糞污中含有多種成分,若未經(jīng)過處理而直接排放,將對環(huán)境造成污染。但是如果經(jīng)過無害化處理后,糞污中的多種成分能轉(zhuǎn)變成植物生長需要的養(yǎng)分,成為有用的資源。糞便和污水中氮、磷等含量與飼料養(yǎng)分代謝有關(guān)、污水量受生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)因素的影響,因此,畜禽糞污處理利用應(yīng)綜合考慮糞污的來源、影響因素、利用價值以及處理成本等,主要基于源頭減排,預(yù)防為主;種養(yǎng)結(jié)合,利用優(yōu)先;因地制宜,合理選擇;全面考慮,統(tǒng)籌兼顧的思路選擇適當(dāng)?shù)奶幚砝梅椒ā?/p>
沼氣工程技術(shù)在豬場糞污處理實踐中主要采取以下模式:
1.沼氣(厭氧)還田模式。又稱農(nóng)牧結(jié)合方式,根據(jù)畜禽糞便污水中養(yǎng)分含量和作物生長的營養(yǎng)需要,將畜禽養(yǎng)殖場產(chǎn)生的廢水和糞便無害化處理后施用于農(nóng)田、果園、菜園、苗木、花卉種植以及牧草地等,實現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合,該方式適用于遠離城市、土地寬廣、周邊有足夠農(nóng)田的養(yǎng)殖場。該技術(shù)模式的工藝流程見圖1。
◎圖1 沼氣還田模式的工藝流程
2.沼氣(厭氧)自然處理模式。采用氧化塘、土地處理系統(tǒng)或人工濕地等自然處理系統(tǒng)對厭氧處理出水進行處理。主要利用氧化塘的藻菌共生體系的好氧分解氧化( 好氧細菌)、厭氧消化( 厭氧細菌) 和光合作用( 藻類和水生植物),土地處理系統(tǒng)的生物、化學(xué)、物理固定與降解作用,以及人工
濕地的植物、微生物作用對厭氧處理出水進行凈化。適用于距城市較遠、土地寬廣、地價較低、有灘涂、荒地、林地或低洼地可作糞污自然生態(tài)處理的地區(qū)。該技術(shù)模式的工藝流程見圖2。
◎圖2 沼氣(厭氧)自然處理模式的工藝流程
3.沼氣(厭氧)達標(biāo)排放模式。即采用工業(yè)化處理污水的模式處理生豬養(yǎng)殖場排放的糞污,該方式的畜禽養(yǎng)殖糞污處理系統(tǒng)由預(yù)處理、厭氧處理(沼氣發(fā)酵)、好氧處理、后處理、污泥處理及沼氣凈化、貯存與利用等部分組成。需要較為復(fù)雜的機械設(shè)備和要求較高的構(gòu)筑物,其設(shè)計、運轉(zhuǎn)均需要具有較高技術(shù)水平的專業(yè)人員來執(zhí)行。適用于地處大城市近郊、經(jīng)濟發(fā)達、土地緊張地區(qū)的規(guī)模豬場糞污處理。采用這種模式的一般為大型規(guī)模養(yǎng)殖場。具體流程如圖3。
◎圖3 沼氣(厭氧)處理達標(biāo)排放模式工藝流程
4.生物質(zhì)能源利用模式。主要是沼氣發(fā)電。將厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電,產(chǎn)生電能和熱能。具體過程是將畜禽養(yǎng)殖場鮮糞集中收集后,通過上料系統(tǒng)投入?yún)捬醴磻?yīng)器。畜禽舍沖洗水匯集到集水池后泵入?yún)捬醴磻?yīng)器的前部,在反應(yīng)器內(nèi)攪拌裝置作用下,形成高濃度的發(fā)酵液。糞污經(jīng)厭氧消化,產(chǎn)生的沼氣進入發(fā)電系統(tǒng)進行發(fā)電。沼渣、沼液經(jīng)平板濾池過濾脫水,分離的沼渣作為有機肥,沼液進入貯存池作為液態(tài)有機肥直接施用于農(nóng)田或處理達標(biāo)后排放。沼氣發(fā)電不僅解決了養(yǎng)殖廢棄物的處理問題,而且產(chǎn)生了大量的熱能和電能,符合能源再循環(huán)利用的環(huán)保理念,具有較好的經(jīng)濟效益。該技術(shù)模式的工藝流程見圖4。
◎圖4 生物質(zhì)能源利用模式工藝流程
堆肥是在人工控制水分、碳氮比和通風(fēng)條件下,通過微生物作用,對固體糞便中的有機物進行降解,使之礦質(zhì)化、腐殖化和無害化的過程。堆肥過程中的高溫不僅可以殺滅糞便中的各種病原微生物和雜草種子,使糞便達到無害化,還能生成可被植物吸收利用的有效養(yǎng)分,具有土壤改良和調(diào)節(jié)作用。堆肥處理具有運行費用低、處理量大、無二次污染等優(yōu)點而被廣泛使用。
堆肥分好氧和厭氧堆肥,好氧堆肥是依靠專性和兼性好氧微生物的作用,使有機物降解的生化過程,好氧堆肥分解速度快、周期短、異味少、有機物分解充分;厭氧堆肥是依靠專性和兼性厭氧微生物的作用,使有機物降解的過程,厭氧堆肥分解速度慢、發(fā)酵周期長、且堆制過程中易產(chǎn)生臭氣,目前,主要采用好氧堆肥。好氧堆肥工藝流程見圖5。
◎圖5 好氧堆肥工藝流程
牛糞含有機質(zhì)14.5%,氮0.30% ~ 0.45%,磷0.15% ~ 0.25%,鉀0.10% ~ 0.15%,是一種能被種植業(yè)用作土壤肥料來源的有價值資源。牛糞的有機質(zhì)和養(yǎng)分含量在各種家畜中最低,質(zhì)地細密,含水較多,分解慢,發(fā)熱量低,屬遲效性肥料。
1.堆肥化。堆肥技術(shù)是牛糞無害化處理和資源化利用的重要途徑。牛糞堆肥化在與其他資源的配合發(fā)酵、發(fā)酵菌劑的優(yōu)選、添加劑、發(fā)酵溫度、濕度、發(fā)酵后的產(chǎn)物特性等方面,進行了較為系統(tǒng)的研究。
2.蚯蚓堆肥化。利用蚯蚓處理畜禽廢棄物是一項古老而新生的生物技術(shù),自20世紀(jì)80年代末,國內(nèi)外很多學(xué)者致力于利用蚯蚓處理垃圾的研究。蚯蚓堆肥處理產(chǎn)物與自然堆制的腐熟牛糞相比較,礦質(zhì)氮和速效鉀要高于腐熟牛糞,但速效磷無明顯差異;微生物量碳氮和酶活性均明顯高于自然腐熟牛糞;細菌、真菌和放線菌的數(shù)目也高于自然腐熟牛糞,但波動較大。
3.催化氧化處理。用催化氧化方法降解牛糞,使其未消化分解的粗纖維、粗蛋白、粗脂肪和腐殖酸類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為水可溶的有機物質(zhì)和氨基酸- 黃腐酸(A-FA)。反應(yīng)在全封閉條件下進行,全過程無廢氣、廢液、廢渣排放。產(chǎn)品中水溶有機物質(zhì)組成包括黃腐酸、氨基酸、其他低分子有機酸和糖類。羧基、酚羥基等活性官能團含量略高于風(fēng)化煤和泥炭黃腐酸,接近于土壤黃腐酸,且該產(chǎn)品具有相當(dāng)高的化學(xué)活性和生物活性。
4.用于水產(chǎn)養(yǎng)殖。由于飼料在牛體內(nèi)被微生物降解程度高,因此,牛糞對水中氧氣的消耗比其他畜禽糞便低。實踐證實,魚塘施牛糞,魚塘缺氧浮頭現(xiàn)象少。牛糞養(yǎng)魚時不需要發(fā)酵,用新鮮糞肥更好。投放次數(shù)和量要根據(jù)天氣、水色、魚類生長和浮頭情況靈活把握。下表(表1)是蘇南魚塘各月施牛糞的比例和每月的次數(shù)。
表1 魚塘各月施放牛糞的情況
糞便資源化利用的方式很多,作為臥床墊料是牛糞利用方法之一,見圖6。
◎圖6 牛糞臥床墊料利用
將奶牛場的糞污經(jīng)固液分離(見圖7),固體牛糞再經(jīng)堆積發(fā)酵或條垛發(fā)酵無害化處理后作為臥床墊料,既解決了牛床墊料的來源問題,也開拓了牛糞的利用渠道,一舉多得。牛糞作為牛床墊料與其他常用墊料相比具有明顯的比較優(yōu)勢。
◎圖7 固液分離機
1.與稻殼、木屑、鋸末、秸稈等墊料材料相比,牛糞不需要從市場購買,不受市場控制。
2.與橡膠墊料比,不僅成本低,且其舒適性、安全性較好。
3.與沙子比,不會造成清糞設(shè)備、固液分離機械、泵和篩分器等嚴(yán)重磨損,在輸送過程中不易堵塞管路,不會沉積于貯液池底部,不需要經(jīng)常清理。
4.與沙土比,牛糞松軟不結(jié)塊,不容易導(dǎo)致奶牛膝蓋、腿部受傷,且有利于后續(xù)的污糞處理。
牛糞作為牛床墊料既衛(wèi)生又安全,具有保障奶牛健康,提高奶牛臥床舒適度,減少肢蹄疾病,易于糞污處理的特點,經(jīng)濟、生態(tài)、社會效益顯著,在美國、加拿大應(yīng)用很普遍。
雞糞是雞場的主要廢棄物。由于雞的消化道短,雞采食的飼料在消化道內(nèi)停留時間比較短,雞消化吸收能力有限,所以雞糞中含有大量未被消化吸收、可被其他動植物所利用的營養(yǎng)成分,如粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、必需氨基酸和大量維生素等。同時,雞糞也是多種病原菌和寄生蟲卵的重要載體,科學(xué)地處理和利用雞糞,不僅可以減少疾病的傳播,還可以變廢為寶,產(chǎn)生較好的社會、生態(tài)和經(jīng)濟效益。
條垛堆肥是將混合好的原料堆垛成行,通過機械設(shè)備進行周期性的翻動堆垛,保證各種原料的充分好氧發(fā)酵,完成堆肥生產(chǎn)。條垛堆肥操作簡便靈活,運行成本低,被廣泛應(yīng)用于雞場糞污處理。
條垛堆肥通常由前處理、一次發(fā)酵(主處理或主發(fā)酵)、二次發(fā)酵(后熟發(fā)酵)以及后續(xù)加工、貯藏等工序組成,其工藝流程見圖8。
◎圖8 雞糞條垛堆肥工藝流程
槽式好氧發(fā)酵技術(shù)的優(yōu)點是發(fā)酵原料和輔料經(jīng)過預(yù)處理后,優(yōu)化了水分、碳氮比、孔隙度等發(fā)酵條件,發(fā)酵槽配備機械翻攪和靜態(tài)曝氣雙重作業(yè)系統(tǒng),利于均衡物料總體發(fā)酵溫度和物料水分向外蒸發(fā)。但是由于廠房的建設(shè)和大型翻拋機械等初期投入成本較高。
槽式好氧發(fā)酵是目前處理雞糞最有效的方法,也適合雞糞有機肥商品化生產(chǎn),有利于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。該工藝發(fā)酵時間短,一般15天就能使雞糞完全發(fā)酵腐熟,而且易實現(xiàn)工廠化規(guī)模生產(chǎn),不受天氣季節(jié)影響,對環(huán)境造成的污染小。槽式自動攪拌機可在發(fā)酵槽沿上自動行走, 對槽內(nèi)發(fā)酵物進行通氣、送氧,調(diào)節(jié)水分,本工藝不用大量摻入秸稈(季節(jié)性糞便稀時,才加入少量秸稈),菌種使用一年后可降低使用量,生產(chǎn)出的有機肥無害化程度強,成本低。
羊糞便中的氮、磷、鉀及微量營養(yǎng)素提供了維持作物生產(chǎn)所必需的營養(yǎng)物質(zhì),屬優(yōu)質(zhì)糞肥,具有肥效高且持久的特點,羊糞大多用作肥料。
羊糞是一種速效、微堿性肥料,有機質(zhì)多,肥效快,適于各種土壤施用。目前養(yǎng)羊場糞污處理利用主要方式是用作農(nóng)作物肥料,即羊糞經(jīng)傳統(tǒng)的堆積發(fā)酵處理后還田。羊糞還可與經(jīng)過粉碎的秸稈、生物菌攪拌后,利用生物發(fā)酵技術(shù),對羊糞進行發(fā)酵,制成有機肥。
南方地區(qū)由于氣候潮濕,溫度較高,尤其是夏季高溫高濕,所以南方多數(shù)省份主要采用高床式養(yǎng)羊(圖9)。高床式羊圈建設(shè)主要采用漏縫地板,這種方式具有干燥、通風(fēng)、糞便易于清除等優(yōu)點,可以大大減少羊疾病的發(fā)生。漏縫地板距離地面的高度為80~100厘米,板材可選用木條和毛竹片等,相互之間的縫隙寬度以1厘米左右為宜。在溫度較低的地方或冬季,應(yīng)在漏縫地板上放置木質(zhì)羊床供羊躺臥。
◎圖9 南方高床式養(yǎng)羊場
1.高床式羊場糞污收集系統(tǒng)。高床式羊場污水收集系統(tǒng)一般由排尿溝、降口、地下排出管和糞水池構(gòu)成。排尿溝設(shè)于羊欄后端,緊靠降糞便道,至降口有1%~1.5%坡度。降口指連接排尿溝和地下排水管的小井,在降口下部設(shè)沉淀井,以沉淀糞水中的固形物,防止堵塞管道。降口上蓋鐵網(wǎng),防糞草落入。地下排出管與糞水池有3%~5%坡度。糞水池容積應(yīng)貯20~30天的糞污,距離飲水井不少于100 米。高床式排污系統(tǒng)可提高勞動生產(chǎn)率,節(jié)省人力。糞便收集主要采取人工清糞方式,規(guī)?;潭雀叩酿B(yǎng)殖場采取機械方式清糞。在高床養(yǎng)羊的羊場,通常每周清糞一次,收集的羊糞進行集中堆積發(fā)酵處理,可施入草地或還田作為其他農(nóng)作物肥料;羊尿及污水也可采用沼氣池進行處理。
2.糞污處理規(guī)劃及處理方法。糞污處理工程設(shè)施因處理工藝、投資、環(huán)境要求的不同而差異較大,實際工作中應(yīng)綜合環(huán)境要求、投資額度、地理與氣候條件等因素進行規(guī)劃和工藝設(shè)計。如圖10。
◎圖10 床下貯糞池內(nèi)景
北方地區(qū)由于氣候較南方干燥,所以圈舍內(nèi)的羊糞含水量較低,羊糞在羊圈或運動場堆積20~30厘米后集中清理,也可定期或育肥羊出欄后一次性清理。養(yǎng)羊場羊糞通常采用機械或人工方法清理固體糞便。由于干糞直接清除,養(yǎng)分損失小。在青海省農(nóng)牧區(qū),育肥羊場及規(guī)?;B(yǎng)羊戶的羊舍及運動場中的羊糞大多采用羊出欄后一次性清理方式,由于育肥羊大多在冬春季節(jié)飼養(yǎng),自然鋪墊在羊舍地面的羊糞還能起到較好的保溫作用。
在西北地區(qū),育肥羊場和規(guī)模化育肥戶大多采用架子羊短期育肥方式,即收購架子羊進入育肥場飼養(yǎng)3~4個月出欄。在整個育肥期內(nèi),羊的糞尿排泄在羊舍及運動場地面,經(jīng)羊只的踩踏和躺臥后,呈粉末狀,層層疊加,形成“羊板糞”。羊板糞在圈舍內(nèi)的形成過程中經(jīng)過了簡單發(fā)酵,且含水量較低。待育肥羊出欄后,需要采用人工翻挖方法進行清理。(注:本欄目稿件由全國畜牧總站體系建設(shè)與推廣處提供)