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猪场粪污的危害及防治对策

时间:2016-02-19 来源:未知 作者:小韩 本文字数:4542字

  规模养猪生产过程中产生的废弃物可对土壤、水体和大气等造成污染,降低环境质量。 对于众多养猪从业者而言, 土地和环保一直是悬在他们头上的“达摩克里斯之剑”. 事实上,目前养殖场的环境污染问题已成为全社会共同关注的问题。 猪场粪污处理的防治对策是一个系统工程,解决方案应坚持综合利用优先,实现粪污的减量化、资源化、无害化处理以及运营费用的低廉化。

  1 猪场粪污的主要危害

  众所周知,畜禽养殖污染排放量大。 2010 年2 月发布的《第一次全国污染源普查公报》中对农业源、 生活源和工业源主要污染物的排放量进行分析汇总的结果显示, 农业源化学需氧量(COD) 和 总氮排放量分别为 1324.09 万 吨和270.46 万吨,若将总氮折算为氨氮,氨氮排放量为 91.81 万吨,照此计算,农业源 COD 和氨氮分别占全国排放量的 43.7%和 53.1%. 其中,在农业源中, 畜禽养殖业的 COD 和氨氮排放量分别为 1268.26 万吨和 71.73 万吨,占农业源 COD 和氨氮排放量的 95.8%和 78.1%, 占全国 COD 和氨氮排放量的 41.9%和 41.5%.养猪场的污染物主要有猪粪、猪尿、污水和恶臭气体, 对周边环境的危害表现在以下 3 个方面。 首先,会造成水质恶化、周边江河湖泊发生富营养化,进而导致水生生物大量死亡,粪污中的有毒、有害成分还严重污染地下水,直接影响饮水安全。 畜禽养殖业已经使我国水环境污染呈现全面蔓延态势, 农业污染已成为影响我国水环境、 尤其是威胁饮用水源安全的首要因素。 其次,养猪场产生的恶臭气体中含有大量的氨、硫化物、甲烷等有毒有害成分,严重污染空气质量。 最后,猪粪污中存在大量的致病微生物和虫卵,会随着粪污的排放不断传播,造成人畜间或畜禽间的交叉感染,引发疾病。

  2 粪污处理的政策支持力度不断加大

  目前国家相关政策法规相继出台, 制度体系、标准规范逐渐完善,资金力度也不断加大。

  中央环保专项资金、中央农村环保专项资金、三河三湖及松花江流域水污染防治资金、 湖泊生态环境保护专项资金、大中型沼气工程、农村清洁工程、绿色能源示范县建设项目等,都对畜禽养殖污染防治很重视。 在环保部、农业部、科技部等有关基础科研项目中, 也设立和组织实施了一批与畜禽养殖污染防治相关的课题。

  不仅如此,各地工作也不断深入。 譬如,浙江、福建、宁夏、四川、广西、山东等省份制定了省级畜禽养殖污染防治管理办法或实施方案;广东、浙江、山东制定了畜禽养殖业污染物排放地方标准; 宁夏制定了农村畜禽养殖污染防治技术规范等技术指导文件。 浙江省“811”环境保护新三年行动方案将年存栏生猪 100 头以上、牛 10 头以上的中小规模畜禽养殖场纳入防治工作的重点,开展专项执法检查。 福建省开展了“六江两溪”重点流域规模化畜禽养殖场环境整治和执法监察工作。 湖北省、广西省通过有机食品基地、有机肥补贴,推动了畜禽养殖废弃物的综合利用。

  3 农业源污染减排潜力大

  我国是畜禽养殖大国, 畜禽粪便和废物产生和排放量较大, 每年产生量为 17.3 亿吨,是工业固体废物的 2.7 倍, 大量畜禽粪便没有得到资源化利用。

  “十二五”环保规划的重点目标:第一是完成禁养区划定。 其中,2013 年要力争完成国家水污染防治重点流域和区域范围内县(市、区)的禁养区划定。 第二是污染减排能力建设达标。全国畜禽养殖 COD、氨氮排放量较 2010 年分别减少 8%、10%以上;全国规模化畜禽养殖场(小区)配备污染防治设施的比例达到 50%以上,形成 COD 和氨氮削减能力 140 万吨、20万吨;突出的畜禽养殖污染问题得到解决。 第三,畜禽养殖污染防治法规标准和政策逐步完善。 第四,环境监管能力得到提升。 第五,科技支撑能力明显增强。

  围绕上述目标,“十二五”规划的重点任务包括开展专项调查和标准修订,夯实基础支撑体系;实施差异化管控措施,建立分区分类管理体系;引导清洁发展,建设全程化环境管理体系;加强技术研发和推广,构建科技支撑体系;强化监测和执法能力建设,完善环境监管体系等。

  4 猪场粪污处理的技术可行,主要是投资和运营成本高

  养猪场是以养殖生产为主导,污染防治技术大部分仅指后端污染治理,目前主要分为以下几种方法:物理法(沉淀、脱水、干燥),化学法(絮凝、氧化、消毒),生物法(厌氧、好氧、兼氧),生态法(氧化塘、湿地、生态沟渠),资源化利用(肥料化、能源化、饲料化)等。 他将其归纳为自然堆沤、生物堆肥、快速烘干的还田模式,直接排入生化塘的自然处理模式以及沼气发酵、废水处理的生物处理模式。

  目前猪场粪污处理中存在的问题。 笔者认为现有技术对 COD 处理达到国标并不存在问题, 主要的瓶颈是投资成本和运营成本高昂。

  另外,对氮、磷的处理仍存在技术和经济上的问题;现有技术处理成本与养殖低利润、高风险之间矛盾突出;运行管理与操作人员素质低的矛盾, 使部分已有设施基本没有正常运行;生物有机肥推广应用力度不够 (缺乏政策引导),导致粪便肥料循环利用不畅。

  5 解决方案应因地制宜,尽量争取政策扶持猪场粪污处理综合解决方案的原则制定

  应坚持执行国家关于环境保护的政策,符合国家的有关法规规范及标准;将粪污处理问题纳入到养猪场的整体规划;粪污处理问题是一个综合性的问题,应在养殖、种植、能源和生态环境等方面进行综合考虑;粪污处理问题是一个系统性的问题,应在养猪场建设、日常管理和末端治理等阶段进行系统考虑;粪污处理应遵循因地制宜的原则,根据养猪场周边的环境进行综合考虑。

  考虑到粪污处理设备投入较高, 笔者建议,猪场可针对实际情况争取一些国家资金和激励措施。 比如改造和治理可申请中央和地方农村环保及其他资金支持;可申请农业部关于大中型沼气工程建设资金支持;可申请畜牧局关于养殖场标准化建设资金支持;废弃物综合利用产品生产销售使用可享税收优惠等扶持政策;有机肥运输和购买,可享受不低于化肥的同类政策;自愿提高减排标准和要求,可申请给予奖励;相关综合利用设备购置,有税收优惠,用电按农用电价格等。

  6 猪场粪污综合解决方案及处理工艺

  解决方案优先选用综合利用方案,以实现粪污的减量化、资源化、无害化处理和运行费用的低廉化。 这一过程分为源头控制、过程控制、循环利用和末端处理,也就是说尽可能减少污物,尽量做到粪污的综合利用,否则退而求其次,追求排放达标。

  首先是抓源头控制。 在养殖场规划时,厂址选择非常关键,养殖场周边的环境直接影响后端粪污处理的方案和难度。 应选择远离其他污染源的地方,以避免形成交叉感染,也可选择周边有足够的土地或水面消纳养殖场产生粪污的适合种养结合模式的地方,形成种养互补互利。 在考虑粪污排放时,还可从源头消减方面考虑。 养猪场的粪污主要来源于猪吃饲料经消化后的排泄物,其中含有未消化的饲料和被分解了的饲料, 要减少污染物的排放量,可通过研究更绿色的饲料配比和提高饲料的利用率等来实现。

  过程控制应选择合适的清粪方式、实现雨污分离和加强管理、节约用水。 目前主流的清粪方式有干清粪、水冲粪、水泡粪和生态养殖法 4 种,各有优势。 干清粪是先由人工清理,再用水冲洗,具有投资低、用水少、劳动强度高等特点;水冲粪是直接用水冲洗粪尿,具有耗水量大、污水浓度高等特点;水泡粪(又称尿泡粪),具有耗水少、劳动强度小等特点,但是污水 COD 和氨氮等浓度非常高, 达标处理难度非常高;生态养殖法无排水,适合小猪场,但具有发酵料投资较大、养殖环境差、存在交叉感染等弊端。

  笔者认为养猪场的雨污分离非常有必要,尤其是在南方地区,雨水量较大,更应该引起重视。 可将养猪场的雨水收集系统和污水收集系统相分离,这样,雨水经过收集后通过明渠排出,污水则采用管道输送,进而实现资源化、无害化处理。

  要实现粪污的循环利用,可采用能源生态型模式即俗称的沼气工程。 “能源生态型”处理利用工艺的定义是指畜禽养殖污水经厌氧消化处理后作为农田水肥利用的处理利用工艺。

  其主要特点有:不向自然水体排放,实现零排放;采用种养结合,经厌氧消化后的沼液沼渣回田,实现生态利用;厌氧过程中产生大量的沼气,可实现综合利用。

  能源生态型模式以循环经济为基础的生态农业思想为指导,工程设计思路是以养猪场为基础, 以能环工程为纽带, 建立起养殖、能源、有机肥料、种植、农产品加工共 5 个节点构成的循环经济架构。 关键是要求养猪场周边有农田能消纳沼液。 粪污首先进入水解池经水解、酸化等预处理,之后进入发酵罐进行厌氧发酵,产生的沼气经净化后可用来发电、做饭等,沼肥可作为高档有机肥,也可以直接在田间粗放使用。

  厌氧反应器是该工艺的核心设备,通常厌氧反应器材料上有混凝土罐、利普罐和搪瓷拼装罐,结构上可分为固定顶式和一体化式反应器两种。 搪瓷拼装罐是如何炼成的? 搪瓷钢板在高温(1000℃左右),经过特殊的工艺,在搪瓷专用钛合金钢板的两面各搪烧附着两层高惰性的釉层而成。 相比钢板焊罐,搪瓷拼装罐拥有更稳定的质量-设计、机加工、钢板搪瓷、成品检验均在工厂内完成。 更快速的安装-2000立方米的敞口搪瓷罐仅需 15 天便可完成。 更漂亮的外观-高光、耐磨、永不褪色。 更轻松的维护-无需防腐维护、使用寿命 30 年等优势。

  天津中粮宝坻一场使用能源生态型模式进行粪污综合处理的成功案例。 该场年出栏生猪 10 万头,采用水泡粪工艺,一天可产生 600吨污水,经厌氧发酵后将沼液储存起来,一年两次直接给猪场周围的大片玉米地、 林地浇地,实现综合利用。

  若无法实现循环利用,笔者建议猪场采用能源环保型模式实现排污达标, 即末端治理。

  “能源环保型” 处理利用工艺是指畜禽养殖场的畜禽污水处理后达标排放或以回用为最终目标的处理工艺,经这一工艺处理后猪场产生的废水可达标排放。

  污水如何达标? 污水处理后排放的尾水COD 和氨氮指标是两个重要指标。COD 是在一定的条件下,采用一定的强氧化剂处理水样时所消耗的氧化剂量。 它是表示水中还原性物质多少的一个指标。 水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等,但主要的是有机物。 因此,COD 又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。 COD 值越大,说明水体受有机物的污染越严重。 氨氮是指水中以游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)形式存在的氮、氨氮是水体中的营养素, 可导致水富营养化现象产生,是水体中的主要耗氧污染物。笔者采访业内人士了解到, 国家环保总局制定的畜禽养殖场粪污排放标准中主要的指标是 BOD 达 150毫克/升,另一个是 COD 达 400 毫克/升,但实际上这一标准难以达到。

  畜禽养殖废水具有有机负荷较高、 氨氮含量高等特点, 而畜禽养殖业作为农业生产的基础性产业, 其生产和经营方式都区别于工业生产, 因此其废水的末端治理一般需要多种处理技术的结合。 从治理技术来看, 要实现去除COD、生化需氧量(BOD)的同时,再脱氮除磷的效果,厌氧工艺是不可或缺的;同时,配合我国农村地区的沼气化工程建设, 厌氧沼气化可以实现资源的有效利用。概括起来,目前我国畜禽养殖废水的末端治理的典型工艺主要有两种模式:一种是厌氧-自然处理模式,适用于中小型规模化养殖场,目前在两广地区应用广泛;一种是厌氧-好氧模式,适用于大中型畜禽养殖场或养殖区。

  最后, 如果养猪场周边有足够土地或水面可消纳沼液沼渣,建议采用能源生态型模式,实现种养结合,综合循环利用。若养猪场位于水源地、 城镇周边或环境敏感地带, 对环保要求较高,建议采用能源环保型模式,实现达标排放。

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