對豬場糞污處理技術(shù)的分析和全自動處理技術(shù)的探討
摘要：養(yǎng)豬生產(chǎn)集約化自動化是今后我國養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展的必然趨勢。我國規(guī)模化養(yǎng)豬從1981年開始至今，已有35年。在日益強調(diào)保護生態(tài)環(huán)境的今天，豬場糞污處理已成我國養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展的“瓶頸”。在糞污水處理上曾使用過多種技術(shù)，水泡糞、水沖糞、糞水固液分離、沼氣發(fā)酵 (發(fā)電)、發(fā)酵床、人工干清糞、機械刮糞，等等，經(jīng)歷了一代又一代，各有優(yōu)劣。水泡糞和水沖糞雖工藝簡單，但用水多，室內(nèi)空氣臭，臭氣在室內(nèi)時間長，排出的糞污水難以處理。這種方法在國外可行，但在中國豬場周圍有農(nóng)戶或居民卻沒有足夠的耕地供灌溉的情況下，是不可行的。糞水固液分離方法的缺點是，干的部分作有機肥，反而不肥了，污水中由于加上部分糞中的有機質(zhì)，更難處理了。污水如用于產(chǎn)生沼氣，由于有機質(zhì)濃度不夠，效果也很差。豬糞污水沼氣發(fā)酵 (發(fā)電)的缺點是，要定期清理沼渣和沼液，如沒有足夠的農(nóng)田，沼渣和沼液的處理也有一定難度。在北方 (長江以北)冬天產(chǎn)氣少，有的豬場用沼氣發(fā)電時，經(jīng)濟上還虧損。發(fā)酵床雖可節(jié)水、節(jié)約人工，但也已出現(xiàn)原料貴并難找、或管理不善的局面。人工干清糞效率低，工人難找，在大規(guī)模豬場不可行。對病死豬無害化處理也需要改進技術(shù)。因此，要結(jié)合中國具體情況，探索豬場糞污處理新思路。實行減量化、資源化、無害化，用法律和制度進行總量控制。在因地制宜、多種形式處理豬場糞污的同時，要組織有關(guān)單位利用現(xiàn)有的成熟技術(shù) (自動機械刮糞、干糞快速發(fā)酵、滲透膜法處理污水等)協(xié)作研究“豬場糞污全自動化處理技術(shù)”。
關(guān)鍵詞：養(yǎng)豬場;糞污處理;自動化處理
1 養(yǎng)豬生產(chǎn)集約化自動化是今后我國養(yǎng)豬業(yè)的必然趨勢
中國是養(yǎng)豬大國，但不是養(yǎng)豬強國。養(yǎng)豬生產(chǎn)發(fā)展在年度、地域上很不均衡，價格大起大落，養(yǎng)豬成本高，生產(chǎn)效率低。據(jù)測算，2015年，美國生豬價格平均為0.56美元(7.26元)/kg，中國平均為15.2元/kg，是美國的2.09倍[1]。美國一個工人年出欄肉豬2.5萬頭，年工資3萬～3.5萬美元。在中國，每戶養(yǎng)豬年出欄肉豬1 000～1 200頭(溫氏集團的養(yǎng)殖戶)。主要問題是規(guī)模豬場的糞污處理難，糞污對環(huán)境污染嚴重。2016年5月，環(huán)保部又出臺“禁養(yǎng)令”。同時，養(yǎng)豬又臟又臭，現(xiàn)代年輕人不愿養(yǎng)豬，特別缺少養(yǎng)豬一線的人員。
豬場污染已成環(huán)境的重要污染源。據(jù)環(huán)保部、農(nóng)業(yè)部等估算，全國每年產(chǎn)生畜禽糞污38億噸，綜合利用率不到60%，農(nóng)業(yè)部測算，我國年產(chǎn)豬糞便量超過6億噸，綜合利用率不足一半。每年生豬病死淘汰量6 000萬頭，專業(yè)無害化處理比例不高。每年產(chǎn)生秸稈9億噸，未利用的約2億噸[2]。
環(huán)保部“禁養(yǎng)令”規(guī)定的禁養(yǎng)地區(qū)包括150多個縣城以及多個地市，規(guī)定的禁養(yǎng)豬場包括：①廣大中小型養(yǎng)殖戶，散養(yǎng)戶，一般指養(yǎng)殖規(guī)模在500頭以下的豬場;②超過500頭規(guī)模養(yǎng)殖但環(huán)保不達標的豬場。據(jù)統(tǒng)計，浙江生豬存欄從2013年的1 287.5萬頭減至2015年的730萬頭，兩年內(nèi)銳減43.3%。年生豬出欄量也從2013的1 895萬頭減少到2015年的1 316萬頭，減少579萬頭，下降31%[3]。有人提出“南豬北養(yǎng)”，浙江人準備到內(nèi)蒙、黑龍江去養(yǎng)豬。2016年8月29日全國人大啟動了審議程序，計劃對500頭以上豬場征收環(huán)保稅，對豬場外排的大氣、水、固體廢物均要按量收稅[4]。
豬場糞污處理已成為我國養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展的“瓶頸”。養(yǎng)殖戶要增養(yǎng)母豬也難，2015年4月起，全國飼養(yǎng)母豬總數(shù)保持4 000萬頭以下，2015年6月開始至今(連續(xù)16個月)的豬糧比價一直居高不下。應(yīng)該說，出現(xiàn)這種情況與我國近年來的人口城鎮(zhèn)化和環(huán)保部的養(yǎng)豬禁令不無關(guān)系。
2 對多種規(guī)模豬場糞污處理技術(shù)的分析
我國規(guī)模化養(yǎng)豬是在1978年改革開放之后開始的。但真正進行規(guī)模化養(yǎng)豬是在1981年5月，深圳光明畜牧合營有限公司引進美國第一條萬頭養(yǎng)豬生產(chǎn)線之后推開的[5]。從那時到2016年，已經(jīng)歷了35年，關(guān)于規(guī)模豬場糞污處理的技術(shù)也換了幾代。水泡糞、水沖糞、糞水固液分離、沼氣發(fā)酵(發(fā)電)、發(fā)酵床、人工干清糞、機械刮糞，等等。一代又一代，不一而足。到底用哪種好?眾說紛紜，需要分析。
2.1 水泡糞
這是我國規(guī)模化養(yǎng)豬的第一代技術(shù)。全部照搬美國的方式，用水泡糞的方法(漏縫地板+水池)來進行糞污處理。飼養(yǎng)員只要用自來水沖洗漏縫地板上的豬糞就可以了。在豬場外有很大的(可貯存半年時間的糞污水)貯糞污池。整個冬季把糞污水貯在糞污池，春天化凍后把糞污水用糞泵泵至周圍農(nóng)田作肥料，灌溉作物。它的優(yōu)點是工藝簡單，提高效率。缺點是用水多，室內(nèi)空氣臭，臭氣在室內(nèi)時間長，排出的糞污水難以處理。這種方法在美國、加拿大等土地面積大、豬場周邊沒有農(nóng)戶和居民的國家是可以的。但在中國，豬場周圍有農(nóng)戶或居民卻沒有足夠的耕地供灌溉的情況下，是行不通的。
2.2 水沖糞
針對水泡糞在豬舍內(nèi)時間長、臭氣大的缺點，有人提出改進方法，把糞污水定期用閘門外排。為了改善豬舍內(nèi)母豬的空氣質(zhì)量，有的還設(shè)計專門的通風(fēng)管道，由上向下對著母豬的頭頂吹，或在糞污溝端設(shè)排風(fēng)扇，讓臭氣外排。于是出現(xiàn)了水沖糞的模式(漏縫地板+水池+閘門+排風(fēng)扇)。它的優(yōu)點和缺點與水泡糞差不多，只是把室內(nèi)的臭氣外排到室外了，減少了室內(nèi)的臭氣濃度。這在美國、加拿大等人少、地多的國家是可行的。目前在國內(nèi)還有很多采用自動喂料的豬場還在采用這種方法，在中國還是不可行的。
2.3 糞水固液分離
這種方法是在2010年前后從臺灣傳過來的。針對糞尿污水在室外難以處理的情況，有人想出將外排的糞污水先用固液分離機把干的部分擠壓(或過濾)出來做有機肥，污水再通過好氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵等方法處理。這種方法的缺點是，干的部分作有機肥，反而不肥了，污水中由于加上部分糞中的有機質(zhì)，更難處理了。污水再用于產(chǎn)生沼氣，由于有機質(zhì)濃度不夠，效果也很差，這種方法也不值得提倡。
2.4 沼氣發(fā)酵 (發(fā)電)
通過漏縫地板下來的糞尿混合污水通過管道進入專門的沼氣發(fā)酵罐生產(chǎn)沼氣，或用紅泥橡膠袋-厭氧發(fā)酵(這也是從臺灣傳過來的)產(chǎn)生沼氣。這是目前許多大型養(yǎng)豬場處理糞尿污水的方法。也是國家鼓勵和推廣的方法。有關(guān)部門(能源辦)還有相當多的經(jīng)濟補助。有的將所產(chǎn)的沼氣用來發(fā)電，本場自用，可以節(jié)約部分能源。它的缺點是，要定期清理沼渣和沼液，如沒有足夠的農(nóng)田，沼渣和沼液的處理也有一定難度。在北方(長江以北)冬天產(chǎn)氣少，雖有多種辦法，如把沼氣罐埋入地下，用塑料棚外罩，沼氣罐內(nèi)加溫等，但產(chǎn)氣量還是受到影響。
另外，我國的沼氣發(fā)電在技術(shù)上和國家對自發(fā)電入網(wǎng)電價的定價上均存在一定問題。據(jù)劉暢等[6]對江蘇某公司沼氣工程(年存欄量9 000頭豬)參數(shù)和德國萬頭豬場沼氣工程經(jīng)濟性進行的分析對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中國某公司和德國某公司的年存欄量9 000頭豬場所建設(shè)的沼氣發(fā)電工程，兩者發(fā)酵罐和沼液調(diào)節(jié)池體積基本一致，工程總投資也相近，均為300萬左右，然而兩者收益存在天壤之別，江蘇該公司沼氣工程年虧損4萬元，而德國該公司年收益高達190萬元。
2.5 發(fā)酵床
這是2005年前后從日本、韓國傳過來的技術(shù)。2005—2008年在全國各地試驗推廣。用木屑和稻殼或其他秸稈等混合物，加上特定的菌種發(fā)酵，經(jīng)混合、攪拌、發(fā)酵幾天后，鋪在豬圈內(nèi)作為墊料，厚約80～2500px，上面養(yǎng)豬。平時只要人工或機械將豬糞撒開，不要集中一處，一般3～5年換一次墊料。其優(yōu)點是節(jié)約用水(可節(jié)水80%～90%)，節(jié)約人工(1人可養(yǎng)肉豬300～500頭或母豬150頭)[7]，冬天保溫。山東臨沂市沂水縣興建養(yǎng)豬場用發(fā)酵床養(yǎng)哺乳母豬，其原料是80%稻殼、20%木屑，30個豬欄，1人飼養(yǎng)30頭母豬，哺乳仔豬在發(fā)酵床飼養(yǎng)，用紅外燈。母豬糞尿掃至發(fā)酵床，冬天不需另外加溫，已堅持飼養(yǎng)3年。我國各地經(jīng)過十多年的實踐，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵床養(yǎng)豬也有一定的缺點：①第一次投資大，木屑難找，價格貴;②平時要勤管理，不是懶人養(yǎng)豬;③因有粉塵，豬易得呼吸道病，長期不換墊料，豬易患寄生蟲病。最近幾年，有的地方已出現(xiàn)原料難找或管理不善的局面，只好又改用其他方法。
2.6 人工干清糞
這是我國小規(guī)模養(yǎng)豬場早期常用的處理糞污方法。在規(guī)模不大、勞動力容易找到的地區(qū)，用人工到每個豬圈打掃清糞，集中到室外再處理。尿和污水則自流至污水池，外運去農(nóng)田。這種辦法勞動效率低，在大型規(guī)模化豬場很難找到此類一線飼養(yǎng)員。
3 規(guī)模化豬場糞污處理的新思路和原則
隨著我國養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展，豬場的養(yǎng)殖規(guī)模越來越大。飼養(yǎng)1 000～2 000頭母豬和年出欄萬頭肉豬的場越來越多。每天外排的糞污水量也越來越大。因此，必須改變原來治理糞污的思路。結(jié)合中國實際情況，提出新的思路。
3.1 減量化
豬場外排的糞污水量越少越好處理。首先是雨水和污水的管道要分流，其次，糞、污水分流;要改變用水沖糞的辦法。用水泡糞時，1個年產(chǎn)萬頭肉豬的場，每天外排糞污水約200噸左右，如減少90%，每天只排20噸，那就容易處理了。過去，我們用水去把糞稀釋，然后，再將它“固液分離”，這是在干“傻事”。因此，今后的辦法就是不用或少用水去沖糞。水、糞不能混合。同時改用節(jié)水型飲水器。河南某企業(yè)生產(chǎn)的“節(jié)水型飲水器”，可使平均1頭肉豬(包括母豬、仔豬)的用水量只要450 kg，而普通的飲水器1頭肉豬(包括母豬、仔豬)的用水量要3 500 kg，兩者相比，可節(jié)約用水87%。
3.2 資源化
資源化即農(nóng)牧結(jié)合，用土壤微生物去分解與發(fā)酵糞中的有機物，作生物有機肥料。“養(yǎng)豬不賺錢，回頭看看田”是一句古老的農(nóng)諺。歷史上，我國在漢代、唐代開始大力發(fā)展養(yǎng)豬業(yè)時，就把養(yǎng)豬業(yè)和種植業(yè)結(jié)合起來。到了近代和現(xiàn)代，作為發(fā)展農(nóng)業(yè)的基本理論仍然是“農(nóng)牧結(jié)合”。雖然在19世紀時出現(xiàn)了“化肥”，隨之全世界出現(xiàn)了化肥工業(yè)，使現(xiàn)代農(nóng)民不愿去用又臭又不方便價格又不合算的豬糞，但從改良土壤的角度來看，長期使用化肥會損壞土壤，只有使用有機肥才能改良土壤。豬糞污是制造生物有機肥的最好原料，豬是一個生物反應(yīng)器。豬糞污依靠微生物分解，變成生物有機肥，被土地消納，是最好的生態(tài)循環(huán)。
3.3 無害化
一個豬場除了外排糞外，總還有少量的污水。對這些少量污水的處理，也可以通過微生物來分解。這些微生物來自農(nóng)田或林中的土壤，通過篩選、培養(yǎng)，得到效果較好的菌株。使污水中的COD降下來，達到國家排放標準。最近我國有企業(yè)已引進了歐洲的膜處理技術(shù)(一種滲透膜法，RO工藝)，可使污水的COD下降到≤50 mg/L再外排[8]。
3.4 用法律和制度進行總量控制
一定面積的土壤在一定的氣候條件下，對有機物的分解是有一定限度的。因此，在一定面積的土地上，不可能養(yǎng)無限多的豬。國外對此已有相應(yīng)的制度或規(guī)定。如：德國根據(jù)當?shù)氐臍夂颍?guī)定每公頃耕地最多養(yǎng)2頭奶牛單位或12頭肉豬[9];丹麥根據(jù)當?shù)氐臍夂颍梢?guī)定每公頃耕地最多可養(yǎng)6.02頭母豬或36頭肉豬[10]。我國目前暫無法律規(guī)定，也沒有任何限制。據(jù)《豬業(yè)資訊》2016年7月29日報道稱，中國大豐縣的農(nóng)墾上海農(nóng)場，每公頃耕地養(yǎng)75頭肉豬，其糞污通過種植、微生物等循環(huán)，沼氣發(fā)電，尚能保持生態(tài)平衡[11]。我國北方黑龍江伊春地區(qū)，采用林下放牧方式養(yǎng)豬，規(guī)定每公頃林地養(yǎng)肉豬3頭，同時實行輪牧。
土壤內(nèi)的有機質(zhì)含量是否超標，要對農(nóng)田的氮、磷含量定期檢測。德國規(guī)定，農(nóng)田氮(N)每年檢測1次，磷(P)每6年檢測1次，每10公頃抽采15個樣。農(nóng)場用肥依據(jù)是不超出N、P上限，有些州10 km范圍內(nèi)可消納廢棄物，有些州由于附近土壤N、P已飽和，需要在300 km范圍內(nèi)、甚至運到300～500 km以外才能消納;超出半徑10～15 km以外管理養(yǎng)殖廢棄物的運輸成本顯著增加[9]。
從氮平衡的角度考慮，據(jù)施正香測算，1個萬頭豬場每日產(chǎn)的糞尿折合產(chǎn)生氮270 kg，年產(chǎn)生氮98.5噸。如依河南省平均畝產(chǎn)水稻560 kg，每噸水稻需氮22 kg計算，需種植7 995畝水稻，才能消納這些豬糞尿的氮。相當于1公頃水稻面積可消納18.8頭豬的糞尿氮，或每畝消納1.25頭豬糞尿氮[12]。
3.5 因地制宜，多種方式處理豬糞污
湖北是我國養(yǎng)豬大省，據(jù)湖北省農(nóng)業(yè)廳介紹，全省規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場4.8萬個。采用三種模式處理糞污：①有土地的養(yǎng)殖戶，采用在自我土地消納模式;②無土地的養(yǎng)殖戶，采用養(yǎng)殖戶與農(nóng)業(yè)基地對接模式，豬場糞污入沼氣池，再用管道通至農(nóng)田;③對無地養(yǎng)殖小戶，采用集中收集模式(PPP模式)，豬場糞污由社會化糞污處理專業(yè)公司定期運走，由專業(yè)公司統(tǒng)一處理。全省實施糞污資源化利用場2.54萬個，占53%。全省有生產(chǎn)有機肥廠280個，年生產(chǎn)有機肥170萬噸，產(chǎn)值15.3億元[13]。
3.6 建立病死豬無害化處理體系
我國養(yǎng)豬數(shù)量大，每年的病死豬多達6 000多萬頭。過去采用深埋、焚燒等方法，均不理想。近年來學(xué)習(xí)臺灣的處理辦法，建立專業(yè)工廠，專車運輸，采用集中處理模式，其副產(chǎn)品——油脂、蛋白再利用。國務(wù)院辦公廳還印發(fā)《關(guān)于建立病死畜禽無害化處理機制的意見》，建成病死豬無害化處理體系，探索推廣安全、高效、環(huán)保、低耗能、高附加值的無害化處理技術(shù)。最近，筆者看到一個在加拿大推廣的“適合單個豬場的病死豬無害化處理裝置”(圖1)的材料。它是一個靠電動機不斷旋轉(zhuǎn)的金屬圓筒，病死豬+秸稈等在微生物作用下，靠菌種溫度自我發(fā)酵，不用外部加溫，最后出來的是肥料，省去很多麻煩事。筆者認為這個裝置值得我們?nèi)パ芯繉W(xué)習(xí)。
4 豬場糞污全自動處理技術(shù)的目標和技術(shù)路線探討
規(guī)模化豬場的飼養(yǎng)自動化技術(shù)，在飲水、喂料、飼料運送、溫濕度控制、通風(fēng)等方面均已作得較好。目前最為困難的是糞污水的處理。由于糞污對環(huán)境污染日益加大，因此才出現(xiàn)“禁養(yǎng)、搬遷”等問題，年輕人不愿養(yǎng)豬，招不到一線飼養(yǎng)員等，也促使我們必須去研究豬場糞污的全自動化處理技術(shù)。
豬場糞尿全程自動化處理技術(shù)的目標是①豬糞零排放，比水泡糞節(jié)約用水90%以上，污水達標排放;②糞尿污水處理過程全自動化，減少人工，中型豬場處理糞污水的(有專門技術(shù))管理人員只要2～3人，大型豬場需5～7人，具有中國特色和自主的知識產(chǎn)權(quán);③糞經(jīng)發(fā)酵變成生物有機肥;④加工后的有機肥產(chǎn)品，方便運輸、使用。
糞尿全程自動化處理技術(shù)路線包括：技術(shù)A：豬舍內(nèi)糞尿分離自動化控制技術(shù)(A);技術(shù)B：舍外干糞自動化傳送技術(shù)(南方B1型;北方B2型);技術(shù)C：干糞高溫快速發(fā)酵及有機肥生產(chǎn)技術(shù);技術(shù)D：尿、污水(沼液)自凈及肥料化技術(shù);技術(shù)E：糞、尿污水全程處理自動化控制技術(shù)。
在這5項技術(shù)中，豬舍內(nèi)糞尿分離可采用漏縫地板+刮糞板機械刮糞(圖2)和豬糞高溫快速發(fā)酵及有機肥生產(chǎn)技術(shù)，已有成熟的技術(shù)(圖3和圖4)，河南省新大牧業(yè)有限公司等豬場已在應(yīng)用。目前，我們需要研究集成的是：舍外干糞自動化傳送技術(shù)(南方B1型;北方B2型)、尿、污水(沼液)自凈及肥料化技術(shù)和糞、尿污水全程處理自動化控制技術(shù)。這三項技術(shù)難度并不大，關(guān)鍵是如何組織和誰來組織。
5 對規(guī)模化豬場糞污處理的政策建議
⑴采用“產(chǎn)、學(xué)、研”相結(jié)合的辦法，組織對糞污水全自動化處理技術(shù)的配套研究。國家資助，鼓勵有實力的大企業(yè)帶頭研究。
⑵建立樣板場，逐步推廣，國家對使用該項技術(shù)的豬場給予經(jīng)濟補助。
⑶調(diào)整和制訂對農(nóng)民使用有機肥的補助政策。要改變目前農(nóng)民不愿用生物有機肥、愿用化肥的情況。使政策鼓勵農(nóng)民使用生物有機肥。
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