（北京京鵬環(huán)宇畜牧科技股份有限公司北京100094）

規(guī)?；i場糞污綜合利用工程設(shè)計

李俊衛(wèi)，彭英霞，王浚峰，高繼偉，顧本家，呂小琳

（北京京鵬環(huán)宇畜牧科技股份有限公司北京100094）

按照“減量化、無害化、資源化”的糞污處理原則，提出了以“固液分離—固體堆肥和液體存儲熟化—糞污還田”一體化的生態(tài)循環(huán)利用模式，以期實現(xiàn)規(guī)模化豬場的糞污綜合利用。本設(shè)計以預(yù)處理系統(tǒng)中的“虹吸管道排污+固液分離”和資源化利用系統(tǒng)中的“固體堆肥+液體存儲熟化”為主，具有工藝簡單、投資低、運行管理難度低、運行費用少的巨大優(yōu)勢，同時具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

豬場；固液分離；虹吸管道；存儲塘；糞污；利用

近年來，隨著規(guī)模化豬場的不斷發(fā)展，我國生豬養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)國家統(tǒng)計局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2013年我國肉豬出欄頭數(shù)達(dá)到71 577萬頭，生豬存欄達(dá)到47 411萬頭[1]，再創(chuàng)歷史新高。然而，隨之而來的廢棄物對生態(tài)環(huán)境的污染也越來越嚴(yán)重[2]。據(jù)污染源普查數(shù)據(jù)顯示，2010年畜禽養(yǎng)殖業(yè)的化學(xué)需氧量、氨氮排放量就已經(jīng)達(dá)到1 148萬t、65萬t，占到全國排放總量的45%、25%，已經(jīng)成為環(huán)境污染的重要來源[3]。我國于2014年1月1日正式實施的《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》明確指出：規(guī)模養(yǎng)殖場應(yīng)設(shè)置雨污分流設(shè)施、糞便污水的貯存設(shè)施，國家鼓勵和支持采取糞肥還田的模式對畜禽養(yǎng)殖廢棄物進(jìn)行綜合利用。

針對畜禽糞便的處置問題，國外多以厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣和存儲后施肥的工藝技術(shù)為主，國內(nèi)以沼氣利用為主的糞污綜合利用模式也得到了大規(guī)模的發(fā)展，但是沼氣工程的運行管理復(fù)雜、投資運行費用較高，且應(yīng)用受到地域限制，使得許多豬場并不愿意主動去選擇該種模式。因此，尋找一種管理簡便、運行費用低、工程投資少的糞污綜合利用工程迫在眉睫[4-8]。為此，本文作者在借鑒丹麥、德國等畜牧業(yè)先進(jìn)國家在糞污存儲方面的經(jīng)驗[9-11]，進(jìn)行了一系列的工程實踐，設(shè)計了豬場糞污“固液分離——固體堆肥和液體存儲熟化——糞污還田”一體化的生態(tài)循環(huán)利用工藝，探索出一種工藝簡單、投資低、運行管理難度低、運行費用少的規(guī)模化豬場糞污綜合利用工程新模式。

1 糞污綜合利用工藝流程的設(shè)計及優(yōu)勢

1.1 糞污綜合利用工藝流程的設(shè)計

規(guī)?；i場的糞污排放量相對集中，糞污中的有機物濃度高、干物質(zhì)多且糞污量波動大、流動性好[12]，糞污中含有大量可以利用的成分，若處理不當(dāng)，不僅會給周邊環(huán)境帶來嚴(yán)重的破壞，影響周邊區(qū)域的生態(tài)環(huán)境安全，而且會造成資源浪費，降低糞污的經(jīng)濟(jì)效益[13-14]。根據(jù)豬場原始糞污流動性強的特點，本設(shè)計采用虹吸管道的方式并依據(jù)豬場地勢進(jìn)行無動力排污（見圖1）。由于收集后的糞污干物質(zhì)含量多，直接進(jìn)一步利用有諸多不便，因此本設(shè)計采用固液分離的方式，降低糞污的含固率，實現(xiàn)易于存儲熟化的同時，對分離后的固體部分進(jìn)行堆肥制成有機肥進(jìn)一步利用。

圖1 尿泡糞虹吸工藝示意圖

圖2 固液分離工藝示意圖

綜上，本設(shè)計根據(jù)規(guī)?；i場糞污的特點，采用“固液分離—固體堆肥和液體存儲熟化—糞污還田”一體化的生態(tài)循環(huán)利用工藝（見圖2）。該工藝由預(yù)處理系統(tǒng)、資源化利用系統(tǒng)等組成，其主要工藝流程見圖3。

圖3 糞污綜合利用工藝流程圖

1.2 工藝流程的特點

該糞污綜合利用工程工藝的特點是：

1）遵循“減量化、無害化、資源化”的糞污處理原則，實現(xiàn)糞污的綜合利用。

2）綜合利用糞污中的可回收資源，實現(xiàn)糞污的全部利用。糞污經(jīng)過固液分離后，固體部分制作有機肥，液體部分經(jīng)過存儲塘的存儲熟化后同樣用作有機肥，可就近或包裝后銷往周邊的農(nóng)田、果園、草場等可利用有機肥的區(qū)域。

3）工程設(shè)計因地制宜。糞污處理區(qū)域利用原有糞污收集設(shè)施及具體的自然環(huán)境條件，建立封閉式的運行區(qū)域，結(jié)構(gòu)緊湊、便于管理，并盡可能的簡化工藝流程，降低造價，減少動力消耗，實現(xiàn)盡可能高的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

2 主要單元結(jié)構(gòu)設(shè)計和關(guān)鍵參數(shù)的確定

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

本工程的預(yù)處理系統(tǒng)主要包括虹吸管道排污、固液分離設(shè)施等。預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計是整個糞污綜合利用工程的關(guān)鍵所在，其直接影響后續(xù)資源化利用系統(tǒng)各單元的工程投入和工藝方案選擇。

1）虹吸管道排污[15-16]

虹吸管道排污主要適用于采用尿泡糞的規(guī)?；i場。此工藝主要是結(jié)合管道首末端的排氣閥，依靠在密閉環(huán)境中形成的負(fù)壓，利用虹吸原理，使豬舍內(nèi)的糞污均勻有序的排出。根據(jù)不同的排污面積選擇不同直徑（10～50 cm）的排污管道、管件；糞溝底部的設(shè)計應(yīng)保持水平，同時在每一個排污塞處預(yù)留1 m×1 m×0.1 m的排糞坑；設(shè)計和施工時，應(yīng)保證每條排污管道的首末端均需安裝排氣閥形成系統(tǒng)內(nèi)的壓力差實現(xiàn)排污，并保持坡度大于等于0.5%，管路應(yīng)保持平直、不拐直角彎。本工程設(shè)計的虹吸管道排污配以合適的環(huán)控系統(tǒng)即可在不影響豬舍內(nèi)部環(huán)境的前提下實現(xiàn)糞污的有序排出，具有投資低、能耗低、勞動強度低的巨大優(yōu)勢（見圖4）。

圖4 虹吸管道排污的管道預(yù)埋工程

2）固液分離設(shè)施[17-19]

豬舍內(nèi)的糞污經(jīng)虹吸排污管道清理后進(jìn)入集污池，由于排出的糞污混有豬糞尿、動物毛發(fā)、飼料等大量固液混合物，因此需要在池內(nèi)安裝攪拌機對糞污進(jìn)行攪拌、混合；攪拌混合均勻后的糞污經(jīng)帶有雙重切割功能的切割泵提升到固液分離機進(jìn)行固液分離（見圖5）。本設(shè)計采用的集污池容積按照豬場日最大排放量的1.5倍確定，以滿足豬場糞污排放量波動大的特點；同時，本設(shè)計選用的固液分離機分離效率高，經(jīng)過固液分離后的固體部分（含水率75%左右）和液體部分（含固率2%左右）分別進(jìn)入資源化利用系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的資源化利用處理（見圖6）。

圖5 固液分離車間

圖6 固液分離效果

2.2 資源化利用系統(tǒng)

資源化利用系統(tǒng)是整個糞污綜合利用工程的根本系統(tǒng)，是直接關(guān)系到糞污能否作為肥料利用的關(guān)鍵因素。本工程的資源化利用系統(tǒng)主要包括固體部分堆肥制作有機肥和液體部分存儲熟化后直接利用。

1）固體堆肥制作有機肥

將糞污經(jīng)過固液分離后的固體部分直接進(jìn)行堆肥處理，或添加一定量的秸稈、礦物質(zhì)、發(fā)酵菌劑等進(jìn)行堆肥處理，生產(chǎn)自用有機肥或者可售有機復(fù)合肥，實現(xiàn)糞污處理中所有固體物質(zhì)的無害化和資源化利用，提高整個糞污綜合利用工程的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益（見圖7）。經(jīng)過實踐，豬糞堆肥的最佳環(huán)境控制參數(shù)為秸稈添加量5%，固體堆肥初始含水量應(yīng)控制在60%左右，通風(fēng)量為每立方米物料102 m3/d，添加一定量的菌劑能促進(jìn)豬糞堆肥快速發(fā)酵[20-23]。

圖7 固體堆肥發(fā)酵

2）液體存儲塘存儲熟化

本工程中設(shè)計的存儲塘是一種基于防滲防蒸發(fā)技術(shù)的畜禽糞污存儲系統(tǒng)及方法，一般按照每年施肥兩次的頻率（即糞污存儲6個月）設(shè)計存儲塘的容積，該存儲塘的主要結(jié)構(gòu)單元是（見圖8-10）：

存儲塘本體：在糞污綜合利用工程區(qū)域內(nèi)劃定糞污存儲區(qū)域，根據(jù)地質(zhì)情況條件挖出一定量的土方形成存儲塘本體，可根據(jù)項目規(guī)模及現(xiàn)場情況設(shè)置為全地下式、半地下式的存儲塘本體，本體側(cè)壁和底部夯實度應(yīng)達(dá)到95%。

防滲防蒸發(fā)裝置：主要由三層膜組成，從下到上依次為安全膜、底膜、浮動膜，底膜是防滲的關(guān)鍵設(shè)施，安全膜為底膜防滲增加一層保障；糞污儲存于底膜和浮動膜之間，浮動膜上有少量通風(fēng)口（每100 m2配置80 cm2的通風(fēng)口）并配備雨水泵，實現(xiàn)雨水與糞污的分流。

注入輸出服務(wù)裝置：由具備防滲結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土服務(wù)池和連接防滲防蒸發(fā)裝置的連接管道組成，糞污進(jìn)出存儲塘均經(jīng)由此服務(wù)裝置進(jìn)行，不會對已有的防滲防蒸發(fā)裝置造成破壞。

報警裝置：由糞污滲漏報警裝置和地下水上涌報警裝置組成，糞污滲漏報警裝置的收集管道位于底膜與安全膜之間，能夠第一時間發(fā)現(xiàn)底膜的泄漏情況并采取相應(yīng)的修補措施；地下水上涌報警裝置的收集管道位于安全膜下方，能夠第一時間發(fā)現(xiàn)存儲塘底部的地下水上涌情況并采取相關(guān)措施減少對地下水對存儲塘的影響。

圖8 液體存儲塘存儲熟化工藝

與傳統(tǒng)的糞污存儲設(shè)施相比，該存儲塘能夠適應(yīng)各種規(guī)模的糞污綜合利用工程，最大單體容積可達(dá)到25 000 m3，施工工期短、投資成本低。同時該存儲塘還具有環(huán)境友好性的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)存儲過程的相對密閉，減少液體部分在存儲過程中的氮損失，隔離糞污的惡臭污染及雨污分流，并具有防滲及報警系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)減量化、無害化、資源化的糞污處理及存儲要求。

圖9 液體存儲塘應(yīng)用實例

圖10 液態(tài)肥拋灑應(yīng)用于農(nóng)田中

3 結(jié)果與討論

本文以1 000頭基礎(chǔ)母豬場為例，對綜合利用模式進(jìn)行效益分析。豬場日產(chǎn)糞污量估算數(shù)據(jù)見表1。

表1 1 000頭基礎(chǔ)母豬豬場糞尿量（按天計）

經(jīng)測算，原始糞污糞便含固率18%左右，原始糞污經(jīng)固液分離后的固體部分含固率約為25%，每天可產(chǎn)生固體部分約為13 t、液體部分67 t。存儲塘根據(jù)施肥期及其他情況，按照存儲期6個月進(jìn)行設(shè)計，存儲塘有效容積應(yīng)為12 060 m3。

3.1 工程投資概算

糞污綜合利用工程設(shè)計以虹吸管道排污工藝的1 000頭基礎(chǔ)母豬場為單位，其主要構(gòu)筑物及設(shè)備見表2，從中可知本工程總投入204.6萬元，其中土建投入29.1萬元，設(shè)備投入175.5萬元。

表2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

糞污綜合利用工程運行費用與收入見表3，不計糞污綜合利用工程的生態(tài)效益和社會效益，每月可獲得的凈收入，即工程直接效益為：46 020-4 376=41 644元。本工程總投入為204.6萬元，大約4年就可以收回全部投資，投入與產(chǎn)出比是可行的。

表3 工程運行費用與收入（按月計）

說明：1）設(shè)備及工程折舊費計入總投資，不再單算；

2）本工程設(shè)備總裝機容量大約為16.5 kW，所用設(shè)備平均日運轉(zhuǎn)8 h，電費按0.6元/（kW·h）；

3）豬場糞污綜合利用工程只需1人負(fù)責(zé)管理，按平均每人月工資為2 000元；

4）固體有機肥收入按正常運行后可產(chǎn)月粗肥120 t，目前按每噸售價500元計算，扣除每噸處理成本150元（豬糞收集率按90%計，粗肥含水率≤30%）；

5）液體有機肥收入按正常運行后可產(chǎn)月粗肥2 010 m3計算，目前按每噸售價2元；

6）本工程設(shè)備可使用年限為15年，存儲塘可使用年限為30年。

3.3 討論

目前國內(nèi)使用的糞污存儲設(shè)施多為防滲膜結(jié)合混凝土或方磚保護(hù)層的結(jié)構(gòu)，且敞口設(shè)計居多，該形式的存儲塘由于有防護(hù)層設(shè)計，造成施工進(jìn)度慢、施工費用高，且由于敞口設(shè)計，無法阻止外界雨水流入或降至糞污存儲塘中，同時存儲過程中容易對周邊大氣環(huán)境造成不良影響。本工程設(shè)計的存儲塘帶有浮動膜作為塘蓋，實現(xiàn)了雨污分離，也有效地隔離了糞污的不良?xì)馕?，在實現(xiàn)糞污“減量化”的同時兼具環(huán)境友好性的特點；同時該存儲塘使用注入輸出服務(wù)裝置實現(xiàn)糞污注入和輸出，工藝結(jié)構(gòu)簡潔，施工快捷，具有投資費用低、實現(xiàn)雨污分離、防滲效果好、使用年限長的優(yōu)勢。

4 結(jié)論

按照“減量化、無害化、資源化”的糞污處理原則，本文提出了“固液分離——固體堆肥和液體存儲熟化——糞污還田”一體化的糞污綜合利用模式。該模式投資低、運行管理簡便、運行費用低、糞污綜合利用率高，具有良好經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益。工程實踐結(jié)果表明該模式同時適用于新建豬場或原有豬場的糞污處理。█（編輯：李雨慈）

[1] 中華人民共和國統(tǒng)計局編.中國統(tǒng)計年鑒2014[M].北京:中國統(tǒng)計出版社,2014.

[2] 朱德文,鐘成義,陳永生.畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞污處理現(xiàn)狀與對策研究[J].家畜生態(tài)學(xué)報,2007,（6）:163-166.

[3] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.關(guān)于印發(fā)《2013年全國自然生態(tài)和農(nóng)村環(huán)境保護(hù)工作要點》的通知[EB].http://www.mep.gov. cn/gkml/hbb/bgt/201302/t20130207_248035.htm,2013.

[4] 李寶玉,畢于運,高春雨,等.我國農(nóng)業(yè)大中型沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題與對策措施[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2010,（2）: 57-61.

[5] 趙玲,劉慶玉,牛衛(wèi)生,等.沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀與問題探討[J].農(nóng)機化研究,2011,（4）:242-245.

[6] 夏訓(xùn)峰,吳文良,王靜慧.用沼氣法處理規(guī)?；B(yǎng)殖場畜禽糞便的優(yōu)點及存在問題[J].可再生能源,2003,（2）:26-28.

[7] 錢靖華,田寧寧,任遠(yuǎn).規(guī)?；i場糞污治理存在的問題及對策[J].中國畜牧雜志,2006,（20）:57-59.

[8] 汪善鋒,陳安國,汪海峰.規(guī)?；i場糞污處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].家畜生態(tài),2004,（1）:49-54.

[9] 李子富,余敏娜,范曉琳.德國沼氣工程現(xiàn)狀分析[J].可再生能源, 2010,（4）:141-144.

[10] 鄧良偉,陳子愛.歐洲沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國沼氣,2007,（5）: 23-31.

[11]李孟嬌,董曉霞,李宇華.發(fā)達(dá)國家奶牛規(guī)?；B(yǎng)殖的糞污處理經(jīng)驗--以歐盟主要奶業(yè)國家為例[J].世界農(nóng)業(yè),2014,（5）:10-15.

[12] 王凱軍.畜禽養(yǎng)殖污染防治技術(shù)與政策[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[13] 鄧良偉,蔡昌達(dá),陳鉻銘,等.豬場廢水厭氧消化液后處理技術(shù)研究及工程應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2002,（3）:92-94.

[14] 陳彪,陳敏,錢午巧,等.規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污處理工程設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2005,（2）:126-130.

[15] 高繼偉,彭英霞,呂小琳,等.規(guī)模化豬場新型虹吸管道排污系統(tǒng)介紹[J].豬業(yè)科學(xué),2013,（5）:84-85.

[16] 韓華,陳沖,彭英霞,等.豬場尿泡糞工藝設(shè)計[J].今日養(yǎng)豬業(yè), 2014,（8）:10-14.

[17]彭英霞,王浚峰,高繼偉.畜牧場固液分離及水沖系統(tǒng)簡介及設(shè)計要點[J].中國沼氣,2012,（5）:38-42.

[18]沈瑾,路旭,孫瑜.規(guī)?；i場糞污水處理固液分離工藝及設(shè)備[J].中國沼氣,1999,（4）:18-20.

[19] 楊柏松,關(guān)正軍.畜禽糞便固液分離研究[J].農(nóng)機化研究,2010,（2）:223-225+229.

[20] 秦莉,沈玉君,李國學(xué),等.不同C/N比對堆肥腐熟度和含氮氣體排放變化的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2009,（12）:2668-2673.

[21] 盧秉林,王文麗,李娟,等.添加小麥秸稈對豬糞高溫堆肥腐熟進(jìn)程的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報,2010,（4）:926-930.

[22] 金珠理達(dá),王順利,鄒榮松,等.豬糞堆肥快速發(fā)酵菌劑及工藝控制參數(shù)初步研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2010,（3）:586-591.

[23] 李榮華,張廣杰,王權(quán),等.添加礦物質(zhì)對豬糞好氧堆肥中有機物降解的影響[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2014,（6）:190-198+316.

10.3969/j.issn.1008-4754.2015.02.002

“十二五”國家科技支撐計劃（2014BAD08B07）；2014年度北京市科技計劃（D141100003814002）

李俊衛(wèi)，男（1988-），河南安陽人，工程師，研究方向：廢棄物資源化利用與可再生能源開發(fā)、環(huán)境污染控制。