鄒細(xì)霞， 陳海旭， 李麗娟， 杜芳娟， 熊康寧， 樊云龍

(1. 貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢節(jié)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究院， 貴州 畢節(jié) 551700; 2. 貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院土木建筑工程學(xué)院， 貴州 畢節(jié) 551700; 3. 貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)研究院， 貴州 畢節(jié) 551700; 4. 貴州師范大學(xué)喀斯特研究院， 貴州 貴陽(yáng) 550001; 5. 貴州師范學(xué)院地理與資源學(xué)院， 貴州 貴陽(yáng) 550018)

畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物較多的是畜牧糞便，研究喀斯特石漠化畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便固液分離一體化圈舍，不但能防治環(huán)境污染，而且分離處理過(guò)的固體糞便或尿液可以直接利用，為喀斯特石漠化治理形成的畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便資源化利用做好前期準(zhǔn)備。目前，國(guó)外采用新技術(shù)對(duì)糞便處理達(dá)到固液分離目的，分離徹底，而國(guó)內(nèi)研究起步較晚，主要采用機(jī)械分離，操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，輕便移動(dòng)方便，但糞便沒(méi)有考慮消毒、殺菌，分離糞便不宜直接利用，而且傳統(tǒng)單獨(dú)糞便固液分離機(jī)一般使用電，分離成本較高。水平畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便固液分離系統(tǒng)占地面積大，水平輸送糞便易造成環(huán)境二次污染。本文研究糞便就地固液分離一體化圈舍，考慮了糞便的消毒、殺菌，分離出的糞便可以作為資源出售及多種開(kāi)發(fā)利用，而且是在糞便生產(chǎn)地就地分離，可以利用太陽(yáng)能、水資源等實(shí)現(xiàn)糞便資源化處理，節(jié)約經(jīng)營(yíng)者成本，該研究為喀斯特石漠化治理生態(tài)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便處理技術(shù)提供參考。

1 生態(tài)畜牧業(yè)是喀斯特石漠化治理的重要產(chǎn)業(yè)載體

喀斯特石漠化不是一種純自然過(guò)程，而是與人類活動(dòng)密切相關(guān)，具有明顯的自然和社會(huì)學(xué)屬性[1]。在喀斯特脆弱生態(tài)環(huán)境背景下，人為因素破壞森林植被引起水土流失加重，自然災(zāi)害頻繁，巖石逐漸裸露，最終形成缺水、缺土、缺林的喀斯特石漠化土地。該土地生產(chǎn)力衰退甚至喪失，使該區(qū)居民缺糧、缺錢，人地矛盾更加突出，居民更加貧困。因此，石漠化治理核心任務(wù)包括3個(gè)方面和層次：首要任務(wù)是在土地缺水、缺土，居民缺糧、缺錢的條件下進(jìn)行植被修復(fù)與重建；重要任務(wù)是如何鏟除石漠化地區(qū)的“窮根”；目標(biāo)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)喀斯特石漠化地區(qū)生態(tài)文明——山綠民富[2]。草地植被群落作為植被生態(tài)系統(tǒng)的先鋒群落，起到基礎(chǔ)性作用，草地資源也是生態(tài)畜牧業(yè)發(fā)展的必備物質(zhì)基礎(chǔ)，是家畜的糧食聚居地，草地放牧能形成草地特有的群落演替頂級(jí)，與喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)相契合，發(fā)展成為獨(dú)特的山區(qū)生態(tài)畜牧業(yè)。山區(qū)生態(tài)畜牧業(yè)的發(fā)展，能召回外出務(wù)工農(nóng)戶，緩解就業(yè)壓力，緩和社會(huì)矛盾，加快資金流轉(zhuǎn)速度，延長(zhǎng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)輻射范圍，緩解與日俱增的肉、奶、蛋的市場(chǎng)需求[3]。生態(tài)畜牧業(yè)可以逐步完成石漠化治理核心任務(wù)的3個(gè)方面和層次，是石漠化治理的重要產(chǎn)業(yè)載體。

2 喀斯特石漠化地區(qū)生態(tài)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)建設(shè)要求

2.1 喀斯特石漠化環(huán)境容量小，養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物必須低排放或零排放

在環(huán)境容量以內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)具有自凈功能，但生態(tài)系統(tǒng)遭到了人類活動(dòng)的巨大沖擊與破壞后，生態(tài)系統(tǒng)的功能迅速衰退[4]?？λ固厥鷳B(tài)系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)和功能都退化了的喀斯特生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)功能低，環(huán)境容量小，甚至生態(tài)功能喪失，失去自凈能力，養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物必須低排放或零排放[5]。喀斯特地區(qū)具有自己獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，巖石溶解率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它巖類，地形破碎、山高谷深，具有地上地下雙層水文地質(zhì)系統(tǒng)，水平分布的露天糞便處理系統(tǒng)易造成環(huán)境污染，且污染后難以治理。

2.2 為減輕居民日常支出，養(yǎng)殖場(chǎng)糞便處理成本盡量要低

根據(jù)中國(guó)·巖溶地區(qū)石漠化狀況公報(bào)顯示，截至2016年底，喀斯特地區(qū)石漠化土地總面積為1007 萬(wàn)公頃，占喀斯特面積的22.3%。與2011年相比，2015年貧困發(fā)生率由21.1%下降到7.7%，但貧困人口數(shù)量依然還有1000 萬(wàn)以上[6]。為了鞏固喀斯特石漠化治理的成效，應(yīng)繼續(xù)推進(jìn)石漠化綜合治理生態(tài)畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便處理運(yùn)營(yíng)成本由企業(yè)或居民日常支出，為了使貧困人口數(shù)量不反彈，糞便處理成本盡量要低。雖然，該圈舍建設(shè)成本較高，但能減少糞便惡臭、空氣污染、病菌傳播等，可將養(yǎng)殖場(chǎng)糞便污染的負(fù)外部性內(nèi)部化。在政府強(qiáng)制行政措施的同時(shí)，為減輕居民負(fù)擔(dān)，貧困人口數(shù)量不反彈，可進(jìn)行圈舍建設(shè)補(bǔ)助，在養(yǎng)殖場(chǎng)按標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)后，向企業(yè)提供養(yǎng)殖場(chǎng)建設(shè)補(bǔ)助資金，以此來(lái)減輕企業(yè)或居民負(fù)擔(dān)。

2.3 喀斯特石漠化地區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)糞便需要實(shí)現(xiàn)固液分離并資源化利用

養(yǎng)殖場(chǎng)糞便資源化利用不僅能有效防治糞便環(huán)境污染，還可以變廢為寶，延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，促進(jìn)區(qū)域循環(huán)經(jīng)濟(jì)形成，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展。好氧堆肥和厭氧發(fā)酵的方法是家畜糞便處理比較普遍和行之有效的方法。從畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)排出的糞便量較大，總固體含量濃度較低，一般在3%左右，無(wú)論是好氧堆肥還是厭氧發(fā)酵，都會(huì)影響生產(chǎn)效率。因此，在糞便處理過(guò)程中應(yīng)用先進(jìn)的發(fā)酵工藝以開(kāi)展家畜糞便的綜合利用，其重要的前提條件是必須對(duì)糞便污水進(jìn)行固液分離處理，降低污水中總固體含量濃度。

3 喀斯特石漠化治理生態(tài)畜牧業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

石漠化綜合治理進(jìn)入了生態(tài)經(jīng)濟(jì)全面建設(shè)階段，打造生態(tài)建設(shè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，形成了一批典型模式，打造了一批優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。2004～2006 年石漠化綜合治理項(xiàng)目在貴州省黔西南州、黔南州、貴陽(yáng)市建立6個(gè)草地畜牧業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化示范基地，建設(shè)優(yōu)質(zhì)人工飼草料基地0.2萬(wàn)hm2，發(fā)展種草養(yǎng)畜專業(yè)戶1800 戶，其中飼養(yǎng)奶牛10 頭以上或肉牛20 頭以上，山羊200 只以上的養(yǎng)殖大戶100 戶[7]。隨著項(xiàng)目的發(fā)展，分別在貴州清鎮(zhèn)的站街、流長(zhǎng)、暗流3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)創(chuàng)建肉牛養(yǎng)殖示范區(qū)，養(yǎng)殖示范農(nóng)戶952 戶，人工草地 1.2 萬(wàn)畝，飼養(yǎng)雜交肉牛3237 頭[8]。貴州省晴隆縣建立了多個(gè)養(yǎng)殖示范點(diǎn)，每個(gè)示范點(diǎn)均建有種羊繁育基地、優(yōu)質(zhì)肉羊育肥基地、人工牧草種植及改良基地，做到示范、生產(chǎn)、推廣相結(jié)合[9]。廣西恭城縣成功建立了“恭城模式”，帶動(dòng)了縣域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還榮獲了“全國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)示范縣”、“全國(guó)無(wú)公害水果生產(chǎn)示范基地縣”等榮譽(yù)稱號(hào)[10]。在廣西平果縣新安鎮(zhèn)，大禹兔業(yè)公司投資956.5 萬(wàn)元，在百色市平果縣新安鎮(zhèn)建立了占地3.6 hm2的標(biāo)準(zhǔn)化肉兔養(yǎng)殖示范場(chǎng)，并配套3 條肉兔深加工生產(chǎn)線，是唯一肉兔養(yǎng)殖和加工示范基地[11]。在廣西蘋果示范區(qū)還建成專門的示范養(yǎng)殖場(chǎng)1 個(gè)，并培植養(yǎng)殖示范戶163 戶，引進(jìn)優(yōu)良種畜187 頭、種禽37750 只，牛凍精(雜交改良本地牛)配種126頭，共繁育良種畜雜交后代13606 頭、良種種禽1600 只[12]。在畢節(jié)撒拉溪石漠化綜合治理養(yǎng)殖基地載畜量牛3465 頭，改良種畜693 只。

目前，喀斯特石漠化綜合治理實(shí)現(xiàn)了生態(tài)建設(shè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，但沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展。石漠化治理區(qū)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便沒(méi)有實(shí)現(xiàn)固液分離并資源化利用，且造成了一定程度的環(huán)境污染。畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)圈舍的地面上通常會(huì)集聚大量的糞便(見(jiàn)圖1和圖2)，因而需要人工對(duì)圈舍的地面進(jìn)行定期清理，降低圈舍內(nèi)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)生病的概率，而人工清理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且工作環(huán)境很差。為了解決這一技術(shù)存在的問(wèn)題，本文研究喀斯特石漠化地區(qū)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便固液分離一體化圈舍，能夠解決圈舍內(nèi)糞便處理的問(wèn)題。

4 國(guó)內(nèi)外畜牧業(yè)養(yǎng)殖場(chǎng)糞便固液分離研究現(xiàn)狀

用固液分離技術(shù)處理畜牧糞便，是目前利用畜牧糞便中的有機(jī)成分，變廢為寶，消除環(huán)境污染，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[13]。國(guó)外對(duì)畜牧糞便分離技術(shù)，主要有生物干燥處理技術(shù)、流化床焚燒技術(shù)、超聲波脫水技術(shù)等，生物干燥處理技術(shù)其原理是利用堆肥化處理過(guò)程中微生物分解有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生的能量，增加糞便中水分的散發(fā)，起到干燥糞便降低糞便水分的作用，該項(xiàng)技術(shù)已在美國(guó)等西方國(guó)家使用多年；流化床焚燒技術(shù)廣泛用于污泥，在日本、德國(guó)、瑞士、英國(guó)等過(guò)已成為處理污泥和液狀廢棄物的主要手段；超生波脫水技術(shù)已在西方發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用，通過(guò)超聲波的作用，能改變構(gòu)成疏未膜物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)，破壞菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，提高污泥的脫水性能[14-15]。

圖1 喀斯特石漠化治理養(yǎng)牛圈舍

圖2 喀斯特石漠化治理養(yǎng)羊圈舍

我國(guó)常用的固液分離方法一是沉降(由固體重力決定)；二是機(jī)械分離，為現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的技術(shù)；三是蒸發(fā)池，這種方法在干旱地區(qū)效果較好，蒸發(fā)出來(lái)的水可以用于灌溉，其分離效率受限于池的規(guī)模、配套的設(shè)備和環(huán)境的變化影響，而且會(huì)有一定的環(huán)境污染；四是絮凝分離，是一種新型的固液分離技術(shù)，應(yīng)用化學(xué)試劑使微小的懸浮固體迅速地聚集成較大的固體顆粒，進(jìn)而沉淀分離的方法；五是脫水分離，即用加熱來(lái)除去污水中水分，由于具有高成本、高維修費(fèi)用和高耗能等缺點(diǎn)，并沒(méi)有廣泛被采用。上述分離方法中，分離效果最好的是機(jī)械分離。機(jī)械分離設(shè)備可分為篩分、離心分離和壓濾3種類型。對(duì)不同類型固液分離機(jī)的分離效率進(jìn)行試驗(yàn)，其分離性能差距很大，糞水的固體物質(zhì)去除率約在 3%～67%之間[16]。

目前，在畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便脫水設(shè)備方面，主要有螺旋擠壓脫水機(jī)、篩板式脫水機(jī)、廂式板框擠壓機(jī)、網(wǎng)帶式擠壓等方式(見(jiàn)表1)[17-18]。生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高、機(jī)械化水平高、能耗低、操作勞動(dòng)強(qiáng)度低、不產(chǎn)生二次污染的脫水設(shè)備是以后畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便脫水設(shè)備發(fā)展方向。隨著綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)養(yǎng)殖綜合利用和污染治理將逐漸的實(shí)現(xiàn)規(guī)?；⑸唐坊?、高效化、規(guī)范化和潔凈化生產(chǎn)。大批的、高效的畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便脫水設(shè)備，將向大型化、機(jī)械化、自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展，并且將會(huì)成為必然趨勢(shì)[19-20]。

表1 畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便固液分離單獨(dú)的機(jī)械脫水設(shè)備及其主要缺點(diǎn)

目前，糞便固液分離循環(huán)利用系統(tǒng)，屬于水平分布系統(tǒng)。系統(tǒng)包括固液分離系統(tǒng)、污水循環(huán)利用系統(tǒng)。固液分離系統(tǒng)包括集污池、晾曬大棚，集污池與牛舍的糞溝的一端相連，集污池設(shè)有潛水切割泵、潛水?dāng)嚢铏C(jī)、液位計(jì)，晾曬大棚設(shè)有固液分離機(jī)，潛水切割泵的出口與固液分離機(jī)的進(jìn)料口相連污水循環(huán)利用系統(tǒng)包括污水池，污水池設(shè)有回沖泵、液位計(jì)，回沖泵的出口通過(guò)回沖管與牛舍的糞溝的另一端相連，回沖管設(shè)有氣動(dòng)閘閥固液分離機(jī)設(shè)有出水口和溢流口，出水口與污水池相連，溢流口與集污池相連。該系統(tǒng)設(shè)備先進(jìn)、自動(dòng)化程度高、處理后糞便可循環(huán)利用可將牛場(chǎng)產(chǎn)生的糞便自動(dòng)收集并進(jìn)行固液分離處理固液分離后固體和液體均可循環(huán)使用[21]。但該系統(tǒng)占地面積大，糞便水平輸送易造成環(huán)境二次污染。本文涉及的糞便就地固液分離一體化圈舍，考慮了糞便的消毒、殺菌，分離出的糞便可以作為資源出售及多種開(kāi)發(fā)利用，而且是在糞便生產(chǎn)地就地分離，可以利用太陽(yáng)能、水資源等實(shí)現(xiàn)糞便資源化處理，節(jié)約經(jīng)營(yíng)者成本，該研究為喀斯特石漠化治理生態(tài)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便處理技術(shù)提供參考。

5 喀斯特石漠化地區(qū)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便固液分離一體化圈舍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 圈舍的房頂

圈舍的頂部為等腰三角形，三角屋頂斜面1/3以上鋪設(shè)有太陽(yáng)能電池板，為圈舍提供電能，包括圈舍照明和清理糞便的推板所連電機(jī)的電源。房頂?shù)撞吭O(shè)有集水池搜集雨水，用于清理圈舍或?qū)胄钏貎艋蠹倚箫嬎?。在圈舍墻壁安置噴淋裝置，功能有兩方面，一是當(dāng)圈舍溫度超過(guò)養(yǎng)殖場(chǎng)最適溫度時(shí)，利用房頂集水灑水降溫；二是沖洗地板糞便。當(dāng)水多于集水區(qū)時(shí)，將多余雨水導(dǎo)入雨水池，一方面以備稀釋尿液用于灌溉，另一方面經(jīng)過(guò)凈化處理達(dá)到家畜飲水標(biāo)準(zhǔn)，用作家畜飲用水。

5.2 圈舍的上層

圈舍內(nèi)分為上下兩層，其中上層與下層之間通過(guò)地板分割，上層分為儲(chǔ)物區(qū)和家畜區(qū)，家畜區(qū)的地板為漏糞地板，儲(chǔ)物區(qū)的地板為平板。漏糞地板上開(kāi)設(shè)有排糞槽，漏糞地板的材料應(yīng)根據(jù)飼養(yǎng)家畜的種類選定。儲(chǔ)物區(qū)內(nèi)墻半封閉，且與家畜區(qū)的墻共用，儲(chǔ)物區(qū)外墻帶有較大窗戶，大窗下面是擋風(fēng)墻，大窗和內(nèi)墻上部分形成空氣對(duì)流，保證家畜良好的通風(fēng)和采光。儲(chǔ)物區(qū)的寬度就是房頂集水池底部的寬度，也是畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便發(fā)酵柜的寬度。儲(chǔ)物區(qū)主要存放家畜飼料，堆放高度不能超過(guò)擋風(fēng)墻的高度。

5.3 圈舍的下層

圈舍內(nèi)分為上下兩層，上層與下層之間通過(guò)地板分割，下層設(shè)有糞便分離及發(fā)酵系統(tǒng)，具有糞便處理功能。 糞便發(fā)酵系統(tǒng)包括糞便發(fā)酵柜和沉降池，沉降池位于糞便發(fā)酵柜的下方。漏糞地板與糞便發(fā)酵柜之間通過(guò)第1導(dǎo)板連接，漏糞地板與沉降池之間通過(guò)第2導(dǎo)板連接。第1導(dǎo)板位于第2導(dǎo)板的上方，第1導(dǎo)板和第2導(dǎo)板均傾斜設(shè)置。漏糞地板在水平面上的投影位于第1導(dǎo)板在水平面上的投影內(nèi)，第1導(dǎo)板在水平面上的投影與第2導(dǎo)板在水平面上的投影重合。第1導(dǎo)板為板狀鋼絲網(wǎng)，板上設(shè)置有推板，推板與第1導(dǎo)板的上表面滑動(dòng)配合，推板的長(zhǎng)度與第1導(dǎo)板的寬度相等，且推板的一端通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)，在第1導(dǎo)板上振動(dòng)式推刮，以便將第1導(dǎo)板上殘留的糞便推到糞便發(fā)酵柜內(nèi)。糞便發(fā)酵柜在本研究中所起到的作用，主要是能夠?qū)l(fā)酵柜內(nèi)的糞便進(jìn)行發(fā)酵從而有效進(jìn)行廢物利用。糞便發(fā)酵柜包括上箱體和下箱體，上箱體和下箱體之間通過(guò)分隔板進(jìn)行上下分割，分隔板通過(guò)抽插的方式安裝在糞便發(fā)酵柜內(nèi)，下箱體內(nèi)插設(shè)有發(fā)酵箱，位于沉降池的正上方。糞便發(fā)酵系統(tǒng)的沉降池劃分為上沉降空間和下沉降空間，上沉降空間內(nèi)并排設(shè)置有多個(gè)發(fā)酵箱。

整個(gè)圈舍的糞便分離系統(tǒng)數(shù)量為2個(gè)，2個(gè)糞便分離系統(tǒng)的2個(gè)第一導(dǎo)板的上端連接在一處，而漏糞地板則位于2個(gè)分離系統(tǒng)第一導(dǎo)板的正上方，這樣兩個(gè)糞便分離系統(tǒng)就構(gòu)成人字形，使得糞便分別導(dǎo)向兩側(cè)的糞便發(fā)酵柜中以及沉降池內(nèi)。水泥隔板以下，低于沉降池的所有空間都是尿液儲(chǔ)存殺毒池，根據(jù)存量需要設(shè)置尿液儲(chǔ)存殺毒池大小。消毒池與圈舍內(nèi)部的沉降池連通，這樣沉降池內(nèi)多余的尿液便會(huì)導(dǎo)流進(jìn)入到消毒池內(nèi)，而消毒池的外側(cè)開(kāi)設(shè)有排放口，可從該排放口排出尿液，便于后期稀釋后農(nóng)田灌溉。圈舍的外側(cè)設(shè)置有通道，與上層連通，該通道方便車輛直接開(kāi)到上層，方便飼料的堆放，以及家禽的運(yùn)輸(見(jiàn)圖3和圖4)[22-23]。

6 喀斯特石漠化地區(qū)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便固液分離一體化圈舍工作原理

6.1 糞便固液分離

漏糞地板上開(kāi)設(shè)有排糞槽,糞便和尿液會(huì)從漏糞地板上的排糞槽向下滑落掉落到第1導(dǎo)板上，由于第1導(dǎo)板為傾斜設(shè)置，糞便會(huì)沿著第1導(dǎo)板滑入到糞便發(fā)酵柜內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，而第1導(dǎo)板板狀的鋼絲網(wǎng)，因而尿液會(huì)從網(wǎng)孔內(nèi)滲出從而掉落到下側(cè)的第2導(dǎo)板上，并沿著第2導(dǎo)板滑入沉降池內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了糞便和尿液的分離。

圖3 家畜糞便固液分離一體化圈舍

圖4 圈舍的糞污固液分離系統(tǒng)

6.2 糞便發(fā)酵

糞便滑落到糞便發(fā)酵柜內(nèi)時(shí)，只是進(jìn)入到上箱體內(nèi)，而后人工拔出分隔板，上箱體內(nèi)的糞便會(huì)掉落到下箱體內(nèi)的發(fā)酵箱內(nèi)，然后再將分隔板插上，因而糞便可在發(fā)酵箱內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵；另外，發(fā)酵箱采用插設(shè)的方式，因而在發(fā)酵箱內(nèi)的糞便發(fā)酵完畢后，由于單個(gè)發(fā)酵箱的尺寸可相對(duì)較小，人工直接打開(kāi)固糞出口將發(fā)酵箱從糞便發(fā)酵柜內(nèi)取下，準(zhǔn)備好卡車裝車運(yùn)走。 糞便發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵箱內(nèi)的糞便必然會(huì)殘留一定的尿液，而發(fā)酵箱下側(cè)為柵板,可保證糞便內(nèi)的尿液從發(fā)酵箱的下側(cè)滲出滴入到下方的沉降池。發(fā)酵箱拉手除了在升降和在沉降池中時(shí)置于箱內(nèi)，其它時(shí)間可以直立或置于箱外(見(jiàn)圖5)。

1.發(fā)酵箱的底； 2.發(fā)酵箱的壁； 3.發(fā)酵箱出糞口； 4.發(fā)酵箱的滾輪； 5.可轉(zhuǎn)向拉手； 6.連接條； 7.弧形插條圖5 發(fā)酵柜的發(fā)酵箱

圈舍的沉降池上下劃分為上沉降空間和下沉降空間，上沉降空間內(nèi)并排設(shè)置有多個(gè)發(fā)酵箱。流入到沉降池內(nèi)的尿液內(nèi)含有一定的糞便，而所有的尿液需先經(jīng)過(guò)沉降池上部的發(fā)酵箱，發(fā)酵箱可將糞便與尿液分離。圈舍發(fā)酵系統(tǒng)的糞便發(fā)酵柜整體是安裝在支架上，包含下側(cè)的升降池內(nèi)的發(fā)酵箱也相對(duì)固定在該支架上。后期可將沉降空間內(nèi)的發(fā)酵箱移入到糞便發(fā)酵柜內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵。

6.3 糞便清理

糞便在第1導(dǎo)板上滑動(dòng)時(shí)，由于第1導(dǎo)板是鋼絲網(wǎng)，因而，在一定的程度上會(huì)阻礙糞便在其上部的滑動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間積累，可能會(huì)導(dǎo)致第1導(dǎo)板上的糞便阻塞，因而在第1導(dǎo)板上設(shè)置有推板，推板與第1導(dǎo)板的上表面滑動(dòng)配合，以便將第1導(dǎo)板上殘留的糞便推到糞便發(fā)酵柜內(nèi)，推板的長(zhǎng)度與第1導(dǎo)板的寬度相等，推板的一端通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)在第1導(dǎo)板上震動(dòng)式推刮，從而將第1導(dǎo)板上殘留的糞便全部推到糞便發(fā)酵柜內(nèi)，防止糞便阻塞第1導(dǎo)板。

7 喀斯特石漠化地區(qū)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便固液分離一體化圈舍的價(jià)值分析

7.1 該圈舍可將糞便污染產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)負(fù)外部性內(nèi)部化

根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，有效的資源配置，社會(huì)成本和私人成本相重合。一個(gè)經(jīng)濟(jì)主體行為直接影響到另一個(gè)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)主體，卻沒(méi)有給予相應(yīng)支付或得到相應(yīng)補(bǔ)償，就出現(xiàn)了外部性。這種影響對(duì)另一主體有利的就是正外部性，有害的就是負(fù)外部性。如果養(yǎng)殖企業(yè)不對(duì)家畜糞污不進(jìn)行處理，那么，家畜糞污便產(chǎn)生惡臭、污染空氣、傳播病菌等，養(yǎng)殖業(yè)就產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)負(fù)外部性。假設(shè)養(yǎng)殖業(yè)的負(fù)外部性全由糞便污染環(huán)境造成，由于養(yǎng)殖企業(yè)沒(méi)有承擔(dān)環(huán)境成本SE，這時(shí)，社會(huì)成S1本高于養(yǎng)殖企業(yè)私人成份本S2，家畜市場(chǎng)供需均衡點(diǎn)為E2，對(duì)應(yīng)的市場(chǎng)產(chǎn)量Q2過(guò)量。如果企業(yè)構(gòu)建了糞便固液分離一體化圈舍，除了必須承擔(dān)的私人成本外，企業(yè)自己承擔(dān)了環(huán)境成本，即S2′= S2+SE(S2'為養(yǎng)殖企業(yè)全構(gòu)建糞便固液分離一體化圈舍后養(yǎng)殖產(chǎn)生的生產(chǎn)成本，S2為存在經(jīng)濟(jì)負(fù)外部性企業(yè)私人成本，SE為環(huán)境成本)，使養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)負(fù)外部性內(nèi)部化。這時(shí)，私人成本與社會(huì)成本相重合，S1=S2′，家畜市場(chǎng)供需均衡點(diǎn)為E1，家畜產(chǎn)量到達(dá)資源有效配置最優(yōu)產(chǎn)量Q1(見(jiàn)圖6)。

7.2 喀斯特石漠化地區(qū)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便固液分離一體化圈舍生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益分析

該圈舍不僅是糞便就地固液分離系統(tǒng)，還自帶糞便發(fā)酵系統(tǒng)和糞便清理功能，從源頭防止糞污環(huán)境污染，并可將發(fā)酵后的糞便直接資源化利用，生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益雙高。理論上，該圈舍適合大中小畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)，在實(shí)際建造過(guò)程中，具體利用什么材料，什么承重結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)養(yǎng)殖類型及規(guī)模來(lái)計(jì)算其糞便的重量來(lái)確定。小型畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)糞便固液分離一體化圈舍在圈舍兩側(cè)各設(shè)一個(gè)分離系統(tǒng)，如果養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模較大，糞便量大的養(yǎng)殖場(chǎng)，可以將圈舍兩側(cè)的糞便分離系統(tǒng)拆分成幾個(gè)小的分離系統(tǒng)，就是多一些支架和電動(dòng)機(jī)，圈舍結(jié)構(gòu)不變，工作原理不變。

圖6 畜牧養(yǎng)殖企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)外部性內(nèi)部化

喀斯特石漠化綜合治理進(jìn)入了生態(tài)經(jīng)濟(jì)全面建設(shè)階段，打造生態(tài)建設(shè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，形成了一批典型模式，打造了一批優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，出現(xiàn)不少養(yǎng)殖大戶，在畢節(jié)撒拉溪石漠化綜合治理養(yǎng)殖基地載畜量牛就有3465 頭[7-12]。據(jù)測(cè)算，1頭100公斤左右的商品豬日排糞量可達(dá)2.5公斤，日排尿量約3公斤[24]。有關(guān)學(xué)者通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)1994 ～ 2004 年間公開(kāi)發(fā)表或出版的文章和著作, 收集其中的畜禽糞尿排泄相關(guān)參數(shù) ,計(jì)算出十幾種畜禽新鮮糞尿的排泄系數(shù)[25]。參照畜禽新鮮糞尿的排泄系數(shù)及養(yǎng)殖規(guī)模，可計(jì)算出家畜每日、每月的糞便重量，并根據(jù)糞便重量來(lái)選擇圈舍承重材料及固液分離系統(tǒng)的個(gè)數(shù)。

8 結(jié)論與討論

(1)該圈舍實(shí)際是兩個(gè)清潔能源型糞便就地固液分離系統(tǒng)，與目前已有的糞便分離系統(tǒng)相比，該就地分離系統(tǒng)有如下幾方面優(yōu)點(diǎn)，首先已有的糞便分離系統(tǒng)是水平分布的，占地較多，而就地分離系統(tǒng)是主要是縱向分布的，占地面積小，節(jié)約資源；其次已有的糞便分離系統(tǒng)，要通過(guò)露天溝渠輸送糞污或露天集糞池固液分離，易蒸發(fā)有害物質(zhì)或產(chǎn)生惡臭污染環(huán)境，而該就地分離系統(tǒng)中的糞便分離幾乎在密封設(shè)備中進(jìn)行，不會(huì)產(chǎn)生類似水平分離系統(tǒng)污染環(huán)境的情況。

(2)該圈舍能實(shí)現(xiàn)家畜糞便固液分離及其發(fā)酵，并自動(dòng)清理糞便實(shí)現(xiàn)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)清潔生產(chǎn)，避免養(yǎng)殖場(chǎng)糞便堆積或轉(zhuǎn)移過(guò)程中污染環(huán)境。該圈舍糞便處理運(yùn)營(yíng)成本低，雖然建設(shè)成本高，但如有政府補(bǔ)貼、強(qiáng)制性環(huán)保要求或由某專項(xiàng)構(gòu)建該系統(tǒng)，推廣應(yīng)用迅速，且節(jié)能環(huán)保，養(yǎng)殖業(yè)生態(tài)化程度較高?？梢栽谏鷳B(tài)脆弱、經(jīng)濟(jì)貧困區(qū)，以生態(tài)扶貧方式試建并逐步推廣該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)該區(qū)畜牧業(yè)生態(tài)化發(fā)展，鞏固和提升生態(tài)治理成果。貴州喀斯特地面出露面積為109085.09 km2，占全省總面積的61.92%，石漠化總面積已達(dá)到32480 km2，占貴州省出露喀斯特總面積的21.51%。在全省85個(gè)縣市中，已有73個(gè)縣市發(fā)生了不同程度的石漠化。石漠化綜合治理也成了構(gòu)建長(zhǎng)江和珠江上游生態(tài)屏障的重要保證，更是貴州和西南喀斯特山區(qū)生存環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。如果貴州73個(gè)縣市全面展開(kāi)石漠化綜合治理，以及全國(guó)生態(tài)脆弱、經(jīng)濟(jì)貧困地區(qū)，進(jìn)行生態(tài)建設(shè)產(chǎn)業(yè)化及產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展，成果轉(zhuǎn)化并推廣該系統(tǒng)，市場(chǎng)前景可觀。

(3)喀斯特石漠化治理植被修復(fù)與重建為喀斯特石漠化地區(qū)家畜提供食物，畜牧業(yè)則為鏟除石漠化地區(qū)“窮根”提供資金，喀斯特石漠化地區(qū)合理發(fā)展生態(tài)畜牧業(yè)能實(shí)現(xiàn)該區(qū)山綠民富。生態(tài)畜牧業(yè)可以逐步完成石漠化治理核心任務(wù)的3個(gè)方面和層次，是石漠化治理的重要產(chǎn)業(yè)載體。該圈舍在幾乎密閉空間中進(jìn)行糞便的固液分離、發(fā)酵、清理及消毒殺菌，不對(duì)外界產(chǎn)生環(huán)境污染，能滿足喀斯特石漠化地區(qū)生態(tài)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)建設(shè)要求，促進(jìn)喀斯特石漠化治理畜牧業(yè)生態(tài)化發(fā)展。