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糞便處理的不同策略

時(shí)間:2022-04-23 16:23:19   tags:

動(dòng)物糞便可以根據(jù)其稠度或水分含量分為液體糞肥(固形物含量最高為5%)、漿料和半固態(tài)糞肥(固形物含量為5%至25%)和固態(tài)糞肥(固形物含量超過(guò)25%)。通過(guò)利用物理、生物或化學(xué)等方式可以達(dá)到減少糞便量、提高其適用性和提高肥料價(jià)值的目標(biāo)。處理形式包括脫水、固液分離、厭氧和好氧污水貯留池、營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化、制粒、堆肥、精制和沼氣池等。下面重點(diǎn)介紹幾種糞便處理方式。

1、厭氧消化

糞便的最常用處理技術(shù)是厭氧消化,糞便的厭氧消化是糞便產(chǎn)生能量的過(guò)程,該過(guò)程是在沒(méi)有氧氣的情況下,厭氧細(xì)菌將有機(jī)廢物中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷,將其用于發(fā)電。動(dòng)物糞便在儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)釋放出大量的氮?dú)夂图淄椋梢酝ㄟ^(guò)冷卻,使用固體覆蓋物,從漿液中機(jī)械分離固體或捕獲排放的甲烷來(lái)減少糞便中甲烷的排放量。此外,厭氧消化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生潛在有價(jià)值的副產(chǎn)物。

愛(ài)爾蘭國(guó)立大學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn),反應(yīng)器內(nèi)的青貯飼料與豬糞以1∶1的比例共同消化,可以在一定程度上提高甲烷產(chǎn)量。當(dāng)反應(yīng)器每日每立方米的有機(jī)負(fù)荷率高達(dá)3kg揮發(fā)性固體,并且青貯飼料的揮發(fā)性固體比例為40%時(shí),甲烷的產(chǎn)量是非常穩(wěn)定的,每日高達(dá)501m3。在中試中,混合使用糞便+青貯飼料的揮發(fā)性固體去除率比單獨(dú)使用糞便從41.4%提高到53.9%,表明豬糞與青貯飼料混合消化比單獨(dú)消化的效果要顯著。

2、好氧消化

好氧消化也是糞便處理的常用技術(shù)之一,可用于處理液體肥料以減少氣味、化學(xué)需氧量(COD)和生化需氧量(BOD),以及控制病原體。好氧處理通常是分批或半連續(xù)(分批進(jìn)料)處理,在分批處理中,所有未處理的物料都從設(shè)備中移出,然后再重新填充未處理的漿料,而分批進(jìn)料則會(huì)將未處理的物料添加到消化器中,從而將某些處理過(guò)的物料置換掉。1kg糞便大概含63.7g粗蛋白,2.1g總氮,0.9g總磷,1.1g總鉀,1.8g鈣,0.7g鎂,0.3g硫,37.6mg銅,137.2mg鋅,6.0g鐵,425.5mg錳,9.2mg硼,1.0mg鉬等,經(jīng)過(guò)合適的處理,大量糞便轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料在經(jīng)濟(jì)上是可行的,并且對(duì)于環(huán)境也是有益的。豬場(chǎng)建議用3種方式管理糞便:牧場(chǎng)管理、堆肥和清除。其中對(duì)于將豬飼養(yǎng)在舍內(nèi)或混凝土地面上的農(nóng)場(chǎng)來(lái)說(shuō),堆肥是一種選擇,因?yàn)榧S便很容易被鏟起并轉(zhuǎn)移到堆肥區(qū)域。大型商業(yè)養(yǎng)豬場(chǎng)在大的污水貯存池儲(chǔ)存糞尿,利用細(xì)菌將糞尿分解為固體和液體,然后將其作為燃料或肥料出售。貯存池設(shè)置的地點(diǎn)需遠(yuǎn)離住宅及考慮當(dāng)?shù)氐匦魏蜌夂蚩梢赃x擇露天堆肥,為了減少異味,需要將儲(chǔ)存罐圍起來(lái),并在其上面放一個(gè)罩子,還可以在儲(chǔ)存罐周圍種植茂密的灌木,例如一些生長(zhǎng)快速的雜交澳大利亞柳樹(shù),以幫助交換氣體并捕獲氣味。一般來(lái)說(shuō),1頭體重90.7kg的豬每天可排泄5.9kg的糞便,一年可排泄2150kg的糞便,豬場(chǎng)農(nóng)戶可選擇相關(guān)的堆肥機(jī)器和有機(jī)肥設(shè)備來(lái)生產(chǎn)糞便生物有機(jī)肥,經(jīng)過(guò)堆肥處理后,糞便作為土壤添加劑是非常安全的。

實(shí)際生產(chǎn)中,推薦使用一系列在豬糞便有機(jī)肥生產(chǎn)過(guò)程中起到關(guān)鍵作用的裝備,包括固液分離器、用于堆肥和發(fā)酵過(guò)程的堆肥轉(zhuǎn)換器、用于糞便顆粒化處理過(guò)程的有機(jī)肥料制粒機(jī)、用于篩選過(guò)程的篩網(wǎng)、旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)、冷卻器和自動(dòng)包裝機(jī)等。

影響高效堆肥的因素很多(見(jiàn)表4),其中主要受4個(gè)因素影響:通風(fēng)、營(yíng)養(yǎng)平衡、水分含量、溫度。如果合理控制這4個(gè)因素,堆肥會(huì)非常快速地完成。其中通風(fēng)是非常關(guān)鍵的因素,堆肥過(guò)程中需要很多氧氣,而空氣來(lái)源可以利用風(fēng)機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行攪拌或混勻。

堆肥的方法有很多,其中畜牧業(yè)中最具實(shí)用性的兩種方法是:1)翻動(dòng)的條垛系統(tǒng)和注入空氣的垛。一般情況下,可使用被定期攪動(dòng)或翻動(dòng)的窄長(zhǎng)垛。垛的大小取決于給它們充氣的設(shè)備以及材料組成。如果條垛系統(tǒng)橫斷面過(guò)大,當(dāng)它被翻動(dòng)時(shí),垛的中心會(huì)產(chǎn)生厭氧和難聞的氣味。如果條垛系統(tǒng)橫斷面太小,可能會(huì)快速丟失熱量,并且垛自身無(wú)法達(dá)到蒸發(fā)濕度、滅菌和除掉雜草種子的高溫(見(jiàn)表5)。強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛,是通過(guò)一條或多條管道給垛提供空氣,保持穩(wěn)定的空氣供應(yīng),這個(gè)過(guò)程保證堆肥在3~5個(gè)星期完成處理并產(chǎn)生的氣味最少,不過(guò)該系統(tǒng)容易堵塞供氣管道。 

條垛堆肥是勞動(dòng)密集型工作,幾乎每天都需要跟蹤處理;相反,充氣垛只需要在堆肥建造或移動(dòng)的時(shí)候進(jìn)行人工處理,占用較少的土地并且糞肥很容易堆到屋頂。

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3、營(yíng)養(yǎng)策略

降低畜禽糞便的產(chǎn)量和糞便管理的潛在排放量,也可以采取營(yíng)養(yǎng)策略進(jìn)行。研究發(fā)現(xiàn)給豬只飼喂低蛋白日糧與高蛋白日糧相比,前者糞便產(chǎn)量較低,氮素輸出強(qiáng)度降低;另有研究表明用各種類型的明礬給豬補(bǔ)充氨基酸、添加酶等,可進(jìn)一步減少豬的氮排泄。這也意味著有較低的肥料和養(yǎng)分輸出,并減少了糞便對(duì)環(huán)境的潛在影響。

4、減少糞便臭氣的策略

盡管降低糞便產(chǎn)量是豬場(chǎng)糞污處理的重頭戲,但是豬場(chǎng)糞便的臭氣處理也需要密切關(guān)注。以下是關(guān)于豬場(chǎng)糞便臭氣處理的一些方法:1)相比到處散布糞便,注入型糞便可以減少50%~75%的氣味,成本大約是0.0055元/L。2)日糧控制是相對(duì)較容易實(shí)現(xiàn)減少氣味的方式。研究發(fā)現(xiàn),降低日糧中的粗蛋白水平和單體氨基酸可以減少20%的氣味。3)在室外種植一排較短的灌木/喬木??拷ㄖ锓N植一排較高的喬木,將有助于改善豬場(chǎng)氣味。實(shí)施過(guò)程中需要考慮耗費(fèi)的時(shí)間成本及樹(shù)木對(duì)自然通風(fēng)設(shè)施的影響。4)覆蓋糞坑。無(wú)論是可透氣的(稻草、玉米秸稈、土工織物)或不可透氣的(高密度聚乙烯)的覆蓋物,覆蓋后有助于防止氣體逸出。透氣罩可減少40%~50%的氣味,成本7.5~18.8元/平方米(10~25美分/平方英尺),不透水覆蓋物的成本更高,75.3~105.5元/平方米(1~1.4美元/平方英尺),能減少70%~80%的氣味,但需要對(duì)覆蓋物上的積雪和雨水加以管理。5)漿料酸化是丹麥養(yǎng)豬生產(chǎn)中常用的一種方法,農(nóng)場(chǎng)主可以通過(guò)這種方法在很大程度上減少氨氣和溫室氣體(GHG)的排放。據(jù)報(bào)道,當(dāng)酸化發(fā)生在室外糞肥儲(chǔ)存階段之前,減少量最大。6)通過(guò)螺旋壓榨機(jī)機(jī)械分離漿料是另一種流行的處理方法。該工藝可返回液體和較少量的漿料固體成分,并通過(guò)在偏遠(yuǎn)的農(nóng)場(chǎng)中使用富含磷的固體成分來(lái)提高養(yǎng)分的再分配,同時(shí)減少糞便運(yùn)輸過(guò)程中的燃料消耗。7)糞便刮除系統(tǒng)相對(duì)常規(guī)糞便清除系統(tǒng),可顯著降低豬舍內(nèi)硫化氫和氨氣的濃度和排放(降低了90%),而且刮除系統(tǒng)的每頭豬運(yùn)營(yíng)成本只需要9元,比改造豬舍的成本降低了35%。盡管目前正在采用旨在減少與豬糞管理相關(guān)的排放量的技術(shù),但評(píng)估和提高其有效性非常重要。

5、其他策略

5.1  采用人工濕地

在泰加斯莫爾公園建立的16個(gè)中等規(guī)模的綜合人工濕地系統(tǒng)(ICW),發(fā)現(xiàn)其中9個(gè)處理養(yǎng)豬業(yè)廢水的ICW系統(tǒng)的腸道指示劑細(xì)菌的數(shù)量減少,并在最終液體中未檢測(cè)到大腸桿菌、鏈球菌和沙門氏菌。但由于ICW需要耗費(fèi)大量土地,故限制其在養(yǎng)豬業(yè)的使用。

5.2  采用生物濾池

生物濾池床可吸收氨氣、硫化氫和灰塵等,降低65%~80%的氣味,成本約為2.7元/每頭育肥豬,但需要加強(qiáng)濾池管理,特別是水分含量,確保生物濾池設(shè)計(jì)與通風(fēng)系統(tǒng)兼容。

NUI戈?duì)栱f實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的木屑生物濾池成功去除了豬糞中分離出的液體部分中的營(yíng)養(yǎng)。試驗(yàn)結(jié)果表明,影響因素包括生物濾池規(guī)模、氣溫和降雨變化,中試規(guī)模的木屑生物濾池可減少多達(dá)54%的固體、80%的化學(xué)需氧量、93%的5日生物需氧量、86%的總氮和79%的總磷。在用不同化學(xué)方式處理濾池廢水時(shí),硫酸鋁的效果要顯著好于石灰,其可去除廢水84%的渾濁度、76%的化學(xué)耗氧量以及99.6%的總磷。微生物學(xué)分析表明,沙門氏菌從未在生物濾池中出現(xiàn),另外大腸桿菌和腸球菌在進(jìn)水中的含量始終低于出水檢測(cè)限度,并且大腸桿菌數(shù)量也減少了。

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