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摘 要：规模化猪场在快速发展的同时带来了不可忽视的环境污染。研究通过规模化猪场发展过程中污染问题现状分析，探讨规模化猪场有机废物无害化处理模式，并确定了规模化猪场“能源生态型”模式发展下沼气、沼液以及沼渣利用途径。
关键词：规模化猪场；有机废弃物；污染；无害化处理
中图分类号 X713 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）13-99-04
中国猪肉食用量在肉食消费中一直占有重要地位，养猪业在畜禽养殖中占有很大的比重，猪肉消费占肉食品比例均大于50%。1998-2011年，我国肉类产量总体递增，从1998年的5 724万t上升到2011年的7 957万t，累计增长39%，猪肉产量从1988年的3 884万t上升到2011年的5 053万t，累计增长30.10%，猪肉产量居世界第一位，肉类人均占有量达55.73kg/人，其中猪肉36.17kg/人，超过世界猪肉人均的15.74kg/人。2011年我国全年畜禽养殖业粪便废弃物的产生量为22.57亿t，其中猪年排泄粪便为1.35亿t，占总粪便量的10.95%。随着养猪业的发展，必然导致更大量粪便废弃物的产生，因此猪场粪污水的治理已成为畜禽污染治理的关键。
规模化养殖场的建设提高了养猪业的整体科技水平，带动了养猪业的发展。然而，養猪生产过程中会产生大量的有机废弃物，这些有机废弃物中含有大量的生物质能和有机肥资源，如不进行处理和综合利用而直接排放，不仅严重污染了水源、自然生态环境，而且造成资源的极大浪费。随着养殖业纳入全球化经济体系之中，环境问题更加突出[1]。畜禽粪便处理不当，也将导致疫病传播，世界卫生组织和联合国粮农组织的有关资料表明，目前已有200种“人畜共患传染病”，这些人畜（禽）传染病的传播载体主要是畜禽粪尿排泄物。由此可见，规模化养猪场生产过程中产生的有机废弃物的综合利用与处理成为一个亟待解决的问题。
1 规模化养猪场主要污染物对环境的危害
规模化猪场与传统养猪相比集约化程度高，排放的粪尿等污染物量大。以10万头规模化猪场为例，每天产生鲜粪达80t，排放污水260t[2]，这些废弃物若处理不当任意排放，会造成严重的环境污染问题。
1.1 粪便污染 粪便是猪场主要的废弃物，是养殖场重要的污染源。猪食性广，采食量大且消化能力高，但若饲料中粗纤维含量过多会增加猪粪便排出量。规模化猪场不同生长期猪的粪便排放量详见表1。粪尿中含有大量的致病菌和寄生虫，不经任何处理随意排放，可成为畜禽疫病传播以及人畜共患病的传染源。
猪在代谢过程中通过粪便排出的N、P较高。有研究表明，断奶仔猪、生长肥育猪、母猪的N、P排出量占总摄入量的比例分别为：46%、67%、76%和38%、63%、75%[3]。通过对保育猪、育肥猪、妊娠母猪进行N、P代谢监测和测算，最终获得这3个不同时期猪的N、P摄入量、排泄量情况（表2）[4]。由表2可以看出，3种类型猪在消化代谢过程中N、P通过粪尿排泄量占摄入总量的比例都很高，其中含N物质主要通过尿液排出体外，含P物质则主要通过粪便排出体外。
粪便中含有的大量N、P物质，若直接排放到环境中会对其造成严重的危害，其中N转变成氨气，释放到空气中，增加空气中氨的浓度，严重时形成酸雨。若农田过度施粪肥或化肥，除一部分氮被植物吸收利用，多余的部分随地表径流渗入地下水源，导致水中含氮量增加，人若长期饮用此水将危及身体健康，诱发疾病。含磷污水进入江河容易引起藻类和浮游生物的大量繁殖，导致水质恶化，进而引起鱼类和其它生物大量死亡，造成水体污染。
1.2 污水污染 污水主要来源于猪场生产和生活过程中产生的污水。规模化养猪生产中产生的污水量多少取决于清粪的工艺。目前清粪方式主要有干清、水冲和水泡（自流）3种清粪方式。水冲或水泡清粪工艺污水和粪尿混合排出，固、液难以分离，固体粪肥料价值大大降低，液体肥料中可溶性有机物浓度很高。干清粪工艺解决了上述固、液难于分离的弊端，圈舍清洁、无臭味，产生的污水量相对较少，污水中有机物质浓度低，易于后期净化处理。规模化猪场无论采用何种清粪方式，每天排放的污水量巨大。如一个万头猪场每天排泄粪尿达60t，年排泄粪尿量达2.2万t，采用水冲清粪则日产污水达300t，年排污水10万t。这些污水均为有机物质含量较高的有机废水，据测试，规模化猪场排放的污水化学耗氧量（COD）可高达12 000mg/L，超出国家标准排放量的7～13倍，生物需氧量（BOD）高达900mg/L，大大超过国家污水排放标准[5]。污水任意排放，导致水体恶化，水生动物缺氧死亡，厌氧环境下有机物质进一步作用使水质变黑发臭，并产生甲烷、硫化氢和氨等温室气体。
1.3 有害气体污染 猪粪尿中所含有机物质经过露天堆放后，有机物质可分解成各种恶臭物质如甲胺、有机酸、各种醇类、硫酸等和有害气体如NH3、H2S、CH4、CO2等。这些物质都有着某种特殊的恶臭味污染猪场周围环境，导致猪群应激，生产性能下降。NH3和H2S等气体易发呼吸道疾病，浓度过高可使家畜中毒死亡，同时也会影响到人体健康。粪便中磷酸盐和氮的含量增加，粪便臭味也随之加重，产生的有害气体就越多。
2 规模化猪场有机废弃物无害化处理措施
规模化猪场有机废弃物无害化处理可分为厌氧-还田、厌氧-自然处理模式和厌氧-好氧处理模式（工业化处理模式）3种模式。厌氧发酵是有机废弃物无害化处理的核心。本项目研究采用“能源生态型”处理工艺，通过厌氧生物发酵，将养殖中有机废弃物（粪便、污水等）进行无害化处理，并对厌氧发酵过程中产生的沼气、沼液和沼渣进行综合利用，从而达到规模化猪场有机废弃物无害化处理的目的（如图1）。高效微生物厌氧发酵的方式处理规模猪场的有机废弃物，不仅减少了规模猪场有机废弃物的排放、有效地控制了环境污染，同时进行综合利用回收能源用于发电，使有机废弃物的处理达到无害化、资源化和减量化，符合当前畜禽规模化生态养殖、农业循环经济发展的要求。 2.1 规模猪场有机废弃物高效厌氧沼气发电 发酵原料猪粪、尿和冲洗水等统一收集，然后进入匀浆水解池，经过进一步水解和沉砂之后进入厌氧罐发酵。产生的沼气经生物脱硫、脱水净化后进入热电联产的沼气发电机组，产生的电能上网，发电机余热回收利用，用于厌氧罐增温和沼渣干燥。厌氧发酵后的发酵液经过固液分离，沼渣生产固态有机肥料，沼液用于果园、饲料地和无公害蔬菜基地的有机肥料，在非用肥季节，沼液进入氧化塘净化处理达到畜禽废水排放标准后排放。
2.1.1 预处理 混合粪污进入匀浆水解池，在此进一步匀浆水解，去除泥砂等杂质，在匀浆水解池内将料液增温至30℃，再用螺杆泵泵入厌氧罐内。
2.1.2 厌氧消化工艺 厌氧消化工艺包括进料单元、厌氧消化单元、沼气贮存等构成。（1）进料方式。粪污经由螺杆泵泵入厌氧消化单元，分批间歇进料。（2）厌氧反应器工艺。本研究采用完全混合厌氧反应器。完全混合厌氧反应器（CSTR）适用于畜禽粪污发酵工艺（如图2）。它在沼气发酵罐内采用搅拌和加温技术，这是沼气发酵工艺中的一项重要技术突破。搅拌和加热，使沼气发酵速率大大提高，完全混合式厌氧反应器也被称为高速沼气发酵罐。其特点是：固体浓度高，TS6%～12%，可使畜禽粪便污水全部进行沼气发酵处理。优点是处理量大，产沼气量多，便于管理，易启动，运行费用低。一般适宜于以产沼气为主，有使用液态有机肥（水肥）习惯的地区。由于这种工艺适宜处理含悬浮物高的畜禽粪污和有机废弃物，具有其他高效沼气发酵工艺无可比拟的优点，在欧洲等沼气工程发达地区广泛采用。因此，选择完全混合厌氧反应器（CSTR）是较为合适的，有利于节省投资；较长的水力停留时间也有利于猪粪污的充分分解与消化，沼气的产量也相对稳定，同时更有利于项目的顺利实施与运行管理。
（3）厌氧罐配置。厌氧反应器内设置搅拌器，使进料均匀分布并充分与厌氧微生物接触，并使厌氧罐内料液温度均匀，有利于提高产气率，而且还可以破除浮渣，防止结壳。反应器上部设出料系统，溢流进入下一个处理单元。
（4）保温与增温。厌氧消化反应过程受温度影响很大，如图3所示。本研究厌氧处理单元设计为中温，其最佳温度范围为35～38℃。为了保证厌氧反应在冬季仍可正常运行，必须对系统实施增温和整体保温措施。①保温。系统整体保温包括管道、阀门保温；厌氧消化罐体的保温。对厌氧消化罐采用高密度挤塑板等材料进行强化保温。②增温。增温主要是在预处理匀浆水解池和厌氧罐内同时进行。增温的热源来自热电联供发电机组产生的余热；在罐体内设置加热管，发电机余热经交换管交换热量，实现对罐体的增温。发电机余热给厌氧消化罐进行增温后，热交换后的水再回到发电机系统。
2.2 规模猪场有机废弃物高效微生物发酵生产有机肥 猪粪便经过厌氧消化处理后，进行固液分离。沼渣、沼液作为优质有机肥料，用于绿色食品生产，使粪便得到能源、肥料多层次的资源化利用，生态农业得以持续发展。高效有机肥生产工艺流程如图4。
我国现有的农田种植面积约1.33亿hm2，每年使用各种肥料数以亿t计，其中90%以上是化肥，有关资料表明，目前全国的化肥年用量达1.4亿t。许多地区由于长期施用单一化肥，有机肥施用量不足10%，从而造成土壤板结、环境污染、作物品质下降。而从发达国家的情况看，生物有机肥料的使用普遍受到重视，欧洲一些国家的有机肥使用量已占肥料总量的45%～60%，美国从20世纪70～80年代就进行农用肥料的变革，将有机肥的使用量从10%提高到了90%[6]。因此，在我国大力推行有机肥的使用已经成为刻不容缓的重大任务。
据有关资料，我国有机肥料的用量若能达到化肥使用量的10%，其市场容量便将达到1 400万t，而且每年还会以400万～500万t的速度递增[7]。在可预见的时期内，有机肥的生产和供应都远远不能满足市场的需要。本研究的沼渣肥具有肥效高、可防病抗虫害和改良土壤的特性，可实现粮食安全和无公害瓜果、蔬菜的生产，从而实现农民增收增效，无疑有着巨大的潜在市场。
2.3 沼液综合利用 本研究根据图5的生产工艺流程，利用高密度滤网分机过滤（四级），分级沉降方式（四级）实现沼渣、沼液的固、液分离。沼液用于设施农业（温室大棚）果蔬、花卉等的无土栽培营养液，土壤调节剂，作为浸种、育秧、育苗的基液。大量的沼液用于大田作物水肥耦合灌溉，根据不同作物生长期均衡施肥和灌溉，依灌溉施肥季节用罐车运至田间施肥，在规划的田块修筑沼液贮存池，备作施肥季节使用。
图5 沼液综合利用技术流程
3 有机废弃物“能源生态型”无害化处理模式市场调查与竞争能力预测
3.1 沼气市场分析与预测
3.1.1 开展沼气发电，减少大气污染物排放 据有关资料统计，我国的能源结构不尽合理，煤炭仍是主要的发电燃料，大约占总能源投入量的88%。燃煤电厂排放的CO2、SO2、NOx、烟尘是我国大气污染的主要来源。燃煤电厂的NOx排放量占我国NOx排放总量的80%。1997年，中国工业SO2排放量为1 852万t，原电力工业部直属6兆瓦及以上火电厂的SO2排放量达700万t，达38%，而且这一比例还呈进一步增加的趋势[8]。电厂大气污染物的排放对人体健康、农作物和建筑物都产生了不同程度的影响，造成了巨大的经济损失。
开展规模化猪场有机废弃物能源转化建设，所产生的沼氣可以用来发电。沼气发电可以大大地减少或消除SO2、NOx、烟尘的排放，同时由于沼气的生产有效地降低了有机废弃物自然堆放过程中释放的CH4的排放，有利于缓和温室效应。据测算，每减少1tCH4的排放，相当于减少25tCO2的排放[9]，因此，沼气发电被称为“绿色新电”。
3.1.2 开展沼气发电，缓解当地电力紧张 随着社会经济的快速发展，电力紧缺状况日趋严重，郊区农村用电更难得到保证，将严重影响畜禽养殖的正常生产。同时由于目前集约化养殖步伐加快，现代化养殖技术的利用，污水和粪便的清理采用机械化，由于停电造成清理不及时，导致养殖场污水四溢，蚊蝇孳生，严重影响养殖场的防疫和安全生产。通过沼气发电，可解决规模化猪场的日常用电，减少电网供电压力，确保集约化规模化养殖场正常生产。 3.2 沼渣、沼液市场分析与预测
3.2.1 沼渣、沼液成分及其作用 厌氧发酵过程中，發酵料液中的可溶物主要由分子量不等的有机物及各种离子组成。沼渣、沼液中含有氮、磷、钾等营养元素，以及氨基酸、维生素、蛋白质、赤霉素、生长素、糖类、核酸等对作物及畜禽的生长发育有调控作用“生理活性物质”，还含有钙、磷、铁、锌、钼等刺激作物发芽和生长的离子[7]。
（1）沼液经过充分发酵，其中富含有多种作物所需的营养物质，因而非常适宜作根外施肥，特别是当农作物以及果树等进入花期、孕穗期、灌浆期、果实膨大期，喷施效果明显。沼液作为叶面肥可调节作物生长代谢，补充营养，促进生长平衡，增强光合作用能力，尤其是施用于果树，有利于花芽分化，保花保果，果实增重快，光泽变好，成熟一致，品质好，商品果率显著提高。
（2）由于沼液含有丰富的有机质和较多的腐殖酸，既是一种优质的基肥，也是良好的土壤改良剂。沼液的施用可增加土壤团粒结构，增加土壤中的空隙度，协调土壤中水、肥、气、热条件；同时沼液养分全面，缓急相济，可以提高协调植株内激素平衡的作用。
（3）沼液中含有多种生物活性物质，如氨基酸、微量元素、植物生长激素、B族维生素及某些抗生素等。其中有机酸中的丁酸和植物激素中的赤霉素、吲哚乙酸以及维生素B12对病菌有明显的抑制作用。沼液中的氨和铵盐及某些抗生素对作物的虫害有着直接抑制作用。因此，沼液在我国部分地区用于防治病虫害。
3.2.2 沼渣、沼液市场分析与预测 利用“能源生态型”有机废物处理获得的沼渣、沼液肥具有肥效高、可防病抗虫害和改良土壤的特性，可实现粮食安全和无公害瓜果、蔬菜的生产，可大幅度为农民增收增效，无疑有着巨大的潜在市场。
4 结论
规模化猪场有机废弃物“能源生态型”处理模式的建立，可极大地改善农村环境，促进生态农业的发展。沼气发电产生的电力为可再生能源，称为“绿电”，替代煤等化石能源产生的电力，减轻了大气污染，还降低了温室气体的排放；沼渣、沼液是优质有机肥，改善土壤质量，增加土壤肥力，减轻农业面源污染，促进规模化养猪场周边水土资源的合理利用和生态环境的良性循环，达到“畜禽→污染→治理→肥料→饲料→畜禽”生态循环系统，是一种可持续发展的良好模式。
参考文献
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[5]邓喜红.规模化养猪场粪污治理概述[J].农业环境与发展，1999，16（2）：42.
[6]王芳，廖泽川，王正富，等.规模化奶牛场以沼气工程为纽带的循环农业现状与分析[J].上海畜牧兽医通讯，2011，2：70-71.
[7]张相锋.秸秆粪便沼气制肥联产工艺及设备试验研究[D].郑州：河南农业大学，2011，
[8]李淑兰，邓昌伟.2007年我国畜禽养殖废弃物处理的宏观政策及技术进展[J].猪业科学，2008，1：70-72.
[9]郑强，王维民，刘德敬，等.规模化猪场“猪-沼-渔-作物”处理模式的研究与应用[J].当代畜牧，2006，6：42-44.
关键词：规模化猪场；有机废弃物；污染；无害化处理
中图分类号 X713 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）13-99-04
中国猪肉食用量在肉食消费中一直占有重要地位，养猪业在畜禽养殖中占有很大的比重，猪肉消费占肉食品比例均大于50%。1998-2011年，我国肉类产量总体递增，从1998年的5 724万t上升到2011年的7 957万t，累计增长39%，猪肉产量从1988年的3 884万t上升到2011年的5 053万t，累计增长30.10%，猪肉产量居世界第一位，肉类人均占有量达55.73kg/人，其中猪肉36.17kg/人，超过世界猪肉人均的15.74kg/人。2011年我国全年畜禽养殖业粪便废弃物的产生量为22.57亿t，其中猪年排泄粪便为1.35亿t，占总粪便量的10.95%。随着养猪业的发展，必然导致更大量粪便废弃物的产生，因此猪场粪污水的治理已成为畜禽污染治理的关键。
规模化养殖场的建设提高了养猪业的整体科技水平，带动了养猪业的发展。然而，養猪生产过程中会产生大量的有机废弃物，这些有机废弃物中含有大量的生物质能和有机肥资源，如不进行处理和综合利用而直接排放，不仅严重污染了水源、自然生态环境，而且造成资源的极大浪费。随着养殖业纳入全球化经济体系之中，环境问题更加突出[1]。畜禽粪便处理不当，也将导致疫病传播，世界卫生组织和联合国粮农组织的有关资料表明，目前已有200种“人畜共患传染病”，这些人畜（禽）传染病的传播载体主要是畜禽粪尿排泄物。由此可见，规模化养猪场生产过程中产生的有机废弃物的综合利用与处理成为一个亟待解决的问题。
1 规模化养猪场主要污染物对环境的危害
规模化猪场与传统养猪相比集约化程度高，排放的粪尿等污染物量大。以10万头规模化猪场为例，每天产生鲜粪达80t，排放污水260t[2]，这些废弃物若处理不当任意排放，会造成严重的环境污染问题。
1.1 粪便污染 粪便是猪场主要的废弃物，是养殖场重要的污染源。猪食性广，采食量大且消化能力高，但若饲料中粗纤维含量过多会增加猪粪便排出量。规模化猪场不同生长期猪的粪便排放量详见表1。粪尿中含有大量的致病菌和寄生虫，不经任何处理随意排放，可成为畜禽疫病传播以及人畜共患病的传染源。
猪在代谢过程中通过粪便排出的N、P较高。有研究表明，断奶仔猪、生长肥育猪、母猪的N、P排出量占总摄入量的比例分别为：46%、67%、76%和38%、63%、75%[3]。通过对保育猪、育肥猪、妊娠母猪进行N、P代谢监测和测算，最终获得这3个不同时期猪的N、P摄入量、排泄量情况（表2）[4]。由表2可以看出，3种类型猪在消化代谢过程中N、P通过粪尿排泄量占摄入总量的比例都很高，其中含N物质主要通过尿液排出体外，含P物质则主要通过粪便排出体外。
粪便中含有的大量N、P物质，若直接排放到环境中会对其造成严重的危害，其中N转变成氨气，释放到空气中，增加空气中氨的浓度，严重时形成酸雨。若农田过度施粪肥或化肥，除一部分氮被植物吸收利用，多余的部分随地表径流渗入地下水源，导致水中含氮量增加，人若长期饮用此水将危及身体健康，诱发疾病。含磷污水进入江河容易引起藻类和浮游生物的大量繁殖，导致水质恶化，进而引起鱼类和其它生物大量死亡，造成水体污染。
1.2 污水污染 污水主要来源于猪场生产和生活过程中产生的污水。规模化养猪生产中产生的污水量多少取决于清粪的工艺。目前清粪方式主要有干清、水冲和水泡（自流）3种清粪方式。水冲或水泡清粪工艺污水和粪尿混合排出，固、液难以分离，固体粪肥料价值大大降低，液体肥料中可溶性有机物浓度很高。干清粪工艺解决了上述固、液难于分离的弊端，圈舍清洁、无臭味，产生的污水量相对较少，污水中有机物质浓度低，易于后期净化处理。规模化猪场无论采用何种清粪方式，每天排放的污水量巨大。如一个万头猪场每天排泄粪尿达60t，年排泄粪尿量达2.2万t，采用水冲清粪则日产污水达300t，年排污水10万t。这些污水均为有机物质含量较高的有机废水，据测试，规模化猪场排放的污水化学耗氧量（COD）可高达12 000mg/L，超出国家标准排放量的7～13倍，生物需氧量（BOD）高达900mg/L，大大超过国家污水排放标准[5]。污水任意排放，导致水体恶化，水生动物缺氧死亡，厌氧环境下有机物质进一步作用使水质变黑发臭，并产生甲烷、硫化氢和氨等温室气体。
1.3 有害气体污染 猪粪尿中所含有机物质经过露天堆放后，有机物质可分解成各种恶臭物质如甲胺、有机酸、各种醇类、硫酸等和有害气体如NH3、H2S、CH4、CO2等。这些物质都有着某种特殊的恶臭味污染猪场周围环境，导致猪群应激，生产性能下降。NH3和H2S等气体易发呼吸道疾病，浓度过高可使家畜中毒死亡，同时也会影响到人体健康。粪便中磷酸盐和氮的含量增加，粪便臭味也随之加重，产生的有害气体就越多。
2 规模化猪场有机废弃物无害化处理措施
规模化猪场有机废弃物无害化处理可分为厌氧-还田、厌氧-自然处理模式和厌氧-好氧处理模式（工业化处理模式）3种模式。厌氧发酵是有机废弃物无害化处理的核心。本项目研究采用“能源生态型”处理工艺，通过厌氧生物发酵，将养殖中有机废弃物（粪便、污水等）进行无害化处理，并对厌氧发酵过程中产生的沼气、沼液和沼渣进行综合利用，从而达到规模化猪场有机废弃物无害化处理的目的（如图1）。高效微生物厌氧发酵的方式处理规模猪场的有机废弃物，不仅减少了规模猪场有机废弃物的排放、有效地控制了环境污染，同时进行综合利用回收能源用于发电，使有机废弃物的处理达到无害化、资源化和减量化，符合当前畜禽规模化生态养殖、农业循环经济发展的要求。 2.1 规模猪场有机废弃物高效厌氧沼气发电 发酵原料猪粪、尿和冲洗水等统一收集，然后进入匀浆水解池，经过进一步水解和沉砂之后进入厌氧罐发酵。产生的沼气经生物脱硫、脱水净化后进入热电联产的沼气发电机组，产生的电能上网，发电机余热回收利用，用于厌氧罐增温和沼渣干燥。厌氧发酵后的发酵液经过固液分离，沼渣生产固态有机肥料，沼液用于果园、饲料地和无公害蔬菜基地的有机肥料，在非用肥季节，沼液进入氧化塘净化处理达到畜禽废水排放标准后排放。
2.1.1 预处理 混合粪污进入匀浆水解池，在此进一步匀浆水解，去除泥砂等杂质，在匀浆水解池内将料液增温至30℃，再用螺杆泵泵入厌氧罐内。
2.1.2 厌氧消化工艺 厌氧消化工艺包括进料单元、厌氧消化单元、沼气贮存等构成。（1）进料方式。粪污经由螺杆泵泵入厌氧消化单元，分批间歇进料。（2）厌氧反应器工艺。本研究采用完全混合厌氧反应器。完全混合厌氧反应器（CSTR）适用于畜禽粪污发酵工艺（如图2）。它在沼气发酵罐内采用搅拌和加温技术，这是沼气发酵工艺中的一项重要技术突破。搅拌和加热，使沼气发酵速率大大提高，完全混合式厌氧反应器也被称为高速沼气发酵罐。其特点是：固体浓度高，TS6%～12%，可使畜禽粪便污水全部进行沼气发酵处理。优点是处理量大，产沼气量多，便于管理，易启动，运行费用低。一般适宜于以产沼气为主，有使用液态有机肥（水肥）习惯的地区。由于这种工艺适宜处理含悬浮物高的畜禽粪污和有机废弃物，具有其他高效沼气发酵工艺无可比拟的优点，在欧洲等沼气工程发达地区广泛采用。因此，选择完全混合厌氧反应器（CSTR）是较为合适的，有利于节省投资；较长的水力停留时间也有利于猪粪污的充分分解与消化，沼气的产量也相对稳定，同时更有利于项目的顺利实施与运行管理。
（3）厌氧罐配置。厌氧反应器内设置搅拌器，使进料均匀分布并充分与厌氧微生物接触，并使厌氧罐内料液温度均匀，有利于提高产气率，而且还可以破除浮渣，防止结壳。反应器上部设出料系统，溢流进入下一个处理单元。
（4）保温与增温。厌氧消化反应过程受温度影响很大，如图3所示。本研究厌氧处理单元设计为中温，其最佳温度范围为35～38℃。为了保证厌氧反应在冬季仍可正常运行，必须对系统实施增温和整体保温措施。①保温。系统整体保温包括管道、阀门保温；厌氧消化罐体的保温。对厌氧消化罐采用高密度挤塑板等材料进行强化保温。②增温。增温主要是在预处理匀浆水解池和厌氧罐内同时进行。增温的热源来自热电联供发电机组产生的余热；在罐体内设置加热管，发电机余热经交换管交换热量，实现对罐体的增温。发电机余热给厌氧消化罐进行增温后，热交换后的水再回到发电机系统。
2.2 规模猪场有机废弃物高效微生物发酵生产有机肥 猪粪便经过厌氧消化处理后，进行固液分离。沼渣、沼液作为优质有机肥料，用于绿色食品生产，使粪便得到能源、肥料多层次的资源化利用，生态农业得以持续发展。高效有机肥生产工艺流程如图4。
我国现有的农田种植面积约1.33亿hm2，每年使用各种肥料数以亿t计，其中90%以上是化肥，有关资料表明，目前全国的化肥年用量达1.4亿t。许多地区由于长期施用单一化肥，有机肥施用量不足10%，从而造成土壤板结、环境污染、作物品质下降。而从发达国家的情况看，生物有机肥料的使用普遍受到重视，欧洲一些国家的有机肥使用量已占肥料总量的45%～60%，美国从20世纪70～80年代就进行农用肥料的变革，将有机肥的使用量从10%提高到了90%[6]。因此，在我国大力推行有机肥的使用已经成为刻不容缓的重大任务。
据有关资料，我国有机肥料的用量若能达到化肥使用量的10%，其市场容量便将达到1 400万t，而且每年还会以400万～500万t的速度递增[7]。在可预见的时期内，有机肥的生产和供应都远远不能满足市场的需要。本研究的沼渣肥具有肥效高、可防病抗虫害和改良土壤的特性，可实现粮食安全和无公害瓜果、蔬菜的生产，从而实现农民增收增效，无疑有着巨大的潜在市场。
2.3 沼液综合利用 本研究根据图5的生产工艺流程，利用高密度滤网分机过滤（四级），分级沉降方式（四级）实现沼渣、沼液的固、液分离。沼液用于设施农业（温室大棚）果蔬、花卉等的无土栽培营养液，土壤调节剂，作为浸种、育秧、育苗的基液。大量的沼液用于大田作物水肥耦合灌溉，根据不同作物生长期均衡施肥和灌溉，依灌溉施肥季节用罐车运至田间施肥，在规划的田块修筑沼液贮存池，备作施肥季节使用。
图5 沼液综合利用技术流程
3 有机废弃物“能源生态型”无害化处理模式市场调查与竞争能力预测
3.1 沼气市场分析与预测
3.1.1 开展沼气发电，减少大气污染物排放 据有关资料统计，我国的能源结构不尽合理，煤炭仍是主要的发电燃料，大约占总能源投入量的88%。燃煤电厂排放的CO2、SO2、NOx、烟尘是我国大气污染的主要来源。燃煤电厂的NOx排放量占我国NOx排放总量的80%。1997年，中国工业SO2排放量为1 852万t，原电力工业部直属6兆瓦及以上火电厂的SO2排放量达700万t，达38%，而且这一比例还呈进一步增加的趋势[8]。电厂大气污染物的排放对人体健康、农作物和建筑物都产生了不同程度的影响，造成了巨大的经济损失。
开展规模化猪场有机废弃物能源转化建设，所产生的沼氣可以用来发电。沼气发电可以大大地减少或消除SO2、NOx、烟尘的排放，同时由于沼气的生产有效地降低了有机废弃物自然堆放过程中释放的CH4的排放，有利于缓和温室效应。据测算，每减少1tCH4的排放，相当于减少25tCO2的排放[9]，因此，沼气发电被称为“绿色新电”。
3.1.2 开展沼气发电，缓解当地电力紧张 随着社会经济的快速发展，电力紧缺状况日趋严重，郊区农村用电更难得到保证，将严重影响畜禽养殖的正常生产。同时由于目前集约化养殖步伐加快，现代化养殖技术的利用，污水和粪便的清理采用机械化，由于停电造成清理不及时，导致养殖场污水四溢，蚊蝇孳生，严重影响养殖场的防疫和安全生产。通过沼气发电，可解决规模化猪场的日常用电，减少电网供电压力，确保集约化规模化养殖场正常生产。 3.2 沼渣、沼液市场分析与预测
3.2.1 沼渣、沼液成分及其作用 厌氧发酵过程中，發酵料液中的可溶物主要由分子量不等的有机物及各种离子组成。沼渣、沼液中含有氮、磷、钾等营养元素，以及氨基酸、维生素、蛋白质、赤霉素、生长素、糖类、核酸等对作物及畜禽的生长发育有调控作用“生理活性物质”，还含有钙、磷、铁、锌、钼等刺激作物发芽和生长的离子[7]。
（1）沼液经过充分发酵，其中富含有多种作物所需的营养物质，因而非常适宜作根外施肥，特别是当农作物以及果树等进入花期、孕穗期、灌浆期、果实膨大期，喷施效果明显。沼液作为叶面肥可调节作物生长代谢，补充营养，促进生长平衡，增强光合作用能力，尤其是施用于果树，有利于花芽分化，保花保果，果实增重快，光泽变好，成熟一致，品质好，商品果率显著提高。
（2）由于沼液含有丰富的有机质和较多的腐殖酸，既是一种优质的基肥，也是良好的土壤改良剂。沼液的施用可增加土壤团粒结构，增加土壤中的空隙度，协调土壤中水、肥、气、热条件；同时沼液养分全面，缓急相济，可以提高协调植株内激素平衡的作用。
（3）沼液中含有多种生物活性物质，如氨基酸、微量元素、植物生长激素、B族维生素及某些抗生素等。其中有机酸中的丁酸和植物激素中的赤霉素、吲哚乙酸以及维生素B12对病菌有明显的抑制作用。沼液中的氨和铵盐及某些抗生素对作物的虫害有着直接抑制作用。因此，沼液在我国部分地区用于防治病虫害。
3.2.2 沼渣、沼液市场分析与预测 利用“能源生态型”有机废物处理获得的沼渣、沼液肥具有肥效高、可防病抗虫害和改良土壤的特性，可实现粮食安全和无公害瓜果、蔬菜的生产，可大幅度为农民增收增效，无疑有着巨大的潜在市场。
4 结论
规模化猪场有机废弃物“能源生态型”处理模式的建立，可极大地改善农村环境，促进生态农业的发展。沼气发电产生的电力为可再生能源，称为“绿电”，替代煤等化石能源产生的电力，减轻了大气污染，还降低了温室气体的排放；沼渣、沼液是优质有机肥，改善土壤质量，增加土壤肥力，减轻农业面源污染，促进规模化养猪场周边水土资源的合理利用和生态环境的良性循环，达到“畜禽→污染→治理→肥料→饲料→畜禽”生态循环系统，是一种可持续发展的良好模式。
参考文献
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