖等資源化利用率高，經(jīng)濟實用，可以大力宣傳和推廣。

但由于新型紅泥膜沼氣工程項目2019年才進入湖南邵陽地區(qū)，還處于試驗試點階段，沒有大面積推廣，對污染物降解率，特別是在冬季的處理效率，其去污功能、穩(wěn)定性、安全性有待進一步考證。據(jù)調(diào)查，3 000頭以上大型養(yǎng)豬場污染物降解率還未達到90%，建議增加曝氣生物濾池和填料等環(huán)保設(shè)施和工藝，結(jié)論有待進一步試驗和實踐。