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        糞便處理的不同策略

        時間:2022-04-23 16:23:19   tags:

        動物糞便可以根據其稠度或水分含量分為液體糞肥(固形物含量最高為5%)、漿料和半固態糞肥(固形物含量為5%至25%)和固態糞肥(固形物含量超過25%)。通過利用物理、生物或化學等方式可以達到減少糞便量、提高其適用性和提高肥料價值的目標。處理形式包括脫水、固液分離、厭氧和好氧污水貯留池、營養強化、制粒、堆肥、精制和沼氣池等。下面重點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是厭氧消化,糞便的厭氧消化是糞便產生能量的過程,該過程是在沒有氧氣的情況下,厭氧細菌將有機廢物中的有機物轉化為甲烷,將其用于發電。動物糞便在儲存過程中會釋放出大量的氮氣和甲烷,可以通過冷卻,使用固體覆蓋物,從漿液中機械分離固體或捕獲排放的甲烷來減少糞便中甲烷的排放量。此外,厭氧消化過程會產生潛在有價值的副產物。

        愛爾蘭國立大學實驗室研究發現,反應器內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量。當反應器每日每立方米的有機負荷率高達3kg揮發性固體,并且青貯飼料的揮發性固體比例為40%時,甲烷的產量是非常穩定的,每日高達501m3。在中試中,混合使用糞便+青貯飼料的揮發性固體去除率比單獨使用糞便從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之一,可用于處理液體肥料以減少氣味、化學需氧量(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(分批進料)處理,在分批處理中,所有未處理的物料都從設備中移出,然后再重新填充未處理的漿料,而分批進料則會將未處理的物料添加到消化器中,從而將某些處理過的物料置換掉。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,經過合適的處理,大量糞便轉化為有機肥料在經濟上是可行的,并且對于環境也是有益的。豬場建議用3種方式管理糞便:牧場管理、堆肥和清除。其中對于將豬飼養在舍內或混凝土地面上的農場來說,堆肥是一種選擇,因為糞便很容易被鏟起并轉移到堆肥區域。大型商業養豬場在大的污水貯存池儲存糞尿,利用細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。貯存池設置的地點需遠離住宅及考慮當地地形和氣候可以選擇露天堆肥,為了減少異味,需要將儲存罐圍起來,并在其上面放一個罩子,還可以在儲存罐周圍種植茂密的灌木,例如一些生長快速的雜交澳大利亞柳樹,以幫助交換氣體并捕獲氣味。一般來說,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,豬場農戶可選擇相關的堆肥機器和有機肥設備來生產糞便生物有機肥,經過堆肥處理后,糞便作為土壤添加劑是非常安全的。

        實際生產中,推薦使用一系列在豬糞便有機肥生產過程中起到關鍵作用的裝備,包括固液分離器、用于堆肥和發酵過程的堆肥轉換器、用于糞便顆?;幚磉^程的有機肥料制粒機、用于篩選過程的篩網、旋轉干燥機、冷卻器和自動包裝機等。

        影響高效堆肥的因素很多(見表4),其中主要受4個因素影響:通風、營養平衡、水分含量、溫度。如果合理控制這4個因素,堆肥會非??焖俚赝瓿?。其中通風是非常關鍵的因素,堆肥過程中需要很多氧氣,而空氣來源可以利用風機或鼓風機進行攪拌或混勻。

        堆肥的方法有很多,其中畜牧業中最具實用性的兩種方法是:1)翻動的條垛系統和注入空氣的垛。一般情況下,可使用被定期攪動或翻動的窄長垛。垛的大小取決于給它們充氣的設備以及材料組成。如果條垛系統橫斷面過大,當它被翻動時,垛的中心會產生厭氧和難聞的氣味。如果條垛系統橫斷面太小,可能會快速丟失熱量,并且垛自身無法達到蒸發濕度、滅菌和除掉雜草種子的高溫(見表5)。強制通風靜態垛,是通過一條或多條管道給垛提供空氣,保持穩定的空氣供應,這個過程保證堆肥在3~5個星期完成處理并產生的氣味最少,不過該系統容易堵塞供氣管道。 

        條垛堆肥是勞動密集型工作,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的時候進行人工處理,占用較少的土地并且糞肥很容易堆到屋頂。

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        3、營養策略

        降低畜禽糞便的產量和糞便管理的潛在排放量,也可以采取營養策略進行。研究發現給豬只飼喂低蛋白日糧與高蛋白日糧相比,前者糞便產量較低,氮素輸出強度降低;另有研究表明用各種類型的明礬給豬補充氨基酸、添加酶等,可進一步減少豬的氮排泄。這也意味著有較低的肥料和養分輸出,并減少了糞便對環境的潛在影響。

        4、減少糞便臭氣的策略

        盡管降低糞便產量是豬場糞污處理的重頭戲,但是豬場糞便的臭氣處理也需要密切關注。以下是關于豬場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)日糧控制是相對較容易實現減少氣味的方式。研究發現,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,將有助于改善豬場氣味。實施過程中需要考慮耗費的時間成本及樹木對自然通風設施的影響。4)覆蓋糞坑。無論是可透氣的(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,但需要對覆蓋物上的積雪和雨水加以管理。5)漿料酸化是丹麥養豬生產中常用的一種方法,農場主可以通過這種方法在很大程度上減少氨氣和溫室氣體(GHG)的排放。據報道,當酸化發生在室外糞肥儲存階段之前,減少量最大。6)通過螺旋壓榨機機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,并通過在偏遠的農場中使用富含磷的固體成分來提高養分的再分配,同時減少糞便運輸過程中的燃料消耗。7)糞便刮除系統相對常規糞便清除系統,可顯著降低豬舍內硫化氫和氨氣的濃度和排放(降低了90%),而且刮除系統的每頭豬運營成本只需要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的排放量的技術,但評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個中等規模的綜合人工濕地系統(ICW),發現其中9個處理養豬業廢水的ICW系統的腸道指示劑細菌的數量減少,并在最終液體中未檢測到大腸桿菌、鏈球菌和沙門氏菌。但由于ICW需要耗費大量土地,故限制其在養豬業的使用。

        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,但需要加強濾池管理,特別是水分含量,確保生物濾池設計與通風系統兼容。

        NUI戈爾韋實驗室研發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養。試驗結果表明,影響因素包括生物濾池規模、氣溫和降雨變化,中試規模的木屑生物濾池可減少多達54%的固體、80%的化學需氧量、93%的5日生物需氧量、86%的總氮和79%的總磷。在用不同化學方式處理濾池廢水時,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%的化學耗氧量以及99.6%的總磷。微生物學分析表明,沙門氏菌從未在生物濾池中出現,另外大腸桿菌和腸球菌在進水中的含量始終低于出水檢測限度,并且大腸桿菌數量也減少了。

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