養殖場糞污處理技術現狀與展望范龍杰;吳德勝;秦田;譚榮英;汪洋【摘要】針對目前養殖場糞污還田利用率低、處理效果差和資源浪費嚴重等問題,結合糞污易泵送、致密性好的特點,介紹了畜禽糞污收集的方法和針對不同應用場景收集后糞污的處理方式,分析了養殖場糞污處理的工藝特點.廢水經過厭氧處理,多種微生物協同發酵產生有機物,病菌數量顯著降低,對農作物中的多種病蟲害具有一定的防治作用,和農藥相比具有價格低、無抗性等優勢,又能夠起到改良土壤的作用,是理想的農藥代替品.【期刊名稱】《農業工程》【年（卷）,期】2018（008）011【總頁數】6頁（P58-63）【關鍵詞】養殖場糞污;糞污收集;糞污處理技術;研究現狀【作者】范龍杰;吳德勝;秦田;譚榮英;汪洋【作者單位】中機華豐（北京）科技有限公司,北京100083;中機華豐（北京）科技有限公司,北京100083;中機華豐（北京）科技有限公司,北京100083;中機華豐（北京）科技有限公司,北京100083;中機華豐（北京）科技有限公司,北京100083【正文語種】中文【中圖分類】X7130引言近年來我國養殖業發展迅速，目前正處于由小戶散養向規模化、現代化、集約化和標準化養殖轉變的發展階段，集中飼養的數量越來越多。據中國畜牧獸醫年鑒統計，2015年我國生豬存欄4.51億頭，牛1.08億頭，家禽58.7億只，全年肉類總產量8625萬t,禽蛋產量2999萬t;牛奶產量3755萬t［1］。根據畜禽糞污排泄系數計算，2015年年產糞污量牛尿3.99億t，豬尿5.43億t［2］。糞污處理針對的目標是可以進行泵送的糞便，即漿料和尿液、養殖場洗刷水和沖洗水等。其特性也非常明顯：一是經過攪拌非常均勻;二是致密性好，可以通過泵進行抽送;三是通過適當的技術，可以獲得高的氮利用率;四是撒施均勻，植物易吸收;五是養分含量測定簡便。糞污處理系統的最終目標是改善環境，并最大限度地利用養分。但如果提供給作物營養物的量大于吸收的量，會造成營養素的損失。如從糞便中釋放的氮會造成土壤、河流和湖泊的酸化，會導致地下水中硝酸鹽和亞硝酸鹽以及氧化亞氮濃度的增加，從而可能破壞臭氧層，氮磷還可能導致湖泊和河流的富養化。長期來看，不合理的施用會導致環境惡化、社會經濟效益下降和生態平衡失調，進而對農林漁業等產生負面影響，因此，在無害化處理后，糞肥量不能超過同年作物生長所需的養分含量。在確定糞肥最佳施用量時，采用土壤測試配方施肥法測定土壤肥力和糞肥效率，滿足當地環境容量要求。同時，應使用一次以上的土地進行施肥，長期施肥不應施用于同一塊土地。畜禽糞污收集畜禽糞污的收集一般是在養殖的過程中就完成的，收集方式主要有干清糞、水沖糞和水泡糞［3］。干清糞工藝是通過機械或人工收集、清除牲畜和家禽排出的糞便的方式。尿液，殘余糞便和沖洗水從污水通道排出，因而可以在源頭實現糞尿的粗分離。水沖糞工藝指畜禽排放的糞、尿和糞污混合進入糞溝，每天用水沖洗幾次，糞水順糞溝流入糞便主干溝后排出的清糞工藝。水泡糞工藝指在畜禽舍內的排糞溝中注入一定量的水，將混合液一并排放至漏縫地板下的糞溝中，貯存一定時間，待糞溝填滿后，打開出口閘門，溝中的糞水順糞溝流入糞便主干溝后排出的清糞工藝。根據國家環保總局《畜禽養殖業污染防治技術規范》規定：“新建、改建、擴建的畜禽養殖場應采取干法清糞工藝，采取有效措施將糞及時、單獨清出，不可與尿、糞污混合排出，并將產生的糞渣及時運至貯存或處理場所，實現日產日清。采用水沖糞、水泡糞濕法清糞工藝的養殖場，要逐步改為干法清糞工藝”。干清糞工藝具有舍內氣味相對較小、糞污產生少、干糞養分損失小和肥料價值高等優點，是未來糞污清理工藝的發展趨勢。通過不同的收集工藝，廢水的來源也不盡相同，干清糞工藝的廢水主要是畜禽養殖場產生的尿液、殘渣；水沖糞工藝的廢水是畜禽養殖場產生的糞尿混合液、沖洗水和生產過程中產生的廢水；水泡糞工藝的廢水是部分在溝槽中厭氧消化的糞尿混合液、沖洗水和飼養管理用水等［4］。不同清糞方式畜禽養殖場廢水中的污染物濃度和pH值如表1所示。雨污分流雨污分流是利用下雨造成雨水與糞污混合而采取的使雨水與糞污分別流出的工藝，采用雨污分流工藝可以提高糞污處理效率、減少穩定塘設計容積、減少養殖糞污產生量和輸送量以及減少養殖場糞污處理量，從源頭上減少進入處理鏈的糞污量。雨污分離設施的建設一般采用雨水和污水分離溝渠等方法，根據農場的實際情況，預制板覆蓋糞溝，使規模農場的清潔水和糞便有效轉移。雨水過后，生產過程中產生的糞便和糞污經過網格過濾，沉淀和凈化。凈化水和糞便通過管道輸送，用于排放或后續處理。凈化水通過雨水管網直接排入河道或魚塘。糞污經沉淀、微生物厭氧發酵水質達標后再排到河道、排入沼氣池等。圖1所示為湖南新五豐永安豬場采用的雨污分離措施，豬場上架頂棚，外設排水溝，雨水從圖中所示的排水溝排走，而糞污則從豬場后部的排污管道封閉流出，以此達到雨污分流的目的。圖1雨污分離措施示例Fig.1Exampleofmeasureforseparationofrainandpollution糞污處理技術3.1固液分離技術固液分離是在糞尿全部收集完成之后用機械的方式進行分離。研究表明NH3和C02是測得的主要氮、碳損失。根據通量測量，分離顯著增加了豬漿的溫室氣體排放量，但牛漿的溫室氣體排放量卻沒有增加，此外，導致NH3排放潛力顯著降低（豬和牛分別為9%和23%）。然而，根據化學分析，分離導致更大的N損失（分別為豬和牛初始TKN的35%和86%），這一損失很小一部分可能是N2損失，NH3排放的主要貢獻是液體餾分，占總損失的70%~80%。因此，強烈建議減少這一來源的排放量，如覆蓋儲罐和液體組分的酸化。研究結果還證實了攪動引起的干擾，導致NH3排放量大幅增加⑸。因此，應仔細考慮罐體灌裝或排空空氣等涉及糞污表面擾動和表皮破壞的操作，固液分離沖洗儲罐和槽道如圖2所示。表1畜禽養殖場廢水中的污染物濃度和pH值mgL（pH值除外）Tab.1ContaminantconcentrationandpHofwastewaterofdifferentdefecationmethods養殖種類清糞方式污染物濃度/mg?L-1CODCrNH3-NTNTPpH值豬水沖糞15600~46800平均21600127~1780平均590141~1970平均80532.1~293平均127干清糞2510-2770平均2640234~288平均261317~423平均37034.7~52.4平均43.56.3~7.5肉牛干清糞88722.141.15.33奶牛干清糞918-1050平均98341.6-60.4平均5157.4-78.2平均67.816.3-20.4平均18.67.1-7.5蛋雞水沖糞2740-10510平均606070-601平均26197.5-748平均34213.2-59.4平均31.46.5-8.5鴨干清糞271.854.700.1397.391?漏縫地板2?風機3?水圭寸圖2沖洗儲罐和槽道Fig.2Flushtankandchannel動物糞便通常以泥漿形式處置，或利用前貯存一段時間，很少或沒有添加墊料。漿料與水相對不同，因其在處理性能方面由于黏度更大的原因，漿液與水相比有很大不同。另一個區別是，處理漿料時流體性質會發生變化，其黏度會下降，但當處理停止時又恢復正常。這種現象取決于加工過程中糞便顆粒物的絮凝作用，加工停止時這些顆粒物會再次形成。漿液長時間儲存在罐中，糞便會分離。較輕的部分，如某些雜質（主要是稻草）和一些飼料殘留物會上浮。較重的顆粒，如鋸末和青貯飼料會沉到底部。沉積和浮殼通常出現在牛糞池中，但也可能在秸稈用作墊料的豬糞池中，在儲存發酵過程中易發生變化，變化的程度取決于包括儲存期的條件和持續時間等因素。營養物質的流失，以及肥料在儲藏過程中的施肥價值，一直是人們關注的問題，估計在糞污儲存系統中，奶牛和牛羊糞污的VS損失為10%，豬和家禽糞污的損失為20%。3.2自然處理穩定塘是自然凈化處理糞肥的設施的總稱，用于容納、貯存和處理養殖場原始糞污或經過局部處理的糞污，其凈化過程與自然水體的自凈過程相似。通常是將土地進行適當的人工修整，建成池塘，并設置圍堤和防滲層，依靠塘內的微生物來處理糞污［6］。主要利用菌藻的共同作用處理廢水中的有機污染物。穩定塘糞污處理系統具有基建投資和運轉費用低、維護和維修簡單、便于操作、能有效去除糞污中的有機物和病原體及可節省大量人力物力等優點。穩定塘進污和貯污如圖3和圖4所示。圖3穩定塘進污Fig.3Manureslurryentryofstabilizationlagoon圖4穩定塘貯污Fig.4Manureslurrystorageofstabilizationlagoon糞污貯存設施的目的是在收集的同時穩定畜禽糞便，并將其部分轉化為液體。按照細菌分解的類型穩定塘可分為好氧塘、兼性塘和厭氧塘3種。3.2.1好氧塘和兼性塘好氧塘依賴好氧菌對糞便進行分解，而兼性塘上部依賴好氧菌分解，下部依賴厭氧菌分解。兩種型式都必須通入氧氣，按供應氧氣的方式又可分為自然充氣式和機械充氣式兩種。自然充氣式穩定塘依靠水面上藻類植物的光合作用提供氧氣。藻類植物生長的溫度為4~35°C,最佳溫度為20~35°C。在最佳溫度下，好氧型自然充氣穩定塘可在40d內將BOD值減93%~98%。自然充氣式穩定塘池深與需氧量、氣候條件和有無沉淀物相關。好氧型自然深度穩定塘的深度常在1m以下。兼性型的深度通常為1.0~2.5m，對于氣候溫暖糞液預先沉淀過的情況下為1.0m；氣溫有中等程度的變化，糞液含有可沉淀物質的情況下為1.5~2.0m;氣溫變化很大，糞液中含可沉淀物質時為2.0~2.5m。機械充氣式穩定塘又稱曝氣氧化塘，利用曝氣設備從大氣提供氧氣，使好氧菌獲得足夠的氧氣，同時使有機物呈懸浮狀態，以便對有機物進行好氧分解。作為肥水利用，儲存后的厭氧消化液的施用應與植物生長周期相配合。為指導沼液的無害化、資源化利用，國家出臺了GBT25246—2010《畜禽糞便還田技術規范》、NYT2065—2011《沼肥施用技術規范》等，地方也出臺了相關標準，以促進沼液的安全利用。3.2.2厭氧塘厭氧的本質是在缺氧的條件下，依賴厭氧菌對糞肥進行降解，將脂肪、蛋白質和碳水化合物分解成甲烷、二氧化碳、水、新的細菌細胞、惰性固體、微量的氫氣和硫化氫、氨、水蒸氣和其他氣體。在高密度大規模的畜牧養殖業中，使用厭氧塘是一種經濟可行對環境無害的貯存方式。由于厭氧分解過程中產生有害氣體和氣味，在保證厭氧塘經濟性的情況下，厭氧塘的設計和管理尤為重要。厭氧塘的池深一般為3~6m,不設任何曝氣設備，由于發酵而形成水面浮渣層，使自然充氣也減小到最小程度，所以絕大部分主要由厭氧細菌進行糞便的分解，并進行沉淀分離。厭氧塘主要用于處理高濃度的有機物廢水，比好氧塘和兼性塘深，主要目的是維持厭氧條件及保持塘水溫度。由于厭氧池的高有機負荷，池塘始終處于缺氧狀態，因此一旦廢水中的油在厭氧池表面形成不透氣膜，內部便從上到下處于厭氧狀態。由于池中藻類植物和好氧菌生存的要求，兼性塘和好氧塘一般需要建在溫度適宜和光照良好的地方。好氧塘處理廢水時需要首先對廢水進行預處理，同時機械充氣會增加處理成本。與兩者對比，厭氧塘不需要能量，不必進行預處理，容納糞污量大，管理少，節省勞動力，同時能適應含較高固體含量的糞便。其缺點在于臭味較大，貯存污泥較多。綜合經濟成本和環境效應，厭氧塘作為糞污貯存設施具有優勢，既可單獨貯存并處理大量糞污，也可作為預處理設施，置于塘系統的首端，與其他類型穩定塘配合使用［7］。目前許多先進國家都在研究并應用厭氧塘，相關試驗結果表明厭氧塘能耗低，營養物需要量少，應用水質范圍廣，有些有機物對好氧微生物來說是難降解的，而厭氧微生物則可降解的，厭氧塘對水溫的適宜范圍廣，厭氧菌能在10~55°C的范圍內不同程度地發揮作用［8］。由于厭氧或兼性微生物對有機物只進行不徹底降解，所以厭氧工藝往往作為好氧生物處理的預處理工段，厭氧塘適合于中性pH值糞污的處理［9］。3.3生物處理技術生物處理一般應用在大型的沼氣池中。沼液也稱厭氧消化液，是沼氣池中的人畜類便和各種農作物秸稈等經密閉發酵后殘留的液體物質。相關研究已經證明，厭氧消化是減少溫室氣體排放的有效手段。在無氧條件下，在可控條件下將有機物轉化為C02和CH4等氣體。厭氧消化是一種有效的畜禽糞便處理和能源回收利用方法，可以有效地降解糞便糞污中的有機物，并產生沼氣，既處理了農業廢棄物，又能獲得清潔能源。豬場廢水經過厭氧生物處理后，產生大量的厭氧消化液，出水中氮磷污染物濃度仍然很高，其處理利用仍然是豬場糞污污染控制面臨的一大問題。目前，厭氧消化液處理利用方式有還田利用、自然處理和生物處理3種。近30年來，生物處理工藝用于處理豬場廢水厭氧消化液，常見的有缺氧好氧(AO)工藝、SBR法和MBR法等。AO工藝嚴格的意義上來說應該屬于厭氧消化的后置工藝。研究表明生化處理對抗生素廢水的去除效果較好，但由于抗生素類藥物的生物抑制性，宜采取適當的預處理工藝再進行厭氧好氧處理。采用AO工藝可使COD、氨氮的去除率達到80%以上，余薇薇等［10］采用的改良工藝甚至達到了更高的去除率，但是AO工藝擁有好處理效果的必要條件是高CN比、高的回流比及高的堿化調節，因此從操作性上不如SBR工藝。SBR全稱是序批式反應器，在活性污泥法的基礎上增加了閑置缺氧和沉淀過程，是一種按間歇曝氣方式運行的活性污泥糞污處理技術。李建政等［11］對SBR方法做了詳盡的試驗,28°C的氨氮去除率和亞硝酸鹽的去除率最好為71.1%和96.7%;鄧良偉等［12］改進SBR法，采用添加廢水原水的方式，提高了處理效率，使COD去除率達到80%以上，氨氮去除率達到99%，但也要回補堿度。試驗和效果證明SBR處理厭氧消化液的方法有耗電量小、工藝簡單和操作方便的特點，且氨氮出水量小，pH值接近中性，對環境友好。MBR法即膜生物反應器工藝，用膜組件實現固液分離，隨著技術的進步和市場的成熟也越來越成為大型沼氣池的一種選擇。隋倩雯［13］采用氨吹脫MBR組合工藝處理厭氧消化液，試驗得出氨氮去除率73%，TN去除率65%，且此工藝不加入碳源且可回收氨氮；龍用波［14］采用一體式MBR反應器，在增加堿度和曝氣量的基礎上，可達到COD和氨氮去除率80%以上。MBR有施用簡便、反應器結構小和微生物濃度高的特點，但由于膜污染的問題一直無法良好解決，在施用時間長的情況下膜透率下降快，使得MBR法一直無法成為能夠大量應用的處理工藝。4結束語廢水經過厭氧處理，蘊含經過多種微生物協同發酵產生的有機物，經過厭氧發酵后病菌數量顯著降低，其對農作物中的近多種病蟲害具有一定的防治作用，和農藥相比存在價格低、無抗性等優勢，又能夠起到改良土壤的作用，是農藥的理想代替品。經厭氧發酵后除碳素損失較大外，其他的營養物質均保留在廢水漿液中，大團塊的有機物和氮磷鉀等轉化為簡單的、易于被植物吸收的小分子或離子狀態，如有機氮一部分被轉化為銨態氮的形式，相當于速效氮，另一部分則參與代謝或分解為游離氨基酸的形式。研究表明，總氮含量占0.78%~1.61%，總磷含量占0.4%~0.6%,總鉀含量占0.61%~1.30%，有機質含量占36.0%~49.9%。黃世文等［15］研究沼液浸種的種子處理技術，試驗表明水稻沼液浸種比清水浸種發芽率提高5%~10%，早出苗1~2d,且苗齊苗壯、抗病能力強，成秧率提高10%~20%，產量增產5%~10%。發酵殘留物含有多種生物活性物質，其中丁酸和吲哚乙酸、赤霉素以及維生素B12等對病菌有明顯的抑制作用。李軼等［16］在種植番茄時添加漿液，結果表明多樣性指數在坐果期最低，在苗期和開花期較高，而沼肥和菌肥混施對微生物多樣性的影響更為顯著。錢靖華等［17］用沼液和化肥進行了配施，結果與僅施化肥相比，西瓜的蛋白質含量增加12.1%，可溶性糖含量增加4.4%,VC含量增加6.6%，硝酸鹽含量降低20.0%。“十三五”規劃將生態文明建設上升為國家戰略，農畜牧業固液體廢棄物的排放和治理是重點。我國針對沼液、固液分離等廢水系統有一定的突破，但是因其飼養決定成分，收集方式決定含量，處理設施和處理工藝決定排放結果，對于整個畜禽糞污的處理系統沒有良好的規范和標準，今后廢水處理系統應需加強以下3個方面研究。廢水處理過程中對氣態溢出物的研究。糞便和糞污在收集過程中由于溫度和自熱，往往內部的生化溫度高于外部，雖然水沖糞和水泡糞可穩定住一部分的溢出氣體，但仍有相當一部分不溶于水的廢氣溢出，針對這些污染源的收集方式、反應機理可進行再研究。廢水處理過程中的氣味問題。廢水處理中的主要臭味來源是氨氣、硫化氫和其他氣體，不同調配的廢水，溶解度也不一樣，如在SBR和MBR法中加入堿度是否會增加氨氣的排放等。此外由于人對于臭氣的耐受性較低，處理系統中對于無法中和的臭氣是否需要收集，排放量為多少對于環境的影響最小，臭氣的收集設施等還可繼續進行研究。沼肥還田利用時，廢氣在農田的排放密度對稻米品質機理的研究，如分析、檢測稻米理化性狀，明確廢氣是否存有影響的機理。廢水處理標準化技術集成。從飼料成分、營養素含量，到針對不同養殖場的糞尿收集、水沖洗，固液分離方法和雨污分離，再到研究廢水大田施用、育秧和浸種等不同使用方法，處理不同植物類型和品種，整合、優化現有的沼肥還田技術，集成一套系統、簡便和易于操作的“沼肥施用標準化技術”。廢水施用標準化技術培訓、示范、推廣與效益分析。以“沼肥施用標準化技術”培訓農業畜牧業相關人員，使該技術迅速、快捷地形成生產力。提高畜禽養殖廢水處理的處理效率、減少運行費用。開展廢水施用標準化技術試驗、示范和推廣。進行廢水施用效益分析，比較不同畜禽全程廢水處理與常規生產的經濟效益、環境和生態效益。參考文獻相關文獻】中國畜牧獸醫年鑒編輯委員會?中國畜牧獸醫年鑒2015[M].北京：中國農業出版社，2015.包維卿，劉繼軍，安捷，等?中國畜禽糞便資源量評估的排泄系數取值J].中國農業大學學報，2018，23(5)：1-14.BAOWeiqing，LIUJijun，ANJie，etal.Value-takingoflivestockandpoultryexcretafactorinChina[J].JournalofChinaAgriculturalUniversity，2018，23(5)：1-14.StevePohl.豬場的糞便管理系統[J].國外畜牧學(豬與禽)，2003(5):41-45.NazimCICEK，DannyMANN.Biofilter：apromisingtoolformitigatingmethaneemissionfrommanurestorage[J].JournalofAridLand，2011(1)：61-70.WANGJ，DUANC，JIY，etal.MethaneemissionsduringstorageofdifferenttreatmentsfromcattlemanureinTianjin[J].JournalofEnvironmentalSciences，2010，22(10)：1564-1569.ZHANGRH，LorimoreJ，MelvinSW.DesignandmanagementofanaerobiclagoonsinIowaforanimalmanurestorageandtreatment[M].Iowa：IowaStateUniversityExtensionpublication，1995.StevePohl.豬場的糞便管理系統(續完)[J].國外畜牧學(豬與禽)，2003(6):38-43.曹坤，趙偉?排泄物儲存池的容積是如何確定的[J].黑龍江科技信息，2002(3):14.佚名?豬舍的糞便清除和處理[J].糧油加工與食品機械，1975(4):82-86.余薇薇，張智，畢勝蘭，等?改良型兩級AO工藝處理畜禽養殖場的沼液研究[J].中國給水排水，2011，27(1):8-11.YUWeiwei，ZHANGZhi，BIShenglan，etal.Improvedtwo-stageAOprocessfortreatmentofbiogasslurryfromlivestockandpoultrybreedingfarm[J].ChinaWater&Wastewater，2011，27(1):8-11.李建政，孟佳，趙博瑋，等?養豬廢水厭氧消化液SBR短程硝化系統影響因素[J].哈爾濱工業大學學報，2014，46(8):27-33.LIJianzheng，MENGJia，ZHAOBowei，etal.MaininfluencefactorsforshortcutnitrificationinaSBRtreatinganaerobicdigestedpiggerywastewater[J].JournalofHarbinInstituteofTechnology，2014，46(8):27-33.鄧良偉，鄭平，李淑蘭，等?添加原水改善SBR工藝處理豬場廢水厭氧消化液性能[J].環境科學，2005(6):107-111.隋倩雯?氨吹脫與膜生物反