一种降低污染物排放的猪舍
技术领域
本发明涉及农用建筑类,具体涉及一种降低污染物排放的猪舍设计及其建造方法。
背景技术
近年来,生猪养殖业经历了由农户养殖方式向规模养殖方式的跨越式发展,现在正处于由规模化养殖向现代化养殖方式发展的关键时期,养殖设施和设备的工艺水平正在经历从中级阶段向高端发展的阶段。实现生猪养殖业的现代化管理提升生猪养殖业设施设备水平,成为实现生猪养殖业跨越式发展的主要技术手段。
目前,大多数养殖场对设备的理解还是停留在养殖场设备猪栏的阶段,而忽略了猪舍结构和环境控制***的重要性。研究显示,生猪养殖过程中,猪舍建筑结构类型的差异以及舍内环境管理措施影响生猪的生长及产品质量。传统生猪养殖舍很少考虑通风***的设计与布局,以及通风***的设计没有充分的考虑养殖密度等,造成夏天过热,冬天保温与通风产生矛盾,成为我国生猪生产效率不高的关键因素之一。目前现代化猪场夏季主要采用湿帘-风机的纵向通风降温措施,降低夏季高温对猪只的影响;冬季采用横向通风措施,保证猪舍温度的同时保证最低通风,但是猪舍的结构类型和通风***的设计,由于地区气候条件的差异,存在很大的变化,在养殖过程中通风管理没有根据猪舍的结构特点以及养殖密度,造成风机超负荷运行导致能源的浪费。而在冬季供暖方面,通常选择煤炉或火道加热,过度加热导致煤炭浪费并且造成猪舍内空气质量变差。因此,需要根据育成育肥猪不同生长阶段的特点,对猪舍的通风管理、舍内静压控制、夏季降温以及冬季增温进行合理设计,设计合理的猪舍结构,确定适宜的生猪饲养密度,使猪舍内温湿度保持在猪生长繁殖的适宜温度范围,为生猪创造舒适的环境,从而大大提高生产效率,降低资源和能源的消耗。
同时,随着生猪养殖业规模化和集约化的发展,生猪养殖面临减排的压力不断增加。生猪养殖过程中大气污染物主要来自畜禽粪尿、毛皮、饲料等含蛋白质废物厌氧分解产生的氨气、二甲基硫醚、三甲胺和硫化氢等臭味气体。特别是生猪养殖过程中产生大量的污染物(PM10、PM2.5、氨气和臭气)严重影响着养殖场周围的环境状况,同时畜禽舍有害微生物向周围环境扩散,导致养殖场疫病和人畜共患疾病发生的几率不断增加,防疫的难度进一步加大。目前我国的集约化规模猪场,普遍采用机械通风方式,育肥猪舍的清粪方式主要采用水冲圈式,由于清粪周期以及粪便收集设备的差异,造成粪便在猪舍中积累,经过微生物代谢分解后,产生大量的大气污染物,通过机械通风方式排放到大气中,造成环境的污染。污染物的过量排放会影响整个农业生态***的物质循环,引起富营养化和环境酸化,同时污染物特别是氨气以硫酸铵和硝酸铵的形式进入大气中是形成可吸入性颗粒物PM2.5的前体,影响养殖人员和动物的健康。由于我国畜禽生产活动基数数量大、增长快,如果没有相应的减排措施,农业源氨气排放量也会增加较大。因此,控制畜禽养殖过程污染物的排放,对畜禽养殖产业的发展提出新的挑战。目前我国对于控制生猪养殖过程有害气体和微生物的排放缺乏必要的工程手段和技术措施,制约着畜禽养殖业的进一步发展。然而,通过应用畜禽舍废气处理技术,来降低有害气体的排放量,成为改善养殖场周围大气环境质量的一种手段。
由于在生猪养殖过程中降低舍内污染物的浓度减少污染物的排放,可以降低污染物浓度过高对生猪生长的影响,提高生猪产品的质量。同时,对于改善养殖场周围的空气环境质量具有重要意义。目前欧盟已经建立了最佳可行性技术目录,要求在畜禽生产过程中减少大气污染物的排放,一些养殖场采取了相应的污染物减排设备和技术。
2013年7月17日环境保护部发布了《规模畜禽养殖场污染防治最佳可行技术指南(试行)》,来指导畜禽养殖过程中减少污染物的排放。目前我国养殖场空气污染控制方法主要包括:1)物理除臭技术,主要是向粪便或舍内投(铺)放吸附剂减少臭气的散发;2)化学除臭技术,向养殖场区和粪污处理厂(站)投加或喷洒化学除臭剂防止臭气的产生;3)生物除臭技术,即微生物降解技术,利用生长在滤料上的除臭微生物对硫化氢、二氧化硫、氨气以及其他挥发性恶臭物进行降解,包括生物过滤法和生物洗涤法等。在选择减排方法时,国内外通常采用的方法是通常使用饲料添加剂、改善粪便管理、畜禽舍通风结构的优化设计和废气末端处理装置等方式,来减少氨气的排放。但是由于通风***以及粪便管理方式的差异前面涉及的方法很难满足法律规定的排放标准,末端空气生物质处理技术在畜禽养殖过程的重要性日益增加。
国内外也对末端空气处理技术进行了初步研究,大部分集中在畜禽舍生物膜处理和硫酸淋洗技术方面,但是也存在很多问题,就生物膜处理技术而言,由于运行成本、能源使用、水资源消耗较高,以及生物膜吸附稳定性的差异,导致无法大面积得推广应用。而硫酸淋洗技术由于产生二次污染导致在选择该技术时不得不考虑二次污染物的处理,制约了技术的应用。此外,末端看空气处理设备的运行需要结合猪舍的通风***,如果大面积应用该类设备势必将改变畜禽舍的通风结构,这样会进一步增加养殖和设备的维护成本。因此,需要设计一种新型的猪舍,并对通风***进行改进,在改善舍内环境的同时,降低污染物排放。
发明内容
本发明的目的是根据现有猪舍内温度、湿度、通风量数据等环境参数管理上的不足,以及生猪生产过程中氨气、硫化氢、臭气的排放影响养殖场周围的环境质量,提供一种降低污染物排放的猪舍装置,以改善舍内温湿度气候条件,降低舍内污染物的浓度,提高养殖过程舍内环境质量,并减少养殖过程污染物向大气中的排放。
本发明目的实现由以下技术方案完成:
一种降低污染物排放的猪舍建造方法,包括猪舍总体建筑、环境控制***、污染物去除装置;
所述猪舍包括屋顶、两面横向墙体、两面纵向墙体,其中,两面横向墙体,一面安装有湿帘,另一面与污染物去除装置连接,两面纵向墙体上设有门、窗户和通风口,通风口设置在窗户的上部;
所述的环境控制***由夏季降温***、冬季增温***、通风控制***组成;所述夏季降温***采用湿垫风机夏季降温方式,所述冬季增温***,采用水暖风扇和电加热加温器两种方式;所述通风控制***由通风口控制***和风机运行控制***共同组成,由单片机控制器、输入设备和数码显示屏,温度传感器、湿度传感器、通风风机、通风口控制电机组成,通风采用纵向负压通风方式;
所述通风风机选用屋顶式负压排风风机,单台风机额定风量为1700m3/h.台~46750m3/h.台,安装在污染物去除装置的顶部;
所述污染物去除装置与猪舍横向墙体相连,污染物去除装置的顶部设置有通风风机,污染物去除装置由喷淋冲洗装置、生物质吸附过滤挡板和循环水生物处理槽组成,喷淋冲洗装置设置在生物质吸附挡板外表面,生物质吸附过滤挡板与横向墙体呈5~15°的夹角。
所述养殖过程中环境控制指标,其范围根据不同季节不同生长阶段温度控制范围在11.1℃~31.1℃之间,静压控制范围在12.5Pα~31.1Pα之间,舍内通风量控制范围在1700m3/h~102000m3/h之间,选用通风风机的额定风量需要满足1700m3/h.台~46750m3/h.台。
所述的屋顶为双坡式,采用双层夹芯彩钢板材料,内部屋顶铺设铝箔玻璃棉卷毡,墙体采用实心材料。
猪舍内设有圈栏,沿纵墙方向布置成两列,圈栏之间设有围栏,两列围栏之间为粪污收集池,围栏靠近通风口处设置饲养员通道,每个圈栏的门设置在饲养员通道处,在粪污收集池相邻一侧每个圈栏的下部设有鸭嘴式饮水器,与饲养员通道相连的圈栏处设有食槽,每个圈栏靠近食槽处设有可升降式的电加热加温器,在靠近集粪池的上方设有暖风扇。
猪圈地面由饲养员通道向粪污收集池倾斜2~5°,粪污收集池向粪污排出口倾斜2~5°。
所述两面横向墙体,一面安装有湿帘,另一面与污染物去除装置连接,两面纵向墙体上设有2~4扇门,20~24扇玻璃窗户和6~8个通风口,通风口设置在窗户的上部,由通风口自动控制***根据不同生猪养殖阶段和季节条件调节通风口大小实现舍内的通风。
所述舍内建筑包括饲养员通道、圈栏、粪污收集池。饲养员通道建在靠近两面纵向墙体处宽1.0~1.2米,猪舍沿纵向墙体方向设有6~8个圈栏,沿横向墙体方向设有1~2个圈栏,共计设有10~14个圈栏;每个圈栏紧靠饲养员通道长6.0~7.0米、宽5.0~6.0米,粪污收集池建在猪舍正中间间,长40~50米、宽0.8~1.4米、深入地下0.5~0.8米,生猪粪尿进入粪污收集池后通过水冲清粪方式进入地下暗沟流入贮存设施。
所述喷淋冲洗装置由喷头、PPR管路和低压水泵组成,装置采用低压喷淋冲洗方法,低压水泵将加压后的水泵入PPR管管路,然后由喷嘴喷出,淋湿生物质吸附过滤挡板,污染气体在经过吸附挡板时被截留后溶于水,最后流入循环水生物处理槽。
所述的通风口外部设置有挡雨板,所述的通风口由通风窗、挡板、重锤和尼龙绳组成,挡风板由尼龙线连接到钢丝,通过转动钢丝缩短尼龙线关闭挡风板,通过转动钢丝由重锤的重力作用打开挡风板。
所述的污染物去除装置通过横墙分成3个空间,每一个空间设置有侧门,风机设置在污染物去除装置的顶部,猪舍污染物通过风机进入污染物去除挡板,污染物去除挡板为多空吸附挡板,多空吸附挡板与横向墙体的夹角为5~15°。
所述屋顶高度3.6~4.0米,墙体高度2.1~3.0米,横向墙体长度12~15.4米,纵向墙体长度40.0~54.0,屋顶铺设铝箔玻璃棉卷毡,以增强猪舍夏季隔热和冬季散热。
整个猪舍内的环境指标由环境控制***控制,所述环境控制***包括:夏季降温***、冬季增温***、通风口控制***以及风机运行控制***组成。
所述夏季降温***采用湿帘-风机夏季降温方式,***由湿帘、轴流风机、水泵循环供水***与控制装置组成,湿垫和轴流风机分别安装在横向墙体的两端,夏季通风方式选择负压通风;通过控制装置控制循环水泵的开启,为湿垫提供冷水。
所述冬季增温***,采用水暖-风扇和电加热加温器两种方式;所述水暖-风扇***由锅炉、散热器以及风扇组成,水通过加热后通过管道进入散热器对猪舍进行加温,然后启动风扇使热空气在舍内分布均匀。
所述电加热加温器采用红外线灯方式加热方式,该方式主要用于保育、育成初期阶段水暖-风扇加温方式无法满足生猪对温度的需求时,采用的局部加温方式。
所述通风口自动控制***,由通风窗、挡板、重锤和尼龙绳组成,通过调节通风口的大小和变频风机的转速调节舍内的通风量和静压,该通风方式通常应用在冬季生猪养殖期间。
所述污染物去除装置与猪舍横向墙体相连,由喷淋冲洗装置、生物质吸附过滤挡板以及循环水生物处理槽组成。
所述生物质吸附过滤挡板,由粗过滤棉组成,气体经过粗过滤棉后悬浮颗粒物被阻挡,氨气硫化氢等气体经过滤棉时溶解于喷淋水中,流入循环水生物处理槽。
所述循环水生物处理槽,主要由贮水槽和生物膜处理装置组成,贮水槽宽度为0.8~1.0米,长度为14.0~15.0米,深度0.5~0.8米,贮水槽划分成初次沉淀槽、生物膜反应槽和二次沉淀槽,生物膜反应槽中安装生物膜处理装置,二次沉淀池中的水经过沉淀后可实现循环利用。
有益效果:
1、本发明根据育成育肥猪不同生长阶段的特点,对猪舍的通风管理、舍内静压控制、夏季降温以及冬季增温进行合理设计,设计合理的猪舍结构,确定适宜的生猪饲养密度,使猪舍内温湿度保持在猪生长繁殖的适宜温度范围,为生猪创造舒适的环境,从而大大提高生产效率,降低资源和能源的消耗。
2、本发明对通风***进行改进,在改善舍内环境的同时,降低污染物排放。
3、通过总体建筑的设计,主要包括:猪舍通风管理和通风口的设计,猪舍内养殖密度控制在0.5~0.7头/m2之间,氨气浓度控制在0~15mg/m3之间、硫化氢的浓度控制在0~5mg/m3之间、PM10的浓度控制在40~80μg/m3之间、有效提高了舍内空气的质量;
4、通过环境控制***的设计,主要包括:夏季降温、冬季增温以及风机的合理布局,使发明猪舍温度控制范围在11.1℃~31.1℃之间,通风量控制范围在1700m3/h~102000m3/h之间,实现生猪养殖的变温管理和分阶段的通风管理,降低了约10%的能源消耗。
5、通过建立猪舍污染物去除装置,排除猪舍的污染物氨气的去除效率达到90%,PM10的去处效率可达到90%,臭气的去除效率可达到70%;猪舍设置了循环水处理槽,使水资源的利用效率提高了20%。
6、本发明猪舍设计了带有通风口的玻璃窗,通风口作为窗户的一部分设置在玻璃窗的上部,即增加了猪舍内的光照,又减少了施工量,而以往猪舍仅设置了玻璃窗。
附图说明
图1猪舍总体结构图
图2猪舍窗户与进风口
图3猪舍内部结构图
图4污染物去除装置平面图
图5不同生猪体重阶段通风量
图6不同数量风机需满足的额定风量
图7不同通风阶段静压控制数值
图8不同生猪生长阶段温度控制范围
图9为风机的安装位置及通风效果图
1-湿帘;2-横向墙体;3-猪舍门;4-风机;5-侧门1;6-窗户;7-纵向墙体;8-侧门2;9-集水池;10-污染物去除挡板;11-侧门3;12-生物膜处理装置;13-挡雨板;14-钢丝;15-尼龙线;16-重锤;17-风口调节板;18-玻璃窗;19-围栏;20-自动喂料槽;21-电加热加温器;22-饲养员通道;23-刮粪板;24-粪污收集池;25-暖风扇;26-鸭嘴式饮水器;27-维修间;28-横墙;29-喷淋冲洗装置;30-初次沉淀槽;31-生物膜反应槽;32-二次沉淀槽;50-猪舍。
具体实施方式
图1为根据发明研制的猪舍主要部位示意图,在图中,对于相同的构成要素,使用相同的符号进行说明。图中,50表示整个猪舍;符号1是猪舍湿帘降温***,安装在猪舍的横向墙体2上,用于夏季高温时的降温;符号3是饲养员进出猪舍的大门;符号4是猪舍的通风风机,风机安装在污染物去除装置的排风口的末端,净化后的气体通过风机排出舍外;不同生猪体重阶段通风量、不同数量风机需满足的额定风量参数参考图5和图6;符号6是猪舍的窗户,安装在猪舍纵向墙体7上,可调节进风的方向。
图2表示的是整个窗户的构造,窗户的上部是通风口,下部是玻璃窗18,光线可以通过玻璃窗18进入猪舍;在通风口外部安装挡雨板13防止雨天进风时雨水进入猪舍;风口调节板17由尼龙线15连接到钢丝14,根据设定通风量的大小,转动钢丝14缩短尼龙线15关闭风口调节板17,也可以通过转动钢丝14由重锤16通过重力作用打开挡风板,实现通风口大小的调节。
图3表示整个猪舍内部圈栏结构,符号19是养猪猪圈的围栏,符号22是饲养员在猪舍50内活动的作业通道;符号20是自动喂料槽,位置靠近饲养员通道22;符号21为电加热加温器,安装在猪圈中部靠近饲料槽处,每个猪圈安装1个,主要用于秋冬季节饲养保育猪温度较低时开启;符号25为暖风扇,安装在猪舍50的中部,采用水暖,每栋猪舍安装4~6台,整个生长过程舍内静压和温度控制范围参考图7和图8;符号24是粪污收集池,粪尿以及冲洗猪舍的污水通过粪污收集池收集后,通过刮粪板23清出舍外;猪圈地面由饲养员通道22向粪污收集池倾斜2~5°,粪污收集池向粪污排出口倾斜2~5°;符号26为鸭嘴式饮水器,安装在每个圈栏下部靠近粪污收集池一侧。
图4表示污染物去除装置设计与风机***改进安装图,该装置通过横墙28分成3个独立密闭的空间作为维修间27,通过侧门1、侧门2和侧面3,符号分别是5、8和11可以进入对设备进行检修;风机4安装在污染物去除装置的顶部,猪舍污染物通过风机4的负压作用将污染空气吸入污染物去除挡板10,污染物去除挡板10为多空吸附挡板,多空吸附挡板与横向墙体2保持5~15°的夹角,污染空气进入污染物吸附挡板通过喷淋冲洗装置29将污染物溶解于水中,污染物溶于水后流入循环水生物处理槽,依次经过初次沉淀槽30、生物膜反应槽31和二次沉淀槽32,通过生物膜处理装置12对喷淋水进行生物处理和过滤,过滤后的水又进入喷淋冲洗装置29,实现了水资源的循环利用。
图9为风机4的安装位置及通风效果图,本发明的通风风机4由以往的横横向排风改为竖向排风,同时排风风机也更换成竖向排风风机。
实例
一种降低污染物排放的猪舍,猪舍建造为东西走向,坐北朝南,屋顶为双坡式采用双层夹芯彩钢板材料内部屋顶铺设铝箔玻璃棉卷毡,4面墙体采用实心材料,两面横向墙体,一面安装有湿帘,另一面与污染物去除装置连接,两面纵向墙体上设有门、窗户和通风口,通风口设置在窗户的上部,风口可根据舍内温度状况自动调节开口的大小。
猪舍内设有圈栏,沿横向墙体方向布置成两列,圈栏之间设有1米高的围栏,两列围栏之间为粪污收集池,收集的粪便通过刮粪板定期清出猪舍,围栏靠近通风口处设置饲养员通道,每个圈栏的门设置在饲养员通道处,在粪污收集池相邻一侧每个圈栏的下部设有鸭嘴式饮水器26,与饲养员通道22相连的圈栏处设有食槽,每个圈栏靠近食槽处设有可升降式的电加热加温器21,在靠近集粪池的上方设有暖风扇,水通过加热后通过管道进入散热器对猪舍进行加温,然后启动风扇使热空气在舍内分布均匀,实现舍内的加温。
污染物去除装置与猪舍横向墙体相连,由喷淋冲洗装置29、生物质吸附过滤挡板和循环水生物处理槽组成;喷淋冲洗装置29安装在生物质吸附挡板外表面,以便于喷淋冲洗过滤棉上的悬浮颗粒物,并溶解NH3和H2S;生物质吸附过滤挡板的安装位置与山横向墙体2呈5~15°的夹角,以增加空气与挡板的接触面积;循环水生物处理槽建有初次沉淀槽29、生物膜反应槽30和二次沉淀槽31组成,溶于水的NH3、H2S和悬浮颗粒物经过初次沉淀槽沉淀后依次进入生物膜反应槽和二次沉淀槽,完成污水的处理,处理后的污水。
本发明猪舍主要饲养育成育肥猪,饲养密度在0.5~0.7头/m2之间,生猪养殖体重在5kg~110kg之间;生猪从靠近湿帘1的门进入猪舍,生猪达到上市体重,在靠近污染物去除装置的门的方向离开猪舍;养殖模式采用群饲,自由采食和饮水,每日喂料2~3次;养殖过程中产生的粪尿和污水通过缝隙地板在粪污收集池聚集,然后通过刮板将粪尿清出舍外,清粪频率为0.5~1.0次/天。
夏季舍内环境管理,通风采用负压风机纵向通风方式,这个季节通风需满足猪舍最大通风量的要求,安装在纵向墙体上的通风口全部关闭,湿帘1开启;降温方式采用湿帘风机降温,在较高的温度条件下,污染物去除装置顶部的风机全部开启,同时湿帘水泵同时开启,高温空气经过湿帘降温后进入猪舍,降低舍内的温度。
冬季舍内环境管理,通风采用负压风机-通风口侧向通风方式,这个季节通风需满足猪舍最小通风量的需求,湿帘关闭,风机开启1~2台,纵向墙体上的通风口开启30~60度,舍外冷空气通过风口调节板,吹向猪舍的平面吊顶,在吊顶处冷空气均匀扩散分布经过散热器加热后通过风扇在舍内均匀分布,使舍内空气加热。加温方式采用水暖风扇方式,散热器在舍内中心均匀布置3~4处,当该方式无法满足生猪生长对温度的需求时,开启设置在每个圈栏中部的红外线灯加热器,每个圈栏设置1~2处,来提高局部温度,以达到生猪生长的要求。
春秋季节环境管理,通风采用负压风机-通风口侧向通风方式,这个季节通风介于最大通风量和最小通风量之间,湿帘关闭,风机开启3~4台,纵向墙体上的通风口开启达到最大,新鲜空气直接通过通风口进入猪舍。
猪舍粪污收集池内的粪污在积累和清理过程中,以及生猪饲喂过程中,产生的污染物,如:NH3、H2S以及PM10等,在不同季节养殖管理过程中通过通风***排除舍外。污染物通过通风***进入污染物去除装置中的生物质吸附过滤挡板,然后喷淋冲洗装置将污染物溶解于水中,进而去除空气中的污染物,污染物溶于水后流入循环水生物处理槽,通过生物膜处理装置对喷淋水进行生物处理和过滤,对溶于水的NH4 +和吸附有臭气的颗粒进行生物处理,将其转换成N2。经过循环水生物处理槽过滤的水又进入喷淋冲洗装置***,实现了水资源的循环利用。
本发明污染物去除猪舍中,排除猪舍的污染物氨气的去除效率达到90%,PM10的去处效率可达到90%,臭气的去除效率可达到70%;猪舍设置了循环水处理槽,使水资源的利用效率提高了20%;该发明猪舍温度控制范围在11.1℃~31.1℃之间,通风量控制范围在1700m3/h~102000m3/h之间,实现生猪养殖的变温管理和分阶段的通风管理,降低了约10%的能源消耗。