畜禽糞便無害化處理設備的研究

祁 玲

（山西省農業機械發展中心農機研發部，山西太原 030006）

0 引言

畜牧業是農業的重要組成部分。隨著我國經濟持續穩定增長和收入水平的不斷提高，消費能力也在不斷增強，人們對畜產品的需求快速增長，推動我國畜牧業總產值持續上升，現階段已經形成較為完善的產業鏈和較為充足的供應能力，并成為與種植業并列的農業兩大支柱產業之一。根據新思界產業研究中心發布的《2019—2023年中國畜牧業行業發展前景及投資風險規避建議報告》顯示，2017年，我國畜牧業總產值達到32 376萬億元，同比增長2.1%，在農業總產值中占比接近30.0%。畜牧業的快速發展，滿足了全社會不斷增長的畜產品需求，同時也產生了大量的畜禽糞便。

目前，畜禽糞便排放已經成為農業的首要污染源，全國每年產生的畜禽糞污總量達到近40×108t，畜禽養殖業排放物化學需氧量達到1 268×104t，占農業源排放總量的96%。畜禽糞便對環境的影響主要體現在糞便堆積產生的有害氣體會污染空氣；糞便污水流入地表水會導致水體富營養化，滲入地下會造成地下水硝酸鹽、亞硝酸鹽含量過高，惡化水質，危害人類健康；當進入土壤的糞便及其分解產物或攜帶的污染物質超過土壤本身的凈化能力時，會引起土壤組成性狀的改變，破壞土壤原有功能，因此畜禽糞便無害化處理迫在眉睫。

傳統農業中因畜禽糞便含有豐富的植物生長所需的營養元素和有機物質，一直被當作“莊稼寶”，作為肥料被廣泛應用于農業生產中。但如果畜禽糞便處理不科學、不規范、不及時，不僅浪費資源，還會對環境造成破壞，威脅人類健康。當前畜禽養殖污染防治的法律體系不斷健全，監管力度不斷加大，形成了對畜禽養殖污染防治的倒逼機制。沉淀池沉淀、堆糞場堆積發酵是養殖場、合作社處理糞便的主要方式，這種處理方式占地面積大、發酵環境不可控、發酵周期長、且糞便中的有害細菌、病原體殺死不徹底，容易對地表水、地下水、土壤、空氣造成二次污染，并危害人類健康。隨著畜禽養殖業規?；潭鹊奶岣撸@種傳統的低效糞便處理方式已不能滿足養殖場或合作社的需求，因此畜禽糞便高效、快速無害化處理技術及關鍵設備的研究刻不容緩。畜禽糞便無害化處理設備不僅可以幫助規?；B殖企業及時完成糞便的有效處理，防止糞便對農業環境及養殖場周邊環境的二次污染，消除糞便對養殖區域的防疫隱患，同時無害化處理后的畜禽糞便也可直接作為專業有機肥加工企業加工有機肥的主要原料，這對提高養殖企業收入、降低有機肥加工成本、促進農業與農村經濟可持續發展、發展循環農業具有十分重要的意義。

1 畜禽糞便無害化處理的現狀

1.1 畜禽糞便無害化處理的必要性

以雞糞為例，雞糞在所有畜禽糞便中養分最高、最全面，是有機肥生產的最好原材料，雞糞中含有豐富的營養元素和有機物質，其中粗蛋白18.7%，脂肪2.5%，灰分13%，碳水化合物11%，纖維7%，氮2.34%，磷2.32%，鉀0.83%[1]，但如果雞糞未經充分發酵或腐熟直接施用到田間上，會對農作物產生很大危害：①傳染病蟲害：發酵不充分的雞糞中仍含有許多有害病菌或蟲卵，直接施用作肥料，會傳播病蟲害，導致土壤滋生病菌、農作物發病，從而危害人類健康；②發酵燒苗：發酵不充分的雞糞施用作肥料，當發酵條件具備時，雞糞會有二次發酵，若雞糞距作物根部較近，且作物植株較小，發酵產生的熱量會影響作物生長，嚴重時導致植株死亡；③酸化土壤：雞糞pH值約為4，屬于極酸性，會酸化土壤，致使作物莖基部和根部遭受損傷，增大了作物被病菌感染的幾率；④土壤缺氧：雞糞在分解過程中消耗土壤中的氧氣，使土壤處于暫時性缺氧狀態，同時分解中會產生乙烯等有害氣體，抑制作物根系生長；⑤影響食品安全：雞飼料添加劑中的抗生素、激素、銅、鐵、鉻、鋅等物質，隨著雞糞還田，長期過量積累，導致土壤和地下水污染，間接造成農產品品質下降。而且未發酵腐熟的雞糞中的養分多為有機態或緩效態，不能被作物直接吸收利用，只有分解轉化成速效態，才能被作物吸收利用[2]，所以未發酵直接施用的雞糞肥效發揮較慢，有效成分利用率低。因此，利用先進的技術和設備將畜禽糞便無害化處理，使其充分發酵腐熟，徹底殺死糞便中的有害病菌和病原體，同時使糞便中的纖維素、蛋白質等有機物礦質化、腐質化，轉化為農作物可直接吸收狀態，實現畜禽糞便資源的高效利用，不僅能解決畜禽糞便污染環境的問題，還能緩解我國資源短缺的壓力。

1.2 畜禽糞便無害化處理技術的發展現狀

我國目前畜禽糞便的無害化處理利用率不高，特別是大中型養殖場。據大城市郊區的調查顯示，畜禽糞便利用率一般不到20%，如北京市的畜禽糞便加工處理能力僅有22×104t，處理率僅為3%。普通養殖散戶通常將畜禽糞便堆放在田間地頭，經過4～6個月的自然發酵腐熟后成為堆肥，而后作為底肥拋灑到田間，培肥土壤，這種方式耗費時間長、勞動力成本高，對空氣、水和土壤有一定的污染，而且糞便發酵不充分，容易燒苗、滋生蟲卵；規?；笄蒺B殖場對畜禽糞便的處理常采用條垛式堆肥、槽式堆肥等方式。條垛式堆肥是將糞便簡單堆積成窄長條垛，在好氧條件下進行發酵，這種方式需要的設備簡單、投資低，但設備占地面積大、堆肥周期長，且需定期使用機械或人工的方法翻堆通風，翻堆時間和頻率難以把控，還極易受天氣等環境條件影響，堆肥質量和效果難以保證。槽式堆肥主要由發酵槽和攪拌機2個部分組成，糞便經預處理后在堆肥車間的發酵槽內發酵，發酵槽配備了機械翻攪作業系統，這種處理方式與條垛式堆肥相比發酵周期短、可連續作業、堆肥效率高、不易受天氣等環境因素影響等優點，但由于發酵槽數量多、長度長，設備占地面積大、投資成本高，同時通風增氧不易操作，缺乏對臭氣的處理環節。

2 畜禽糞便無害化處理設備的研究

2.1 設備關鍵部件設計

通過技術研究和市場調研，針對分布最廣、危害面大、農業生產中使用普遍的畜禽糞便，研發了畜禽糞便無害化處理設備。該設備的關鍵部件是發酵裝置。發酵裝置主要由底座、進料機架、進料螺旋、出料機架、出料螺旋、發酵罐、減速機、加熱裝置、曝氣裝置、電氣控制等部分構成。

發酵裝置見圖1。

圖1 發酵裝置

其中，發酵罐主體材料為不銹鋼，是在借鑒同類先進設備的基礎上，根據不同畜禽糞便有機成分含量不同的特點進行改進升級，是一種適合不同畜禽糞便處理，適應高濕、高寒等不同地域條件的新一代發酵罐。

設備試制見圖2，設計關鍵部件結構見圖3。

圖2 設備試制

圖3 設備關鍵部件圖

2.2 設備技術特點

畜禽糞便無害化處理設備通過智能控制發酵環境，能一次性完成畜禽糞便高溫好氧發酵、除臭、濾水、殺卵、滅菌的快速無害化處理。

設備的主要創新點如下：

（1）設計臥式滾筒、積木式設計，大大提高集成模塊化生產效率，可根據用戶要求，完成不同處理容量的生產線的設備配置。

（2） 采用空氣能、電力輔助加熱方式，實現高效、節能，通過可編程控制實現精準控制，降低能耗。

（3）設計智能化小環境控制系統，完成無害化發酵工藝過程的精準、快速、高效、可控。

該設備采用全密封式處理方式，不會對環境產生二次污染；利用好氧菌高溫發酵技術，處理糞便時間短，運行成本低；罐體進行了保溫設計，確保低溫環境下設備的正常運行；設計了除臭裝置，利用生物除臭方法的多層過濾實現了廢氣的達標排放。該設備具有處理過程耗能少、運行成本低、占地面積小、自動化程度高、發酵過程可控、發酵周期短、不易受氣候條件影響等優點，糞便中有害病原體、蟲卵消滅徹底，糞便腐化完全，糞便無害化處理程度高。

2.3 技術指標

畜禽糞便發酵設備（發酵罐）技術指標：容積約12 m3，直徑約1.6 m，長度約6 m，外形尺寸為8 000 mm×2 000 mm×2 500 mm，總功率≤60 kW，總質量約5 t，日處理能力6～8 m3/日。

3 效益分析

3.1 經濟效益

通過項目的實施，形成示范點（肉雞養殖場）1個，日處理雞糞6～8 m3，無害化處理后的雞糞配以腐殖酸等原料，加工成有機肥，每噸可售750元，每噸利潤為150元，每年生產5 000 t有機肥，年可獲利75萬元。

3.2 社會效益

現在，我國每年產生畜禽糞污資源量約20×108t，約占全國有機肥料資源量的40%。畜禽糞便等有機廢棄物的農用是最直接、最有效的利用方式，畜禽糞便肥料化利用是其資源化的一項重要手段[3]。無害化的畜禽糞便可直接作為有機肥的加工原料。畜禽糞便快速高效無害化處理技術及設備的研究，解決了農業面源污染中的畜禽糞便污染環境的問題，也促進了畜禽糞便資源肥料化利用產業的快速發展。利用好畜禽糞便及以畜禽糞便為主要原料生產的商品有機肥，不僅可以提高土壤肥力，實現資源的再循環，也可以改變因施用化肥而產生的“瓜不香，果不甜，茶無味”的現狀，使農產品各項指標達到綠色食品的標準[4]，推動了無公害綠色農產品產業的不斷壯大。這些產業的發展和壯大，對減少化學肥料的施用、保護生態環境、推動農業可持續發展具有十分重要的意義。

4 結語

畜禽糞便的資源量是隨著畜牧業的發展而迅速增長的，2017年已達到38×108t，其氮磷鉀養分含量為4 741.45×104t，氮磷鉀比例為1∶0.53∶1.08，其磷鉀比例也遠遠高于現在的化肥施用比例，畜禽糞便的無害化處理和資源化利用對緩解我國氮磷鉀肥資源的不足有著重要意義。隨著消費者對無公害綠色農產品需求的日漸增多，我國無公害綠色農產品種植規模的不斷擴大，畜禽糞便有機肥的需求量也出現快速上漲，相比歐美發達國家有機肥施用量普遍在50%以上，中國有機肥在肥料總投入量中的比例不足20%，并持續下降，我國畜禽糞便有機肥市場還有很大的增長空間，因此畜禽糞便快速高效無害化處理設備的市場前景十分廣闊。