中小型生猪养殖场污染源头控制技术研究

彭河山李汪晟宋李思莹吴根义,2*

（1湖南农业大学，湖南长沙 410128；2环保部华南环境科学研究所，广东广州 510655）

中小型生猪养殖场污染源头控制技术研究

彭河山1李汪晟1宋李思莹1吴根义1,2*

（1湖南农业大学，湖南长沙 410128；2环保部华南环境科学研究所，广东广州 510655）

针对目前中小型生猪养殖场在养殖过程中污水产生量大、造成后续处理与利用难度大、给环境带来破坏性影响的状况，本文从饮水器和栏舍冲洗方式这两个影响生猪养殖污水产生量的方面着手研究，通过对比试验和深入分析，探索生猪养殖污染源头控制技术。试验结果表明，采用鸭嘴式饮水器与碗式饮水器改装的组合式饮水器可比鸭嘴式饮水器减少饮水过程中污水产生量85%左右，采用水气混合方式冲洗栏舍较常压冲洗方式减少冲洗水量55%左右，三个周期内污染物排放总量CODcr、TN、TP和NH3-N可分别减少49%、43%、30%、24%。

中小型猪场；源头控制；污水产生量；饮水器；栏舍冲洗方式

近年来，我国畜禽养殖快速发展带来的各种污染不断挑战和挤压人类生活及生存的环境空间，尤其是畜禽养殖业现已成为农村经济的支柱产业，在带动农村经济发展的同时，也带来了许多环境污染问题[1]。从目前我国环境治理的现状来看，大部分环境污染治理都侧重于末端治理，而大部分中小型猪场的环境管理水平较低，且缺少必要的污染治理设施投资，大多数养猪场都没有配套完善的粪污处理设施，畜禽养殖废弃物得不到合理的处理与利用，直接排入环境，由此造成了一系列的环境污染问题。

解决生猪养殖污染主要有工厂化处理达标排放和资源化利用两种模式，不管是采取哪种模式，减少水污染物产生量均是确保设施正常运行的关键。受传统末端治理思想的影响，当前大部分养殖场对源头控制重视不足，导致生猪养殖中污水产生量严重偏大，给后续处理和资源化利用带来很大难度。如何从源头减少水污染物产生，已成为生猪养殖污染防治的关键一环。

生猪养殖源头控制是将养殖污染预防战略持续应用于生产全过程，通过采用科学合理的饲料配方、节水型饮水器、清洁的清粪工艺和栏舍冲洗方法等技术，提高资源利用率，减少水污染物产生，以降低养殖对环境和人类的危害[2]。本研究从饮水器和栏舍冲洗方式这两个影响生猪养殖污水产生量的方面着手，通过对比试验和深入分析，探索总结生猪养殖污染的源头控制技术。

1 生猪养殖清洁饮水方式研究

生猪饮水是养殖用水中重要的一环，研究表明，通过改变生猪的饮水方式、优化饮水器结构、调整饮水器的安装位置等都可以节省用水量，达到清洁饮水的目的。因养殖场大部分位于农村地区，用水成本低，养殖场大多忽视节水这一环节，由此导致用水量增加，同时也增加污水产生量，加大了粪污后续处理与利用的难度。

目前，普遍使用的饮水器有鸭嘴式、碗式和乳头式三种。其中，鸭嘴式和乳头式饮水器的结构较简单，造价较低，且拆卸也比较方便，出水量较大，能够满足生猪的饮水需求，在许多养殖场被广泛使用[3]；但其缺点是出水量太大而导致水流溅射，不仅增加用水量，而且增加污水产生量。碗式饮水器的结构比其他两种饮水器复杂，造价偏高，其优势是发生溢水的情况较少，能够节约用水量，减少污水产生量；但其不足是存在饮水混入饲料残渣引起生猪交叉感染的风险，另外还需要人工清理碗中的饲料残渣，加大工作量和人力成本。针对上述各类饮水器的特点，本研究从如何减少污水产生量的角度考虑，将碗式饮水器和鸭嘴式饮水器组合成一种新型饮水器，以同时解决饮水污染和污水产生量大的问题，实现健康养殖与废水的减量化。

1.1 试验材料和方法

1.1.1 试验材料

试验用到的材料为：鸭嘴式饮水器2个、乳头式饮水器2个、碗式饮水器4个。其中，将鸭嘴式饮水器与碗式饮水器改装为组合式饮水器，具体改装方法是将碗式饮水器内的供水装置改为鸭嘴式饮水器，并在碗式饮水器底部安装导水管，生猪通过鸭嘴式饮水器饮水，饮水时溢出的干净水经碗收集，后由底部导水管直接外排，不进入污水系统。

1.1.2 试验方法

试验在湖南农业大学某试验示范基地养猪场内进行，选择同批次的生猪进行试验，分别对采用不同饮水器条件下仔猪（体重约20 kg）、保育猪（体重约35 kg）和育肥猪（体重约75 kg）3个生长阶段的用水量和污水产生量进行测定，试验分3组6个栏舍（每个栏舍随机养殖12头），每2个安装相同类型饮水器的栏舍为一组。

栏舍改造后两周内引导生猪适应不同饮水方式，两周后开始进行用水量对比试验，记录每个栏舍的日用水量，每个生长阶段连续监测7天。

1.2 试验结果及分析

1.2.1 试验结果

试验中3种饮水器在3个不同生猪生长阶段日平均用水量及组合式饮水器收集溢流水量的测定结果见表1。

1.2.2 结果分析

从表1数据显示可知，若只单纯从节水方面来考虑，碗式饮水器相比起其他两种饮水器的用水量节约50%左右，从另一方面也说明采用鸭嘴式饮水器和乳头式饮水器的用水中有50%以上因溢流而混入污水系统。根据鸭嘴式与碗式饮水器改装的组合式饮水器收集溢流水数据可知，采用该组合式饮水器一头体重20 kg左右的仔猪可减少污水产生量4.9 L/天；一头体重35 kg左右的保育猪可减少污水产生量5.9 L/天；一头体重75 kg左右的育肥猪可减少污水产生量10.1 L/天。通过试验测定，采用鸭嘴式饮水器一头体重20 kg左右的仔猪污水产生量为5.8 L/天；一头体重35 kg左右的保育猪污水产生量为7.0 L/天；一头体重75 kg左右的育肥猪污水产生量11.8 L/天，对比可知组合式饮水器与鸭嘴式饮水器相比，平均减少饮水过程中污水产生量85%左右。

碗式饮水器比其他两种方式饮水器的用水量要少很多，但试验中发现该饮水器因碗中存留剩余饮水，从而导致饮水污染，并加大了人工清洗的力度。而从源头控制、减少污水产生量的角度考虑，鸭嘴式与碗式改装的组合式饮水器既可解决饮水污染的问题，又不增加污水的产生量，可有效实现减少污水产生量的目的，从而降低了后续处理和资源化利用难度，确保了健康养殖与环境保护的协调。

2 生猪养殖清洁栏舍冲洗方式研究

我国畜禽养殖清粪方式主要有两种方式，一种是水冲粪方式，其特点是能及时、有效地清除舍内的粪尿，保持猪舍环境卫生，有利于保证生猪在生长过程中的清洁健康，且此种方式劳动效率高，劳动强度小；其缺点主要是耗水量非常大，污水产生量大且污水中污染物浓度高，大大增加了后续处理与利用的难度。另一种是干清粪方式，此种方式是先人工或机械清除粪便，然后再用少量水冲洗栏舍，这种清粪方式的耗水量少，产生的污水量少，且污水中污染物含量低，有利于后续处理与利用，其缺点是劳动强度大。从污染防治的角度考虑，干清粪方式已成为必然选择，大部分养殖场均逐步采用干清粪的清粪工艺。

无论采用何种清粪方式均需定期对栏舍进行冲洗，栏舍冲洗是生猪养殖污水产生量最重要的一个环节。当前栏舍冲洗主要有常压冲洗和高压冲洗两种方式，另有一些国外的研究表明，采用水气混合冲洗方式可以减少用水量。为探明不同栏舍冲洗方式用水量的差别，指导养殖场选择清洁的冲洗方式，本研究对三种栏舍冲洗方式下水污染物产生量及污水中污染物浓度进行对比实验与综合分析。

表1 不同饮水器各生长阶段日平均用水量与改装饮器日溢流水量表 （L）

2.1 试验材料和方法

2.1.1 试验材料

试验养殖场采用半漏缝人工干清粪的清粪方式，栏舍自动通风、控温，每个栏舍长4.2 m、宽2.9 m、面积12.2 m2，栏舍最外端设置1 m的漏缝地板，生猪产生的粪尿通过漏缝地板排出栏舍，漏缝地板下部设置为60°斜坡，尿液自流入收集系统，粪便定期人工清理。冲洗装置包括常压冲洗装置（水压2～3 kg)、高压冲洗装置（水压15 kg）、水气混合冲洗装置三种。常压冲洗为养猪场原有的设施，高压冲洗装置采用高压清洗机，水气混合冲洗装置由水气枪和空气压缩机组合改装，使用时可自由调节水和气的比例。

2.1.2 试验方法

⑴试验设计：试验在湖南农业大学某试验示范基地养猪场内进行，选择同批次的生猪进行试验，分别测定不同冲洗方式下栏舍清洗的用水量、污水产生量及污水中主要污染物浓度，试验分3组6个栏舍（每个栏舍随机养殖生猪12头），每2个采用同样冲洗方式的栏舍为一组。

⑵试验时间：试验时间为2016年6－8月，试验期间在夏季，环境气温较高，但栏舍采用自动通风控温，冲洗频次基本不受环境温度影响。

⑶试验周期及要求：试验以每30天为一周期，连续开展90天，根据养殖场日常管理规定，试验设计每6天清洗一次栏舍，一个周期冲洗5次。

⑷测定指标与检测方法：记录每次冲洗用水量、污水收集量和监测污水中CODcr、TN、TP和NH3-N浓度。污染物监测采用国家标准方法，其中CODcr用微波消解法、TN用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法、TP用钼酸铵分光光度法、NH3-N用纳氏试剂分光光度法。

2.2 试验结果及分析

2.2.1 不同冲洗方式下的用水量分析

试验期间不同栏舍冲洗方式下每头生猪冲洗用水量见表2。

从表2数据所示可知，随着3个周期内生猪体重的不断增长，3种冲洗方式的用水量也有明显增加，污水产生量也增加。在同等条件下，采用高压冲洗比常压水冲洗猪舍要减少30%～40%的用水量，采用水气混合冲洗比高压冲洗猪舍要减少30%～35%的用水量。所以，采用水气混合冲洗方式对栏舍进行清洗可大大减少污水产生量。

2.2.2 不同冲洗方式下污染物浓度与污染物排放总量分析

通过对冲洗栏舍后的水样进行测定可知各污染物平均浓度（表3）。

结合表2和表3的数据分析，可以得知在3个周期内污染物排放总量结果（表4）。

从表3数据分析可知，在三种不同冲洗方式下，各项污染物浓度有所不同。从四种污染物浓度变化情况来看，在水气混合冲洗方式下，其污水中CODcr、TN、

表2 不同冲洗方式下的每头生猪日冲洗用水量表

表3 不同冲洗方式下的各污染物平均浓度 （mg/L）

污染物指标 常压冲洗 高压冲洗 水气混合冲洗CODcr 106.5±10.5 76.2±9.6 54.3±9.4 TN 35.1±3.5 24.9±3.1 20.0±3.5 TP 5.3±0.5 4.5±0.6 3.7±0.6 NH3-N 9.5±0.9 8.6±1.1 7.2±1.3

表4 三个周期内不同冲洗方式下的污染物排放总量表 （g） TP、NH3-N的浓度与其他两种冲洗方式相比是最高的。但从表4的数据分析可知，水气混合冲洗方式下产生的水污染物总量是最低的。高压冲洗方式与常压冲洗方式相比，污水中CODcr、TN、TP和NH3-N排放量分别减少28%、29%、14%、9%；水气混合冲洗方式与高压冲洗方式相比，污水中CODcr、TN、TP和NH3-N排放量分别减少28%、20%、18%、16%。所以，这种水气混合冲洗方式既可以达到节约用水的目的，又可以从源头上减少水污染物产生量，在一定程度上降低了后续处理与利用的难度，有利于生猪养殖污染的控制。

3 结论

⑴选择清洁型饮水器可减少生猪养殖水污染物产生量。试验表明：采用碗式饮水器较鸭嘴式和乳头式饮水器减少用水量50%左右，但存在增加工作量和生猪交叉感染的不足；采用鸭嘴式与碗式饮水器改装的组合式饮水器能比鸭嘴式饮水器减少饮水过程中污水产生量85%左右，同时由于组合式饮水器不存在存留饮水问题，解决了碗式饮水器交叉感染的风险，是一种既可实现清洁养殖又可解决养殖健康的饮水器。

⑵生猪养殖栏舍冲洗是养殖水污染物产生的一个重要环节，合理选择清洁冲洗方式可大大降低水污染物产生量。试验表明：高压冲洗方式比常压冲洗方式减少污水产生量30～40%，污水中CODcr、TN、TP和NH3-N排放量分别减少28%、29%、14%、9%；采用水气混合冲洗方式较高压冲洗减少污水产生量30%～35%，污水中CODcr、TN、TP和NH3-N排放量分别减少28%、20%、18%、16%。

⑶当前我国中小型生猪养殖场对源头清洁生产重视不足，大力推广和使用清洁饮水器和栏舍冲洗装置可大大降低养殖水污染物的产生量，减少粪污处理或资源化利用的难度，是有效解决生猪养殖污染的一个重要措施。

[1]王滢.秦皇岛市畜禽养殖污染现状调查分析 [J].畜牧科学, 2015(2):88-90.

[2]金冬霞,王凯军.规模化畜禽养殖场污染防治综合对策[J].环境保护,2002(12):18-20.

[3]谭磊,顾宪红.猪用乳头式饮水器的水流速率和安装高度及数量的研究[J].畜牧与兽医,2009,41(11):47-49.

X713

B

1673-4645(2016)11-0029-04

2016-09-27

环保公益性行业科研专项，畜禽养殖污染负荷模拟估算技术与实证研究（201509038）

彭河山（1992-），湖南永州人，在读研究生，E-mail：664296719@qq.com

吴根义（1973-），湖南长沙人，教授，E-mail：wugenyi99@163.com