原创 陈冲，施正香等 猪业科学 昨天

摘要

粪污处理模式的选择是影响猪场可持续性发展的重要因素之一，文章对国内规模化猪场粪尿清理、污水处理、末端还田利用等环节进行了系统阐述，对比分析了不同粪尿清理及污水处理方式下还田利用的效果及投资运行成本。规模化猪场污水处理首选种养结合模式，当污水不具备资源化利用条件时可选择达到农田灌溉标准的经济、高效污水处理模式。对于用于农田灌溉用水的污水处理，从投资和运行成本考虑优先选择水泡粪+污水预处理+UASB+A/O模式，土地资源不足情况下选择干清粪+污水预处理+UASB+A/O处理模式。采用沼液还田时，若配套土地面积充足，可选择水泡粪+污水预处理+黑膜沼气处理模式，配套土地面积不足时选择干清粪+污水预处理+黑膜沼气处理模式。

关键词

规模化猪场；粪尿清理；污水处理；种养结合

我国猪肉消费水平居全球第一。有数据表明，我国肉类消费中，猪肉消费长期占比在60%以上，生猪产值占农业总产值的18%，几乎相当于主要粮食作物的总和。出于生产效率以及经济性的考虑，我国养猪业由过去家庭副业的“散户方式”逐渐转变为现在的专业化、

规模化和集约化的“工厂模式”。规模化猪场数量的增多及猪群数量的不断扩大带来了局部区域粪尿排放和冲洗水过度集中的问题，给当地环境造成沉重压力。粪污处理模式的选择是影响猪场可持续性发展的重要因素之一，文章针对国内规模化猪场粪尿清理、污水处理、末端还田利用等环节进行系统阐述，对比分析不同粪尿清理及污水处理方式下粪污还田利用的效果及投资运行成本，以期为规模化猪场合理选择粪污处理模式提供参考和借鉴。

1  猪舍清粪方式对末端粪污处理利用的影响

1.1  清粪方式及工艺做法

规模化猪场大多采用干清粪、水泡粪、水冲粪等清粪方式。其中由于人工干清粪耗费人力较多，水冲粪耗水量较大，导致后端污水处理难度增加，这两种清粪方式在当下猪场中应用较少。现阶段规模化猪场最为常用的清粪工艺主要是刮板干清粪方式和水泡粪方式。

鉴于很多猪场污水消纳缺乏足够土地资源，我国鼓励养殖场选择干清粪方式。为配合此清粪方式，进行猪舍清粪工艺设计时，主要采用V刮导尿管形式（图1）和V刮导轨形式（图2）。其中，V刮导尿管的粪沟结构是在粪沟中心下方预埋一根导尿管（导尿管坡度0.3%），粪尿从漏粪板落入粪沟后，尿液依靠重力坡度流入导尿管内，然后尿液在导尿管内流向一端集尿井，粪便在粪沟表面依靠刮板将其刮入另一端集粪池；V刮导轨的粪沟结构只是去掉粪沟中心下方的导尿管，在沿粪沟的表面做一个0.3%的坡度，使尿液流向一端集尿井，粪便在粪沟表面依靠刮板被刮入另一端集粪池。虽然都是干清粪工艺，但对粪便含水率和液体含固率有不同影响。作者曾对其进行过检测，发现后者粪便中的含水率较前者高3个百分点，但基本不增加后端污水和固粪处理的难度。

水泡粪工艺由水冲粪工艺基础上改造而来，工艺流程为：前期在猪舍内的排粪沟中注入少量的水，粪尿、冲洗和饲养管理用水一并排放漏粪板下的粪沟内，储存一定时间后（一般为14～21d），人工打开排粪塞子将粪污通过虹吸原理或重力流入集粪池内（见图3）。

1.2  清粪方式对污水性质的影响

使用干清粪方式V刮出来的尿液中会含有一部分粪便，除了尿液中的污染物以外还含有粪便中的污染物；水泡粪出来的粪污含有粪尿以及冲洗水，并且粪便经过长时间的浸泡，许多固态污染物融于尿液和水中，导致粪污各项指标均超出干清粪方式下V刮出来的尿液指标，表1为山东某猪场干清粪、水泡粪测试3次的平均结果。

1.3  干清粪、水泡粪的适用地区

作者曾详细统计了一个13500头母猪场不同清粪方式下猪场一个月的粪污产生量。发现采用水泡粪工艺比采用干清粪工艺污水量增加17%，水泡粪工艺固废只有干清粪工艺固废量的1/2（表2）。因此干清粪适用于当地环保要求严格，需要控制源头减量、减少粪污浓度、降低后端污水处理难度的地区以及南方冬季气温较高并且对刮板设备维护检修方便的地区。水泡粪适用于当地环保要求宽松，猪场周边有足够的还田消纳用地的地区，以及北方冬季气温较低并且要求操作简便、不需要额外增加设备维护检修工序的地区。

2  猪场污水处理模式的选择

农业农村部和生态环境部联合发布的《关于进一步明确畜禽粪污还田利用要求强化养殖污染监管的通知》中提到，粪污要根据排放去向或利用方式的不同执行相应的标准规范。作为肥料利用应符合《畜禽粪便无害化处理技术规范》《畜禽粪便还田技术规范》《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》。向环境排放的，应符合《畜禽养殖业污染物排放标准》和地方有关排放标准。用于农田灌溉的，应符合《农田灌溉水质标准》。需要指出的一点，如果将污水处理后作为液肥使用的，则应按照液肥使用的标准进行处理，不应该过分强调按农田灌溉水质标准去执行。鉴于目前我国尚未出台相应的畜禽场污水肥料化利用的相关技术标准，各地在进行猪场污水处理时，要充分考虑当地的环保要求，选择合理的处理路径。文章仅对猪场污水处理达到农灌标准和处理达到沼液还田标准的工艺流程及要求做一详细讨论。

2.1  污水处理达到农灌标准的工艺流程及处理要求

根据《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》中要求，污水处理达到农灌标准可按照图4的工艺流程进行。其中，干清粪的主体工艺为：预处理+厌氧UASB（5d）+A/O处理+深度处理+沼气净化与锅炉燃烧+氧化塘储存。水泡粪的主体工艺为：预处理+厌氧UASB（6d）+A/O处理+深度处理+沼气净化与锅炉燃烧+氧化塘储存。

为减轻后续水处理工艺的处理负荷，预处理阶段必不可少，其主要作用为去除污水中的猪毛、较大的悬浮或漂浮物。厌氧处理UASB其作用机理主要是通过厌氧微生物水解酸化、厌氧发酵作用使废水中的有机物降解。好氧采用两级“A/O”工艺，是硝化-反硝化工艺的简称，功能是对污水中溶解的含碳有机物进行降解和对污水中的氨氮进行硝化反硝化过程，达到除氮效果。深度处理系统采用芬顿氧化法，以亚铁离子为催化剂，将废水中难降解的COD进行氧化去除，污泥处理系统可由叠螺式污泥脱水机完成，将污泥含水率降至70%～80%左右。

2.2  污水处理达到沼液还田标准的工艺流程及处理要求

目前，我国很多猪场粪污采用沼气工程处理，主要有二种工艺流程：（1）预处理+厌氧CSTR（水泡粪10d、干清粪8d）+沼气净化、存储与利用+氧化塘储存（图5）；（2）预处理+厌氧黑膜沼气（水泡粪45d、干清粪40d）+沼气净化、存储与利用+氧化塘储存（图6）。

其中，预处理阶段粪污进入格栅渠，通过机械格栅去除大块儿杂物后，自流进入收集沉砂池内及调节池内，混合均匀后，加温提升到CSTR反应器或黑膜沼气池中进行沼气发酵。CSTR反应器为完全混合式厌氧消化反应器，可使畜禽粪便污水全部进行沼气发酵处理，适宜处理含悬浮物（SS）高的畜禽粪污。黑膜沼气池就是一种采用黑色HDPE防渗膜将池体底部和顶部密封为一体的具有发酵、贮存气体功能的污水厌氧生物反应器，其主要依靠厌氧微生物将有机底物降解并部分转化为能源气体，厌氧出水沼液为优质液肥。养殖废水经过CSTR或黑膜沼气发酵出水指标均可满足《GB/T25246-2010畜禽粪便还田技术规范》《NY/T2596-2014沼肥》要求，在解决养殖场粪污环保问题的同时，获得优质有机液肥。

3  山东地区污水利用效果分析

3.1  用于小麦、玉米大田作物的灌溉用水

以山东鲁北分区为例，根据《山东农业用水定额》中要求，建设规模13500头的母猪场，猪场周边种植作物主要为小麦和玉米，采用管道输水、泵送灌溉。作物的灌溉用水定额（表3）由相应的灌溉用水基本定额与工程类型、取水方式、灌区规模的调节系数相乘求得，其调节系数分别为：0.87、0.95、1.12。得到该母猪场采用不同清粪工艺下的农田灌溉消纳用地面积情况见表4。

3.2  小麦、玉米大田作物的沼液利用

沼液还田利用是指从厌氧发酵罐流出的沼液经过简单的储存后直接施用于农作物。沼液直接还田利用包括沼液储存、输送以及施用方式与机具等环节，需要考虑当地土地承载力和存储、输送和施用过程中的经济性等因素。

根据不同土壤肥力下，单位土地养分需求量、施肥比例、粪肥占施肥比例和粪肥当季利用效率测算，计算方法如下：

单位土地粪肥养分需求量

其中，单位土地养分需求量为规模养殖场单位面积配套土地种植的各类植物在目标产量下的氮养分需求量之和。粪肥中氮素当季利用率推荐值为25%。数据的确定见表5-表7。得到13500头母猪场不同清粪工艺下沼液还田消纳用地面积情况见表8。

3.3  不同处理模式的投资运营对比

以山东鲁北分区建设13500头母猪场为例，不同污水处理模式的投资、运营费用包括V刮干清粪土建+设备、水泡粪土建+设备、污水处理土建+设备、农灌还田管道式土建+设备、沼液还田管道式土建+设备，固粪采用筒仓式好氧发酵罐，得到不同污水处理模式投资运营对比情况如表9。

4  结论

    1）以国家政策为导向，规模化猪场污水处理首选种养结合模式，以污水处理成沼液为主要工艺并实施沼液还田资源化利用。当污水的各项指标不具备资源化利用时，可选择达到农田灌溉标准的经济、高效污水处理模式；

    2）当污水处理按照农田灌溉标准处理利用时，从投资和运行成本方面优先选择水泡粪+污水预处理+UASB+A/O处理模式。若土地资源不足，选择干清粪+污水预处理+UASB+A/O处理模式更为合适；

    3）猪场采用沼气工程处理粪污时，沼液配套土地面积充足优选选择水泡粪+污水预处理+黑膜沼气处理模式，配套土地面积不足时则应选择干清粪+污水预处理+黑膜沼气处理模式。