對豬場糞污處理技術的分析和全自動處理技術的探討
摘要：養豬生產集約化自動化是今后我國養豬業發展的必然趨勢。我國規模化養豬從1981年開始至今，已有35年。在日益強調保護生態環境的今天，豬場糞污處理已成我國養豬業發展的“瓶頸”。在糞污水處理上曾使用過多種技術，水泡糞、水沖糞、糞水固液分離、沼氣發酵 (發電)、發酵床、人工干清糞、機械刮糞，等等，經歷了一代又一代，各有優劣。水泡糞和水沖糞雖工藝簡單，但用水多，室內空氣臭，臭氣在室內時間長，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，更難處理了。污水如用于產生沼氣，由于有機質濃度不夠，效果也很差。豬糞污水沼氣發酵 (發電)的缺點是，要定期清理沼渣和沼液，如沒有足夠的農田，沼渣和沼液的處理也有一定難度。在北方 (長江以北)冬天產氣少，有的豬場用沼氣發電時，經濟上還虧損。發酵床雖可節水、節約人工，但也已出現原料貴并難找、或管理不善的局面。人工干清糞效率低，工人難找，在大規模豬場不可行。對病死豬無害化處理也需要改進技術。因此，要結合中國具體情況，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，要組織有關單位利用現有的成熟技術 (自動機械刮糞、干糞快速發酵、滲透膜法處理污水等)協作研究“豬場糞污全自動化處理技術”。
關鍵詞：養豬場;糞污處理;自動化處理
1 養豬生產集約化自動化是今后我國養豬業的必然趨勢
中國是養豬大國，但不是養豬強國。養豬生產發展在年度、地域上很不均衡，價格大起大落，養豬成本高，生產效率低。據測算，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，每戶養豬年出欄肉豬1 000～1 200頭(溫氏集團的養殖戶)。主要問題是規模豬場的糞污處理難，糞污對環境污染嚴重。2016年5月，環保部又出臺“禁養令”。同時，養豬又臟又臭，現代年輕人不愿養豬，特別缺少養豬一線的人員。
豬場污染已成環境的重要污染源。據環保部、農業部等估算，全國每年產生畜禽糞污38億噸，綜合利用率不到60%，農業部測算，我國年產豬糞便量超過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，專業無害化處理比例不高。每年產生秸稈9億噸，未利用的約2億噸[2]。
環保部“禁養令”規定的禁養地區包括150多個縣城以及多個地市，規定的禁養豬場包括：①廣大中小型養殖戶，散養戶，一般指養殖規模在500頭以下的豬場;②超過500頭規模養殖但環保不達標的豬場。據統計，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”，浙江人準備到內蒙、黑龍江去養豬。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豬業發展的“瓶頸”。養殖戶要增養母豬也難，2015年4月起，全國飼養母豬總數保持4 000萬頭以下，2015年6月開始至今(連續16個月)的豬糧比價一直居高不下。應該說，出現這種情況與我國近年來的人口城鎮化和環保部的養豬禁令不無關系。
2 對多種規模豬場糞污處理技術的分析
我國規模化養豬是在1978年改革開放之后開始的。但真正進行規模化養豬是在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豬生產線之后推開的[5]。從那時到2016年，已經歷了35年，關于規模豬場糞污處理的技術也換了幾代。水泡糞、水沖糞、糞水固液分離、沼氣發酵(發電)、發酵床、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
這是我國規模化養豬的第一代技術。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田作肥料，灌溉作物。它的優點是工藝簡單，提高效率。缺點是用水多，室內空氣臭，臭氣在室內時間長，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、豬場周邊沒有農戶和居民的國家是可以的。但在中國，豬場周圍有農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。為了改善豬舍內母豬的空氣質量，有的還設計專門的通風管道，由上向下對著母豬的頭頂吹，或在糞污溝端設排風扇，讓臭氣外排。于是出現了水沖糞的模式(漏縫地板+水池+閘門+排風扇)。它的優點和缺點與水泡糞差不多，只是把室內的臭氣外排到室外了，減少了室內的臭氣濃度。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，污水再通過好氧發酵、厭氧發酵等方法處理。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，更難處理了。污水再用于產生沼氣，由于有機質濃度不夠，效果也很差，這種方法也不值得提倡。
2.4 沼氣發酵 (發電)
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酵罐生產沼氣，或用紅泥橡膠袋-厭氧發酵(這也是從臺灣傳過來的)產生沼氣。這是目前許多大型養豬場處理糞尿污水的方法。也是國家鼓勵和推廣的方法。有關部門(能源辦)還有相當多的經濟補助。有的將所產的沼氣用來發電，本場自用，可以節約部分能源。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，沼氣罐內加溫等，但產氣量還是受到影響。
另外，我國的沼氣發電在技術上和國家對自發電入網電價的定價上均存在一定問題。據劉暢等[6]對江蘇某公司沼氣工程(年存欄量9 000頭豬)參數和德國萬頭豬場沼氣工程經濟性進行的分析對比，結果發現，中國某公司和德國某公司的年存欄量9 000頭豬場所建設的沼氣發電工程，兩者發酵罐和沼液調節池體積基本一致，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 發酵床
這是2005年前后從日本、韓國傳過來的技術。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，加上特定的菌種發酵，經混合、攪拌、發酵幾天后，鋪在豬圈內作為墊料，厚約80～2500px，上面養豬。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。其優點是節約用水(可節水80%～90%)，節約人工(1人可養肉豬300～500頭或母豬150頭)[7]，冬天保溫。山東臨沂市沂水縣興建養豬場用發酵床養哺乳母豬，其原料是80%稻殼、20%木屑，30個豬欄，1人飼養30頭母豬，哺乳仔豬在發酵床飼養，用紅外燈。母豬糞尿掃至發酵床，冬天不需另外加溫，已堅持飼養3年。我國各地經過十多年的實踐，發現發酵床養豬也有一定的缺點：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
這是我國小規模養豬場早期常用的處理糞污方法。在規模不大、勞動力容易找到的地區，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，外運去農田。這種辦法勞動效率低，在大型規模化豬場很難找到此類一線飼養員。
3 規模化豬場糞污處理的新思路和原則
隨著我國養豬業的發展，豬場的養殖規模越來越大。飼養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。同時改用節水型飲水器。河南某企業生產的“節水型飲水器”，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，可節約用水87%。
3.2 資源化
資源化即農牧結合，用土壤微生物去分解與發酵糞中的有機物，作生物有機肥料。“養豬不賺錢，回頭看看田”是一句古老的農諺。歷史上，我國在漢代、唐代開始大力發展養豬業時，就把養豬業和種植業結合起來。到了近代和現代，作為發展農業的基本理論仍然是“農牧結合”。雖然在19世紀時出現了“化肥”，隨之全世界出現了化肥工業，使現代農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，是最好的生態循環。
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。這些微生物來自農田或林中的土壤，通過篩選、培養，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。最近我國有企業已引進了歐洲的膜處理技術(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，不可能養無限多的豬。國外對此已有相應的制度或規定。如：德國根據當地的氣候，規定每公頃耕地最多養2頭奶牛單位或12頭肉豬[9];丹麥根據當地的氣候，法律規定每公頃耕地最多可養6.02頭母豬或36頭肉豬[10]。我國目前暫無法律規定，也沒有任何限制。據《豬業資訊》2016年7月29日報道稱，中國大豐縣的農墾上海農場，每公頃耕地養75頭肉豬，其糞污通過種植、微生物等循環，沼氣發電，尚能保持生態平衡[11]。我國北方黑龍江伊春地區，采用林下放牧方式養豬，規定每公頃林地養肉豬3頭，同時實行輪牧。
土壤內的有機質含量是否超標，要對農田的氮、磷含量定期檢測。德國規定，農田氮(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。農場用肥依據是不超出N、P上限，有些州10 km范圍內可消納廢棄物，有些州由于附近土壤N、P已飽和，需要在300 km范圍內、甚至運到300～500 km以外才能消納;超出半徑10～15 km以外管理養殖廢棄物的運輸成本顯著增加[9]。
從氮平衡的角度考慮，據施正香測算，1個萬頭豬場每日產的糞尿折合產生氮270 kg，年產生氮98.5噸。如依河南省平均畝產水稻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
湖北是我國養豬大省，據湖北省農業廳介紹，全省規模化畜禽養殖場4.8萬個。采用三種模式處理糞污：①有土地的養殖戶，采用在自我土地消納模式;②無土地的養殖戶，采用養殖戶與農業基地對接模式，豬場糞污入沼氣池，再用管道通至農田;③對無地養殖小戶，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公司定期運走，由專業公司統一處理。全省實施糞污資源化利用場2.54萬個，占53%。全省有生產有機肥廠280個，年生產有機肥170萬噸，產值15.3億元[13]。
3.6 建立病死豬無害化處理體系
我國養豬數量大，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。近年來學習臺灣的處理辦法，建立專業工廠，專車運輸，采用集中處理模式，其副產品——油脂、蛋白再利用。國務院辦公廳還印發《關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、環保、低耗能、高附加值的無害化處理技術。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去研究學習。
4 豬場糞污全自動處理技術的目標和技術路線探討
規模化豬場的飼養自動化技術，在飲水、喂料、飼料運送、溫濕度控制、通風等方面均已作得較好。目前最為困難的是糞污水的處理。由于糞污對環境污染日益加大，因此才出現“禁養、搬遷”等問題，年輕人不愿養豬，招不到一線飼養員等，也促使我們必須去研究豬場糞污的全自動化處理技術。
豬場糞尿全程自動化處理技術的目標是①豬糞零排放，比水泡糞節約用水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)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權;③糞經發酵變成生物有機肥;④加工后的有機肥產品，方便運輸、使用。
糞尿全程自動化處理技術路線包括：技術A：豬舍內糞尿分離自動化控制技術(A);技術B：舍外干糞自動化傳送技術(南方B1型;北方B2型);技術C：干糞高溫快速發酵及有機肥生產技術;技術D：尿、污水(沼液)自凈及肥料化技術;技術E：糞、尿污水全程處理自動化控制技術。
在這5項技術中，豬舍內糞尿分離可采用漏縫地板+刮糞板機械刮糞(圖2)和豬糞高溫快速發酵及有機肥生產技術，已有成熟的技術(圖3和圖4)，河南省新大牧業有限公司等豬場已在應用。目前，我們需要研究集成的是：舍外干糞自動化傳送技術(南方B1型;北方B2型)、尿、污水(沼液)自凈及肥料化技術和糞、尿污水全程處理自動化控制技術。這三項技術難度并不大，關鍵是如何組織和誰來組織。
5 對規模化豬場糞污處理的政策建議
⑴采用“產、學、研”相結合的辦法，組織對糞污水全自動化處理技術的配套研究。國家資助，鼓勵有實力的大企業帶頭研究。
⑵建立樣板場，逐步推廣，國家對使用該項技術的豬場給予經濟補助。
⑶調整和制訂對農民使用有機肥的補助政策。要改變目前農民不愿用生物有機肥、愿用化肥的情況。使政策鼓勵農民使用生物有機肥。
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