固液分离技术在畜禽养殖粪水处理与资源化利用中的应用

孔凡克，邵 蕾，杨守军，罗 星，王 伟，鞠鑫鑫，董仁杰

（1.中国农业大学烟台研究院，烟台 264670；2.山东中农三月环保科技股份有限公司，烟台 264670)

固液分离技术在畜禽养殖粪水处理与资源化利用中的应用

孔凡克1，邵 蕾1，杨守军1，罗 星1，王 伟1，鞠鑫鑫2，董仁杰1

（1.中国农业大学烟台研究院，烟台 264670；2.山东中农三月环保科技股份有限公司，烟台 264670)

集约化养殖场的粪污含水量高、营养物质含量低，给再利用造成困难。固液分离作为规模化养殖场粪污前处理工序，减少了后续处理的负荷和处理成本。文内论述了固液分离常用的技术，并分析了各项技术所用的设备和适用性，为养殖场根据粪水性质选择合适的固液分离技术和设备提供指导意见。

粪水；资源化；固液分离

党的“十八大”提出落实经济建设、政治建设、文化建设、社会建设、生态文明建设五位一体总体布局，生态文明被提到前所未有的战略高度。因此，畜禽养殖场面临着严峻的环保压力。粪污无害化处理与资源化利用是畜牧业可持续发展的必要途径[1]。

畜禽养殖主要污染物产生量及其性质见表1（《规模畜禽养殖场污染防治最佳可行技术指南(试行)》，HJBAT-10）。固液分离是使用机械设备和设施将畜禽养殖粪水或厌氧发酵剩余物中的固相和液相部分分离的技术。如果以追求沼气生产为主要目的之一，则畜禽养殖废弃物将全部首先进入厌氧发酵阶段生产沼气。为防止厌氧发酵剩余物在贮液塘中的沉积，厌氧发酵剩余物通常进行固液分离，固相可以进入堆肥环节，也可以用于生产高值化产品，例如育苗基质或者用于替代泥炭；液相则进入沼液贮液塘经过长期贮存后用于农田作为追肥（水肥一体化）或者基肥（与固态有机肥同时使用）。

在当前的新形势下，生态环境保护受到更高的关注。固液分离降低了液相中含固率和固相的含水率，减少了后续固相和液相处理的负荷和处理成本：1）固相用于好氧堆肥时需要控制含水量65%左右，固液分离后降低了固相中含水率从而减少了辅料的添加量，既降低了堆肥原料成本，又减少了好氧发酵工程的负荷[2]。2）固液分离后降低了液相的含固率。厌氧处理时，降低了沼气工程的负荷，避免管路的堵塞；达标排放处理时，减轻污水处理的负荷，减少污泥产生量和处理装置的容积、占地面积，降低投资[3]。

1 工艺流程

在畜禽粪便处理工艺流程中，固液分离是一道必不可少的前期处理工序（图1）。固液分离常用方法有絮凝分离法、沉降法、蒸发法和机械法等，固液分离出来的固相用于堆肥，液相通过快速厌氧发酵后形成沼液。

表1 不同体重猪只的每天饲喂量

表2 絮凝剂类型及性能比较

表3 筛分设备分离性能

表5 分离设备运行特点与适用性

图1 畜禽养殖粪水固液分离工艺

图2 斜板筛示意图

图3 振动筛示意图

图4 滚筒筛示意图

2 技术设备与适用性

2.1 技术设备

2．1．1 絮凝分离

用絮凝剂对物料进行处理，使微小的悬浮固体迅速地聚集，进而沉淀分离。絮凝分离法与其他固液分离技术结合，能提高固液分离效率。市场上的絮凝剂包括无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂和复合絮凝剂4大类[4，5]。常见的絮凝剂类型及性能比较见表2[5]。

2．1．2 机械固液分离

机械固液分离设备可分为筛分、离心分离和压滤等类型。

筛分技术主要包括斜板筛（图2）、振动筛（图3）和滚筒筛（图4）等分离技术工艺，。不同筛分设备分离性能见表3[6]。筛分设备具有成本低、运行费用低、结构简单和维修方便等优点，但对固体物去除率低，且筛孔易堵塞。其中，斜板筛一般适用于中小型养殖场[7]；振动筛不适宜使用絮凝剂；粪污处理量大时，振动筛和滚筒筛较为经济[8]。

离心分离技术是利用固体悬浮物在高速旋转下产生离心力的原理使固液分离。离心分离机分离效率要高于筛分，而且分离后的固体物含水率相对较低，但离心分离机设备昂贵、能耗大，且维修困难，适用于大中型养殖场粪水固液分离。

压滤技术主要包括条带压滤和螺旋挤压技术。条带式压滤机（图6）价格偏高，适用于大中型养殖场粪水固液分离[6]；螺旋挤压机（图7）在处理小规模、高浓度的畜禽粪便时其省电优势明显[7]。条带压滤机、螺旋挤压机和沉淀离心机性能参见表4[8]。

2.2 各种分离设备的运行特点与适用性

各种分离设备运行特点与适用性参见表5[8]。根据养殖规模和粪水中总固形物含量选择适宜的设备。

3 小结

图5 卧式离心分离机示意图

图6 条带压滤机示意图

图7 螺旋挤压机示意图

集约化养殖场的粪污含水量高、营养物质含量低，给再利用造成困难。固液分离作为规模化养殖场粪污前处理工序，将固相与液相分离后分别进入好氧发酵和厌氧发酵环节：低含水率的固相有利于控制好氧发酵过程中的含水率，低含固率的液相可保证厌氧发酵的正常进行。

[1] 陈长卿，林雪，郑涛，等．规模化养殖场畜禽粪便固液分离技术与装备[J]．农业工程，2016，6（3）：10-12．

[2] 吴军伟．畜禽粪便固液分离技术研究[D]．南京： 南京农业大学，2009．

[3] 许卓．猪场粪便污水固液分离预处理工艺研究[J]．吉林农业，2011（5）：300-301．

[4] 秦承华，金朝晖，王敏，等．粪便废水絮凝处理的实验研究[J]．环境卫生工程，2007，15(4)：45-48．

[5] 杨博，孙宾宾．水处理絮凝剂的研究现状[J]．合成材料老化与应用，2016，45(5)：92-96．

[6] 江滔，温志国，马旭光，等．畜禽粪便固液分离技术特点及效率评估[J]．农业工程学报，2016，32(S2)：218-225．

[7] 刘恒．带式压滤机的研究与开发[D]．广州：广东工业大学，2008．

[8] 林代炎，翁伯琦，钱午巧． FZ-12固液分离机在规模化猪场污水中的应用效果[J]．农业工程学，2005，21(10)：184-186．

2017-04-05）

山东省重点研发计划（2016ZDJS11A07），烟台市科技发展计划（2015ZH070，2016ZH075）

孔凡克（1969－），男，硕士，主要从事农业机械方面的研究，

E-mail：shaolei6751@163.com。

董仁杰，教授，博导，主要从事生物质能、有机废弃物资源化研究。

E-mail： rjdong@cau.edu.cn