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(yīng)用研究的背景

豬糞便在經(jīng)過固液分離機(jī)分離后，固體部分可通過兩種渠道生產(chǎn)有機(jī)肥，一種是灌裝成袋用車直接運(yùn)輸?shù)教锏?，漚肥后施肥；一種是發(fā)酵后做成有機(jī)復(fù)合肥，再運(yùn)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(jìn)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(yùn)輸?shù)教锏貙?shí)施灌溉，前提是田地有大量機(jī)耕路，可供通車才行；一種是從豬場(chǎng)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(fèi)用較高。

豬尿污染物屬高濃度有機(jī)廢水，其中pH、懸浮物（SS）、氨氮 （NH3-N）、總磷 （TP） 和化學(xué)耗氧量（COD）值均較高。降解豬尿或沼液其中的污染物，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放或安全回用，是糞污處理環(huán)保工程實(shí)踐中需要認(rèn)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(cái)政資金[1-3]，曾制訂了《洞口縣畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)糞污排放達(dá)標(biāo)規(guī)范》和《洞口縣豬糞尿減排與資源化利用模式評(píng)估指標(biāo)》等技術(shù)規(guī)范和指標(biāo)體系，但在實(shí)踐中并未達(dá)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(chǎng)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(duì)豬尿水的處理有所借鑒。其實(shí)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(zhǎng)時(shí)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(duì)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(dòng)植物油濃度均有降低，年平均去除率分別達(dá)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)?；i場(chǎng)的糞污水工藝。其中污水中氮的去除由氨化反應(yīng)—硝化反應(yīng)—反硝化反應(yīng)共同完成，其工藝原理如下：①氨化反應(yīng)。在好氧條件下，氨化菌將污水中有機(jī)氮化合物分解轉(zhuǎn)化成NH3-N，以氨基酸為例，其反應(yīng)式為：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3；②硝化反應(yīng)。在好氧條件下，硝化菌將NH3進(jìn)一步氧化為和其反應(yīng)式為：③反硝化反應(yīng)。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(jī)氮化合物，大部分（70%～75%）異化（還原）為氣態(tài)氮N2，其反應(yīng)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(fù)合處理方法，探究了規(guī)模化豬場(chǎng)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(zhǎng)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(jī)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(duì)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(yīng)用

本文以湖南省新邵縣坪上鎮(zhèn)筱桂村顏復(fù)偉養(yǎng)殖場(chǎng)（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(yīng)用。紅泥膜沼氣池豬尿降解工程工藝流程為：尿水預(yù)處理→預(yù)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(dá)標(biāo)排放。具體如下：

⑴尿水預(yù)處理。豬場(chǎng)進(jìn)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(duì)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(duì)顏復(fù)偉養(yǎng)殖場(chǎng)預(yù)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(cè)，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(jìn)入預(yù)處理暫存池。預(yù)處理暫存池為60 m3小型沉淀池。2天用固液分離機(jī)對(duì)預(yù)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(jìn)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(gè)密封的大型袋子，將這個(gè)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(shí)只在池子平面上，當(dāng)產(chǎn)生沼氣時(shí)，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(chǔ)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(shí)，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(yīng)用復(fù)合膜、膜加高強(qiáng)產(chǎn)業(yè)聚酯纖維應(yīng)用貼合的制造工藝加工而成的，具有密封性好、強(qiáng)度高、重量輕、大跨度，耐溫、耐腐、阻燃、抗老化的材料優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)入好氧池。好氧處理池由4個(gè)池組成，每個(gè)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(jī)充氣，每天4次，每次20分鐘，設(shè)置自動(dòng)開機(jī)加氧充氣。見圖2。

⑸進(jìn)入凈化池。經(jīng)過2個(gè)2級(jí)凈化池，每個(gè)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(shí)將抽檢的廢水樣品送檢，計(jì)算污染物平均降解率為85.46%，見表1。

降解率計(jì)算公式如下：降解率（%）=[（直排檢測(cè)值-凈化池后檢測(cè)值）÷( -直排檢測(cè)值 達(dá)標(biāo)排放要求值)]×100%

⑹進(jìn)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(shí)排出的池水更加清亮，池水抽樣污染物平均降解率達(dá)92.32%，較環(huán)保工程后降解率85.46%提高6.86個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到減排90%的標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表1 養(yǎng)殖場(chǎng)尿水經(jīng)凈化池后水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

表2 養(yǎng)殖場(chǎng)尿水經(jīng)氧化池后水質(zhì)檢測(cè)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(dá)到后期處理（氧化塘）廢水降解的效果。

圖2 好氧池加氧機(jī)加氧充氣時(shí)廢水翻滾的白沫狀況

以上設(shè)計(jì)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(chǎng)建設(shè)資金的15%，能實(shí)現(xiàn)年出欄1 000頭豬規(guī)模場(chǎng)的尿水達(dá)標(biāo)排放。

工程設(shè)備包括紅泥膜袋子（根據(jù)規(guī)模場(chǎng)大小，袋子設(shè)計(jì)可大可小）、加藥箱、加氧機(jī)、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(duì)豬場(chǎng)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(shí)儲(chǔ)氣車間。如果產(chǎn)量相當(dāng)大時(shí)，還可以集中儲(chǔ)存后進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)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(dá)標(biāo)，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(jì)實(shí)用。

3 討論

3.1 使用紅泥膜沼氣池注意事項(xiàng)

注意紅泥膜沼氣池的氣壓，及時(shí)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(dòng)化裝備，如在紅泥膜袋子里設(shè)置沼氣氣壓計(jì)和設(shè)計(jì)氣壓臨界值，并在氣壓臨界值時(shí)自動(dòng)排出沼氣。

3.2 對(duì)大型規(guī)模場(chǎng)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(chǎng)使用紅泥膜沼氣池工程，豬尿水污染物降解率在73%～85%，未達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)?？赡苡捎陔S著養(yǎng)殖規(guī)模增大，污染物排放量相應(yīng)增加，不能簡(jiǎn)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(chǎng)在1 000頭規(guī)模場(chǎng)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(chǎng)紅泥膜沼氣池容積為636 m3×3如此簡(jiǎn)單處理，而應(yīng)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(xué)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(jìn)行重要的曝氣生物濾池處理工藝。建議大型豬場(chǎng)（3 000頭以上）紅泥膜沼氣池豬尿降解工程工藝設(shè)計(jì)為：尿水預(yù)處理→預(yù)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(dá)標(biāo)排放。

3.3 對(duì)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(cè)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(duì)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(duì)豬尿水預(yù)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(duì)豬場(chǎng)進(jìn)行干清糞和雨污分離處理，豬尿水預(yù)處理非常重要。筆者曾進(jìn)行了豬場(chǎng)干清糞工藝節(jié)水試驗(yàn)和生豬料槽飼喂器管理飼養(yǎng)試驗(yàn)[13,14]，劉小元[15]對(duì)精準(zhǔn)飼養(yǎng)方式及畜禽糞污減量化路徑進(jìn)行了研究，提出精準(zhǔn)飼養(yǎng)方式即采取科學(xué)飼料配方，調(diào)控氮和磷排泄量，控制高銅、高鋅飼料，實(shí)施精準(zhǔn)飼喂管理、適時(shí)出欄模式，改傳統(tǒng)的夏季沖水降溫模式為風(fēng)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(shí)行生豬精準(zhǔn)飼養(yǎng)和豬場(chǎng)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。總體來說，工藝可行，污水排放達(dá)標(biāo)，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(jì)實(shí)用，可以大力宣傳和推廣。

但由于新型紅泥膜沼氣工程項(xiàng)目2019年才進(jìn)入湖南邵陽地區(qū)，還處于試驗(yàn)試點(diǎn)階段，沒有大面積推廣，對(duì)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(jìn)一步考證。據(jù)調(diào)查，3 000頭以上大型養(yǎng)豬場(chǎng)污染物降解率還未達(dá)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(jìn)一步試驗(yàn)和實(shí)踐。