闫晓华，刘书平，张定安，江玉龙，梁素云，秦明华

（1.内乡县动物卫生监督所，河南 内乡 474350；2.内乡县畜牧局；3.牧原食品股份有限公司）

重力机械式干清粪工艺的设计及运用

闫晓华1，刘书平2，张定安1，江玉龙1，梁素云1，秦明华3

（1.内乡县动物卫生监督所，河南 内乡 474350；2.内乡县畜牧局；3.牧原食品股份有限公司）

畜禽养殖污染是制约畜牧业发展的瓶颈之一，寻求机械的、快速的，能极大节约人力物力同时又符合环保要求的粪污收集方式，是现代生猪产业的内在需求。当前，传统的、被环保部门认可的生猪粪污收集方式已满足不了快速发展的规模化猪场发展要求，如何改善工艺，对传统干清粪工艺进行改进，满足规模化猪场特别是大型猪场的需求是业界人士长期思考、探索的主要问题。

牧原食品股份有限公司是一家集约化的生猪养殖企业，在公司膨胀发展期，传统的生猪粪污收集方式干清粪已越来越不适应公司日益扩张的规模化需求，为此，牧原公司一直在不断尝试改进生猪养殖清粪工艺，从水冲粪、水泡粪、垫料养猪、重力干清粪到机械刮板清粪模式，都经过了探索试验。目前，公司设计的重力机械式干清粪不仅有利于后续有机肥集中生产，而且找到了污水还田的有效方式，降低了污水贮存、消纳成本，基本实现了长期、综合性循环利用，找到了超大规模养猪场的环保解决方案，具有非常好的可复制性，已广泛应用于高度集约化的生猪生产，2015年3月24日，该工艺得到环保部行文批复。

1 探索背景

为规范畜禽养殖业污染治理工程建设与运行，国家环保部发布并实施了《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》，这对控制畜禽养殖业生产的废水、废渣及恶臭对环境的污染，促进养殖业生产工艺和技术进步，维护生态平衡，发挥了极大作用。在粪污收集上，一是规定对新建、改建、扩建的畜禽养殖场宜采用干清粪工艺。现有采用水冲粪、水泡粪清粪工艺的养殖场，应逐步改为干清粪工艺。二是规定对畜禽粪污应做到日产日清。

《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》要求采用干清粪方式，粪便产生后即分流，干粪由机械或人工清扫和收集，尿及冲洗水则从下水道流出，分别进行处理。目前国内机械清粪配备设备、工具简单，成本低，较适合一些散养户、小型猪场，但对规模较大的养殖场，由于粪便排量大，必须结合其他排污设备才能达到更好的成效。同时清粪机工作时噪声较大，不利于畜禽生长，传统的干清粪工艺已严重阻碍了现代生猪生产，大型规模养猪场必须找到一种实用、经济的清粪方式，同时要达到国家规定的工程技术规范。

2 设计方案

2.1 设计原则

一是保留传统干清粪工艺优点，同时清粪要实用、经济、快捷。二是实现粪污综合利用：要有粪污收集、储运、处理、综合利用等工程，并配套相关设施设备，解决粪污废水的资源化利用问题。三是建立除臭系统，防止恶臭气味扰民。

2.2 主要生产技术路线

全部采用全漏缝地板免水冲工艺，对养殖过程产生的粪水进行固液分离，固体用于生产有机肥；液体进行厌氧发酵，产生沼气、沼液等资源化利用。固液分离采用“漏缝板+机械刮板机”模式进行粪污收集、分离，主要建设收集池、中转池、沼液储存池、排粪通道、排尿沟等土建部分，设备包括脱水器、脱硫器、厌氧罐、翻抛机等。

2.3 设计内容

2.3.1 施工流程程序化，确定独特的猪舍建设六步法施工流程

防渗漏处理

施工时第一步先平整土地，开挖尿液收集池、中转池、沉淀池，再在猪舍下面对尿液收集池、中转池、沉淀池进行防渗处理。第二步进行排尿沟及漏缝板下面地平建设：地平一定要两边高，中间低，要有一定坡度，便于尿液自流；排尿沟也要一边高，一边低，便于尿液自流；排尿沟流向与机械刮板机刮粪方向相反。第三步建200 cm高的承重墙，铺设漏缝板。第四步建排尿沟外的栅栏，防止猪粪进入排尿沟。第五步安装猪舍内设施。第六步焊接钢构架，完善场棚建设。

2.3.2 尿液靠重力流入尿液收集池，极大地节约了人力物力和电力资源

建猪舍之前进行防渗处理；采用全漏缝板免水冲工艺，猪粪一个周期一清；漏缝板距地平200 cm，便于安装机械刮板机；漏缝板下面地平中间开设排尿沟，排尿沟一边高，一边低，便于尿液自流；漏缝板下面地平采用两边高，中间低，具有一定坡度，便于尿液自流到排尿沟；排尿沟两边设栅栏，防止猪粪进入排尿沟；尿液经排尿沟流入外面收集池、中转池、沉淀池；排尿沟流向与机械刮板机刮粪方向相反；机械刮板机所刮的粪直接堆积发酵，沉淀池粪污经干湿分离机后，干粪堆积发酵，液体通过暗道流入沼液发酵池；厌氧反应主体一般采用IC反应器，根据养殖场日产污量情况，结合运营实际，设计IC反应器容积相应容量及水力停留时间，一般为2 d；建设支农管网，经过发酵后的沼液储存在沼液储存池里，并定期通过支农管网输送到农田、生态园和特色农业基地进行液体施肥。沼液储存池在建设时进行防渗漏、防断裂处理，使用HDPE膜+混凝土双层防渗，同时沼液储存密封，杜绝臭气扩散。

沼液坝防渗漏处理

上述尿液在收集过程中全部靠重力作用，从粪堆下渗出到排尿沟，再在排尿沟内自流到圈舍外尿液收集池、中转池、沉淀池，在生猪饲养过程中无需动力，极大地节约了动能和电力资源，具有独创性。

2.3.3 猪粪圈舍下自然堆积，自然发酵，自然风干，大大减少了污水产生量和干湿分离劳动强度

由于该工艺全部采用全漏缝地板免水冲工艺，猪生活在漏缝地板上，猪粪在圈舍下自然堆积，自然发酵，自然风干，在整个饲养期无水冲现象，猪粪水的来源只有猪产生的粪、尿和最终冲洗、消毒圈舍的水。由于猪粪在漏缝地板下堆积发酵，产生的高温蒸发了大量水气，整个饲养期产生的粪便可在生猪出栏后直接回收，减少了机械式干湿分离劳动强度，防止了污染源扩大现象，一个饲养期只冲圈1次，极大地节约了养殖用水。

“重力干清粪”圈舍内部设施情况

2.3.4 建立除臭系统，防止恶臭气味扰民

一是猪舍内部在猪舍的承重墙上放置一些吸附性较强的活性炭小挂件或炭包，用来吸收猪舍的异味，有效防治恶臭气味扰民。同时在墙外建一60 cm宽的与承重墙等高的秸秆墙，用于吸收过滤臭气，在两猪舍之间搭上遮阴网，既能除臭，又能遮阴。二是干湿分离车间进行密闭，连同收集池、干湿分离车间用遮阴网搭建，防止臭气扩散。三是在沼液储存池对沼液进行密封保存，防止臭气扩散。

防臭墙试验

秸秆墙过滤

3 运用实例

3.1 项目概况

牧原生猪废弃物综合利用试点项目位于河南省南阳市内乡县灌涨镇后马村、王店镇宋沟村，项目于2014年10月申报获批，2015年年底建设完成。项目总投资为2 509.97万元。全部采用重力机械式干清粪，主要建设包括收集池、中转池、沼液储存池、排粪通道、排尿沟等土建部分，设备包括脱水器、脱硫器、厌氧罐、翻抛机等。

密封沼液坝

3.2 项目效果

项目建成后，通过近两年的运行，该项目保证了50万头生猪废弃物的正常处理，年产沼液6万m3、沼气20.98万m3、有机肥0.38万t，牧原公司通过对养殖产生的废水进行各场区域的治理，将粪污变废为宝，固粪收集后统一在有机肥厂加工成有机肥料，以内乡为核心销往周边区域，用于生产高附加值农产品；沼液用于施肥场区周边的农田，解决了旱地农田干旱缺水问题，提高了粮食的产量；沼气发电，支持场区生产、生活的自用电，节省成本；病死猪统一进行无害化处理，产生的肉骨渣和油脂，用于高档有机肥生产，整个试点项目解决了生猪饲养流程中所产生的粪污和病死畜禽等废弃物的资源化利用问题，具有较高的生态和社会效益。

4 讨论

“重力干清粪”概念是牧原公司在实践中首次提出，目的是为干清粪处理工艺提供机械化作业。所谓“重力干清粪”就是规模化猪场全部采用全漏缝地板免水冲工艺，猪生活在漏缝地板上，排泄的粪便由脚踩踏，直接落入粪道，在整个饲养期不用冲洗猪圈，猪粪水的来源只有猪产生的粪、尿和最终冲洗、消毒圈舍的水。两个饲养期之间对上一个饲养期产生的粪尿进行机械式干湿分离，大大减少冲圈次数，极大地节约了养殖用水。这与水泡粪工艺的最大区别是水泡粪日常清粪使用清水，而“重力干清粪”不用清水，粪尿产生即依靠重力离开猪舍进入储存池，大大减少了粪污产生量并实现粪尿的及时清理；粪污离开储存池即进行干湿分离和无害化并全部实现综合利用，没有混合排出。具备干清粪工艺所有基本特征，实质是一种机械式干清粪，在实践中“重力干清粪”在生猪养殖废弃物减量化、无害化处理和资源化利用方面均发挥着不可替代的作用。

4.1 在生猪养殖废弃物减量化技术体系中的作用

重力干清粪工艺一般采用自动供料系统，可对饲料进行精细化管理，减少生猪自身排泄物量，达到减排目的。同时综合节水技术的运用及冲水次数的减少，有效地控制了生猪已排泄物体积外源的增加，控制水的消耗量，减少环境污染。做到了生猪养殖废弃物减量化排放。

4.2 在生猪养殖废弃物无害化技术体系中的作用

对固体废弃物无害化处理的作用：无臭式重力干清粪工艺由于在圈舍下直接堆积发酵，减少收集次数，便于收集运输，圈舍下粪便可直接装车运往有机肥场进行无害化处理，资源化利用。

对液体废弃物无害化处理的作用：尿液经排尿沟流入外面收集池、中转池、沉淀池；排尿沟流向与机械刮板机刮粪方向相反；机械刮板机所刮的粪直接堆积发酵，沉淀池粪污经干湿分离机后，干粪堆积发酵，液体通过暗道流入沼液发酵池；最后储存在防渗漏的沼液储藏坝内，用于肥料浇灌公司配套的生态林和温室蔬菜，或用于不同季节浇施农田和作物。研究沼液灌溉技术，为养殖场周边农户铺设农田灌网。

对气体废弃物无害化处理的作用：猪场恶臭气味来源有三：一是猪舍内部粪便，二是干湿分离车间，三是沼液储存池，因此除臭分为三部分。该工艺在设计时，充分考虑气味影响，三种臭气处理方式真正做到了对有害气体进行收集，做到无害化处理。

4.3 在生猪养殖废弃物资源化技术体系中的作用

便于猪粪肥料化：重力干清粪工艺最大的优点是免水冲，一个饲养周期内产生的猪粪直接堆积发酵，尿液中的水分一部分被发酵产生的高温直接风干了，另一部分经重力作用通过栅栏自流到导尿沟。固体粪便添加一定的目标菌剂制成微生物肥料或颗粒化制作成有机肥，开拓农业肥料的新品种，生产有机生态肥料。同时液体经污水深度处理、系统处理，贮存于沼液坝，在需要时通过粪污还田的支农管网进行消纳。

便于猪粪能源化：建造一定体积的沼气池，将猪场废弃物经收集后进入沼气池发酵，得到的沼气可作供气供暖发电用。

“重力干清粪”工艺在实践中运用正是具有上述优点而获得广大养殖场认同，经环保部专家现场考察，符合国家法规、标准技术规范要求，并以环办函〔2015〕425号《关于牧原食品股份有限公司部分养殖场清粪工艺问题的复函》进行了批复，该模式得以全国推广。

5 小结

重力机械式干清粪工艺解决了困扰大型养殖场的清粪难题，实践证明，该清粪方式可满足机械化、规模化生产需求，运用该工艺，通过对畜禽养殖废弃物的综合利用，既可创造经济效益，又可分担环保成本，是生猪产业集约化、规模化、机械化发展的必经之路，是生猪粪污防治的治本之策。□