CN109892232A - 复合种养殖系统及其在规模化畜禽养殖粪污处理中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了复合种养殖系统及其在规模化畜禽养殖粪污处理中的应用,包括若干个含有养猪场的畜禽养殖单元,以及由稻田、树林、粪污处理池、挺水植物种植区、水生蔬菜种植区、蔬菜大棚和沉水植物种植区依次组成的种植单元,还包括若干个水产养殖池;畜禽养殖单元和种植单元之间通过粪尿输送管道连通,种植单元内部/之间设有排水沟渠和进污管道,粪污处理池位于树林和挺水植物种植区之间,池内装有水泵;粪尿输送管道将养猪场内猪粪便污水以沼液或水泡粪形式或干湿分离后的粪尿输送至种植单元内,系统循环运行处理,雨季提前放空。与传统以植物为主的湿地氧化塘系统以土地消纳和普遍沼液处理相比,实现畜禽污染高效资源化利用,且效果好。

Description

复合种养殖系统及其在规模化畜禽养殖粪污处理中的应用
技术领域
本发明涉及复合生态农业循环种养殖技术领域,具体涉及复合种养殖系统及其在规模化畜禽养殖粪污处理中的应用。
背景技术
畜禽养殖业作为农业的重要组成部分,其粪便污染已成为世界普遍关注的焦点,中国第一次全国污染源普查资料显示,农业生产(含农业与畜禽养殖业)的氮排放占各种生产氮排放总量的50%以上,农业污染已成为影响中国水环境安全的首要因素。农业耕地是畜禽氮污染的主要吸收方式,各地区耕地面积的很大程度上影响着该地区畜禽氮污染的消纳能力。全国的平均单位耕地面积氮污染负荷已达到138.36kg/hm2,且单位耕地面积氮污染负荷与氮污染产生总量的全国分布状况大体一致。研究表明,综合考虑土壤质地、肥力和气候等因素的影响,欧盟的农业政策规定,粪肥年施氮(N)量的限量标准为170kg/hm2,超过这个极限值将极易会对农田和水环境造成污染。而如今,中国部分地区畜禽养殖的氮产生量都已达到202.98kg/hm2以上,远远超过这一警戒线,亟需采取有效措施处理畜禽养殖污染物,以有效控制和管理该区域的畜禽养殖对农田和水环境造成污染威胁。另外,由于种植业生产中使用大量化肥,农田耕地承载消纳畜禽氮污染的能力已经非常有限。
以养猪为例,规模化养猪场造成污水过于集中排放,给周边环境带来严重污染。以有机氮为例,化肥污染占40%,而禽畜粪便污染占35%,禽畜粪便成为环境非点源污染的主要污染源之一,我国年出栏5.6亿头猪,以每年1头猪约生产700kg鲜粪尿计算,可产生鲜粪尿3.9~4.0亿吨,猪粪便排放对环境造成严重污染,也是对资源的巨大浪费。目前,我国猪场污水处理工艺主要有土地消纳、自然处理和厌氧消化处理3种模式:
1.沼气模式。厌氧消化是微生物在厌氧条件下,利用自然微生物或接种微生物,将有机质通过复杂分解代谢,最终产生沼气和沼肥的过程,不仅可以除去猪粪便的臭味,还能杀灭大部分寄生虫及有害微生物。与其他处理技术相比,厌氧消化技术能耗低、二次污染少、可产生清洁生物能源,具有明显环境优势和高投入产出效益,是可持续处理方法。厌氧消化工艺分为集中供气、沼气发电和以沼气为纽带的物质资源多级利用三种模式,以沼气模式或发酵床模式成本高,工艺复杂,建造和操作成本高,养殖者接受度较差,生态效率不高,停滞时间较长,在雨季由于大量污水流入不能有效处理养殖污水。
2.土地消纳。土地消纳是将污水经一定时间的厌氧水解酸化处理后,直接施用于土壤中,利用土壤微生物和植物根系的共同作用,分解粪便污水中的有机质,使其转化成腐殖质和植物能吸收利用的肥分供植物生长,同时污水被净化和消纳。以农田进行土地消纳不仅可减少化肥使用量,还能维持并提高土壤地力,改善土壤的团粒结构,提高土壤的通透性和持水、持肥能力,促进有益微生物生长,但前提是必须有足够的储存设备或设施(如不同材料的罐、池或地面的坑、塘等)以及就近有足够面积的农田,若按每公顷耕地的氮肥施用量150~400kg(以N计)计算,则万头猪场的粪污需要90~235公顷(相当于1350~3525亩)的土地消纳,用于远离城市且有足够土地面积的规模化养猪场。此外,由于污水不便于远途运输,只能以就近的土地进行消纳,研究报道,猪粪的经济运输距离在13.3km以内,而污水经济输送距离则大大缩短。还存在粪污水贮存、地下水污染、畜禽疫病传播等问题。
3.自然处理。利用生物塘(如氧化塘、兼性塘、厌氧塘、生态系统塘)和人工湿地(表面流或潜流)的沉淀、吸附、过滤等物理作用,以及系统中植物、微生物的吸收和降解等生物作用,使污水中有机污染物得以降解净化处理,用于远离城市、经济欠发达、土地宽广、地价低廉、气候温和地区的规模化养猪场,特别是以滩涂、荒地、林地或低洼地作为污水处理的养猪场,不需要复杂设备投入,管理方便、对周围环境影响小,处理后的中水可用作肥水还田、肥塘养鱼,或进一步处理后达标排放。其缺点是需要一定土地面积、净化效果易受季节和温度变化的影响,并且对地下水会产生一定程度的污染。此外,如利用人工湿地处理时,由于悬浮物过多极容易产生堵塞,从而抑制微生物的生长。而且,养猪场的清粪方式和周边环境状况也影响该处理工艺的选择和处理效果,除在我国南方和温暖地区较大型猪场应用外,尚未大面积推广。
发明内容
针对上述现有技术中的单一方法无法实现规模化畜禽养殖粪污处理,解决现有畜禽污染效率低、效果差的问题,本发明的主要目的在于提供复合种养殖系统,在猪场或畜禽养殖场附近建立规模为500-1000亩/万头猪每个的农田系统单元,通过管道将沼液或水泡粪形式或干湿分离后的粪尿直接进入由多个水生蔬菜、水生植被、水上森林、芦苇或菖蒲、水稻和水产养殖、大棚蔬菜构成的种养殖系统单元,通过排水沟渠和进污管道构成完整的复合生态循环系统。
本发明的另一目的在于上述复合种养殖系统在规模化畜禽养殖粪污处理中的应用。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
第一方面,复合种养殖系统,包括若干个含有养猪场的畜禽养殖单元,以及由稻田、树林、粪污处理池、挺水植物种植区、水生蔬菜种植区、蔬菜大棚和沉水植物种植区依次组成的种植单元,还包括若干个水产养殖池;其中:
所述畜禽养殖单元和种植单元之间通过粪尿输送管道连通,所述种植单元内部/之间设有排水沟渠和进污管道,所述粪污处理池内装有水泵;
所述粪污处理池位于树林和挺水植物种植区之间;
所述粪尿输送管道可将所述畜禽养殖单元内猪粪便污水以沼液或水泡粪形式或干湿分离后的粪尿输送至所述种植单元内,且所述畜禽养殖单元内养猪场根据营养负载浓度,其养殖规模为500-1000亩/万头猪。
进一步,所述种植单元内养殖环棱螺、田螺或河蚌;所述挺水植物种植区种植芦苇或菖蒲;所述水生蔬菜种植区种植莲藕、茭白或水芹;所述树林种植耐受水的池杉、松树或柳树。
进一步,所述各个种植区采用混养水生动物的形式,具体包括:沉水植物区内养殖有青虾,水生蔬菜种植区混养泥鳅和黄鳝,稻田混养蟹或小龙虾。
进一步,所述水产养殖池的围埂高度不低于2米,水深3-5米,池内养殖青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼、鲫鱼或鳊鱼中的一种或两种以上。
进一步,所述复合种养殖系统还包括增氧机或微增氧装置。
进一步,所述复合种养殖系统内所述排水沟渠的水通过水泵多次抽送至所述排污管道进行循环,直至达到排外标准时排放。
进一步,所述畜禽养殖单元为常规养殖的畜禽养殖场,且底部铺设有防渗膜。
进一步,所述水产养殖池内根据不同养殖形式调节进水阀门大小来控制流入污染量。
进一步,所述树林作为水泡粪第一经过单元进行畜禽干粪堆肥发酵、生产有机肥或直接生产蚯蚓,使粪便沉淀在林地上,上清液循环到所述种植或养殖单元,促进堆肥生产。
第二方面,上述复合种养殖系统在规模化畜禽养殖粪污处理中的应用。
进一步,上述复合种养殖系统在规模化畜禽养殖粪污处理中的应用,通过将养猪场内猪粪便污水以沼液或水泡粪形式或干湿分离后的粪尿输送至所述种植单元内进行生态循环实现。
进一步,所述复合种养殖系统规模化畜禽养殖粪污处理过程包括:
(1)通过水产、作物和蔬菜、蓄禽、以及林业和植物种植和水产养殖结合,形成立体复合农业生态系统,经粪尿输送管道将养猪场内猪粪便污水以沼液或水泡粪形式或干湿分离后的粪尿输送至种植单元内。
(2)稻田或池塘经过排水渠道和进污管道构成水循环系统,通过种养殖的生产,能够快速充分消减和利用相关污染物,而不会导致水生植物由于过度用肥而死亡;通过贮存粪水于沉淀池或缓冲池(沼液池)中,分批释放肥料于农业或稻田中,有效利用粪肥,实现污染资源化。
(3)针对不同池塘种养殖形式,通过调节进水阀门大小,实现流入污染量的大小,实现每个池塘动植物共存,迅速将污染资源化,实现营养物质充分利用。不同于传统以植物为主的湿地处理污染形式(主要是厌氧脱氮,植物吸收营养只是很少一部分),将池塘、种植单元和水产养殖池结合,既可以实现污染资源化,又可获得高收益。
(4)不同植物水稻、小麦、莲藕、水芹,以及其它水生植物起到不同季节交替对污染进行处理,避免不同季节都能有效发挥污染资源化作用。
(5)树林可以作为畜禽干粪进行堆肥发酵,生产有机肥或直接生产蚯蚓等有价值生物,作为水泡粪第一经过单元,粪便沉淀在林地上,上清液则循环到种植或养殖单元,促进堆肥的生产。
(6)水产养殖池内铺设有防渗膜,可减少对地下水的污染;养殖池围埂高度一般2-3米以上,增加系统水体容纳量,部分水产池塘可以挖深成5米以上,以创造夏季的低温环境。
(7)系统中各个单元适当配置增氧机或微增氧等常规水产增氧措施,以增加该复合系统的净化能力和净化效率,以及水产品的正常生长。在雨季来临前加大循环处理效率,系统排空大部分富营养化水,尽量减少排放外界,以造成面源污染,等待雨水过后再进行正常运行。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
采用复合生态农业循环种养殖系统对猪场粪尿进行污染资源化处理,既直接吸收营养,生产有机生态的植物产品或水生动物,系统净化的清水也可以二次利用,该复合种养殖系统也可作猪粪尿干湿分离的猪粪堆肥发酵处理场所。
附图说明
图1为本发明的复合种养殖系统的示意图。
图2为实施例中复合种养殖系统的示意图。
图3为实施例中复合种养殖系统效果图。
图4为实施例中复合种养殖系统有机稻田的效果图。
具体实施方式
下面结合附图,给出本发明的较佳实施例,并予以详细描述,使能更好地理解本发明的功能、特点。
参见图1,复合种养殖系统,包括若干个含有养猪场的畜禽养殖单元,以及由稻田、树林、粪污处理池、挺水植物种植区、水生蔬菜种植区、蔬菜大棚和沉水植物种植区依次组成的种植单元,还包括若干个水产养殖池、增氧机或微增氧装置;其中:
畜禽养殖单元和种植单元之间通过粪尿输送管道连通,种植单元内部/之间设有排水沟渠和进污管道,粪污处理池内装有水泵;
粪污处理池位于树林和挺水植物种植区之间;
粪尿输送管道可将畜禽养殖单元内猪粪便污水以沼液或水泡粪形式或干湿分离后的粪尿输送至种植单元内,且畜禽养殖单元内养猪场根据营养负载浓度,其养殖规模为500-1000亩/万头猪,水产养殖池的围埂高度不低于2米,水深3-5米,池内可养殖青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼、鲫鱼或鳊鱼。
在一实例中,种植单元内养殖环棱螺、田螺或河蚌,挺水植物种植区种植芦苇或菖蒲,水生蔬菜种植区种植莲藕、茭白或水芹,树林种植耐受水的池杉、松树或柳树。
在一实例中,种植单元内各个种植区采用混养水生动物的形式,如:沉水植物区内养殖有青虾,水生蔬菜种植区混养泥鳅和黄鳝,稻田混养蟹或小龙虾。
在一实例中,复合种养殖系统内排水沟渠的水通过水泵多次抽送至排污管道进行循环,直至达到排外标准时排放。
在一实例中,畜禽养殖单元为常规养殖的畜禽养殖场,且底部铺设有防渗膜。
在一实例中,水产养殖池内根据不同养殖形式调节进水阀门大小来控制流入污染量。
在一实例中,树林作为水泡粪第一经过单元进行畜禽干粪堆肥发酵、生产有机肥或直接生产蚯蚓,使粪便沉淀在林地上,上清液循环到种植或养殖单元,促进堆肥生产。
以凤台县某大型猪场为例,该场在处理污水时从实际出发,合理规化猪场建设,对全场猪舍进行雨水沟粪水沟分离改造,即雨污分离,大大降低废水量,减轻污水处理系统的压力。其次,做好猪舍内干粪打包收集,减少进入隔渣池的猪粪量,制定整套节水制度,使污水量减少,在隔渣池增加筛网,提高隔渣效果。配套建设隔渣沉淀固液分离厌氧发酵沼气池。
如图2所示,复合生态农业系统800亩,猪场全年出栏4万头猪,通过800亩复合生态农业系统对养猪场的沼液进行处理。建立专门管道将沼液输送到复合农业生态系统,该管道和复合农业生态系统的进水管连接,将养猪场沼液输送到处理系统中沼液单元,然后水泵将这些沼液经进污管道,将沼液分浓度梯度添加到各种养殖区中。水质要求高的区域放少点,能耐受较多污染的区域放多点,通过维持每个塘口水位,保护池塘水体容量,通过池塘的流入和流出形成循环的处理单元,循环处理后的污水可以继续参与二次或多次循环,直到污染较少时再添加下一批次沼液。系统中水体过多时,可以将处理单元中水体较清的池塘水体,直接排放到系统外,再引入下一批沼液,继续以上类似处理。
部分猪粪通过直接收集或在林地单元上用于堆肥生产,加上稻草等秸秆进行处理获得有机肥,该有机肥直接销售给蔬菜等生产企业,也用于该复合生态系统中塘埂上的植物或果树。此外,如猪粪没有违禁药物,利用猪粪处理后的资源产品,可以得到有机产品如有机大米,效果参见图3和4所示。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明,本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而,实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定,本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.复合种养殖系统,其特征在于,包括若干个含有养猪场的畜禽养殖单元,以及由稻田、树林、粪污处理池、挺水植物种植区、水生蔬菜种植区、蔬菜大棚和沉水植物种植区依次组成的种植单元,还包括若干个水产养殖池;其中:
所述畜禽养殖单元和种植单元之间通过粪尿输送管道连通,所述种植单元内部/之间设有排水沟渠和进污管道,所述粪污处理池内装有水泵;
所述粪污处理池位于树林和挺水植物种植区之间;
所述粪尿输送管道可将所述畜禽养殖单元内猪粪便污水以沼液或水泡粪形式或干湿分离后的粪尿输送至所述种植单元内,且所述畜禽养殖单元内养猪场根据营养负载浓度,其养殖规模为500-1000亩/万头猪。
2.根据权利要求1所述的复合种养殖系统,其特征在于,所述种植单元内养殖环棱螺、田螺或河蚌;所述挺水植物种植区种植芦苇或菖蒲;所述水生蔬菜种植区种植莲藕、茭白或水芹;所述树林种植耐受水的池杉、松树或柳树;
所述各个种植区采用混养水生动物的形式,具体为:沉水植物区内养殖有青虾,水生蔬菜种植区混养泥鳅和黄鳝,稻田混养蟹或小龙虾。
3.根据权利要求1所述的复合种养殖系统,其特征在于,所述水产养殖池的围埂高度不低于2米,水深3-5米,池内养殖青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼、鲫鱼或鳊鱼中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的复合种养殖系统,其特征在于,所述复合种养殖系统还包括增氧机或微增氧装置。
5.根据权利要求1所述的复合种养殖系统,其特征在于,所述复合种养殖系统内所述排水沟渠的水通过水泵多次抽送至所述排污管道进行循环,直至达到排外标准时排放。
6.根据权利要求1所述的复合种养殖系统,其特征在于,所述畜禽养殖单元为常规养殖的畜禽养殖场,且底部铺设有防渗膜。
7.根据权利要求1所述的复合种养殖系统,其特征在于,
所述水产养殖池根据不同养殖形式调节进水阀门大小来控制流入污染量;
所述树林作为水泡粪第一经过单元进行畜禽干粪堆肥发酵、生产有机肥或直接生产蚯蚓,使粪便沉淀在林地上,上清液循环到所述种植或养殖单元,促进堆肥生产。
8.权利要求1-7任一项所述复合种养殖系统在规模化畜禽养殖粪污处理中的应用。
9.根据权利要求8所述复合种养殖系统的应用,其特征在于,通过将养猪场内猪粪便污水以沼液或水泡粪形式或干湿分离后的粪尿输送至所述种植单元内进行生态循环实现。
10.根据权利要求8或9所述复合种养殖系统的应用,其特征在于,所述复合种养殖系统规模化畜禽养殖粪污处理过程包括:
(1)通过水产、作物和蔬菜、蓄禽、以及林业和植物种植和水产养殖结合,形成立体复合农业生态系统,经粪尿输送管道将养猪场内猪粪便污水以沼液或水泡粪形式或干湿分离后的粪尿输送至种植单元内;
(2)稻田或池塘经过进污管道和排水渠道构成水循环系统,通过种养殖生产快速充分消减和利用相关污染物,同时通过贮存粪水于沉淀池或缓冲池(沼液池)中,分批释放肥料于农业或稻田中,有效利用粪肥,实现污染资源化;
(3)针对不同池塘种养殖形式,通过调节进水阀门大小,实现流入污染量的大小和每个池塘动植物共存,将营养物质充分利用;;
(4)不同植物水稻、小麦、莲藕、水芹以及其它水生植物起到不同季节交替对污染进行处理;
(5)树林作为畜禽干粪进行堆肥发酵,生产有机肥或直接生产包括蚯蚓的有价值生物,作为水泡粪第一经过单元,粪便沉淀在林地上,上清液则循环到种植或养殖单元,促进堆肥的生产;
(6)水产养殖池内铺设有防渗膜减少对地下水的污染;通过控制养殖池围埂高度增加系统水体容纳量。
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