肖和良

（湖南省洞口县畜牧水产局，湖南 邵阳 422300）

1 猪尿降解工艺应用研究的背景

猪粪便处理，固液分离机分离后，有2 个渠道作为有机肥，一个是灌装成袋用车直接运输到田地，沤肥后施肥，一个是发酵后做成有机复合肥，再运输到田地施肥。但猪尿处理方式有难度，即使用猪尿水进入沼气池，作为沼气利用1 次，但沼液依然有污染，还要还田处理。目前两个处理方式，一个是用灌装车运输到田地实施灌溉，前提是田地有大量机耕路，通车才行；一个是从猪场到田地，修建灌溉渠道或PVC 管道。这样两种方式都需要投入大量人力、物力，猪尿处理成本费用高。如何直接将猪尿或沼液降解成无污染的液体，即对猪尿或沼液降解工艺应用及减排效果。本文研究的是红泥膜沼气池猪尿降解工程工艺应用及减排效果。

2 猪尿水降解工作原理和污水处理工艺

猪尿污染物包括pH、悬浮物（SS）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）和化学耗氧量（COD）。如何降解这些污染物和达标排放？有没有最好的降解工艺和减排效果？带着这些问题，笔者于2019 年8—9 月考察了湖南省洞口县、新邵县部分规模猪场以及洞口县城生活污水处理厂。笔者一直对畜禽粪污处理环保工程比较关注，并身体力行，主持制订了《洞口县畜禽规模化养殖场粪污排放达标规范》和《洞口县猪粪尿减排与资源化利用模式评估指标》，洞口县在粪污减排方面做了大量工作，投入的财政资金也较多[1-3]，但这次考察之前对洞口县粪污减排未达到满意效果。

经对生活污水处理厂考察，其实猪尿水和生活污水处理原理是一样的，都是要经过厌氧、好氧、微生物以及物理方法的处理。现在城镇人的厕所都设有化粪池，人的粪尿经过了比较长时间的化粪厌氧处理，对污水污染物具有一定的降解作用，比直排的猪尿水污染物相对要少很多。如2009 年1 月王红燕等[4]对兰州市某居民区化粪池的调查，生活污水经化粪池处理后，COD、BOD、总氮、总磷、动植物油浓度均有降低，年平均去除率分别达到83.6%、51.1%、64.3%、68.2%、75.6%。城镇生活污水是洗碗冲洗水、洗衣冲洗水、洗澡洗发冲洗水、化粪池化粪后粪水以及垃圾废水，不包括化工厂和造纸厂的污水，化工厂和造纸厂的污水还要另行环保工程处理。城镇生活污水收集管网面广线长，管网投入的资金较多。

（1）生物去除氮机理：污水中氮的去除由氨化反应—硝化反应—反硝化反应共同完成，其工艺原理如下：①氨化反应。在好氧条件下，氨化菌将污水中有机氮化合物分解转化成NH3-N，以氨基酸为例，其反应式为：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3；②硝化反应。在好氧条件下，硝化菌将NH3进一步氧化为NO2-和NO3-，其反应式为：NH3+O2→NO3-+NO2-+2H++H2O；③反硝化反应。在厌氧（兼氧）条件下，反硝化菌将NOX-N 少部分同化为菌体自身的有机氮化合物，大部分（70%~75%）异化（还原）为气态氮N2，其反应式为：NO2-N+3H+→1/2N2+H2O+OH-，NO2-N+5H+→1/2N2+2H2O+OH-[5]。

（2）污水处理工艺：采用生物-生态复合处理技术，属于厌氧-好氧联合处理范畴，工艺：养殖废水经排污管道至化粪池→调节池→泵→气浮设备系统→水解酸化池→A/O 生化池→沉淀池→中间水箱→泵→生物滤池→清水箱。其中生物滤池为曝气生物滤池，在池内设置填料，通过人为供氧，使填料上生长大量微生物，废水与填料上微生物充分接触，微生物吸附有机物（污染物），废水得到深度净化后流入清水箱[6]。

张守彬等、苏兵等、马强等、曹春艳等[7-10]开展了对天然斜发沸石、页岩陶粒、石灰岩碎石、牡蛎壳、贝壳、活性炭、建筑陶粒、工程陶粒8 种曝气生物滤池填料处理污水效果研究，效果从好到差的排序为：活性炭→牡蛎壳→贝壳→天然斜发沸石→页岩陶粒→建筑陶粒→工程陶粒→石灰岩碎石。各地对填料可就地取材，加以利用，如洞口县城污水处理厂用石灰岩碎石作为曝气生物滤池填料，笔者建议该厂用活性炭取替石灰岩碎石填料，排污效果更好。因洞口县雪峰山木炭资源丰富，而木炭又是制做活性炭的来源。

3 红泥膜沼气池猪尿降解工程工艺以及应用

3.1 红泥膜沼气池猪尿降解工程工艺

红泥膜沼气池猪尿降解工程工艺为：尿水预处理→预处理暂存池→红泥塑料膜沼气池→好氧池→净化池→氧化塘（或鱼塘、人工湿地）→达标排放。

以新邵县颜复伟养殖场为例（湖南省新邵县坪上镇筱桂村颜复伟养殖场，养殖规模：年出栏1 000 头猪）。

（1）尿水预处理。猪场进行干清粪和雨污分离处理，夏季也不用水冲洗猪栏降温，从源头上对粪污减量化，尽量降低尿水处理量，以提高尿水降解工艺的减排效果。对预处理的尿水（也叫直排尿水，没有经过环保工程处理的尿水）送样检测，检测结果见表1。

表1 颜复伟养殖场直排尿水水质检测情况

（2）尿水进入预处理暂存池。预处理暂存池为小型沉淀池60 m3。2 d 用固液分离机对预处理暂存池尿水分离1 次，把粪渣分离出来，分离的同时，把分离后的尿水抽入红泥膜沼气池。

（3）进入红泥膜沼气池（图1 和图2）。288 m3（12 m×8 m×3 m）红泥膜沼气池，红泥塑料膜沼气池是厌氧池，把这个大型的红泥塑料膜安装在开放性沼气池里面，红泥塑料膜是密封的1 个大型袋子，把尿水抽入红泥塑料膜袋子里，尿水充满时只在池子平面上，当产生沼气时，红泥塑料膜袋子充满沼气时，红泥塑料膜可高出池子平面80~100 cm，高出的袋子部分则是充满了大量的沼气。并用加药箱，加入少量益生菌进入红泥膜沼气池。每星期加入1 次，每次0.5 kg。污水通过红泥膜沼气池一般20 d，经沼气池密封厌氧后，沼液中的部分有害物质被降解、杀灭。

红泥膜外表与空气接触，吸热性好，充分利用太阳能，提高池内发酵温度。这种红泥膜装置的沼气池能有效提高沼气池温度，特别是冬季沼气池的温度较低，常规沼气池（埋在地下的）用太阳能发电充温才能产沼气，这种红泥膜沼气池则不需要，冬季也能升温。红泥膜沼气池能多产沼气，夏季多产常规沼气池沼气的1~2 倍，冬季多产常规沼气池沼气的3 倍。红泥膜沼气池多产的沼气，能把氨氮降解率提高25%~30%。

红泥膜沼气袋是应用复合膜、膜加高强产业聚酯纤维应用贴合的制造工艺加工而成的，具有密封性好、高强度、重量轻、大跨度、耐温、耐腐、阻燃、抗老化的材料特点，能抗氧化和太阳暴晒，在无外力破坏下，红泥沼气袋的使用寿命可达20 年以上。

图1 充满沼气的红泥膜沼气池塑料膜外表

图2 充满沼气的红泥膜沼气池塑料膜全景

（4）进入好氧池。好氧处理池由4 个池（每个4 m×3 m×3 m=36 m3）组成，加氧化剂，每天加入2~3次，每次0.5 kg。并用加氧机充气，每天4 次，每次20 min，设置自动开机加氧充气（图3）。

图3 好氧池加氧机充气废水翻滚的白沫

（5）进入净化池。经过2 个二级净化池（每个8 m×3 m×3 m=72 m3），再排出的水比较清亮，用鼻子闻基本没有粪尿的异味，这时抽检的废水样品送检，污染物平均降解率85.46%，见表2。

表2 颜复伟养殖场净化池后尿水水质检测降解情况

（6）进入氧化池。把这个降解后的废水，放进5亩以上氧化池里，这种氧化池种上浮萍，能降解环保工程后部分废水中污染物。这时取排出的池水更加清亮，池水抽样送检污染物平均降解率92.32%，较环保工程后降解率85.46%，降解率提高6.86 个百分点，达到减排90%的标准（表3）。

表3 颜复伟养殖场氧化池后尿水水质检测降解情况

也可用鱼塘和人工湿地代替氧化塘。代替的鱼塘面积要大1 倍10 亩以上，还可以养鱼，人工湿地要15 亩以上，才能达到后期处理（氧化塘）废水降解的效果。

以上设计规格的环保工程，各类处理池636 m3（不含氧化池），投入资金28 万元左右，约占猪场建设资金的15%。能处理年出栏1 000 头猪规模场的尿水达标排放。

这个环保工程设备有红泥膜袋子（根据规模场大小设计可大可小的袋子）、加药箱、加氧机、沼气恒温加压处理设备和沼气输送管道、小型沼气锅炉等设备，以及益生菌和加氧剂，由山东潍坊达远环保科技有限公司提供。该公司在湖南各个地区配有总代理和技术人员，负责指导设计、安装、设备维护以及销后服务。

位于洞口县山门镇大合村的湖南佳境农牧有限公司（年出栏猪5 000 头）采用的是黑膜沼气池，其黑膜沼气池猪尿降解工艺同红泥膜沼气池猪尿降解工艺一样，该公司黑膜沼气池是1 000 m3，建有沼气发电工程设备，并用种植莲子的150 亩来代替氧化池。

3.2 红泥膜沼气池猪尿降解工程沼气利用

利用红泥膜沼气池产生较多的沼气量通过沼气锅炉，让沼气充分燃烧，生产热水，然后用热水管对猪场供暖。供暖方式两种，一种叫地暖，把热水管埋在地板里；一种叫舍内供暖，把热水管道安装在猪栏空间里，离地面2.2 m 高以上，左右各1 条热水管道。

红泥膜沼气袋不仅是发酵车间，还是临时储气车间。如果产量相当大时，又可以集中储存后进行发电、实现经济的多重收入。

4 红泥膜沼气池猪尿降解工程工艺应用的减排效果评价

新邵县颜复伟养殖场红泥膜沼气池猪尿降解工程减排效果：①净化池后猪尿污染物平均降解率85.46%，其中pH 7.8，降解率87.1%；悬浮物（SS）852 mg/L，降解率90.6%；氨氮（NH3-N）206 mg/L，降解率89.3%；化学需氧量（COD）3 499 mg/L，降解率81.8%；生物需氧量（BOD）1 484 mg/L，降解率78.5%。②氧化池后猪尿污染物平均降解率92.32%，其中pH 7.6，降解率92.2%；悬浮物（SS）439 mg/L，降解率91.6%；氨氮（NH3-N）151 mg/L，降解率94.8%；化学需氧量（COD）1 705 mg/L，降解率93.9%；生物需氧量（BOD）811 mg/L 降解率89.1%。达到了猪尿减排90%的目的。

笔者对红泥膜沼气池猪尿降解工程工艺应用及减排效果评价是：红泥膜沼气池猪尿降解工程工艺可行，污水排放达标，投入资金比例合适，产沼气量大，沼气发电、供暖等资源化利用率高，经济实用。

5 讨论

5.1 使用红泥膜沼气池注意事项

应注意红泥膜沼气池的气压，及时排出沼气，防止红泥膜暴破事故的发生。就这个问题调查新邵县颜复伟，他说夏季4~5 d 红泥膜沼气池就充满气了，所以4~5 d 排1 次气。笔者网上查了红泥膜沼气池是充气膜和沼气暂存库，没有暴膜事情，更没有防止暴膜这一说。因笔者在现场考察时，稍用力摸了一下红泥膜外表感觉充气很满，担心暴膜，问陪同的厂家技术员怎样解决这个的问题，他就说没发生暴膜事情。因此笔者当场向他建议，设置一套排出沼气自动化装备，如在红泥膜袋子里设置一个沼气气压计和设计气压临界值，并在气压临值时排出沼气自动化装备，把这个建议带回厂家。笔者认为人为感观排气不可靠，自动化装备排气才能防止暴膜安全事故的发生，这是很重要的。

5.2 对大型规模场使用红泥膜沼气池工程建议

经调查3 000 头以上规模场红泥膜沼气池工程，猪尿水污染物降解率在73%~85%之间，未达到污水排放标准。这是什么原因呢？这是由于规模场大养殖数量大污染物排放量增大，不是简单几何级数增加排污设施，如2 000 头在1 000 头规模设施基础上增加2 倍如处理池636 m3×2，3 000 头增加3倍636 m3×3……这样简单处理，应参考城镇生活污水处理厂污水处理工艺，增加曝气生物滤池和填料（牡蛎壳、贝壳、天然斜发沸石、页岩陶粒、石灰岩碎石活性炭、建筑陶粒、工程陶粒）等环保设施和工艺，才能提高猪尿水污染物降解率，达到污水减排90%的目的。

曝气生物滤池（BAF）是一种集物理过滤、化学吸附和生物氧化为一体的新型生物污水处理技术[11-12]，凡大型污水处理工程，包括化工厂污水处理都要进行重要的曝气生物滤池处理工艺。

对大型猪场（3 000 头以上）红泥膜沼气池猪尿降解工程工艺设计为：尿水预处理→预处理暂存池→红泥塑料膜沼气池→好氧池→净化池→曝气生物滤池（填料）→氧化塘（或鱼塘、人工湿地）→达标排放。

5.3 对冬季红泥膜沼气池工程污水处理效果的观察

本文中公布的是夏季猪尿水检测结果，因冬季红泥膜沼气池温度降低，厌氧微生物活性降低，产沼气减少，相对氨氮降解率降低。必须观察冬季污水污染物降解率，采取沼气池供热等措施，保证猪尿减排效果。

5.4 对猪尿水做好预处理好是红泥膜沼气池猪尿降解工程工艺减排成功的前提

前文3 提到红泥膜沼气池猪尿降解工程工艺第一步，是对猪场进行干清粪和雨污分离处理，则猪尿水预处理非常重要。因笔者进行了猪场干清粪工艺节水试验和生猪料槽饲喂器管理饲养试验[13-14]，刘小元[15]根据洞口县猪场干清粪工艺节水等科学试验，对精准饲养方式及畜禽粪污减量化路径进行了研究，提出精准饲养方式即采取科学饲料配方，调控氮和磷排泄量，控制高铜、高锌饲料，采取精准饲喂管理、适时出栏模式，改传统的夏季冲水降温模式为风扇、空调等夏季控温技术模式，改水泡粪工艺为干清粪工艺，节约用料用水，从源头上控制粪污及有害成分的产生量，让粪污减量排放。因此对生猪进行精准饲养方式和猪场干清粪和雨污分离处理等粪污减量化处理，是红泥膜沼气池猪尿降解工程工艺减排成功的前提。

6 结论

红泥塑料膜，环保新型材料，新型工艺，用红泥塑料膜沼气池代替常规沼气池（地下），能有效提高沼气池内温度和微生物活性，提高沼气池成倍产气量，特别是冬季的近3 倍的产气量（理论上），将氨氮降解率提高近三分之一，SS（悬浮物）等污染物降解率也有所提高，而具有较强并优于常规沼气池去污功能。由于新型红泥膜沼气工程项目，2019 年才进入湖南邵阳地区，还处于试验试点阶段，没有大面积推广，对污染物降解率，特别是冬季降解率，其去污功能、稳定性、安全性有待进一步考证。

红泥膜沼气池猪尿降解工程工艺可行，污水排放达标，投入资金比例合适，产沼气量大，沼气发电、供暖等资源化利用率高，经济实用，可以大力宣传和推广。对大型养猪场（3 000 头以上）增加曝气生物滤池和填料等环保设施和工艺，预期达到猪尿减排90%的目的，有待进一步试验和实践。