楊萬(wàn)貌
摘 要 山區(qū)規(guī)?;竽琉B(yǎng)殖容易出現(xiàn)水污染、可利用土地不足、糞污處理途徑少、成本高等問(wèn)題,嚴(yán)重制約了山區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展。為有效解決山區(qū)畜牧規(guī)?;l(fā)展與污染處理的問(wèn)題,對(duì)廣西百色市田林縣山區(qū)養(yǎng)殖糞污處理存在的問(wèn)題進(jìn)行分析,介紹了糞污處理相關(guān)技術(shù)集成系統(tǒng)及其特點(diǎn),并以當(dāng)?shù)啬城ь^規(guī)模化生豬養(yǎng)殖場(chǎng)為例分析了該系統(tǒng)的應(yīng)用效果,發(fā)現(xiàn)該集成系統(tǒng)在節(jié)約資源的同時(shí)可有效提高農(nóng)戶(hù)的生產(chǎn)效益,應(yīng)用前景廣闊。
關(guān)鍵詞 畜牧養(yǎng)殖;糞污處理;技術(shù)集成;廣西百色市田林縣
中圖分類(lèi)號(hào):X713 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B DOI:10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.06.072
近年來(lái),我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展速度加快,畜禽養(yǎng)殖逐漸向規(guī)?;⒓s化發(fā)展,同時(shí)也導(dǎo)致了畜禽糞污集中產(chǎn)生、處理難度倍增等問(wèn)題,養(yǎng)殖糞污成了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要污染源。尤其是在我國(guó)山區(qū),受到地形限制和土地面積不足等因素影響,糞污處理難度極大,糞污污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻[1]。對(duì)日益嚴(yán)重的山區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)糞污問(wèn)題,采取針對(duì)性解決方案,不僅能有效對(duì)糞污進(jìn)行處理,避免對(duì)環(huán)境造成不良影響,還能為周邊用戶(hù)提供清潔能源,對(duì)于發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)有著重要意義[2]。通過(guò)對(duì)廣西百色市田林縣山區(qū)養(yǎng)殖糞污處理存在的問(wèn)題進(jìn)行分析,對(duì)山區(qū)規(guī)模化養(yǎng)殖糞污處理進(jìn)行技術(shù)集成,總結(jié)適宜山區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)的糞污處理系統(tǒng)。
1 存在的問(wèn)題
廣西壯族自治區(qū)百色市田林縣地處廣西丘陵至云貴高原的過(guò)渡地帶,地貌以山地為主,無(wú)平原,垂直高度差異明顯。田林縣以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主,隨著近年來(lái)地區(qū)發(fā)展,畜牧業(yè)發(fā)展迅速,畜牧存欄量不斷增長(zhǎng),但受到諸多因素影響,養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理問(wèn)題凸顯,主要集中在以下3個(gè)方面。
1.1 地勢(shì)陡峭,容易造成水污染
山區(qū)溝壑縱橫,溪流較多,一旦有較大的降水就會(huì)導(dǎo)致水流量增加,大量的溪水向地勢(shì)較低的地帶匯集。而未經(jīng)過(guò)雨污分流的養(yǎng)殖場(chǎng)糞污會(huì)隨著雨水到處流淌,污染環(huán)境,甚至有部分養(yǎng)殖場(chǎng)會(huì)借助大雨沖走糞水,以降低糞污處理成本。而未經(jīng)無(wú)害化處理的糞污中含有大量的微生物、蟲(chóng)卵或其他有害物質(zhì),一旦進(jìn)入到溪水中極易污染水源,導(dǎo)致人畜的健康受到威脅[3]。
1.2 可用土地資源不足
相較于平原而言,山區(qū)耕地面積較少,可利用的土地資源也較為匱乏,如果僅采用傳統(tǒng)的處理方法,將糞污用于土地施肥,按照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部相關(guān)技術(shù)指南,每667 m2土地最多只能承載5只豬產(chǎn)生的糞污,也就是說(shuō),1個(gè)千頭規(guī)模的生豬養(yǎng)殖場(chǎng),就需要超過(guò)13.3 hm2的耕地來(lái)消耗其所排放的糞污,這對(duì)土地資源匱乏的山區(qū)來(lái)說(shuō)是個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題[4]。
1.3 糞污處理途徑少、成本高
目前規(guī)?;B(yǎng)殖場(chǎng)每日產(chǎn)生的糞污量較大。以田林縣某千頭規(guī)?;i養(yǎng)殖場(chǎng)為例,其每天的糞污產(chǎn)生量超10 m3。生物氧化塘、肥水還田等傳統(tǒng)的處理模式,處理成本低但消耗的土地資源較大,已經(jīng)難以滿(mǎn)足如此巨大的糞污量處理需求。只有選擇成本較高的沼氣發(fā)酵、有機(jī)肥加工等無(wú)害化處理模式,甚至是成本更高的污水處理廠(chǎng)模式才能滿(mǎn)足規(guī)?;B(yǎng)殖場(chǎng)的糞污處理需求,可選擇的處理方案相較于平原養(yǎng)殖少,處理成本卻高很多[5]。
2 糞污處理新技術(shù)工藝流程
根據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論和山區(qū)養(yǎng)殖糞污的特點(diǎn),筆者參考相關(guān)文獻(xiàn),以田林縣某千頭規(guī)?;i養(yǎng)殖場(chǎng)為研究對(duì)象,針對(duì)山區(qū)養(yǎng)殖糞污處理技術(shù),因地制宜對(duì)現(xiàn)有的工藝進(jìn)行優(yōu)化(見(jiàn)圖1)。優(yōu)化后的流程為沉渣池—固液分離池—酸化池—厭氧發(fā)酵—固液分離—沉淀池—氧化塘—蓄水池,主要采用沼氣、沼渣、沼液的綜合循環(huán)利用工藝。
3 糞污處理工藝技術(shù)
3.1 預(yù)處理技術(shù)
預(yù)處理環(huán)節(jié)利用格柵、沉砂池、固液分離池和酸化調(diào)節(jié)池對(duì)糞污進(jìn)行處理。格柵采用磚混結(jié)構(gòu),格柵槽的體積為0.96 m3,格柵集水井的容積為10 m3,共設(shè)置兩道格柵,格柵網(wǎng)的尺寸為15~25 mm,傾斜角為50°~70°。在格柵上設(shè)置有工作臺(tái),用于固態(tài)物清除和格柵清洗工作。
沉砂池設(shè)計(jì)2個(gè),尺寸均為1.5 m×1.5 m×0.6 m。固液分離池也設(shè)置2個(gè),規(guī)格為10.0 m×5.0 m×1.0 m,采用磚混結(jié)構(gòu)。糞污經(jīng)沉砂池后進(jìn)入固液分離池,經(jīng)篩網(wǎng)處理后完成固液分離。固液分離池的篩網(wǎng)通過(guò)通道連接,分離后的污水經(jīng)由立式閥控制的管道,進(jìn)入到酸化池內(nèi)。在固液分離池的側(cè)端設(shè)置了較粗的格柵,以免固形物堵塞管道。定期安排專(zhuān)人對(duì)固態(tài)糞污通道進(jìn)行清理。酸化調(diào)節(jié)池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),規(guī)格為10.0 m×5.0 m×2.0 m,總?cè)萘繛?00 m3。
3.2 上流序批式沼氣池及附屬設(shè)施
3.2.1 構(gòu)筑及特征
上流序批式沼氣池的主體結(jié)構(gòu)均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)的排污需求等因素,其體積設(shè)計(jì)為700 m3,有效容積為670 m3。沼氣池的池體為圓柱形,最大直徑為9.0 m,最大高度為12.0 m。池體內(nèi)外均使用有機(jī)玻璃鋼材料進(jìn)行密封和保溫,并在池內(nèi)安裝有氣水分離裝置和沼液排放裝置。在距離池底2.5 m左右的高度安裝了聚乙烯填料層,其高度為2.0 m,填料間隔為0.1 m。在距厭氧發(fā)酵池底部大概2.0 m的位置,預(yù)安裝了熱交換盤(pán)管。在發(fā)酵池的上方,加裝有太陽(yáng)能集熱板,用于在溫度較低的時(shí)候?qū)Πl(fā)酵池內(nèi)底部循環(huán)的水進(jìn)行加熱,并利用熱交換對(duì)發(fā)酵池內(nèi)的污水溫度進(jìn)行調(diào)控。
該沼氣池具有以下特征:1)在反應(yīng)器的主體底部,安裝糞污進(jìn)料管,反應(yīng)器的主體內(nèi)部腔底部為反應(yīng)室,頂部為儲(chǔ)氣室,沼氣儲(chǔ)氣罐安裝有可調(diào)壓的儲(chǔ)氣柜,其與反應(yīng)器主體頂部用輸氣管道連接,反應(yīng)器主體中、上部外周壁連接用于排出經(jīng)厭氧發(fā)酵后的糞污水的第一出水管;2)反應(yīng)器主體利用沼氣回流管道與儲(chǔ)氣柜相連接;3)反應(yīng)器主體中部外周壁與回流沼氣攪拌的上清液第二出水管路相互連接;4)在反應(yīng)器的主體內(nèi)部安裝三相分離器,在出水管路加裝控制閥進(jìn)行調(diào)控。
上流序批式沼氣池的特點(diǎn):1)相較于傳統(tǒng)的上流式污泥床反應(yīng)器而言,上流序批式沼氣池的反應(yīng)器徑高明顯下降,減少了三相分離器,而增加了出水管路;2)通過(guò)加裝豎向短管,引入了空氣,與出水混合,通過(guò)形成束流從而增加沼液氧氣濃度。
3.2.2 固液分離機(jī)安裝工藝
傳統(tǒng)養(yǎng)殖場(chǎng)在進(jìn)行糞污處理時(shí),多會(huì)應(yīng)用固液分離設(shè)備來(lái)進(jìn)行糞污的預(yù)處理,以降低糞污的排放濃度,但傳統(tǒng)的固液分離裝置會(huì)去掉糞污中的粗纖維等,降低了后續(xù)沼氣池內(nèi)的原料量。將固液分離設(shè)備安裝在沼氣池后,用于分離經(jīng)發(fā)酵處理后的沼渣,處理后可用于有機(jī)肥的生產(chǎn),能有效節(jié)約堆肥所需的空間,減少堆肥過(guò)程中惡臭氣體的產(chǎn)生及揮發(fā),適用于土地面積嚴(yán)重不足的山區(qū)。
3.3 沼液、沼渣和沼氣的綜合利用
3.3.1 沼氣利用系統(tǒng)
整個(gè)沼氣儲(chǔ)氣罐采用分離浮罩儲(chǔ)氣,并在外部加裝可通水的鍍鋅管,利用水位來(lái)控制浮罩的重量,從而達(dá)到有效調(diào)控沼氣壓力的目的[6]。
3.3.2 沼液、沼渣利用系統(tǒng)
沼液利用系統(tǒng)包括沉淀池和氧化塘,將經(jīng)氧化塘處理后的沼液送入集水井緩沖系統(tǒng),可將雨污分流,控制沼液的流量、流速和流向,以便于沼液的遠(yuǎn)程農(nóng)業(yè)灌溉,實(shí)現(xiàn)沼液利用零排放。沼渣內(nèi)含有大量的氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)等,是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料,可用于農(nóng)作物的無(wú)公害種植。針對(duì)山區(qū)地形特點(diǎn),可選擇種植果樹(shù)等經(jīng)濟(jì)作物,既解決了沼渣的利用問(wèn)題,又有利于增加收益。當(dāng)雨季到來(lái)或無(wú)需過(guò)多沼肥時(shí),沼肥運(yùn)輸車(chē)的運(yùn)營(yíng)有效地解決了沼液二次污染問(wèn)題,是沼液、沼渣利用的高效補(bǔ)充。
4 處理技術(shù)集成效果驗(yàn)證
4.1 取樣及測(cè)定
以田林縣某千頭規(guī)模化生豬養(yǎng)殖場(chǎng)為試驗(yàn)點(diǎn),2021年1月1日—12月31日每日12:00采集,采集指標(biāo)包括環(huán)境溫度、沼氣池發(fā)酵溫度、產(chǎn)氣量等,每月上旬、中旬、下旬分別采集1次沼氣池進(jìn)出口的發(fā)酵液,進(jìn)行多點(diǎn)取樣,測(cè)定料液中的化學(xué)需氧量(COD)濃度,每次檢測(cè)時(shí)平行取4個(gè)樣本進(jìn)行檢測(cè),取平均值。采用離心+濾紙過(guò)濾法,測(cè)定糞污中的固體懸浮物(SS)含量。采用HACH BODTrak檢測(cè)儀測(cè)定污水中的生化需氧量(BOD5)含量。
4.2 應(yīng)用效果
田林縣全年日均溫度為28 ℃,年均沼氣發(fā)酵溫度為35 ℃,全沼氣池平均COD去除率由改進(jìn)前的79.4%提高至改進(jìn)后的86.1%,全年沼氣池沼氣產(chǎn)氣率達(dá)到0.94 m3·m-3·d-1。沼液系統(tǒng)利用沉淀池和氧化塘,實(shí)現(xiàn)了雨污分流,通過(guò)控制沼液的流量、流速和流向,完成了周邊果園的沼液遠(yuǎn)程灌溉,實(shí)現(xiàn)了沼液利用的零排放。
參考《農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳、生態(tài)環(huán)境部辦公廳關(guān)于促進(jìn)畜禽糞污還田利用依法加強(qiáng)養(yǎng)殖污染治理的指導(dǎo)意見(jiàn)》(農(nóng)辦牧〔2019〕84號(hào))相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),從經(jīng)處理過(guò)的污水檢測(cè)結(jié)果(表1)可以看出,經(jīng)處理后,污水水質(zhì)主要參考指標(biāo)參數(shù)明顯改善,可見(jiàn)預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)整個(gè)沼氣工程起到了明顯的減負(fù)效果,降低了糞污處理負(fù)荷。
5 結(jié)語(yǔ)
筆者以田林縣某千頭規(guī)?;i養(yǎng)殖場(chǎng)為試驗(yàn)點(diǎn),針對(duì)山區(qū)糞污處理存在的不足,對(duì)其糞污處理新工藝集成技術(shù)進(jìn)行了介紹,并對(duì)該工藝的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)分析可以看出,對(duì)技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理改進(jìn),優(yōu)化工藝流程,完善廢棄物再利用對(duì)減少山區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)糞污污染環(huán)境事件的發(fā)生有積極意義,同時(shí)還能最大限度地實(shí)現(xiàn)資源再利用,解決規(guī)?;B(yǎng)殖場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的“卡脖子”問(wèn)題。
1)在工藝方面,通過(guò)在厭氧發(fā)酵池內(nèi)安裝固液分離設(shè)備,能夠有效緩解后續(xù)污水處理負(fù)荷問(wèn)題,提高沼肥的利用效果。
2)在預(yù)處理過(guò)程中,通過(guò)采用有機(jī)材料固液分離,可增加發(fā)酵原料量,避免提前將大量含有粗纖維的有機(jī)物去除,且該工藝運(yùn)行穩(wěn)定,提高了整個(gè)工藝流程的效率。
3)沼氣發(fā)酵池上方加裝太陽(yáng)能集熱設(shè)備,用于加溫發(fā)酵池內(nèi)的料液,并利用有機(jī)玻璃鋼材料進(jìn)行保溫,確保了發(fā)酵溫度和密封性能,提高了整體產(chǎn)氣率。
4)采用可調(diào)節(jié)壓力的玻璃鋼儲(chǔ)氣柜,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)沼氣壓力的調(diào)控,同時(shí)也能提高后續(xù)集中供氣終端的沼氣氣體壓力的穩(wěn)定性。通過(guò)加裝增壓設(shè)備,能夠?qū)崿F(xiàn)沼氣的遠(yuǎn)距離供應(yīng),從而有助于實(shí)現(xiàn)沼氣利用的商業(yè)化。
5)利用沼液灌溉集水井,實(shí)現(xiàn)了對(duì)沼液灌溉的可調(diào)控管理,利用生物氧化塘和儲(chǔ)液池,有效平衡了沼液的排放和應(yīng)用需求。在雨季和農(nóng)閑季節(jié),可采用沼液灌溉車(chē)對(duì)多余的沼液進(jìn)行處理,從而實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)的和諧發(fā)展。但就目前而言,對(duì)于植物如何長(zhǎng)期、合理、科學(xué)應(yīng)用沼液、沼渣還需要進(jìn)一步研究。
6)山區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)利用規(guī)?;?、集約化的沼氣工程,有助于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)避免發(fā)生糞污污染,通過(guò)對(duì)沼氣生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行可控化管理能有效提高產(chǎn)氣量和安全性,實(shí)現(xiàn)沼氣、沼液的零排放。
參考文獻(xiàn):
[1] 中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部,國(guó)家統(tǒng)計(jì)局,中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部.第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)[EB/OL].(2020-06-16)[2023-01-10].http://www.mee.gov.cn/home/ztbd/rdzl/wrypc/zlxz/202006/t20200616_784745.html.
[2] 潘愛(ài)華,李夢(mèng)夢(mèng),孫前路.分布式認(rèn)知理論視角下農(nóng)戶(hù)畜禽糞污處理參與意愿研究:基于異構(gòu)選擇有序Logit模型的分析[J].高原農(nóng)業(yè),2021,5(2):191-200.
[3] 蔣尊芳,胡曉勇,劉平云.中南地區(qū)畜禽糞污土地承載現(xiàn)狀及處理利用發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)沼氣,2021,39(2):10-15.
[4] 華磊.2MW熱電肥聯(lián)產(chǎn)沼氣工程在豬場(chǎng)糞污和秸稈廢棄物資源化利用中的應(yīng)用[J].河南畜牧獸醫(yī),2021,42(20):11-12.
[5] 趙燕蘭,袁興中,季靖欽,等.大型水庫(kù)流域畜禽養(yǎng)殖糞污資源化治理模式探討:以資興市為例[J].湖南畜牧獸醫(yī),2022(3):4-7.
[6] 孟宇翔,廖友郡,徐明江,等.全面推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用:湖北十堰市畜禽糞污治理調(diào)查報(bào)告[J].家畜生態(tài)學(xué)報(bào),2022,43(10):86-90.
(責(zé)任編輯:張春雨)