畜禽粪便固液分离技术特点及效率评估

第32卷增刊2 农业工程学报 V ol.32 Supp.2

218 2016年10月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Oct. 2016 畜禽粪便固液分离技术特点及效率评估

江滔1,2，温志国1，马旭光1，杨娟1，陈茂霞1，Frank Schuchardt3，李国学2※（1. 乐山师范学院化学学院，乐山 614004；2. 中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；

3. 德国联邦农业科学院农业技术与生态系统工程研究所，布伦瑞克 38116）

摘要：该文对常用畜禽粪便固液分离技术进行分析，评估出各分离技术的优缺点、适用对象、分离效果和性价比，为企业选择粪便固液分离设备提供参考。研究结果表明：重力分离技术成本最低，分离粒径小于1 mm的有机物效果最好，但分离后固相含水率过高（>90%），一般作为其他技术的预处理。筛分技术对于分离大粒径的有机颗粒物最有效，投资相对小，运行费用低；但对氮磷等营养元素分离效率较低，分离后的固相的含水率偏高，分离产物可用于固态发酵。压滤技术提高了磷元素的分离效率和固相含水率，但运营成本也增加，分离产物可用于有机肥生产。沉淀离心技术对去除细小颗粒最为有效，并能够去除氮磷元素，但运营成本太高，在中国推广难度大。絮凝剂能和大多数的分离技术结合使用从而提高分离效率。所有固液分离技术都不能分离畜禽粪便中的挥发性脂肪酸，因此也不能有效去除液相中的生化需氧量和臭味。多种分离技术的联合使用，在提高营养物质的分离效率的同时，降低固相的含水率将是未来技术发展的主要方向。

关键词：粪；氮；固液分离；总固含物；磷

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.z2.030

中图分类号：S141.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2016)-Supp.2-0218-09

江滔，温志国，马旭光，杨娟，陈茂霞，Frank Schuchardt，李国学. 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(增刊2)：218－225. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.z2.030

Jiang Tao, Wen Zhiguo, Ma Xuguang, Yang Juan, Chen Maoxia, Frank Schuchardt, Li Guoxue.Characteristics and efficiency evaluation of livestock slurry separation technologies[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(Supp.2): 218－225. (in Chinese with English abstract)

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.z2.030

0 引 言

近年来随着中国养殖产业的专业化、规模化发展，畜禽粪便的产量也迅速增加。2010年全国污染源普查结果显示，我国畜禽养殖业粪便年产生量达2.43亿t，尿液年产生量达 1.63亿t；畜禽养殖业年排放化学需氧量（COD）1268.9万t，排放氮102.5万t，分别为全国排放总量的41.9%和21.7%[1]。畜禽养殖业废弃物已经成为影响我国环境质量的重要因素。同时，由于养殖企业大多集中在人口密集、经济发达区域，使得这些区域的营养负荷远远超出当地土地的承受能力，造成大量氮、磷元素的流失，并带来恶臭、水体富营养化等一系列的环境问题[2-5]。对畜禽粪便进行再利用，并将营养物质转移到营养相对缺乏的农业生产区域是解决这一问题的良好途径[6-9]。但目前集约化养殖场采取的清洗模式决定了畜禽

收稿日期：2016-07-21 修订日期：2016-08-25

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划“西南地区种养业废弃物循环利用技术集成与示范”（2012BAD14B18）; “十三五”国家科技支撑计划“农业废弃物好氧发酵过程中碳氮转化损失规律与氨挥发调控技术研究”（2016YFD0800601）；乐山市重点科技计划项目“乐山市农业固体废弃物可开发资源量的评估及其综合化利用模式研究”（15NZD106）

作者简介：江滔，男，副教授，博士生，研究方向：固体废弃物资源化。乐山乐山师范学院化学学院，614004。Email: composting@

※通信作者：李国学，男，教授，博士生导师，研究方向：固体废弃物资源化。北京中国农业大学资源与环境学院，100193。Email: ligx@ 粪便的含水率高，平均营养物质含量低，给再利用造成巨大困难。因此，对畜禽粪便进行固液分离，提高其的利用效率，是实现畜禽粪便资源化利用的重要途径，是种植业与养殖业循环发展的关键技术环节[10-11]。

本文结合畜禽粪便的特性，对各项固液分离技术的性能、使用方法、适用范围、副产物性质以及能耗、运行成本等等各项指标进行全面分析。总结出各种固液分离技术能达到的效果，明确这一系列技术的真实作用，为循环农业过程中选择合适的分离设备提供必要参考。

1 分离技术介绍

畜禽粪便的固体物质可以被分为两种形态，溶解态和悬浮态。在此基础上悬浮物质又可以按粒径大小被分为胶体（<0.02 mm）、细颗粒（0.02~1 mm）、粗颗粒（1~5 mm）以及纤维材料（>5 mm）等不同类型[12]，这些不同类型的悬浮物质适用于不同类型的固液分离设备。

畜禽粪便固液分离的方法有很多种，包括：筛分、过滤、离心、水力旋流、气浮、生物系统、膜技术、沉淀蒸发系统等；其中超滤、反渗透技术工艺复杂、成本高，很难在现实中利用[12-13]。而絮凝沉淀、筛分、过滤和离心技术，方法简单、运行成本相对低廉，在国内外得到了较好的应用[12,14-15]。本文选取使用范围最为广泛的重力沉降技术、筛分技术（固定筛、振动筛、旋转筛）、压滤技术（条带压滤、螺旋挤压）以及沉淀离心技术作