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规模猪场粪污减量化及好氧发酵技术研究

猪场粪污资源化利用是农业面源污染治理的重要工作。为实现畜禽粪污的有效利用,促进畜牧业的可持续发展,笔者经立项研究和总结,提出了畜禽粪污资源化利用的有效方法。首先是从源头减少粪污产生量,主要通过建筑设计、饲养设备、营养调控、饲养管理模式等进行改革,使规模猪场粪污产生量的70%~80%消除在养殖源头。然后,将剩余的粪污收集,污水进入集污池,粪便和辅料混合后的物料投入发酵槽,经过无公害发酵腐熟、充分搅拌,温度上升、水分下降后,将污水槽中污水喷淋到物料中,不仅解决了污水处理难题,还可生产高效有机肥,实现了粪污同步消纳,生产优质有机肥,具有良好的经济效益、生态效益和社会效益。


1畜禽粪污的减量化方案


减量化工程主要是通过对猪舍的建筑设计、饲养设备、营养调控、饲养管理模式等进行改革,使规模猪场粪污产生量的70%~80%消除在养殖源头,从而降低粪污处理压力。

 

1.1建筑设计改进,减少粪污产生量一是建立独立的雨水和污水收集管网系统,实现雨污分流。一改尿液、雨水混在一起处理的方式,尿液通过尿液收集系统流入污水沟,雨水则通过雨水收集系统流入下水道,通过雨污分流可以减少养殖场污水10%~15%左右。二是缝隙地板下设斜坡,使固液分离,分别清除。达到粪便和污水在猪舍内自动分离,干粪由机械或人工收集,尿液及污水由下水道进入污水收集系统,进行无害化处理。三是课题组通过对母猪限位栏和地面粪沟的改进设计,实现了节约建筑面积,达到了有效干湿分离的目的。经不同清粪工艺的猪场污水水质和水量比较,得出干清粪比传统水冲粪和水泡粪工艺可分别减少猪场的污水排放量60%~70%和40%~50%,并显著减少污水中的BOD5、CODcr和SS含量。详见表1。

1.2饲喂设备改进,减少粪污产生量一是由于饮水器类型和饮水管理对污水排放量影响较大,目前常用的多为乳头式饮水器,其最大弊端就是猪只咬住乳头后饮水可自动溢出,夏季猪为减热常咬住乳头不放,从而造成大量饮水的浪费和污水产生。试验表明,如果改用杯状、悬挂式饮水器就可完全避免上述现象的发生,而且可节约耗水量5%~10%,产生的污水也可减少5%左右。但要注意掌握供水压力,水流速度,以免导致饮水外溢。英国国际猪网推荐的饮水器最佳水流速率详见表2。

二是改干式饲喂为干湿饲喂,任猪在同一饲槽中采食饲料和饮水,能够大幅度减少污水的产生量。据试验,所有的干/湿喂饲槽都可减少水的撒泼,使污水产生量减少20%~30%。


1.3科学的营养调控技术,降低粪污浓度一是采用低蛋白日粮和合成氨基酸减少氮的排泄量。据试验,饲喂低蛋白日粮可降低空气中的氮含量15%左右。生长肥育猪日粮中的粗蛋白水平分别降低1.6%(由17.8%降为16.2%)和1.9%(由15.4%将为13.5%),则氮的排出量可减少9%左右,氨的释放量可减少8.6%左右。据试验,通过添加合成氨基酸而使日粮中的蛋白质水平从16.5%降至12.5%时,粪尿中的氨散发量可减少50%左右,即日粮蛋白质水平每降低1个百分点,粪尿中氮的散发量可减少10%~12.5%。二是使用添加剂降低氮、磷的排泄量。据试验,日粮中添加非淀粉多糖、酶制剂、酸制剂、微生物添加剂(EM)、植物提取物、沸石等都可通过营养调控途径来增加氮的存留,同时减少氮的排泄量。磷排泄量的减少,目前主要通过在日粮中添加植酸酶,以去除植酸的抗营养作用,使日粮磷的利用率提高26.5%~44.2%,同时减少磷的排放量。


1.4改进饲养管理模式,减少粪污产生


通过科学的饲喂管理,可以有效减少饲料浪费,如改善饲料加工工艺、科学配合日粮、实施分阶段饲养、调节饲喂时间等,都可有效减少粪污的产生量。2畜禽粪污处理前的准备工作一是建设畜禽粪污处理发酵舍。发酵舍内设发酵槽(建于发酵舍内,储存和发酵畜粪的大容器,在地下60 cm用混凝土砌成)、污水槽(建于发酵舍内,用于存放尿液和污水);发酵舍的结构采用钢结构、透明屋顶,净高5.5 m,顶棚设置通风换气装置,两侧设立对流通风系统。二是购置配套设备。机械部分包括搅拌大车(翻堆机,将主原料进行搅拌和移动的机械装置)、大车轨道(搅拌大车在发酵槽往复移动轨道)、电控系统和通风系统(设在发酵槽底部,提供发酵所需的氧气,并控制发酵温度的设施)。


3粪污好氧发酵工艺

3.1工艺流程

3.1.1粪污收集和预处理

经过减量化和固液分离,有机污水、尿液收集进入污水槽,粪便统一堆放在发酵槽始端,每天根据粪便量添加辅料(木屑、秸秆、麸皮等),并搅拌均匀,保证混合物(简称物料)水分达到55%~65%,堆放2 d后进行通风、搅拌(每日一次),保证充足氧气,进行好氧发酵。

3.1.2污水喷淋、好氧发酵


发酵1周左右,当温度达到50℃以上,开始进行污水喷淋。据试验,每100 m3粪便可加污水2.25 t/d。按照发酵槽规格(7.5 m×70 m×2 m),如粪便堆积高1.8 m,则发酵舍内共有粪便810 m3,按照该模式可以处理污水18.23 t/d。污水喷淋15~20 d左右,停止喷淋。


3.1.3物料发酵后熟按照正常的频率通风、搅拌,随着水分蒸发和高温好氧发酵,1周后污水和粪便混合物基本达到无害化,再经一段时间水分降至30%以下,进行有机质和腐熟度检测,经过后续处理,就可以制成优质有机肥。


3.2发酵过程中参数控制


一是温度控制。畜禽粪便发酵过程中,温度控制起着关键作用,因为温度是影响微生物活动的重要因素。发酵过程中微生物分解有机质而释放出热量,这些热量使物料温度上升。畜粪发酵的温度一般控制在50~65℃之间,物料在该温度范围内嗜热菌大量繁殖,发酵速度最快,且高温发酵又可杀灭物料中的病原菌、虫卵、寄生虫等,高温发酵一般堆肥5~10 d即可达到无害化。发酵温度低于40℃时,则发酵时间延长,堆肥腐熟度不完全;温度过高,超过70℃时,则物料中的微生物也将受到危害。为控制发酵过程中的适宜温度,发酵舍屋顶和墙壁最好采用透明采光瓦结构,以利起到保温、升温作用,当温度过高时,通过发酵过程中搅拌通风和供氧进行调节。经试验研究,一般正常情况下,新鲜粪便和木屑混合后温度为20~38℃,第2 d开始升温,第5 d即可达到50~55℃;开始进入第一次发酵,污水喷淋2 d后,温度可升至60~65℃,持续1周左右,进入第2次发酵,温度基本稳定在55~60℃,持续7~10 d左右,当温度开始回落时,停止喷水进行搅拌、通风,直至水分降至30%以下。


通过不喷淋污水组和喷淋污水组在同等搅拌通风条件下的试验比较,得出不喷淋污水组发酵前2周,温度上升较慢,后期发酵温度基本呈现阶段上升趋势,最高可达72℃左右;污水喷淋组的温度变化则相对比较缓和,基本维持在55~65℃之间。发酵过程中的温度变化情况,详见图1。


二是含水量控制。物料原料的含水量是影响畜粪发酵反应速度和成品堆肥质量的重要因素。因为水是发酵过程中有机物分解和微生物繁殖的重要条件,达不到一定的含水量,可能导致温度难以上升,分解发酵速度减缓。当含水量降低时,首先应进行适当的污水喷淋,同时伴随通风搅拌,使含水量适当上升,控制在50%~60%之间。发酵过程中,水分蒸发会带走部分热量,起到调节发酵温度和污水处理量的作用。一般物料原料中的含水量以维持50%~60%最佳。当含水量低于40%时,则不能满足微生物的发酵需要,影响发酵速度;当含水量高于70%时,由于物料间充满水分,有碍通风供氧。经试验测定,物料含水量在63%左右,结合搅拌和通风,1周后,温度可上升至50℃以上,水分下降到60%以下,然后按照100 m3物料开始污水喷淋2.25 t/d,让水分保持在60%以下,污水停止喷淋后,结合搅拌、通风使水分蒸发至30%以下。


三是供氧量控制。耗氧量和耗氧速率是微生物活动强弱的标志,反映堆肥中有机质分解的程度。在通风供氧过程中,应注意供氧浓度,一般堆肥过程中物料适宜的含氧量为8%~18%,含氧量一旦低于8%好氧微生物活性将受到限制,导致厌氧菌活动加速,产生恶臭,引起发酵失败。根据耗氧速率,供氧时通风量一般为0.0089 m3/min。物料发酵3~4 d时开始通风(一般每天中午通风1~2 h),随着温度上升,通风时间可适当延长。为保证发酵过程顺利进行,可通过添加辅料、适时进行物料搅拌、控制通风和污水喷淋量,从而达到对水分、温度和供氧量的综合控制。通过试验研究,规模猪场粪污减量化及好氧发酵技术处理,可完全消纳万头规模猪场所产生的粪污。且根据生产实际探索出一套与畜禽粪便零排放技术相配套的规模猪场建筑设计规范,具有良好的生态效益、社会效益和经济效益,值得推广应用。参考文献省略


作者:李俊婷1 ,徐盛明2 ,朱华鸿2 ,孙时军1 ( 1. 宁波市鄞州区畜牧兽医站,宁波市畜牧工程技术研究服务中心,浙江宁波 315100; 2. 宁波市鄞州区姜山镇农办)





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