生猪养殖污染防治技术探讨

来源:用户上传      作者: 张全东　陈　健　张红兵

　　【摘要】 通过对生猪养殖污染的现状调查和监测，确定了生猪养殖污染系数，并在此基础上进行了污染防治技术的研究，探讨提高废渣利用率和发酵池产气率的先进的沼气发酵工艺，以达到有效降低养殖污染源强的目的。同时，还分析了种养结合生态模式和畜禽粪便综合利用的实用性和局限性，在体现生态发展模式及循环经济理念方面作了初步的探索。
　　【关键词】 生猪养殖 污染 种养结合
　　
　　 1前言
　　
　　近年来，随着经济的持续、稳定增长和人民生活水平的不断提高，养猪业也得到了快速的发展，昔日农村房前屋后的零散养殖已被规模化的养猪场所取代。生猪养殖的兴旺增加了养殖户的经济收入，在一定程度上促进了地方经济的发展。然而，养殖户对养猪场所产生的污水及粪便未能进行妥善的处理与利用，养猪场所排放的污水在一些地方已成为区域的主要污染源，污染的范围在扩大已波及大江流域。有资料显示，列入福建省四大水系的九龙江、汀江，养殖业的污染负荷比已高居首位。因此，治理、控制养猪场的污染自然也就成为保护环境的重要任务，养猪业所带来的环境污染问题已引起各级政府、相关部门和社会各界的普遍关注。本文在分析生猪养殖污染物产生情况的基础上，对沼气池的功效、种养结合的推行与局限以及猪粪作为有机肥原料可行性等问题进行了较为详细的探讨，目的在于为解决区域环境问题提供更为实用的污染防治技术。
　　
　　 2 生猪养殖污染产生情况分析
　　
　　生猪养殖的主要污染来源于生猪排放的粪便及尿液。粪便作为固形物常被分离出来，而尿液则与猪圈冲洗水一起形成养猪场的污水。
　　2.1污水产生情况
　　经过对10家养猪场产生污水的监测，以及对养猪场各类生猪平均重量的估算，可以得出单位重量猪只的污染排放系数，具体见表1。
　　
　　每50kg重量的猪只，每天产生的污染物的量分SS163.68g、COD116.86g、NH3-N6.60g、TP1.07g。
　　调查监测的10家养猪场母猪、仔猪和菜猪的比例为
　　1：2.03：7.12。母猪的平均重量取150kg，仔猪的平均重量10kg，菜猪的平均重量取60kg，猪场的平均污水产生量为15kg/d.头。所监测的污水为猪粪经人工铲起后的猪圈出水。
　　查阅相关资料可以得出不同体重猪只的换算系数。详见表2。
　　
　　根据表2的换算系数，就可算出不同体重猪只换算成50kg猪只的数量，然后再按表1的排污系数就能计算出所排污染物的数量。
　　例如：确定100头80kg猪的日产污量。
　　首先80kg重量的猪100头可换算成50kg重量的猪117头，即：
　　100（头）×1.17＝117（头）
　　然后计算产污量，即：
　　SS＝163.68×117＝19150.5（g）
　　COD=116.86×117=13672.62(g)
　　NH3-N=6.60×117=772.20(g)
　　TP=1.07×117=125.19(g)
　　2.2猪粪产生量
　　不同体重的猪产生的粪便量也不尽相同，据调查体重为50kg的猪只每天产生的粪便量在1.25~1.30kg之间，相应猪粪的BOD5量为136~141g/d.头。
　　其它体重的猪只的粪便产生量及其BOD5产生量也可按表2中的换算系数计算得出。
　　
　　 3沼气池是养殖废水处理的关键
　　
　　 从生猪养殖的污染分析可以看出，每50kg重量的猪仔，每天产生的污染物的量分别为SS163.68g、COD116.86g、NH3-N6.60g、TP1.07g，废水排放量为15kg/d.头。如何有效地降低养殖废水的污染物，沼气池是养殖废水处理的关键。
　　选定某种养有限公司的一排5个100m3的沼气池作为研究对象。根据该公司原有的排水体系，前两个沼气池（200m3）作为母猪圈废水处理池，按每头母猪重量150kg计算，母猪圈的存栏总数为330头，母猪饲料用量为3.78kg/头，则单位体积沼气池的负荷为247.5kg猪排放的污染物，单位体积沼气池的饲料负荷为6.24kg；后三个沼气池（300m3）作为菜猪圈废水处理池，按每头菜猪重量60kg计算，菜猪圈的存栏总数为710头，菜猪饲料用量为3.78kg/头，则单位体积沼气池的负荷为142kg猪排放的污染物，单位体积沼气池的饲料负荷为8.95kg。
　　沼气池按照设定的污染负荷运行1个月以上，根据猪圈冲洗时间，取沼气池前池不同时段混合水样作为沼气池进水水质，取并列几个沼气池出水混合样作为沼气池出水水质，进行分析，分析结果见表3。
　　
　　从研究结果可以看出，单位体积沼气池的负荷为2.5～3.0只平均体重（以50kg为标准）猪仔的排污量，与单位体积的沼气池的饲料负荷没有一定规律的必然关系；沼气池出水的pH值基本在中性略偏碱，可以作为植物的灌溉用水，不会因为碱性太强，使土壤板结；沼气池对COD和BOD具有较高的去除效率，一般可以达到60%～75%；沼气池对NH3-N、TP不具备去除能力。由于实验人力、物力的限制，对气温对沼气池的处理效率影响未进行进一步的研究。
　　因此，生猪养殖业污染控制中，监督养殖户按照指导的2.5～3.0头/m3建设沼气池是十分关键的，能有效地降低废水中的COD、BOD、SS，同时，为了提高沼气池的去除效率，可以通过设置前池、定期清除沼气池中的沼渣、选择合理的沼气池池型等手段。
　　
　　4 利用猪粪生产有机肥体现循环经济理念
　　
　　循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式，是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统增长模式的根本变革[1]。为了减轻经济增长对资源供给的压力，必须大力发展循环经济，实现资源的高效利用和循环利用。
　　从养殖业的情况看，各种养均产生大量的粪便，其中不仅含有大量的营养元素，也含有大量有机质，其中，生猪从仔猪出生到生猪出栏平均日产湿粪2～2.5kg，均值2.3kg，牛日产粪12.73kg，奶牛日产粪22.5kg，羊日产粪1.3kg，其它畜、禽的产粪量各不相同，但总产生量也是很可观的。以新罗区为例，2005年出栏生猪约120～140万头，年产生猪粪49.68～57.96×104t，从猪粪回收情况来看，目前主要的回收利用渠道是蔬菜、水果种植中直接经发酵后回田，如果按每亩果园、蔬菜地年消耗湿粪2～2.5t计算，其中考虑猪粪可回收率80%，约需20万亩果园及菜地才能消耗掉新罗区全年产生的猪粪。而新罗区2004年非粮作物播种面积为197785亩，耕地面积22.7967万亩，由于其它有机肥料施用面积占了约一半，还有一部分施用无机肥，因此，实际上无法消纳养猪产生的猪粪。
　　从目前生猪猪粪利用方式看，利用猪粪加工有机肥是一个比较好的方法，生产一吨有机肥约需消耗2.2t湿猪粪，以每吨销售价格650元计算，其提供的税利价值约为50～150元，从企业经营情况看，目前的猪粪收集范围在15～20km，通常不超过25km，这与运输费用有直接的关系，因此，实际上一个有机肥厂收集范围在2～3个乡镇范围，无法扩大。

　　从规模效益看，猪粪有机肥企业的合理规模在5000～20000t/a，最小不小于2000t/a，从目前收集的猪粪情况看，猪粪采用圈内直接收集的方法约可回收80%，而干、湿分离机由于去除了大量的有机质、氮源等可溶性肥料，只剩干渣，可利用效果较差，收集效率通常也只有50%左右，因此，从污染物减排和资源回收利用角度出发，还是采用干清粪工艺比较合适。从经济角度出发，目前的猪粪回收价格为20～25元/m3，合15～20元/t，以一个年出栏2000头生猪的猪场为例，采用干清粪工艺，年出售猪粪可获利9936～1.3248元，可支付1～2名工人的工资。
　　从肥料效果看，目前的有机肥包括活菌有机肥和灭活(菌)有机肥两种，虽然从其有效肥料中有机质、N、P、K等的含量比例来看，基本上是一样的，但由于活菌有机肥改变了土壤微生物结构，增加了有益菌数量，对植物更为有利，树体更健康，不易得病，有利于生产有机产品和绿色产品。
　　从鲜猪粪有效肥料成分比例看，有机质∶N∶P∶K为18.28∶0.55∶0.56∶0.35，其中钾的比例较低，在产品中通常要求有机质∶N∶P∶K的比例在20∶1.1∶1.15∶1.1左右，而且，由于鲜猪粪中含水份达到68%，猪粪尿中含水份85%，因此，需适当添加泥炭土、烟未、污泥、煤灰等填充剂，并通过晒干等方式保持猪粪有机肥细菌活性，降低水分，而通过烘干生产的有机肥则生产的是灭活(菌)有机肥，对土壤改善效果较差。
　　从新罗区目前情况看，一个乡镇出栏量在5～15万头生猪，按50%猪场猪粪用于生产有机肥，回收率为80%计算，可回收鲜猪粪10350～31050t/a，可生产有机肥4704～14114t/a。因此，2～3个乡镇通常可以建设一个5000～20000t/a的猪粪有机肥厂。其规模和治理效果是比较合理的。不仅可为企业创造利税25～300万元，还可为养殖户增收10～40万元，而且减少排放有机质914～3656t/a，减少N排放27.5～110t/a，P排放量28～112t/a。可有效减轻河道有机质污染，防止河水富营养化，取得环境效益和经济效益的双丰收。
　　从现有实施情况看，利用猪粪生产有机肥不仅走的是循环经济的路，有效变废为宝，也可以创造良好的经济效益。但目前在实施过程中也存在一些相关的问题，其主要是企业产品质量不同，产品实用效果不同，因此，造成猪粪有机肥推广较难，因此，必须通过政府扶持一部分品牌效益好、管理优质的企业发展联锁企业，扩大品牌效应，形成社会认知，以有效处理生猪养殖过程产生的猪粪问题，为生猪养殖业的可持续发展创造条件。
　　
　　 5 种养结合模式是生猪养殖污染治理的最终途径
　　
　　沼气池能有效地降低生猪养殖废水中的COD、BOD、SS，但沼气池出水中的COD、BOD、SS仍然无法达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）的浓度限值，且沼气池对NH3-N、TP基本上不具备去除能力。 我们尝试用工业废水处理方法中的二级生物处理法来处理沼气池出水，养殖废水的BOD/COD的比值平均在0.5左右，因此，该废水可生化性较好，从曝气生化处理效率研究可以证实，采用生化处理工艺能有效地降解废水中的有机物。在暂不考虑处理成本的前提下，通过足够时间的充氧曝气，经过处理后废水中的COD和BOD可以达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）的要求，但由于生猪养殖废水中较高的NH3-N、TP，无法达到排放标准的要求。因此，采用生化处理方法处理生猪养殖废水首先在技术上存在问题，充分利用废水中的NH3-N、TP，发展种养结合模式是生猪养殖污染治理的最终模式。
　　将沼气池的出水进行沉淀后用于种植植物的灌溉用水，主要利用植物的根系吸收沼气池出水的NH3-N和TP，来为植物提供营养。种养结合模式有多种形式，目前通常的种养模式有种植果树、种植猪生饲料（二系狼尾草、黑麦草等）、种植竹林和种植有机茶等。种养结合的养殖模式，不仅可以解决养殖业产生的污染，同时，种植业也可以带来一些经济效益。如种植猪的生饲料――二系狼尾草，每1亩地种植二系狼尾草可以消纳沼气池沼液0.3m3，相当于存栏20头生猪的产废水量，每亩地将产出二系狼尾草12.0t/年，母猪的生饲料用量为4.0kg/日.头，折算成购买饲料的费用，则每亩地将产生经济效益约5600元（未扣除废水提升的费用），是生猪养殖污染废水较好的出路。
　　种养结合的生态养殖模式是解决生猪养殖废水的最佳出路，但该模式也有一定的局限性。首先，该模式要求养殖场具备大片的土地，1000头存栏数的养猪场需要种植植物50亩；其次，对种植的植物要有选择性，例如种植果树，由于果树的需求肥料与它的生长期有关，当果树开花时，就不能再供给养分了，否则将影响果树的结果。因此，单独种植果树消纳生猪养殖废水具有一定的局限性；此外，采用土地处理方法虽然节省成本又有一定的经济效益，但土壤的容量具有一定的限度，长期的土地处理应每年进行定期土地监测，避免废水的长期浇灌对土壤造成污染。

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