为农田的液体有机肥,沼渣定期排出后,经干化作为固体有机肥。使用该技术路线可产生大量的沼气(按1万头规模的猪场每天排出粪污水80-100吨,工业化沼气工程每天可产生2000-2500立方米沼气)。
能源环保型是指猪场粪便污水在经过固液分离后,污水中COD从原来的20000mg/L可降至5000-7000mg/L,污水经过沼气发酵和进一步处理后可达标排入环境水体,一个存栏1万头的猪场每天排放的废水经发酵可产生两百多立方沼气,,可提供70户五口之家日常生活燃料。固体用于生产有机肥,1万头猪场可日产5-6吨有机肥原料。使用该技术路线的厌氧发酵及后处理的造价和运行成本大大降低,减轻了后处理的负荷。
两种处理模式的核心技术之一均是沼气,前者主要用于处理固体物和回收大量沼气利用,后者主要用来处理污水和回收少量沼气。
我国规模化畜禽场粪污厌氧处理工程的兴建起始于70年代末,早期建池容积约50~100m3,多采用地下常温消化池,其消化装臵产气率较低一般约0.2~0.3m3/(m3?d)。1985年我国开始引进一些国外技术,采用地上式消化池,但多为复合床反应器(即AF+USAB),又称UBF。发酵温度提高到25℃左右,产气率有所提高。在20世纪90年代前后,杭州、上海等地新建了几个畜禽粪污厌氧反应池,其产气率为1.0m3/(m3/d)左右,最高可达1.5~2.0 m3/(m3/d)。目前我国养猪场粪污厌氧生物处理工程多采用中温消化(30~35℃)和常温消化,装臵产气率与发酵温度和发酵工艺有关。通常中温消化时,其装臵的产气率为0.5~1.5 m3/(m3/d),常温消化时,其装臵的产气率为0.5~1.0 m3/(m3/d),生产的沼气用于生活和生产用能。近年来,湖北省的厌氧消化技术经多学科、多部门的科研攻关,取得了较大的进展。在禽畜粪便的处理方面,先后兴建了容积分别为200-800m3的沼气工程,湖北省这些大中型沼气工程实现了工厂化产气,商品化供气,使能源建设上了一个新的台阶。
目前,养猪废弃物治理的主要设备投资发生在沼气设备系统。我国大规模沼气工程主要是在原有农村户用立式沼气罐的基础上简单
放大,放大到几百上千立方米的沼气池容积时,设备造价高,其投资长时间难以收回。例如,国内最大的畜牧养殖业马鞍山沼气发电工程总投资3400万元,其中沼气池投资占70%。需要约14年的时间。兴望农牧沼气示范工程建设项目,是农业部2005年批准建设的种猪场大型沼气发电能源环保型示范工程,年处理猪粪25000吨,工程总投资278万元。其中沼气池投资占66%,收回投资成本所需要的时间约为11年。南洋农畜业有限公司投资305万元修建成套沼气发电设备用以处理其每年生猪产生的3600余吨粪尿。其中沼气池投资占65%,该项目收回成本也大约需要10年。
目前,我国大型沼气池主要为立式结构池体主要位于地上,冬季气温低时沼气池产气少甚至不产气。目前对沼气池保温的技术方法及措施主要有覆盖电热膜+保温层的技术方法,尽管这种方法能够解决冬季沼气池的保温问题,但以消耗高品位电能为代价,节能性、经济性并不理想。目前也有利用太阳能加热沼气池保温、增温的方法,但是对于大规模的沼气池需要配臵大规模的太阳能热水器,运行成本高,维修调控困难。这些保温方法不适合企业规模小、利润薄的养猪业采用。由于立式沼气池单体池容有限,建立大型沼气站时往往需要十个甚至几十个单体立式沼气池组合,单元设备及管网系统复杂,运行维修对技术管理要求高,很多养猪场技术力量薄弱,难以维护这种复杂的沼气设备系统。
近年来在湖北省科技厅资助下成功研发了一种暗河式垃圾产沼技术。此技术针对解决高水分生物质进行沼气生产的难题,对我国地坑式产沼技术进行了发展和创新,将传统立式沼气反应器改为卧式结构,解决了原为流态化进料出料的关键技术,为沼气生产规模化铺平了道路,获得国家发明专利一项。并在襄樊市建立了暗河式猪粪产沼技术示范,该示范连续稳定运行四年,产生的沼气用于炊事燃气,取得良好的环境效益和经济效益。
同时近年来国内外还出现了一种厌氧发酵新工艺——红泥塑料厌氧发酵工艺,该工艺采用半混合式气搅拌近中温发酵,采用的主要
材料——红泥塑料具有耐腐蚀、抗老化,气密性好,吸热性能优的特点;红泥塑料贮气采用低压式柔性贮气技术,与高压贮气相比,具有成本低、安全、运输方便等特点。整套工艺构造简单、安装、拆卸容易,减轻了常规地埋式沼气工程混凝土浇筑池体,特别是密封层施工的难度和强度,省工省时。目前,该技术已在台湾80%以上的规模化养猪场得到成功应用,在国内也已经成功应用于100多家规模化畜禽养殖场(主要是养猪场)沼气工程。
因此,本项目选择暗河式垃圾产沼和红泥塑料厌氧发酵工艺二种沼气发酵技术作为分别对应于前述二种模式的沼气发酵技术作为攻关课题和示范的沼气工程。
②. 猪场沼气供气技术现状
沼气供气是我国最早的沼气利用技术,原来主要独家独用,现在逐步发展到集中供气,它对我国新农村炊事能源供给有着重要意义,将发挥重要作用。例如,武汉市黄陂区鸡粪生产沼气集中供气用于500户居民的炊事燃气。
通过将沼气脱硫、脱碳、脱氮、脱焦、除尘、脱水等处理,可以将沼气转变成高品质的天然气,其技术可靠、投资成本低。处理后的气体的主含量和热值不低于高品质天然气(天然气的热值约为32000~35000KJ/ m3,1m3天然气的热值相当于1.3kg标准煤),而在各类杂质含量均好于普通天然气。处理后的价值在沼气的基础上提高20%以上。可谓“精制天然气”,可给经营者和使用者带来很大的经济效益和社会效益。
目前沼气供气利用技术已趋成熟。各猪场应根据产沼气规模及周边农户的居住情况,因地制宜的选择合适的沼气利用方式。本项目直接选用适宜的沼气供气技术及设备,不作为课题攻关内容。
(3)猪场废弃物生物有机肥生产现状
随着人们生活水平的提高、城市化进程的加快、科技的进步和市场竞争的加剧,畜禽养殖业基本完成了一个从农户分散经营向规模
化、集约化和专业化经营的演变和发展。规模化畜禽养殖业在提高生产效率、降低生产成本和提供优质畜禽产品的同时,也由于生产的过分集中没有过多的土地消纳畜禽粪便资源而对生态环境造成负面影响。与此同时,集约化畜禽养殖场也对附近居民的生产、生活和健康带来了很大的影响。
在畜禽粪便的处理方面研究最多的是堆肥法。堆肥化系统按需氧程度分,有厌氧和好氧堆肥;按温度分,有中温和高温堆肥;按技术分,有露天和机械密封堆肥。习惯上都按好氧和厌氧来区分。目前常规堆肥存在的问题是处理过程中的氮损失,不能完全控制臭气,而且堆肥需要的场地大,处理所需要的时间长。国内外在探索快速堆肥以及除臭等方面已积累了大量的技术和经验。
我国生物有机肥产业化开发起步较晚,EM、BYM的引进催生了我国生物有机肥产业的兴起。我国生物有机肥确立了以有机废弃物的资源化利用为基础、产业化生产为途径、产品商品化转化为目的的发展思路,立足中国特色,技术、工艺、设备、微生物的研究开发与产业化同步推进,在生物有机肥发酵工艺水平、装备水平及产业化生产等方面都取得一定的成绩。
在微生物技术方面新进展主要是高温堆肥微生物接种剂和菌肥研制和应用。一是接种剂提高原料降解速度的研究。二是接种剂提高肥效及生产菌肥的研究。三是接种剂提高堆肥综合效果的研究。
目前,我国生物肥料行业发展也已初具规模,然而由于微生物品种相对单一、生产过程的参数控制不全、行业工程装备水平较低,已成为制约行业快速发展的关键,生物有机肥技术发展趋势将从解决上述问题入手来促进行业的发展。①强化功能性复合微生物菌剂的研究与开发,微生物菌剂的发展将朝着菌株复合、品种多样方向发展。②建立适合企业生产和质量控制的过程控制参数模型,是保证企业产品特色、稳定产品质量的关键。
(4)猪场污水综合治理现状
目前,养殖场污水的处理模式有还田模式、自然处理模式和达标排放处理(工业化处理)模式。
还田模式指将污水直接施用于土地。虽然该模式具有简单、经济等优点,但存在土地使用面积大、病源微生物传播和臭气污染等问题,长期应用可导致氮、磷和有毒有害物质在土壤中的累积,并可能通过径流污染周边水环境。该模式虽然工艺简单、成本低,但存在处理效率低,处理不完全的特点,对环境的污染风险大,已不能适应现代集约化养殖行业的污水处理要求。
自然处理模式指采用氧化塘、自然土地处理或人工湿地系统和人工快渗系统等自然处理手段。我国大部分养猪企业以自然处理模式为主,即经简单发酵后直接排入氧化塘。在澳大利亚和东南亚一些国家,畜禽粪便污水一般不经厌氧处理而直接进入氧化塘。这种方式污水停留时间长,主要依靠水力植物吸收等途径去除污水中的污染物。人工湿地和人工快渗己被国内外(尤其是国外)越来越广泛地应用于处理各种城市、工矿业和农业污水。近年来,湿地处理技术和人工快渗技术也逐渐被用来处理养猪污水,能去除BOD5、TSS、NH3-N、TN、TP、COD、病原微生物和有毒有害物质。近年来也有关于湿地对重金属等去除效果良好以及人工快渗对氮、磷的去除效果较好的报道。
达标排放模式(工业化处理模式)是指采用厌氧、好氧、厌氧-好氧等工艺处理养殖污水以达标排放为目的的一类方法,是欧美国家的主要处理方式。目前国内外用于处理养猪污水的厌氧工艺主要有厌氧滤器(AF)、上流式厌氧污泥床(UASB)、复合厌氧反应器(UASB+AF)、 EGSB膨胀颗粒污泥床反应器、升流式污泥床反应器(USR)、升流式厌氧污泥床过滤器(UBF)、CSTR(完全混合式厌氧消化器)、半混式厌氧反应器等。根据发酵温度又可分为近中温发酵、中温发酵和高温发酵。发酵装臵所采用的材料包括钢筋混凝土、玻璃钢和搪瓷钢板等。这些技术在国内已有成功应用,如蒙牛乳业集团畜禽沼气工程采用的CSTR中温发酵工艺、湖北武汉汉南坛山畜牧公司采用的是半混式气搅拌厌氧中温发酵工艺,采用拼接式搪瓷钢板作为发酵装臵