探析中小型养猪场污水沼气处理的研究

摘要：介绍我市养猪场污水处理现状，并分析影响废液发酵的主要因素及沼气利用情况，最后提高养猪场污水能源化的措施和建议。

关键词：污水处理；废液发酵；沼气利用；措施建议

Abstract: the article introduces the pig farm wastewater treatment situation, and analyzes the main factors of influence waste liquid fermentation and biogas using situation, finally improve energy of the pig farm wastewater measures and Suggestions.

Keywords: sewage treatment; Waste liquid fermentation; Biogas utilization; measures

中图分类号：S216.4文献标识码：A 文章编号：

1 引言

我国是生猪养殖大国，当前规模养猪场的排污治理已受到广泛关注。猪场排放的粪尿污水中，有机污染物浓度极高，其中COD和BOD远远超过国家标准规定。如猪粪尿未经任何处理就直接排入江河中，会造成水质不断恶化，使水体缺氧，导致鱼类死亡，严重威胁水产养殖业的发展。猪粪便污染物污染了地表水，其有毒、有害成分很容易进入到地下水中。污水处理已成为养猪业发展中亟待解决的问题。近年来，各级政府对新建养猪场严格控制，加大了对污水处理的监管力度，同时对购买污水处理设备的养猪场进行购机补贴，激发了养猪场的购机热情。

2我市养猪场污水处理现状

2.1 我市养猪场废液处理的方式

我市养猪场对猪粪尿的处理主要采用两种方式，即水冲粪和干清粪工艺。干清粪工艺与水冲式清粪工艺相比，固态粪含水量低，粪中营养成分损失小，肥料价值高，便于高温堆肥或以其他方式处理利用，有利于提高猪粪的利用效率。同时，干清粪工艺有利于减少冲洗废液中污染物的含量，减少冲洗用水。果树较多的区域，利用晒干后的干清粪作为果树肥料，该区域中小型养猪场较多采用干清粪工艺；其它区域大型养猪场也部分采用干清粪工艺，但小型养猪场由于干清粪无人收购，普遍采用水冲式清粪工艺。采用水冲式清粪工艺的养猪场，产生的废液量多，废液处理的工作量大。近年来在市委市政府的高度重视和关心下，全市养猪场普遍建立了沼气池，采用固液分离机对废液进行固形物和污水的分离，大中型养猪场将固形物作为有机肥的原料，污水进沼气池，其污水处理工艺流程如图l。

图1

2.2 目前我市养猪场废液处理过程存在的问题

(1)厌氧罐容积不配套，普遍存在厌氧罐容积偏小形象，导致废液发酵时间不足，发酵不充分。

(2)小型养猪场采用固液分离机对废液进行固形物和污水分离后，固形物无处销售，随地堆放，最终随雨水流入江河。

(3)气温较低特别是冬季时，厌氧罐内的沼液因温度低而难以发酵，排放的污水中有机污染物未能得到有效处理，COD和BOD严重超标。

(4)部分小型养猪场未对沼液进行好氧发酵、爆气等后续处理就直接排入江河，严重污染水质及环境。

3、影响废液发酵的主要因素及沼气利用情况

3.1 影响废液发酵的主要因素

厌氧发酵是养猪场废液处理的重要过程，影响发酵程度的主要因素有：

3.1.1 温度

厌氧发酵是微生物繁衍的活动结果，微生物生存需要适当温度。沼气发生的厌氧菌的生存温度为8℃～70℃，高温发酵的温度为48℃～60℃、28℃～38℃为中温发酵，12℃～28℃为常温发酵，10℃以下为低温发酵。福建省目前主要采用常温发酵方式，发酵温度随气温变化而变化，沼气产气量不稳定。在温度为20℃条件下，每千克总固体(TS)产沼气量为35℃时的60％，可见温度对发酵的影响程度。

3.1.2原料

沼气菌需要靠C、N、P、K和其他元素来维持生命和活动，并将C转化成甲烷CH4(沼气中的主要成分)，所以在沼气发酵中要有这些营养元素。猪粪尿中含有很丰富的N、P、K元素及作为碳原料的饲草、谷糠纤维等。

3.1.3发酵料液浓度

发酵料液的浓度是指发酵料液中发酵物质质量所占的比例。冬季10％～12％，夏天6％～10％左右。

3.1.4酸碱度

沼气池中的pH值在6.8～7.6之间，pH值过高过低都不太合适。猪粪尿发酵pH值偏低时，可加入适量的石灰水或草木灰以调整pH值。

3.2小型养猪场沼气产量

沼池容积的设计依据是废液的日处理量及发酵时间，但小型养猪场建设沼池主要是根据地理位置及面积，普遍存在沼池容积偏小现象。下面以年产商品肉猪1000头的养猪场作为分析依据。据了解：年产商品肉猪1000头的养猪场其沼池容积大部分在70m3～80m3。

年产商品肉猪1000头的养猪场猪群结构及猪粪尿及干物质排放(见表1)。

年产商品肉猪1000头的养猪场不同废液处理方式的沼气产量(见表2)。

3.3小型养猪场沼气的利用

3.3.1 员工生活

目前养猪场沼气主要用于员工生活，少数大中型养猪场利用沼气发电，小型养猪场沼气只用于员工生活等。年产商品肉猪1000头的养猪场，主要以家庭式经营为主。据资料介绍5口之家每天生活用沼气约2m3。由表2可以看出，采用干清粪、冲洗猪舍的废液经固液分离后污水进沼池的方式，其在常温下产气量是养猪场员工生活用气的4倍。目前大部分养猪场采用的水冲清粪、固液分离后液体进沼池的方式，其在常温下产气量是养猪场员工生活用气的近9倍。

3.3.2 仔猪保温

目前冬季仔猪保温主要用电热保温，每头母猪每天约需用电2kW・h～3kW・h，仔猪保温每天约需用电10kw・h～15kW・h，若采用沼气燃烧加热水，通过散热器为仔猪保温，锅炉热效率以50％计算，至保温室热利用率50％，沼气燃烧时热值取22.154MJ／m3(沼气热值为22.154MJ／m3～24.244Mj／m3)，仔猪保温每天需耗沼气6.5m3～9.8m3。由表2可以看出，采用干清粪、冲洗猪舍的废液经固液分离后污水进沼池的方式，其在常温下产气量可满足养猪场员工生活、仔猪保温用气，冬季时其产气量将无法满足仔猪保温。水冲清粪、固液分离后液体进沼池的方式，其在常温下产气量可满足养猪场员工生活、仔猪保温用气，尚有沼气剩余。

3.3.3发电

目前，各级政府在治理水源污染方面加大了执法力度，普遍要求养猪场搬离溪、河沿岸，养猪场大部分不在居民区，其剩余沼气难以利用，因此需要配置沼气或双燃料发电机组，以利用剩余沼气。小型养猪场用电设备有饲料混合、照明、水泵、固液分离机、猪舍消毒机、员工生活用电设施等，总容量5kW左右。因此，养猪场可购置5kN沼气发电机组，全负荷发电时每小时耗沼气量约3m3，可发电3kW以上，目前大部分养猪场采用的水冲清粪、固液分离后液体进沼池的方式，夏季时可发电6小时，满足养猪场生产和员工的部分生活用电。

4提高小型养猪场污水能源化的措施

4.1提高厌氧罐的保温性能

沼气厌氧罐大部分为地下布置，施工时应做好厌氧罐的保温处理，如在厌氧罐的周围包裹保温材料等，以提高厌氧罐的保温性能，保证冬季时厌氧罐内的料液温度。

4.2设置搅拌设备

发酵过程适当搅拌料液，使得污液发酵均匀。搅拌的沼气池与不搅拌的相比，产气量可提高15％以上。因此，在小型养猪场的污水处理过程中要增设搅拌设备。

4.3改进猪粪清理方式

由目前水冲粪方式改为干清粪工艺，可减少污水量50％左右，在现有厌氧罐容积下，可使污水的发酵滞留时间由10天延长至20天，产气量可增加44％左右。

4.4加热料液。提高料液温度

冬季，料液温度低于15℃时，产气量明显减少，影响料液的发酵，污水中的COD和BOD明显增加，排放后增加对环境的污染。加热料液，提高料液温度是促进发酵、减少污水中COD和BOD的有效途径。沼池容积为80m3时，料液温度每升高l℃需耗热量373MJ，若料液温度由8℃提高到20℃，需耗热量4476MJ。若采用沼气燃烧加热水，通过散热器为料液加热、热水循环加热，锅炉热效率以50％计算，散热器热效率80％(锅炉可直接在沼池旁，散热器浸于料液中进行)，沼气燃烧时热值取22.154MJ／m3，料液温度每升高1℃需耗沼气42m3，保持料液温度提高l℃需耗沼气4.2m3，当料液需升温较多时，可经过多日的连续升温而实现，保持温差12℃需耗沼气50m3。对固液分离后固形物无法处理最终随雨水流入江河的养猪场，可采用干清粪且猪粪全部进沼池的处理方式。该处理方式常温时可产沼气66m3，可供5kW沼气发电机组全负荷发电22小时，冬季时扣除保温耗气量50m3，尚可供5kW沼气发电机组全负荷发电5小时，以满足生产用电需要。全年可发电1万kW・h以上，节省电费约5千元以上。加热料液可常年进行，其产气量将大于表2所列值。4.5充分利用溜液、沼渣

沼液、沼渣是极好的肥料，养猪场应合理规划茶、果、林、饲草面积，使得养殖规模与

灌的茶园、果园、林木、饲草面积相适应，沼液可用于茶树、果园；林木、猪饲草的灌溉，沼渣可制成有机肥。

5、生态效益

中小型养猪场污水沼气处理后多余废水经沉淀，再经过一定容积的氧化塘、人工湿地净化处理后，可达到国家《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596―2001标准）中所规定的标准，即：CODcr浓度 ≤400mg/l、 BOD5浓度≤150mg/l、SS浓度≤200mg/l、氨氮≤80mg/l、总磷(以P计) ≤8.0mg/l。

总之，沼气利用使畜禽养殖废弃物能得到充分利用，大大降低了面源污染，保护了土壤和地表水的水质，切断了疾病传播的途径，改善了农村卫生环境条件，缓解了农村能源短缺问题，促进农业生态环境良性循环和永续利用起到了重大作用，以沼气工程为纽带的生态农业真正达到社会、经济、生态效益的高度统一。

6、结论和建议

6.1 采用合适的措施，减少污水的污染程度

通过提高沼池的保温性能、沼池中增设搅拌装置、改水冲粪为干清粪工艺、对料液进行加热可有效提高特别是冬季料液的发酵程度，保证污水中的COD和BOD常年保持在较低水平，减少污水的污染程度。地域内，冬季对沼池料液进行加热，可实现沼气产气量大于料液加热的耗气量。

6.2增加购机补贴比例。以实现污水能源化比率的提高

政府可通过提高对小型沼气发电机组的购置补贴，料液加热装置的购置补贴，增加料液加热装置改造的补贴比例等，使养猪场可在短期内(如1年内)收回购机投资。鼓励小型养猪场购买沼气或双燃料发电机组；进行料液加热装置改造；对养猪场进行合理规划，充分利用沼液进行茶、果、林、饲草浇灌。这样既扶持了小型养猪场的发展，又可有效控制养猪场污水的排放，实现污水能源化比率的提高。

参考文献

[1]张全国．沼气技术及其应用(第二版)[H]．北京：化学工业出版社，2009．

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