淺談現(xiàn)代畜禽糞污好氧資源化處置技術(shù)

李 楨，周海龍，唐翀鵬

（中工環(huán)境科技有限公司，北京 100080）

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“十三五”期間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)知，全國(guó)約有40%的畜禽糞污未能實(shí)現(xiàn)合理有效的利用[1]，尤其是農(nóng)村的傳統(tǒng)種植業(yè)，由于在農(nóng)藥及肥料上使用不合理、糞污消納能力低，對(duì)土壤、水體造成一定污染，進(jìn)一步增加了農(nóng)村的環(huán)保壓力[2]。因此，對(duì)養(yǎng)殖業(yè)污染物進(jìn)行有效處理與資源化利用對(duì)于保障環(huán)境安全具有重要意義。但畜禽糞污處理作為養(yǎng)殖過程中的一項(xiàng)高成本工程，長(zhǎng)期以來被養(yǎng)殖戶忽視。

目前，處理畜禽糞污的主流工藝為厭氧產(chǎn)沼氣+固液分離+有機(jī)肥生產(chǎn)和直接好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥2 種工藝。對(duì)于沼氣有明確銷路或可發(fā)電上網(wǎng)、末端沼液不需要做污水處理、可以直接還田的項(xiàng)目，一般選用厭氧產(chǎn)沼氣+固液分離+有機(jī)肥生產(chǎn)的工藝；而對(duì)于沼氣沒有明確利用途徑和銷售出路，沼液不能還田、需要做污水處理的項(xiàng)目，一般選用直接好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥的工藝。

1 好氧處理工藝種類

按照現(xiàn)代好氧發(fā)酵工藝（堆肥）的復(fù)雜程度，可將技術(shù)工藝分為靜態(tài)條垛式堆肥系統(tǒng)、槽式翻拋堆肥系統(tǒng)、罐式發(fā)酵系統(tǒng)。

1.1 靜態(tài)條垛式工藝

靜態(tài)條垛式堆肥是一種最簡(jiǎn)單、最古老的堆肥方法，它將堆料以條垛式堆放在露天或框架下，在有氧條件下進(jìn)行發(fā)酵。條垛的斷面形狀各有差異，如梯形、三角形等。條垛式堆肥的通風(fēng)供氧是通過定期翻堆來實(shí)現(xiàn)的，發(fā)酵周期通常為30～90 d。

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)便，成本較低；易于干燥，堆肥產(chǎn)品質(zhì)量高、穩(wěn)定性好等；缺點(diǎn)是占地面積大，堆腐周期長(zhǎng)，需要大量的翻堆機(jī)械和人力，檢測(cè)頻繁，易有惡臭，受氣候影響大等。

1.2 槽式翻拋堆肥工藝

英國(guó)人Epstein 在靜態(tài)條垛式堆肥系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入強(qiáng)制翻拋及通風(fēng)裝置，而成為強(qiáng)制通風(fēng)堆肥系統(tǒng)，該系統(tǒng)能更有效減少熱量散失，增加高溫持續(xù)時(shí)間[3]。它與條垛式系統(tǒng)的不同在于堆肥過程中通過鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制向堆體供氧，并間歇式通過機(jī)械設(shè)備翻拋，此系統(tǒng)在堆體下部設(shè)計(jì)一些通風(fēng)管路，與鼓風(fēng)機(jī)相連。此外，堆體應(yīng)在結(jié)實(shí)防滲的地面上進(jìn)行，防止?jié)B液對(duì)土壤的污染。

該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是占地面積相比靜態(tài)條垛式發(fā)酵系統(tǒng)??；成本相對(duì)低，該系統(tǒng)具有溫度控制與通風(fēng)控制等；堆腐周期相對(duì)較短，一般為14～21 d；產(chǎn)品穩(wěn)定性好，能及時(shí)殺滅病原菌；缺點(diǎn)是發(fā)酵過程易受環(huán)境條件的影響。

1.3 罐式發(fā)酵工藝

罐式發(fā)酵工藝技術(shù)最早起源于日本畜禽糞污處理領(lǐng)域，設(shè)備內(nèi)部有可以輸送空氣和進(jìn)行攪拌的葉片[4]。在好氧條件下，通過好氧菌的作用，分解有機(jī)廢棄物，又可以蒸發(fā)掉廢棄物中的水分，使有機(jī)廢棄物變?yōu)閮?yōu)質(zhì)有機(jī)肥。發(fā)酵處理后有機(jī)肥的水分可達(dá)到30%～45%。發(fā)酵時(shí)的溫度甚至可達(dá)到50℃～70℃，可以保證殺死各種病原菌和雜草的種子等，可生產(chǎn)出安全的有機(jī)肥。

該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)建設(shè)周期短、發(fā)酵快，最短堆肥周期可至5～12 d；臭氣量少、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行操作便捷，可根據(jù)規(guī)模實(shí)現(xiàn)靈活組合式安裝，占地面積小，可節(jié)省廠房建設(shè)投資；缺點(diǎn)是系統(tǒng)單位投資較上述2種工藝高，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，對(duì)操作和維修人員有較高水平要求。

2 好氧工藝系統(tǒng)的比選案例

由于不同畜禽糞污處置項(xiàng)目的規(guī)模、糞污形態(tài)、可用土地面積等條件不同，其所適用的好氧發(fā)酵工藝也不同，下面將以某規(guī)模蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)的雞糞處置項(xiàng)目為例，對(duì)于上述工藝系統(tǒng)進(jìn)行比選論證，并為同類項(xiàng)目的工藝選擇提供參考價(jià)值。

案例項(xiàng)目是在四川某蛋雞場(chǎng)內(nèi)的雞舍外圍墻與邊坡間新建好氧發(fā)酵罐設(shè)施。隨著環(huán)保升級(jí)，對(duì)環(huán)保要求較高，雞糞處理過程中不允許有臭氣外溢，以免影響周邊環(huán)境；同時(shí)，為充分保障生物安全性，養(yǎng)殖場(chǎng)不允許在好氧發(fā)酵系統(tǒng)過程中添加外來輔料。

結(jié)合本項(xiàng)目的基本條件，從場(chǎng)地情況、環(huán)保要求、防疫風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)4個(gè)方面進(jìn)行論證。

2.1 場(chǎng)地限制

本項(xiàng)目雞糞處理量為321.6 t/d（含水率75%），但可用地面積僅為8 000 m2，平均場(chǎng)地寬度僅為12 m，因此場(chǎng)地寬度及面積均受限。故在系統(tǒng)選擇過程中需要對(duì)占地面積著重考量。

根據(jù)靜態(tài)條垛式系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，選擇尺寸為底寬3～5 m、高2～3 m 的垛型，發(fā)酵周期按照60～90 d 計(jì)算，總發(fā)酵物料堆積量在2×104t以上，占地面積約需要20 000 m2以上，在不考慮雞糞收集與裝車等用地需求下，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出可用地面積，因此無法滿足本項(xiàng)目的用地需求。

根據(jù)槽式翻拋堆肥系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)酵周期按20 d 計(jì)算，一個(gè)發(fā)酵周期需要發(fā)酵物料10 200 t，翻拋高度按1.5 m 計(jì)算，車間面積需要11 333 m2，無法滿足本項(xiàng)目的用地需求。

根據(jù)罐式好氧發(fā)酵工藝系統(tǒng)的常用選型，該規(guī)模下的上料混料系統(tǒng)和好氧發(fā)酵系統(tǒng)占地面積約1 656 m2，裝車系統(tǒng)占地面積300 m2，除臭系統(tǒng)占地面積約500 m2，可以滿足罐式好氧發(fā)酵工藝生產(chǎn)的需要，比槽式好氧發(fā)酵工藝節(jié)省占地面積8 877 m2。

2.2 環(huán)保要求

靜態(tài)條垛式系統(tǒng)和槽式翻拋堆肥系統(tǒng)由于占地面積大，在好氧發(fā)酵的過程中臭氣擴(kuò)散面積大，相對(duì)于罐式密閉發(fā)酵系統(tǒng)收集成本及處理成本更高。

本項(xiàng)目若采用槽式翻拋堆肥系統(tǒng)占地面積約11 333 m2，車間高度6 m，總?cè)莘e約8×104m3，1 h 換氣次數(shù)按最低5 次計(jì)算，除臭風(fēng)量為40×104m3。

本項(xiàng)目若采用罐式好氧發(fā)酵系統(tǒng)，除臭系統(tǒng)總風(fēng)量約8×104m3，比槽式翻拋堆肥系統(tǒng)除臭風(fēng)量少32×104m3。

因此，除臭系統(tǒng)環(huán)保效果若達(dá)到環(huán)保要求，槽式翻拋堆肥系統(tǒng)除臭系統(tǒng)投資較罐式發(fā)酵投資更高。

2.3 防疫風(fēng)險(xiǎn)

集約式養(yǎng)雞場(chǎng)能夠保持持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，主要是基于對(duì)生物防疫的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，因此，該蛋雞場(chǎng)為杜絕外界病原微生物進(jìn)入廠區(qū)，避免可能對(duì)蛋雞造成的各種疾病影響，要求在雞糞好氧發(fā)酵系統(tǒng)中禁止添加輔料。

槽式好氧翻拋工藝和靜態(tài)條垛式堆肥工藝要求物料自身有一定的透氣性，需要添加外來輔料對(duì)調(diào)配雞糞含水率，因此不能滿足蛋雞場(chǎng)提出的好氧發(fā)酵過程不添加輔料的要求。

罐式發(fā)酵系統(tǒng)由于單位曝氣量高、占地面積小的原因，可設(shè)計(jì)較為充足的發(fā)酵空間，并設(shè)置大量的返料進(jìn)行混合。因此罐式發(fā)酵系統(tǒng)可以在不添加輔料的條件下運(yùn)行，符合蛋雞場(chǎng)養(yǎng)殖要求。

2.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較

雞糞直接好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥的工藝主要有靜態(tài)條垛式堆肥系統(tǒng)、槽式翻拋堆肥系統(tǒng)、罐式發(fā)酵系統(tǒng)。好氧發(fā)酵技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較詳見表1。

綜上所述，由于本項(xiàng)目場(chǎng)地限制、環(huán)保要求、防疫風(fēng)險(xiǎn)等要求，因此推薦采用占地面積小、臭氣量小、不添加輔料的罐式發(fā)酵系統(tǒng)。同時(shí)，與靜態(tài)條垛式堆肥系統(tǒng)及槽式翻拋堆肥系統(tǒng)相比，罐式發(fā)酵系統(tǒng)還具備機(jī)械程度高、發(fā)酵周期短、運(yùn)行自動(dòng)化程度高、運(yùn)行成本合理、建設(shè)周期短等優(yōu)勢(shì)。

3 罐式發(fā)酵設(shè)備對(duì)比分析

目前，市面上罐式好氧發(fā)酵設(shè)備根據(jù)曝氣方式的不同，分為傳統(tǒng)機(jī)械攪拌曝氣式和高壓多層曝氣式。

3.1 傳統(tǒng)機(jī)械攪拌曝氣式

傳統(tǒng)機(jī)械攪拌曝氣式設(shè)備為了使發(fā)酵罐體內(nèi)的物料充分發(fā)酵，需要攪拌系統(tǒng)以保證罐體內(nèi)物料中好氧微生物均勻得到氧氣的供應(yīng)，保持良好的發(fā)酵狀態(tài)，避免局部物料中微生物因得不到足夠的氧而形成厭氧發(fā)酵。

除此之外，由于傳統(tǒng)機(jī)械攪拌好氧發(fā)酵對(duì)罐內(nèi)物料的含水率要求，導(dǎo)致好氧發(fā)酵罐內(nèi)機(jī)械攪拌扭矩較大，同時(shí)機(jī)械攪拌器又是好氧發(fā)酵的核心部件，因此該類設(shè)備很難保證全年連續(xù)運(yùn)行，一旦機(jī)械損壞，需要維修更換，生產(chǎn)時(shí)間最少耽擱1～2周。

3.2 高壓多層曝氣式

高壓多層曝氣好氧發(fā)酵罐則采用恒定的曝氣壓力，通過對(duì)物料進(jìn)行全方位、多角度、分時(shí)序曝氣，使好氧反應(yīng)器最高發(fā)酵溫度在55℃以上。通過監(jiān)測(cè)反應(yīng)器運(yùn)行的溫度、氣壓、氧氣含量等數(shù)據(jù)，以及自控程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過程比較精準(zhǔn)地控制。

但由于罐體設(shè)備采用無機(jī)械式動(dòng)力攪拌，因此在曝氣設(shè)備選型上需要選取更大功率和更大風(fēng)量的設(shè)備，以保證物料在罐體內(nèi)能夠保持穩(wěn)定的流態(tài)并保證充足的氣體擴(kuò)散。因此，罐體配套風(fēng)機(jī)投資高于傳統(tǒng)機(jī)械攪拌曝氣式。同時(shí)由于其不受機(jī)械攪拌槳的尺寸制約，罐體容量可進(jìn)行擴(kuò)大，因此更加節(jié)省系統(tǒng)占地。

綜上所述，考慮保證本項(xiàng)目常年穩(wěn)定運(yùn)行，結(jié)合本項(xiàng)目場(chǎng)地限制、環(huán)保等級(jí)、防疫風(fēng)險(xiǎn)等要求，為降低工程總投資及運(yùn)行成本、減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度角度出發(fā)，推薦采用設(shè)備穩(wěn)定性強(qiáng)的高壓多層曝氣好氧發(fā)酵罐。

4 結(jié)語

現(xiàn)代好氧發(fā)酵技術(shù)工藝主要有靜態(tài)條垛式、槽式翻拋式、罐式發(fā)酵3種，由于靜態(tài)條垛式系統(tǒng)與槽式翻拋系統(tǒng)占地面積大、臭氣控制難度高等問題，在土地稀缺、人口密集的地區(qū)面臨更大的環(huán)保壓力與設(shè)計(jì)建設(shè)難度，存在一定的局限性。而罐式發(fā)酵作為近年來快速發(fā)展的新興工藝技術(shù)，在滿足畜禽糞污快速制肥的同時(shí)，具有占地面積小、臭氣控制好、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)高等特點(diǎn)，因此可以標(biāo)準(zhǔn)配套環(huán)保設(shè)施，植入集約化、自動(dòng)化養(yǎng)殖場(chǎng)的設(shè)計(jì)建設(shè)中，具有良好的示范意義。

除此之外，傳統(tǒng)養(yǎng)殖場(chǎng)在選擇糞污處置工藝時(shí)，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地條件、環(huán)保要求、防疫控制以及投資估算，因地制宜地選擇經(jīng)濟(jì)、高效的資源化處置技術(shù)。