規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污處理新技術(shù)—密閉式堆肥反應(yīng)器

文│林昌源（北京沃土天地生物科技有限公司）

我國是世界上的養(yǎng)豬大國，世界上1/2的存欄豬在中國飼養(yǎng)，隨著養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)化的興起，規(guī)模化養(yǎng)豬場越來越多，也越來越大，隨之而來的是環(huán)境問題。以有機(jī)氮為例，化肥污染占40%，而禽畜糞便污染占35%，禽畜糞便成為環(huán)境非點源污染的主要污染源之一。豬糞便排放對環(huán)境造成巨大的污染，也是對資源的巨大浪費。如果能夠?qū)⑷晟a(chǎn)的4億噸豬糞尿充分利用起來，按正常施肥量可解決全國1/10的農(nóng)田用肥，對增加我國種植業(yè)的施肥量及減少化肥的用量將有很大的影響。化肥施用量過大，不僅對土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)有破壞作用，而且也是一種地面水污染源。因此，規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污處理成為熱點研究問題。

目前，堆肥方式由于具有投資小、運行成本低、資源循環(huán)利用等優(yōu)點，已成為畜禽糞便處理的有效途徑之一，在全球范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，土地資源日益緊缺，居民環(huán)保要求和環(huán)保意識逐漸加強(qiáng)，現(xiàn)有堆肥工藝和裝備的弊端也逐步顯現(xiàn)：堆肥周期長（通常為25～40天甚至更長）導(dǎo)致溫室氣體等排放量加大、工藝結(jié)構(gòu)的平面布局導(dǎo)致占地面地加大、半開放式生產(chǎn)工藝導(dǎo)致堆肥過程控制能力減弱，臭味物質(zhì)易擴(kuò)散造成了環(huán)境二次污染。因此，畜禽養(yǎng)殖堆肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟須一種堆肥周期短、排放少、臭氣易于收集控制的密閉式堆肥發(fā)酵裝置和技術(shù)。

一、堆肥工藝比選

目前常用的堆肥系統(tǒng)有很多種，按照有無發(fā)酵裝置可分為：開放式堆肥系統(tǒng)和發(fā)酵倉堆肥系統(tǒng)。開放式堆肥系統(tǒng)包括被動通風(fēng)條垛式堆肥、條垛式堆肥、強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛堆肥系統(tǒng)；而發(fā)酵倉堆肥系統(tǒng)包括攪動固定床式、包裹倉式、旋轉(zhuǎn)倉式和分隔式等。按反應(yīng)器的應(yīng)用又可以分為非反應(yīng)器系統(tǒng)（多應(yīng)用于條垛翻堆系統(tǒng)）和反應(yīng)器/容器堆肥系統(tǒng)（多應(yīng)用與強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)）。研究表明，不同的堆肥方式對于堆肥過程有不同的影響，開放式堆肥的氮素?fù)p失要高于密閉式堆肥，氮素?fù)p失分別為40%和27.3%。

目前常用的高溫好氧發(fā)酵工藝主要有：條垛式、槽式、密閉式。三種高溫好氧發(fā)酵工藝比較，見表1。

通過工藝比較，密閉式反應(yīng)器占地面積小，僅為槽式發(fā)酵的20%～25%，處理周期短，可減少物料存放時間。由于其一體式的設(shè)計，大大降低設(shè)備維護(hù)難度及人員配置，臭味也能得到很好的控制，同時還具有操作簡便、處理費用低的優(yōu)勢。

二、Compo S-90ET工藝流程

本文介紹的Compo S-90ET是日本中部ECOTEC株式會社研發(fā)的密閉式堆肥反應(yīng)器。“Compo 系列”設(shè)備處理效果好，不造成二次污染，占地面積小，操作和使用方便，使用壽命長等優(yōu)點，在日本得到很多客戶的好評，已經(jīng)有3000多臺的銷售業(yè)績。

1.堆肥原理。堆肥發(fā)酵過程是在微生物的分解作用下使有機(jī)物料變成CO2和小分子的有機(jī)化合物（有機(jī)質(zhì)），實現(xiàn)有機(jī)物料的降解，是一個減量化、穩(wěn)定化的過程。同時發(fā)酵物料也聚集大量的熱使堆體的溫度達(dá)到55℃以上，并且持續(xù)一段時間，對病原菌和雜草種子等有殺滅作用，實現(xiàn)有機(jī)物料無害化的過程，將畜禽糞便轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料，真正實現(xiàn)有機(jī)廢棄物的資源化利用。

◎圖1 COMPO堆肥工藝流程圖

2.Compo堆肥工藝流程（圖1）。Compo堆肥工藝是根據(jù)堆肥發(fā)酵原理，采用密閉式反應(yīng)器來完成好氧發(fā)酵過程。新鮮豬糞（含水率70%～80%）從養(yǎng)殖場收集后，不需添加輔料和菌劑，直接加入反應(yīng)器中進(jìn)行好氧發(fā)酵，發(fā)酵時的溫度可達(dá)到70～80℃，可以保證殺死各種病原菌和雜草的種子等。在此過程中，開動鼓風(fēng)機(jī)補(bǔ)充新鮮空氣，并通過攪拌使物料混勻和分散，經(jīng)過7～12天的周期，水分下降到30%以下，物料完成腐熟，經(jīng)過篩分包裝后即可作為商品有機(jī)肥出售。由于反應(yīng)器是密封的，臭氣不會外泄，通過風(fēng)管收集后的臭氣經(jīng)過生物濾池處理，最終達(dá)標(biāo)排放。

三、Compo S-90ET設(shè)備

1.結(jié)構(gòu)特點。Compo S-90ET是一種立式密閉式反應(yīng)器，主體為一個從頂部進(jìn)料底部卸出堆肥的筒倉，每天都由一臺旋轉(zhuǎn)鉆在筒倉的上部混合堆肥原料、從底部取出堆肥。內(nèi)部有可以輸送空氣和進(jìn)行攪拌的葉片，通風(fēng)系統(tǒng)使空氣從筒倉的底部通過堆料，在筒倉的上部收集和處理廢氣。這種反應(yīng)器的堆肥周期為7～12天，每天取出堆肥的體積或重新裝入原料的體積約是筒倉體積的1/10。由于原料在筒倉中垂直堆放，因而這種系統(tǒng)使堆肥的占地面積很小。

2.技術(shù)特點。密閉式堆肥技術(shù)模式，需根據(jù)原料的水分和熱值，調(diào)節(jié)原料的進(jìn)料量，無論是高水分還是低水分的原料，可以做到不用添加輔料或循環(huán)堆肥，就可以進(jìn)行高溫好氧發(fā)酵處理，解決了現(xiàn)行堆肥系統(tǒng)對輔料的依賴。

利用Compo內(nèi)部的種堆肥在發(fā)酵槽內(nèi)自動攪拌混合，并進(jìn)行水分調(diào)節(jié)，達(dá)到發(fā)酵處理的目的。原料水分含量太高（85%以上），需要的種堆肥量就越多，有機(jī)廢棄物的可處理量減少。

3.設(shè)備優(yōu)點。

（1）因密封處理，熱量損失少，發(fā)酵時間短（7～12天）。

（2）處理效果好，經(jīng)發(fā)酵處理后，可生產(chǎn)出安全優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

（3）發(fā)酵槽與機(jī)動室分開，耐久性能良好（25～30年）。

（4）密閉式罐體，集中排氣收集，除臭效率高。

（5）設(shè)備帶有屋頂，可安裝在室外，節(jié)省建設(shè)廠房的成本。

（6）設(shè)備安裝需要面積少（56平方米/臺），擴(kuò)大規(guī)模方便。

（7）管理和操作方便，10臺設(shè)備只需要2名工作人員，可節(jié)省人工費。

（8）同年處理能力穩(wěn)定。

四、經(jīng)濟(jì)預(yù)算

以萬頭豬場為例，采用Compo S-90ET密閉式堆肥反應(yīng)器，占地面積僅需56平方米，主要投資為設(shè)備費，實際使用壽命在25年以上，設(shè)備折舊費支付完以后，就可以有可觀的收入。

1.基礎(chǔ)參數(shù)。

表1 三種高溫好氧發(fā)酵工藝的比較表

（1）萬頭豬場豬糞產(chǎn)量：10噸/日，含水率70%。

（2）CompoS-90ET處理能力：10噸/日/臺。

（3）有機(jī)肥產(chǎn)量：2.5噸/日，含水率＜30%。

（3）CompoS-90ET價格：280萬元/臺。

（4）有機(jī)肥的銷售價格：800元/噸。

（5）電費：0.8元/度

（6）設(shè)備折舊：五年

2.第1～5年每年的經(jīng)濟(jì)預(yù)算。設(shè)備的折舊費為56萬元/年，所需電費17.28萬元/年，人工費3.6萬元/年，設(shè)備維護(hù)2萬元/年，合計5年內(nèi)每年的運行成本需要78.88萬元。每年有機(jī)肥產(chǎn)量約1400噸，銷售收入為112萬元/年，5年內(nèi)每年年利潤可達(dá)33.12萬元。

3.第6年起每年的經(jīng)濟(jì)預(yù)算。設(shè)備的實際使用壽命為25年以上，第六年開始，設(shè)備的折舊費為零，所需電費17.28萬元/年，人工費3.6萬元/年，設(shè)備維護(hù)5.4萬元/年。合計第6年起每年的運行成本需要26.28萬元/年。每年有機(jī)肥產(chǎn)量約1400噸，銷售收入為112萬元/年，則從第六年開始年利潤可達(dá)85.72萬元。

五、應(yīng)用前景

Compo密閉式堆肥反應(yīng)器自動化程度高，占地小，節(jié)省人工和土地70%以上，可實現(xiàn)豬糞的就近及時無害化處理，使堆肥區(qū)達(dá)到環(huán)保要求，利于改善養(yǎng)豬場生產(chǎn)環(huán)境，同時為種植業(yè)提供優(yōu)質(zhì)低成本的有機(jī)肥料。與已有堆肥工藝及設(shè)備相比，該技術(shù)模式及設(shè)備具有可戶外布置、占地面積小、處理時間短、效率高、無臭味、環(huán)境負(fù)面影響小、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點，代表著堆肥工藝未來發(fā)展的趨勢，具有廣闊的市場需求和良好的應(yīng)用前景。目前在國內(nèi)多個省份均有實際案例。