楼房养猪粪污处理实例调研及对策分析

摘要

随着新时代养猪生产模式的变化，规模化养殖与土地资源紧缺的矛盾日益凸显，成为限制当今养殖业发展的重要因素。多层楼房养殖具有占地面积小、效率高、节省劳力等独特优势，可减少粪污处理面积需求且粪污便于收集，但粪污产生量和处理难度较大。为深入了解楼房养猪现状及其产业应用存在的问题，实地调研典型楼房养猪粪污处理工艺，详细介绍其粪污收集方式、处理方式、处理工艺流程和成本效益等要点，同时结合现场采样、检测分析其污水处理效果。该楼房养猪项目采用前处理（固液分离/絮凝反应）―生化处理（UASB/两级A/O）―深度处理（芬顿反应/除磷反应/沉淀）工艺处理液体粪污，在小于设计处理规模（400 m³）条件下，该工艺稳定运行出水COD为122~129 mg/L、NH₄⁺-N为12~15 mg/L，达到《农田灌溉水质标准》（GB 5084―2021），可进行灌溉农田，且固体粪污脱水处理后作为有机肥料供于周边农户使用。最后，梳理调研过程中粪污处理存在的问题，并提出对策或改进建议，以促进楼房养猪产业的可持续发展。

关键词

楼房养猪 / 粪污 / 处理工艺 / 问题 / 对策

近年来，随着选地难、用地紧张与环保要求提高等多重压力，楼房养猪的优势逐渐凸显，尤其在南方土地资源紧缺地区。2019年12月，自然资源部、农业农村部联合发布《关于设施农业用地管理有关问题的通知》，明确指出允许建设多层建筑用于养殖设施^[1]。多层楼房养猪模式能充分挖掘土地潜力，利用高层空间提高土地利用率，可提高单位面积生猪产量，为缓解养殖规模与土地资源矛盾提供了良好的解决方案^[2-3]。大型集团化养猪企业正在投资建设楼房养猪项目，推动楼房养猪业迅速发展。与传统平房养殖相比，多层楼房养猪因排污管道距离短，减少了猪舍间由于排污管道长距离串联引起的污染问题及资源耗费，但楼房养猪产生废水水量大、污染物浓度更高、处理难度更大，且其项目建设地一般在城市周边，可消纳废水的土地有限^[4-5]。本调查研究以四川省泸州市某楼房养猪粪污处理工艺为例，分析其楼房养猪粪污处理状况，并针对其粪污处理问题现状提出建议及改进措施。

1 粪污处理状况

1.1 粪污收集方式

四川省泸州市某楼房种猪场设计规模为基础母猪9 045头，目前存栏基础母猪8 555头、仔猪17 000头、后备母猪3 600头、公猪94头，年出栏仔猪25万头。猪场采用5层楼房猪舍，第5层饲养后备母猪、保育猪和公猪；第1至第4层饲养成母猪，每层2个单元配怀舍和8个单元分娩舍，配怀舍和分娩舍母猪限位饲养。

猪场采用刮粪板和水泡粪2种清粪方式。配怀舍同侧猪舍采用刮粪板清粪方式，每2天清粪1次。分娩舍同侧猪舍采用水泡粪清粪方式；分娩舍粪池深度为1 m，先向粪沟加入5 cm清水，转栏后清空水泡粪池。本次调研测定的分娩舍第3层、第4层2、4、6和8单元粪池液位距漏缝地板高度为10～35 cm（表1），即水粪池内粪水深度为65～90 cm。

1.2 粪污处理工艺

1）粪污设施配备状况。猪场通过刮粪板和水泡粪2种清粪方式清理出的粪污分别通过管道排入生产区外的2个暂存池沉淀，暂存池上部液体通过管道排入污水处理站（图1）。污水处理站由格栅、原水池、固液分离机（2台同时运行）、絮凝反应池、初沉池、预曝气池、调节池、上流式厌氧污泥床（UASB）、两级A/O池（其中二级好氧池附有悬浮填料）、二沉池、芬顿反应池、除磷反应池、三级沉淀池、消毒池等组成。

污水处理站实行三班倒制度进行轮班值守，确保全天候的运行监控和管理。在工艺调试初期，通过采购市面上的活性污泥对曝气池进行培养和驯化，培养周期为2~3个月，直到污水处理工艺达到稳定状态后开始运行。该污水处理站设计处理规模为400 m³/d，2024年2―4月期间的实际污水处理量为200~300 m³/d；处理后出水进入13 000 m³氧化塘（园区内4 000 m³、园区外9 000 m³），之后用于周边6.67 hm²农田的灌溉，有效利用了水资源，促进了当地农业的可持续发展。

2）污水处理工艺流程。污水处理工艺包括前处理、生化处理和深度处理3个阶段（图2）。其中，原水前处理阶段包括粪污固液分离和初次加药絮凝处理，主要作用是高效去除悬浮物、均匀水质水量；生化处理阶段包括UASB和两级A/O处理，进一步降低有机物浓度以及脱氮除磷；深度处理阶段包括芬顿反应、除磷反应和沉淀池处理，进一步去除有机物、悬浮物和总磷，确保出水达到排放标准或回用要求。

固体粪污经脱水处理后，与预处理、生化和深度处理产生污泥统一作为有机肥料，供周边农户使用。

3）污水处理药剂。该污水处理站前处理和深度处理部分需要投加多种药剂，其中：絮凝反应池投加石灰，投加量为0.16~0.26 g/L；初沉池混合物采用叠螺污泥脱水机进行脱水处理，同时添加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，添加剂量为0.16~0.27 g/L，2台叠螺污泥脱水机同时运行，日产固体污泥6~10 t，脱水后的固体污泥作为肥料供于周边农户使用；芬顿反应池投加硫酸亚铁和过氧化氢，硫酸亚铁投加量为0.51~0.98 g/L，过氧化氢投加量5.1~5.7 L/h；除磷反应池投加石灰和阴离子聚丙烯酰胺，石灰投加量为0.33~0.51 g/L，阴离子聚丙烯酰胺投加量为0.7~1.7 g/L。该污水处理站的药剂费用在5.3~8.5元/m³。

4）厌氧和好氧处理。污水处理过程中，采用UASB产生沼气直接燃烧。夏、冬季曝气池水温分别约为32 ℃和18 ℃；一级和二级缺氧池的溶解氧分别为0.23 mg/L和0.35 mg/L，一级和二级好氧池的溶解氧分别为2.30 mg/L和4.92 mg/L，两级A/O池内溶解氧均在合理范围之内，反映出工艺稳定的运行状态。

5）污水水质。通过调研可知，楼房养猪粪污主要来自猪粪、尿液、圈舍冲洗用水、滴漏饮用水和生活污水等。废水水量不均匀，水力冲击大，且因多为水泡粪形式，故楼房养猪废水固液混杂。为全面评估处理效果，调研人员对污水处理站的原水、固液分离污水、UASB出水、缺氧池、好氧池和外排水进行采样，各处理单元的水质如表2所示。

6）效益分析。楼房养猪产生的粪污量大，该楼房养猪场每年可通过污水处理工艺成功削减COD 509~774 t、氨氮87~132 t，有效减少了面源污染，对当地土壤环境和水环境的保护发挥了重要作用。目前污水处理站内固体粪污与脱水污泥均直接用作有机肥料供给周边农户使用，未来可考虑将其统一好氧发酵处理后生产为固体有机肥进行销售，进一步创造经济效益。

该污水处理工艺运行成本主要包括运行电费、水费和药剂费（表3）。电费主要来自格栅、搅拌机、叠螺机、固液分离机、鼓风机等设备用电；水费用于药剂溶解、稀释配比；药剂费包括片碱、石灰、阴离子和阳离子聚丙烯酰胺、硫酸亚铁、双氧水以及消泡剂等购置；统计可知，该污水处理站的运行成本为11~15元/m³（不包括人工费）。

2 存在问题分析

粪污产生和利用涉及猪场生产的多个环节，从该猪场的实际情况看，粪污管理问题主要体现在饲养过程和末端处理阶段，具体包括以下几个方面：

2.1 清粪系统设计不够合理

猪场4楼和5楼的粪池（采用水泡粪清粪工艺）需通过1楼排出粪污，在排粪过程中，1楼猪舍的氨气和硫化氢等臭气浓度瞬时骤增；若排气不及时会影响生产，曾因排气不及时或不足导致1楼猪舍内8头母猪死亡。

由于猪舍漏缝地板和实体地面的布局不同，部分猪栏实体地面粪污滞留明显，严重影响猪舍卫生和空气环境质量。

2.2 污水站运行管理不够完善

污水处理站的终沉池（包括三级沉淀池和消毒池）容易出现跑泥现象，致使水质变黑且污泥上浮，这可能是除磷反应池和絮凝反应池内药剂投加量不合理所致。

调研人员现场发现，二级污泥回流管路及循环泵存在漏水情况，建议定期检查、维护和检修污泥回流管路，以防止漏水现象发生。

污水处理工艺虽然能有效去除COD和氨氮，其去除率分别达到98%和99%，出水水质可达到《农田灌溉水质标准》（GB 5084―2021）^[6]要求，但污水处理站的进水COD浓度低于8 000 mg/L时，整体处理成本仍偏高。

2.3 饮用漏水和水槽清洗增加粪污量

分娩猪舍内的鸭嘴饮水器安装高度为68 cm，但由于安装高度和角度不当，导致母猪饮水时漏水较为明显；后备舍内的碗式饮水器离饲养面高度分别为20 cm和25 cm，这2个高度相近，猪场设计时考虑到不同日龄生猪的饮水高度需求，但对于150～180日龄的后备猪来说高度偏低，仍存在饮用漏水问题。

配怀舍和公猪舍的饮水槽同时也作为食槽使用，每天清洗4～6次，清洗水均进入粪污收集系统，这进一步增加了粪污总量。

3 改进对策和技术提升建议

粪污管理是猪场生产过程中至关重要的环节，该猪场在粪污量的过程控制、末端处理效率提升方面存在较大的改进空间。基于调研梳理猪场在粪污管理存在诸多不足之处，因此提出以下改进对策和技术提升建议：

3.1 综合提升猪舍空气质量

猪舍空气质量受多种因素影响，包括动物呼出废气、粪尿发酵臭气、猪只活动以及圈舍清扫粉尘等^[7-8]。水泡粪池的粪污发酵对猪舍内质量影响较大，结合该场实际情况，建议针对采用水泡粪且无粪沟风机的猪舍，改进漏缝地板结构，调整漏缝在圈舍的位置以减少或避免猪粪尿在圈舍实体地面的滞留；优化楼房清粪系统，避免高层粪污清理对1楼猪舍空气环境造成影响；增加水泡粪池的清粪频次，以减少粪池臭气挥发^[9]；在新建猪舍时增加粪池深度并加装粪池排风系统（适用于平房养猪），或更改现有水泡粪清粪方式，也可优化猪舍通风系统气流走向，有效降低猪舍内臭气浓度^[10]。

3.2 污水处理工艺优化和能耗管理改进

猪场产生的液体粪污（即污水）需进行处理，目前污水处理工艺较为复杂且运行费用偏高，建议猪场采用/研发基于猪场污水特点的高效处理工艺，提升处理效率，降低运行成本；优化药剂使用，合理控制药剂投入量和浓度。此外，污水处理站还应注意对处理过程中的能耗、污泥处理和处置等环节进行综合考量和优化，以进一步提升资源利用效率，比如，通过优化曝气系统的运行参数、调整污泥回流比例，以减少能耗并提高污水处理效率；定期检修和维护设施设备，也是保障其处理效率及长期稳定运行的重要措施之一。总之，持续改进污水处理站的运营管理和技术应用，是实现长期稳定运行和可持续发展的关键措施。

3.3 改进饮水系统以减少粪污量

饮用漏水是导致猪场粪污增加的重要原因之一，鉴于饮用漏水进入粪污处理系统后增加了末端处理压力，减少或避免饮用漏水是当前粪污过程控制的重要途径。建议调整成猪舍饮水器的高度、后备猪舍采用可调节饮水器、及时更换损坏饮水器；将配怀舍和公猪舍的饮水槽进行改造，采用适合的饮水器类型。如果保留现有饮水设备，建议单独收集、处理与利用饮用漏水，以减轻粪污末端处理压力。

参考文献

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基金资助

中国农业科学院科技创新工程项目(ASTIP-CAAS)