猪场的粪便治理 系统
猪场的粪便治理 系统
作者：Sieve Pohl博士（美国南达科达州立大学推广农业工程师）
前 言
粪便对环境的好处
数百年来，动物粪便一直被认为是植物的优良养分来源，同时粪便具有改善土壤质量的作用因而还一直被认为是优良的土壤改良剂。同比较常规的肥料相比，粪便在田间的合理施用可对环境产生下列好处：
·减少硝酸盐流出；
·减少土壤腐蚀和任流；
·增加 土壤的合联运而减少大气中的含碳量（可能有助于缓解全力变暖）；
·减少因用天然气生产无机氮肥而对能源的消耗；
·减少对商品磷肥的需求（磷是一种稀缺资源）；
·提高作物种植体系的生产率。
粪便中含有植物生长所需要的大多数元素，包括氛、磷、钾和微量元素。然而，正是由于粪便将这些养分与有机联以特殊的方式结合了起来，粪便才对于作物生产和环探具有了价值。粪便中的氛比商品氮肥提供的氛更为平稳。粪便所含的氛中相当大一部分以有机形式而存在，这些氛随着土壤变暖而缓慢地开释出来。
土壤中的有机物被认为是大自然对肥美土壤的标记。大多数进入植物根系的养分都经过了一系列微生物过程才转化成能被植物利用的形式。粪便中的有机碳可提供能源而满足活民正记的立场激生物环境所无，从而连走赛分的亲河同时使这些养分变得可为植物质利用。
粪便对水质的影响
将动物的粪便和其它副产物治理 好以便最大限度地减轻其对东及的危害，是养猪业面对的一大挑衅。下文将简要讨论粪便中与此最为有关的成分，讨论英对农历的特定影响，并讨论其进入地表水和／或地下水的常见途径。
水的污染物
粪便含有以下四种危害水质的主要污染物：（1）氨；（2）磷；（3）病原体；（4）有机物。表1一一列举了这些污染物，其对环境的危害，以及其进入地表水和地下水的常见途径。
表1 粪便中可造成水质污染的成分以及其对环境的相关进入水源的常见途径
污染物
对环境的危害
进入水源的最常见途径
硝酸盐（氮）
蓝婴综合（Blue baby syndrome）
通过沥滤作用进入地下水
氨（氮）
对鱼有致死作用
地表水径流
磷
富营养化
土壤腐蚀和她表水径流
病原体
危害人类健康
地表水径流
有机固体物
降低水中含氧量，对鱼有致死作用
地表水径流
氮：所有的生物为了生长和存活都需要氮，氮是蛋白质的基本建筑材料。猪仅利用其口粮中的一部分蛋白质来产肉，其余的蛋白质则作为氮而随粪便排泄掉（在尿中以尿素的形式，在粪中则以有机还的形式）。尿素可迅速转化为氨（含氮），硝欧盐（含氮）则来自粪便中的氮。
粪便中的氮多以氨或有机氮的形式存在。这类形状的氮很容易随地表水的名流作用和土壤腐蚀而流走，不太可能流滤过土壤，除非通过大孔流（macropore flow）作用进入浅层地下水或农田排水管。一样 来说，土壤的过滤能力对有机化合物的挪动有报制作用，而带负电荷的粘土颗粒则可限制带正电行的控离子（NH4+）。
地表水中的氨还代表了一种环境问题。在大部分天然地表水中，总氨浓度如果高于2ppm就超过了鱼的耐受标准。氨的毒性随水的酸度和温度的不同而不同。在高温的碱性水中。达0.1ppm的氨就有毒性作用。
水中的含氮量正受来 越来越严厉的观测，因其能促使沿岸水作中草生藻类植物并导致欢饮用水中含硝酸盐。藻类植物是要用显微镜才能看清归单间已植物。大多数藻类是无害的，并可在食物链的最底层起提供能量的作用。没有藻类植物的活，地球上的高等生物也许就不会存在。有时候，条件会答应藻类植物生长茂盛 从而导致水中氧含量降低。低氧水平会抑制水生动物的生长，因而会降低渔业产量．此外，有些藻类会产生霉素，这会导致鱼类生病控至杀死鱼类。
饮用水中的硝酸盐污染可限制6月龄以下婴儿血流中的氧，引起高铁血红蛋白症（篮五综合征）。婴儿和孕妇受来 的威逼 最大。此外，硝酸盐还具有一些尚未得来 充分证实的对健康的危害作用。在美国，环保署（EPA）已经制定了公共水源中硝酸盐最高污染水平为百万分之十（10ppm）。
磷：磷是植物生长发育所必需的，所以磷也是切代作物生产所必须的。磷具有多种极为重要的功能，一种主要功能是储存和输送能量。
磷从农田进入地表水，可引起水的官营养化。富营养化是全国湖泊和水库面临的一个主要的水质问题，这是指地表水中藻类和水草尤其茂盛 地生长。这些藻类和水草死亡时，水中的天然含氧水平就下行，从而引起鱼类群体发生变化或鱼类死亡。与水体富营养化有关的其它常见问题包括：水质下行从而不利于人们在水中的休闲娱乐活动，饮用水味道不好，对饮用水进行处理的难度增高而且成本也增加 。地表水富营养化后还会发生蓝藻茂盛 生长，而
蓝藻可杀死牲畜，也有害有害于人类健康。
水体富营养化是由于流入湖泊和水库的水中养分含量过于丰富。过量的磷对于大多数淡水湖泊和水库来说都是第一限制性养分。在河口的咸水中，氮可成为促使藻类生长的第一限制性养分。美国环保署正在制定水体中成化合物含量的全国性标准。他们当前的建议是，总磷不应超过：
·在水流进入湖泊或水库的入口处 0．05毫克/升
·不直接排入湖泊或水库的水流中0．1毫克/升
磷通常随径流和土壤腐蚀而流走。贮存于土壤中的磷，主要与土壤中的矿物质（铁，铝，钙等）相结合，或者存在于有机物中（活的细菌，农作物残渣，以及部分腐败的有机物）。因此，土壤腐蚀现象，是地表水输送磅的主要机制。
清原作：病原体通常指任何能在其它动物或人类引起感染或疾病的病毒、细菌或原虫。
有机物：粪便中的有机物，比如养分，只要治理 得当就是一笔宝贵的环境资源，而如果治理 不当就会污染环境。如果让粪便排入水体或从施用粪便的农田中流走，那么粪便中的有机物就会成为有害的污染物。病原体、磷和桉等有机物主要就是随地表水的径流作用而进入水中。有机物很少能沥滤通过土壤。有机物不太可能大量进入附近的地表水，除非发生了下列情景之一：
（1）从畜舍、储粪池、这天收场或其它设施直接排入地表水径流；
（2）土质储粪池遭来 灾难 性毁坏或者通过灌溉系统在同一地块上持续施用粪肥；
（3）在地表施用粪肥后紧接着就发生大量降雨；
（4）在有雪覆盖的冰冻土壤或水分地和的土壤中大量施用粪肥而紧挨此处即有地表水。
污染物造成污染的途径
前文所述可造成污染的物质，一样 都按以下5种途径中的一种或多种途径来 技术作。这些途径是：径流、流相、大孔流、水并以及氨的托发和沉积。
径流：来自江天牧场、粪肥施用地点以及增粪池和饲料仓库的径流，是污染物流人的常见途径。粪便中所有的污染物都可随地表水径流和土壤腐蚀而流入水体。磷、病原体、氢和有机物造成的污染最常见由在流和土壤腐蚀所致。
沥滤：硝酸盐是沥滤入地下水的主要污染物。在土壤的含水量超过其系水力时，硝酸盐等溶解的污染物就会从作物的根系区流出，最终造成地下水的污染。粪便和其它因产物中的大多数污染物（即：有机物，病原体，特别是磷）经过土壤的过滤作用而不会进入地下水。土壤的结构、与土壤矿物质的健合物以及带负电荷的土壤颗粒，通话会限制大多数污染物的挪动。然而，土壤对污染物挪动的限制能力也可能被突破。比如，阳离子交换能力比较低的
土壤（破质土壤），可答应氨每年渗入储粪池以下数英尺深。
大孔流：粪便中的多数污染物都可遇过大孔流作用而穿过土壤，达来 浅层地下水农田排水管。大孔流（大孔为植物的根造成的空泛，蚯蚓洞，因土壤干燥而涌现的裂隙等）可提供污染物突破土壤滤过能力的途径。陷落洞和喀斯特地势 也会提供污染物直接进入地下水的机会。
水井：水井可为污染物提供直接进入地下水的途径。废弃的水井，井壁护层设计不良，或者水井附近露天收场或储粪池，都可造成粪便污染物进入地下水的机会。
储粪设施的类型
为什么要储存粪便
能够储存粪便，就可减少或排除每天收集、清除和施用粪便的需要。以前，当猪场规模还比技小的时候，清运粪便或极短时间地储存粪便并颁项清运，是常见而有效的措施。
然而，随着猪场规模的增大，也随着粪便治理 系统从固体／半固体系统转变为液态系统，对粪便进行储存的民要就越来越显然了。
储存粪便的主要因素是让生产者能在天气条件和田地耕作阶段都合适的时候才去施肥。在接近或正处在作物生长季节的时候去施用粪肥，粪便中的养分才会得来 充分利用。因此，作物的类型和粪肥的施用方法，对于储粪设施的设计来说是极为重要的。
典型的浆性粪便储存设施
用于储存浆性粪便的设施有许多种类型。一种类型是在猪舍地板下面设置一个或浅或深的坑，粪便就直接通过猪舍的条板地面落人坑内。这样的坑通话是部分或完全在地下，因而其建造必须能挂在坑内出空后经受住来自外侧上层的压力和水压。
非位于生产猪舍下方的浆性储粪设施可以是以工业方式预制的，也可以是土质的。预制的倩粪罐可用混凝土建造，也可是涂层金属板的（内衬玻璃涂层的钢板）。这样的储粪罐可以在地面以上，也可部分或全部在地面以下。粪便通常可经刮除或冲洗出猪舍并靠重力作用流入储粪，也可用泵将其从集粪坑中泵人储粪罐。对于浆性粪便必须进行充分的搅动，以便使其中的固体物悬浮起来，从而有利于将池内粪浆完全清除。若要控制臭气，对这种预制的
储粪罐可以很低廉的成本将其覆盖起来。
浆性粪便也可储存于土质的池内。由于摘 用土质的储粪池可以很低的成本来 达一定的储存量，所以在冲洗用水量或畜牧场径流量很大而导致粪便和废水量很大，就常常摘 用土质储粪池。要建造土质储粪池，事先要进行仔细的规划和调查，以便确保能够摘 用适当的土壤材料建造储粪池的密封层并确保密封层建造正确。土质储粪池所带空间比较大，因为需要建造护道并且需要前后有一定的斜度，这些都应该在结构上具有一体性并且能便于保养。土储粪池的保养请求比较高，因为需禁对护道区植被行保养和修剪，以防孳生杂草、树木和灌木。摘 用土质储粪池，同样也必须对储存的粪便进行搅动，设计方案中考虑搅动机和系的好放自位。有些土质储粪池是部分或全部内衬以水泥的，并且建造有坡道以便使装运设备自够进入储粪池。如果需要控制臭气，那么土质储粪池是较难加以覆盖的。
以粪浆形式储存粪便的优点包括：储存的粪便量可以比较少（与厌气发酵他相比，固体物含量较高），既适应于地面以下的储粪池也适应于地面以上的储粪罐，可在储存设施上加盖以控制臭气，粪便中养分的保留率比较高，可以摘 取液压的方式收集和运输。缺点包括：臭气比较严重（除非给储粪池加盖），在密闭区域容易积聚起有毒气体或可燃气体，需要频繁往返装载以物情粪池出空，养猪网，粪浆施加入田地若非注人或施加后若未覆土则会激发臭气并因径流作用而污染水体。
典型的液态粪便储存设施
液态粪便储存设施（厌气发酵池，lagoon）一样 用在渴望 对粪便进行一定的处理以便于操作或法中臭气的场合。厌气发酵池被设计成具有永久性的“处理空间”，以利于能分解和平稳粪便有机物的细菌在其中生长。厌气发酵池是土质的，但大于粪浆储粪池，因为需要留出进行处理的空间。由于细菌活动是厌气发酵池性能的主要原因，所以庆气发酵地的设计既要根据粪便和废水的基，还要根据温度和气温条件。厌气发酵他一样 在气暖和和的条件下能够有比较好的性能，因为温度高则细菌活动比较活跃。由于厌气发酵池是土质的，所以要查清建造地点的土壤、岩石、基岩以及地下水深度。厌气发酵池底部和侧壁上必须建造密封层，以符合法规和建筑业规定的渗透性标难。可能还需要具备稀释水源（通常是水池或湖泊），以保持 厌气发酵池的处理空间。加人稀流水可在雨水少因而蒸发作用使处理空间减少来 设计水平以下时减轻厌气发酵池中盐类的作用。
用厌气发酵池储存粪便的优点包括：每单位动物分摊的成本比较低，能够储存大量的粪便和人或径流水，可对粪便进行处理以减少臭气，可用常规泵和灌溉设备来启运和施用粪便。厌气发酵池的缺点是：扶乏适当的土壤材料用以进行建造，如果存在垫料物质或不可生物降解的物质就需要进行固体物分离和污泥 清除，外形不美观以及/或者公众对其接受程度较低，氮的缺失 量较大，会散发出温室气体．
选用哪种类型的储粪设施
储粪设施是整个粪便治理 系统的组成部分之一。整个系统的设计要考虑猪场本身，粪便产量和可供施肥的作物田地量之间的关系，还要考虑生产者的目标。为某一特定的猪场选用储粪设施的类型，取决于许多原因和考虑。现将一些主、要原因和考虎列举如下：
1、粪便的形状或质地：粪便通常是以固体（＞15％干物质）、粪浆（5～ 10％于物质）或液态（＜ 5％于物质＝的形状进行储存和接受处理的。接受处理的粪便的形状或质地可连响储粪设施的选用。
2、粪肥在田间的施用方法和设备：如果对粪肥进行装运，那么以固体或粪浆比液态更为理想。如果以灌溉法施用粪肥，那么固体含量较低的形状可能比较适合于泵和咳喘设备等的应用。三其类不同形状粪肥在田间的施用，对于劳力和设备的对要是显然地各不相同的。每一种情景都势要用不同的储粪设施。
3、养分的储存 ：固体和粪浆系统一样 都能比液体系统储存 更多的养分。细菌在液体系统中生长得比较茂托，因而粪肥可受来 平稳化和处理，但是挥发作用使氛的报失大于固体或粪装系统。如果对养分储存 率的请求出政局（可施用的田地比较充足，作物的价值比较高），那么就要选用养分储存 率较高的粪便治理 系统。相反，如果可施用粪肥的田地比较有限或者作物的价值比技低，那么对时间砖力股备的考虑应优先于对养分储存 率的考虑。表2显承了以不同系统处理和储存粪便时氛的储存 和缺失 的典型数据。
表2 不同的粪便处理和储存系统对对缺失 率和保留率的影响
系统
氮缺失 率（％）
氮保留率（％）
每天刮除和清运
20～35
65～80
粪便堆积
20～40
60～80
猪舍地板下粪坑
15～30
70～85
地面以上储粪池
10～30
70～90
土质储粪池
20～40
60～80
