發(fā)展智能高效筒倉式發(fā)酵裝備促進(jìn)畜禽糞便資源化利用

劉玉濤 魏湖濱 張璐 錢生越

畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，也是保供給、惠民生的大產(chǎn)業(yè)。近年來，我國畜牧業(yè)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，規(guī)?；B(yǎng)殖水平顯著提高，對促進(jìn)我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大現(xiàn)實(shí)意義[1]。但大量養(yǎng)殖廢棄物沒有得到有效處理和利用，成為農(nóng)村環(huán)境治理的一大難題，嚴(yán)重威脅居民的生活環(huán)境和身體健康；因而，抓好畜禽糞便資源化利用，關(guān)系農(nóng)村居住環(huán)境的改善，關(guān)系農(nóng)民美好生活的實(shí)現(xiàn)和小康社會的全面建成，是促進(jìn)畜牧業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要舉措，尋找畜禽糞便高效資源化利用途徑勢在必行。

1 畜禽糞便處置不當(dāng)嚴(yán)重影響農(nóng)村環(huán)境和居民生活質(zhì)量

國家統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，自2006 年以來，我國畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖發(fā)展較快，牛、羊、豬的存欄量穩(wěn)步提升。詳見表1。目前，畜禽糞便日排放量已達(dá)700 萬t，年產(chǎn)量約24 億t，糞、尿產(chǎn)生量分別為16 億t 和8億t[2]。畜禽糞便處理不當(dāng)已對生態(tài)環(huán)境及居民生活質(zhì)量造成不良影響，亟需加快畜禽糞便高效快速資源化利用步伐，以保障畜牧業(yè)的穩(wěn)步健康發(fā)展。

畜禽糞便處置不當(dāng)對環(huán)境和居民的生活質(zhì)量造成嚴(yán)重影響主要表現(xiàn)為[3]：

1）畜禽糞便中的惡臭氣體種類繁多[4]，會影響動物和人呼吸系統(tǒng)的正常生理功能，嚴(yán)重的會引起呼吸道疾病[5]。Avery 等研究表明，帶有惡臭味的氣體能影響人的黏膜免疫功能，降低唾液中的免疫球蛋白A 的分泌效率和含量[6]。

2）糞便中的氮磷污染量超過工業(yè)排污中的含量，是造成水體富營養(yǎng)化的重要因素之一，嚴(yán)重破壞生態(tài)平衡，影響生物的多樣性。Edwards等研究表明，糞便隨雨水流失的懸浮固體比無機(jī)肥料高[7]。

3）畜禽糞便中含有大量的病原菌、寄生蟲等有害生物。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，1 mL 畜禽糞便中含有33×104個大腸桿菌和69×104個大腸球菌，1 000 mL沉淀池污水中含有190多個蛔蟲卵和100多個線蟲卵[8]，且多數(shù)致病微生物及寄生蟲卵在未經(jīng)處理的畜禽糞便中可長期生存。如：在自然堆肥條件下，大腸桿菌需要2～3 個月才可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，沙門氏菌需要4～5 個月才可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而蛔蟲卵死亡率達(dá)到90%則需要10 個月[9]。當(dāng)含有致病微生物的糞便施于土壤后會造成蔬菜污染，并通過食物鏈威脅人類健康，甚至可能引發(fā)嚴(yán)重疾病[10]。因而，畜禽糞便如得不到妥善處理，不僅會直接威脅畜禽自身的健康，降低畜禽養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益，而且會威脅人類健康，引發(fā)重大公共衛(wèi)生事件。

2 畜禽糞便資源化利用途徑

2.1 畜禽糞便資源化利用技術(shù)

對畜禽糞便進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒o害化處理可以降低或避免糞便對環(huán)境的污染以及對農(nóng)作物和人畜的危害。目前，常用的糞便處理方式主要有飼料化、肥料化以及能源化利用[4]。

1）飼料化利用。因畜禽糞便含有病原菌等有害物質(zhì)，飼料化利用會對動物造成危害。

2）能源化利用。因生物氣產(chǎn)量受氣候影響較大且存在沼液無法處置等問題，該利用方式無法大規(guī)模推廣和應(yīng)用。

表1 我國牲畜(牛、豬、羊)飼養(yǎng)量及其糞便排放量

3）肥料化利用。肥料化利用是畜禽糞便資源化利用的主要途徑之一，生產(chǎn)工藝流程見圖1。該技術(shù)具有高溫殺滅病原菌等有害物、減量化效果顯著，堆肥發(fā)酵后臭味物質(zhì)大幅減少、物料性質(zhì)穩(wěn)定，以及可直接還田為作物提供營養(yǎng)和有益微生物等優(yōu)點(diǎn)[11]。

圖1 堆肥發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程

2.2 肥料化利用方式

肥料化利用目前主要有翻拋條垛式、通風(fēng)靜態(tài)垛式、槽式以及密閉容器式等不同的發(fā)酵堆肥方式。

1）翻拋條垛式堆肥。該方式工藝簡單、投資少[12]，是一種成熟的堆肥工藝，在我國中部地區(qū)應(yīng)用較廣。但存在如下缺點(diǎn)：一是占用的場地比較大，且需要對地面進(jìn)行固化；二是堆肥周期長，增加了對土地的占用時間，影響土地的使用效率[13]；三是發(fā)酵期間產(chǎn)生的臭氣無法控制，且發(fā)酵時間受天氣條件的影響較大。

2）通風(fēng)靜態(tài)堆肥。該方式雖具有占地面積小、溫度可控性強(qiáng)、堆肥周期短等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著通風(fēng)管道容易被腐蝕堵塞、通風(fēng)量不好控制、腐熟程度不均勻和臭味不易控制等問題。

3）槽式堆肥。該方式受天氣影響較小，糞便處理量大，物料腐熟徹底，產(chǎn)品品質(zhì)高，二次污染小。不足之處在于設(shè)備投資成本高、土地占用量大、攪拌裝置容易受到物料腐蝕以及作業(yè)區(qū)臭氣較重。

4）密閉容器式堆肥。相較于條垛式和槽式堆肥方式存在的占地面積大、臭味大、除臭成本高等問題，密閉容器式堆肥整個反應(yīng)過程自動化程度高，具有土地占用量小、發(fā)酵時間短、受天氣影響小以及臭味可控等優(yōu)點(diǎn)，因而受到廣泛關(guān)注。

根據(jù)密閉容器的不同，密閉容器式堆肥可分為筒倉式、塔式、滾筒式及隧道窯式堆肥4 種形式。不同形式的密閉容器式堆肥工藝見表2。從表2 可以看出，筒倉式堆肥兼具處理量較大、進(jìn)料連續(xù)、成肥時間短以及成肥的質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，適用于集約化和規(guī)?；B(yǎng)殖，發(fā)展前景較好。

3 智能高效畜禽糞便資源化利用裝備集成創(chuàng)新探析

隨著“一項(xiàng)行動、兩大工程”的有序推進(jìn)，江蘇省畜牧機(jī)械化發(fā)展水平穩(wěn)步提升。2017 年江蘇畜牧業(yè)機(jī)械化水平已達(dá)到51.7%，但仍然存在機(jī)械化發(fā)展不平衡的問題。從整體上看，飼料收獲、飼喂、飲水、擠奶等環(huán)節(jié)機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展較快，而畜禽糞便處理等環(huán)節(jié)技術(shù)能力較為薄弱[14]。國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，肥料化利用是農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的最主要方式，也是農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的基本保障[15]。但江蘇目前的大型畜牧機(jī)械生產(chǎn)廠家較少，畜禽糞便處理裝備科技含量不高，特別是處理工藝與裝備之間融合度不高，導(dǎo)致多數(shù)成套畜牧機(jī)械設(shè)備主要依賴進(jìn)口或從其他省份引進(jìn)，嚴(yán)重制約了江蘇省畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。近年來，安徽、湖北、內(nèi)蒙、河南、浙江以及廣東等地加大了對畜牧業(yè)機(jī)械化的投入力度，一批較為成熟的畜牧業(yè)機(jī)械得到了推廣應(yīng)用[14]。因而，為了打通規(guī)模化養(yǎng)殖畜禽糞便資源化利用“最后一公里”的技術(shù)路徑，解決環(huán)境污染、疫病傳播等制約畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的難題，發(fā)展筒倉式資源化利用裝備及技術(shù)顯得尤為必要。

表2 密閉容器式堆肥工藝對比

4 結(jié)語

開展筒倉式發(fā)酵裝備的智能化檢測與控制、發(fā)酵工藝優(yōu)化與裝備改造以及通風(fēng)、發(fā)酵、除臭系統(tǒng)的耦合與整體優(yōu)化等方面的技術(shù)集成創(chuàng)新，從而降低發(fā)酵裝備的運(yùn)行成本，提高臭氣的去除效率，將極大地助推江蘇省畜牧業(yè)的發(fā)展。